A corrosão de armaduras é uma das causas mais comuns de degradação mecânica em estruturas em concreto armado. Esse processo leva à redução da vida útil e, consequentemente, a prejuízos econômicos. Desse modo, o presente trabalho visa contribuir com a análise dos fenômenos associados à degradação mecânica do concreto armado sujeito a processos corrosivos devido à carbonatação e à ação de cloretos. Para tal finalidade, modelos analíticos baseados na segunda lei de Fick são usados para quantificar a difusão de CO2 e de íons cloreto no concreto, os quais permitem determinar o tempo de início da corrosão. A degradação mecânica de estruturas em concreto armado é considerada por meio de um modelo em dano concentrado que contempla perda da rigidez, redução da área de aço e da tensão de escoamento de armaduras devido ao processo corrosivo. A formulação de dano concentrado foi modificada de forma a incluir uma variável de estado de corrosão e uma lei de evolução da corrosão, baseada em equações semi-empíricas disponíveis na literatura. Essas equações determinam a redução no diâmetro das armaduras e a perda da capacidade resistente do aço. O problema da corrosão é formulado como um processo estocástico sendo resolvido por meio do método de simulação de Monte Carlo para dois exemplos: uma viga isostática e um pórtico plano com grau de hiperestaticidade igual a três. A formulação da equação de estado limite é baseada em um valor de dano aceitável. Curvas de probabilidade de início da corrosão e de probabilidade de falha da estrutura são obtidas ao longo de 50 anos. No caso da estrutura hiperestática, o caminho mais provável de falha, também chamado de caminho crítico, é determinado. Observa-se que o processo corrosivo provoca mudanças no caminho crítico, e portanto, deve ser considerado nas análises de reparo estrutural. Mapas de dano e de probabilidade de falha foram desenvolvidos para mostrar as mudanças no comportamento estrutural devido à corrosão. / The reinforcement\'s corrosion is one of the most common causes of mechanical degradation in reinforced concrete structures. This process leads to the reduction of the service life and, consequently, economic loss. Thereby, this study aims to contribute with the analysis of the phenomena associated to the mechanical degradation of reinforced concrete, due to the carbonation and the chloride ions. For this purpose, analytical models based on second Fick\'s law are used to quantify CO2 and chloride ions diffusion, which enables to determine the corrosion time initiation. The mechanical degradation of reinforced concrete structures is modeles by the lumped damage model which accounts for stiffness loss, reinforcement mass loss and yield stress reduction due to the corrosive process. The lumped damage formulation was modified to include the state corrosion variable and the corrosion evolution law based on semi-empirical equations available in the literature. These equations determine the reinforcement\'s diameter reduction and the loss of resistant capacity of the reinforcement\'s bar. The corrosion problem is formulated as a stochastic process and solved by the Monte Carlo simulation for two examples: an isostatic beam and a hyperstatic frame. The limit state functions are based on the acceptable damage value. Curves of probability of corrosion initiation and probability of failure are obtained over a range of 50 years. In the hyperstatic case, the most probable failure path, also named the critical path, is determined. It is observed that the corrosive process causes changes on the critical path and, therefore, it must be accounted on structural repair analysis. Damage and probability of failure maps were developed to show the changes on the structural behavior due to the corrosion.

Este trabalho é iniciado apresentando os conceitos teóricos necessários para o bom entendimento do tema tratado, incluindo corrosão de armaduras, passivação, despassivação, vida útil e também conceitos de análise de riscos e teoria da confiabilidade. No terceiro capítulo é feita a revisão bibliográfica das variáveis que influem na carbonatação do concreto, apresentando um panorama do conhecimento atual sobre o tema, tanto no Brasil como no exterior. No quarto capítulo são apresentados e discutidos os modelos de previsão da carbonatação sendo também feitas comparações entre os resultados obtidos pelos modelos principais. No capítulo cinco é apresentado o trabalho experimental que objetiva contribuir com o conhecimento sobre a variabilidade da carbonatação e dos cobrimentos por meio de um estudo de caso real. A estrutura estudada foi o subsolo de um edifício residencial na zona central da cidade de São Paulo, no qual foram feitas diversas medidas de profundidade de carbonatação, cobrimentos de armaduras, concentração de CO2 ambiente e umidade relativa do ar. Os resultados foram tratados por meio de análise de variância e os valores de profundidade de carbonatação foram comparados com os valores previstos empregando modelos de previsão. Foi realizado o cálculo teórico da probabilidade de despassivação que foi comparada com a incidência real de despassivação observada. Os coeficientes de variação encontrados também foram comparados com os resultados de outras pesquisas atuais. É apresentado o desenvolvimento de um programa computacional para previsão do período de iniciação por métodos deterministas e probabilistas. / This work starts presenting the theoretical concepts needed for a good understanding of it’s contents, including corrosion of steel in concrete, passivation, despassivation, service life and concepts of risk analysis and reliability theory. In chapter three it’s discussed the several variables that have influence in concrete carbonation, presenting a general view of the knowledge concerning the topic in Brasil and other countries. Chapter four presents and discuss the prediction models of carbonation and comparisons are made between the results of the main models. In chapter five it is presented the experimental work that intends to contribute with the knowledge about the carbonation and concrete covers variability by means of a case study. The studied structure was the parking garage of a 30 years residential building, located in the central zone of São Paulo city in Brasil, in witch were made a several number of measurements of carbonation depth, concrete cover, CO2 concentration and air relative humidity. The collected data was analyzed using variance analysis and the values of carbonation depth were compared with that estimated using prediction models. The theoretical calculation of the despassivation probability was compared with the real despassivation incidence. The variation coefficients obtained were almost compared with the results of other recent investigations. It is still presented the development of a computer program for predicting the initiation period using deterministic and probabilistic methods.

A utilização de aditivos incorporadores de ar em concretos é uma prática comum na construção civil e sua aplicação influencia significativamente diversas propriedades do concreto no estado fresco e endurecido. O objetivo deste estudo foi avaliar a influência do teor de ar incorporado, por meio de aditivo, no desempenho de concretos com diferentes teores de agregados. O programa experimental incluiu avaliação da eficiência de aditivos na incorporação de ar em pastas de cimento, análise microestrutural e ensaios para determinação de propriedades físicas, mecânicas e de durabilidade de concretos com diferentes teores de ar e agregados. No estado fresco, foram realizados ensaios para determinação do teor de ar, massa específica e abatimento. No estado endurecido foram realizados ensaios de massa específica, absorção, resistência à compressão, módulo de elasticidade, velocidade de propagação da onda ultrassônica, carbonatação acelerada e condutividade térmica. Utilizando Microtomografia Computadorizada de Raios-X (Micro-CT) foram dimensionados e quantificados os poros presentes nas amostras dos concretos, bem como determinadas suas porosidades. Os concretos com ar incorporado apresentaram redução na resistência mecânica. Os concretos com menores teores de agregados apresentaram menor resistência mecânica, menor velocidade da frente de carbonatação e menor condutividade térmica. De acordo com os resultados obtidos, pode-se concluir que o aditivo a base de resinas sintéticas foi mais eficiente na incorporação de ar; maiores teores de ar implicam em variabilidade nos resultados de ensaios de resistência à compressão e módulo de elasticidade; os concretos com maiores teores de agregados apresentaram maior velocidade da frente de carbonatação, para mesmos teores de ar incorporado; a condutividade térmica é inversamente proporcional ao teor de ar incorporado no concreto, e quanto menor o teor de agregados, menor a condutividade térmica; o aumento do teor de ar no concreto promove aumento no diâmetro equivalente dos poros e redução da incidência de poros esféricos. / The use of entraining air additives in concrete is a common practice in construction and its application influences several concrete properties in the fresh and hardened state. The aim of this study was evaluate the influence of air entrained content, by additive, in concrete performance with different aggregate contents. The experimental program included the evaluation of additives effectiveness of air entrainment in cement pastes, microstructural analysis and the concretes physical and mechanical properties and durability, with different levels of entrained air and aggregates. Tests were performed in fresh to determine the air content, density and slump. In hardened concrete, density, absorption, compressive strength, elastic modulus, ultrasonic pulse velocity, accelerated carbonation and thermal conductivity tests were performed. By computed X-ray microtomography, the pores present in the concrete samples were sized and quantified and determined the concretes porosities. The air entrained concrete presented decrease in mechanical strength. Concretes with lower aggregate levels presented lower mechanical strength, carbonation speed and thermal conductivity. According to the results, it can be concluded that the synthetic resins base additive was more efficient in air entrainment; larger air content implies variability in the results of the compressive strength and elastic modulus tests; concrete with higher aggregate levels presented higher carbonation speed, for the same entrained air content; thermal conductivity is inversely proportional to the air entrained content in concrete, and as lower was the aggregate content, lower was the thermal conductivity; the increase of air content in concrete promotes increase in the pores diameter and reduction of the incidence of spherical pores.

Este trabalho apresenta um estudo sobre a confecção de concretos estruturais com baixo consumo de cimento Portland e avalia algumas das suas propriedades no estado fresco e endurecido, tanto em termos mecânicos como de durabilidade. O uso de concretos de baixo consumo de cimento Portland tem por objetivo possibilitar maior sustentabilidade da indústria da construção baseada no concreto, como maior longevidade de jazidas, reduções na emissão de \'CO IND.2\' e no consumo de energia e menores custos de transporte. Possibilita também diversas melhorias técnicas, como menor retração, fissuração e calor de hidratação. Com base em conceitos de empacotamento e dispersão de partículas, uso de adições minerais e fílers e escolha adequada dos materiais, obtiveram-se concretos com baixo consumo de cimento e alta resistência, com consumo relativo de materiais aglomerantes inferior a 5 kg/\'M POT.3\' para produzir 1 MPa de resistência à compressão. Avaliaram-se diversos parâmetros relacionados à durabilidade destes concretos com base em ensaios de absorção de água por imersão, absorção de água por capilaridade, permeabilidade, abrasão, carbonatação e potencial de corrosão. Os resultados obtidos indicam que os concretos de baixo consumo de cimento obtidos podem ter durabilidade comparável ou até superior a concretos usualmente considerados como de bom desempenho. Observou-se que a durabilidade é dependente do tipo de cimento empregado e que deve ser avaliada especificamente com relação ao tipo de ação agressiva a que o concreto estará exposto. / This dissertation presents a study on the development of structural concrete with low Portland cement consumption and evaluates some of its fresh and hardened properties, in mechanical and durability terms. The use of low concrete Portland cement consumption is intended to enable greater sustainability of the construction industry based on concrete, as increased longevity of deposits, reductions in \'CO IND.2\' emissions and energy consumption and lower transportation costs. It also allows several technical improvements, such as reduced shrinkage, cracking and hydration heat. Based on particle packaging and dispersion, use of mineral additives and fillers and appropriate choice of material, concrete with low cement content and high strength was obtained, with relative consumption of binder materials below 5 kg/\'M POT.3\' to produce 1 MPa compressive strength. Various durability parameters were evaluated based on tests such water absorption by immersion, water absorption by capillarity, permeability, abrasion, corrosion potential and carbonation. The results indicate that the low cement consumption concretes may have achieved comparable or superior durability to concrete usually regarded as good performance. It was observed that the durability is dependent on the type of cement used and that durability should be assessed specifically with regard to the type of aggressive action that the concrete will be exposed.

A durabilidade das estruturas de concreto armado deve ser alcançada, entre outros fatores, pela adequação do concreto frente ao meio ambiente para proteger as armaduras pelas características da camada de cobrimento. Assim, concretos precisam ser corretamente especificados no projeto estrutural e ter a sua qualidade controlada durante a produção e aplicação. Pela ABNT NBR 6118 (2007), os concretos passaram a ser especificados por classes de fck associadas a outras variáveis de dosagem e produção, como relação água/cimento máxima e consumo mínimo de cimento por metro cúbico. Mas, continuam invariavelmente controlados apenas por ensaios de abatimento no estado fresco e de resistência à compressão (fcj), para desforma ou verificação do fck (28 dias, nas obras comuns). Logo, a propriedade em uso para controlar indiretamente a resistência à carbonatação do concreto deveria ser o fcj, já que os concretos se diferenciam, de fato, é pelos materiais constituintes, método de dosagem e pela variabilidade de produção. Mas, na prática o controle da resistência à carbonatação dos concretos vem ocorrendo apenas pela especificação e aceitação do fck e uma das razões para isto pode ser a falta de métodos mais avançados para a predição de propriedades físicas mais complexas, como é a resistência à carbonatação. Assim, este trabalho visou contribuir para a evolução do controle tecnológico dessa propriedade em concretos estruturais, e o programa experimental teve por objetivos principais: testar o teor de ar no concreto fresco por quatro diferentes métodos, como variável auxiliar de controle; b) comparar três métodos acelerados de carbonatação; c) comparar área relativa e espessura de carbonatação, em seção diametral de corpos-de-prova cilíndricos de 10 cm x 20 cm, através de dois programas de análise de imagem e medida linear tradicional. Como concreto de estudo foi escolhido um da classe 30, pré-misturado e bombeável, de abatimento de 10 ± 2 cm, de relação água/cimento 0,60 e consumo de cimento igual a 300 kg/m³. Em uma dada central dosadora, foram então amostrados, aleatoriamente, as misturas de seis caminhões betoneira de 8 m³, produzidas em uma só data, de um dado lote de produção do citado concreto e para fornecimento a uma obra muito próxima. Cada mistura foi caracterizada no estado fresco, por oito diferentes propriedades e seguiu-se à moldagem de cilindros de 10 cm x 20 cm. A maior parte dos corpos-de-prova foi submetida à cura acelerada por imersão em tanque de água em temperatura amena (35 ± 5 °C), entre 1 e 3 dias, por adaptação do método A da ASTM C684, seguida de um resfriamento natural e cura a temperatura ambiente, no mesmo tanque, entre 3 e 7 dias. As propriedades no estado endurecido foram medidas a 8, 35, 63, 91 e 203 dias. As propriedades no estado fresco que melhor se relacionaram às medidas de carbonatação das seis misturas foram o teor de ar por método pressométrico e a medida de compactabilidade do concreto adensado, método adaptado da BS EN 12350-4 (2009). O teor de ar das misturas no estado fresco resultou com valor médio de 1,7% e mostrou correlações fortes e inversas com a resistência à compressão, resistência à tração por compressão diametral e com as medidas de profundidade de carbonatação. É recomendável prosseguir estudos sobre esse concreto, para elucidar as causas e os limites da correlação inversa, pois tanto podem ter resultado de efeitos do ar na interface pasta/agregados, quanto de sedimentação do concreto no estado plástico. A 203 dias, a espessura média de carbonatação pelos três métodos de envelhecimento acelerado resultou entre 4 e 5 mm, com coeficiente de variação entre 13% e 21% para oito dos nove grupos de doze corpos-de-prova (dois por mistura), no caso diferenciados pelo método de envelhecimento ou de medida da carbonatação. Por análise de variância para três fatores nessa idade, foram observadas equivalência entre as medidas de carbonatação, por dois dos métodos acelerados um de secagem contínua a 40°C em estufa ventilada e outro de um dia de exposição a CO2 (5% e U.R. 75%) alternado por 27 dias de secagem a 40°C em estufa ventilada, mas ambos não mostraram semelhança com o terceiro método, que foi de um dia de imersão em água alternada por 27 dias de secagem a 40°C em estufa ventilada. As medidas de carbonatação em corpos-de-prova submetidos a este terceiro método, envolvendo apenas imersão em água e secagem, resultaram com ótimo contraste com o indicador de fenolftaleína e foram as que mostraram maiores probabilidades de igualdade de médias, independente do método de medida. Espera-se que o prosseguimento de pesquisas com esses métodos possa trazer avanços no controle da resistência carbonatação de concretos, por valores médios ou característicos, e um melhor domínio tecnológico das variáveis de verificação da vida útil de projeto de armaduras e das estruturas em geral. / Durability of reinforced concrete structures should be obtained, among other factors, by adapting the concrete to the environment to protect the steel reinforcements depending on the characteristics of the cover layer. Therefore, concrete must be properly specified in the design structural and have its quality controlled during production and placing. After ABNT NBR 6118 (2007), concretes began to be specified according to fck classes in association with other mixture proportion and production variables, such as maximum water/cement ratio and minimum cement content per cubic meter. However, concretes are invariably controlled only through slump tests of fresh concrete and compressive strength tests (fcj) for stripping or assessment of fck (28 days, in common construction sites). As a result, the property in use to indirectly control concrete carbonation resistance should be fcj, since what actually differentiates the concretes are the constituent materials, the mix design and production variability. However, in practice, control of concrete carbonation resistance usually occurs through specification and acceptance of fck and one of the reasons for that may lie in the lack of more advanced methods to predict more complex physical properties, as in the case of carbonation resistance. Therefore, this study aimed to contribute to the evolution of technological control of this property in structural concrete and the experimental program had as its main goals: a) to test air content of fresh concrete by four different methods as auxiliary control variable; b) to compare three methods of accelerated carbonation; c) to compare relative area and carbonation thickness, in the diametral section of cylindrical specimens measuring 10 cm x 20 cm, through two image analysis softwares and traditional linear measurement. The concrete chosen for the purposes of this study was a class 30, ready mixed and pumped concrete, slump test of 10 ± 2 cm, water/cement ratio of 0.60 and cement content of 300 kg/m³. In a given batch plant, random samples were taken from the mixtures of six 8-m³ truck mixers that had been produced on the same date, from a given production batch of that concrete and for the supply of a nearby construction site. Each mixture was characterized in the fresh state, according to eight different properties, and then 10 cm x 20 cm cylinders were molded. Most specimens were submitted to accelerated curing by immersion in water tank at mild temperature (35 ± 5 °C), between 1 and 3 days, in an adaptation of method A of ASTM C684, followed by natural cooling and curing at room temperature, in the same tank, between 3 and 7 days. The properties in the hardened state were measured at 8, 35, 63, 91 and 203 days. The properties in the fresh state that best related to the carbonation measurements of the six samples were air content by the pressure method and compactability of compacted concrete, in a method adapted from BS EN 12350-4 (2009). Air content of the mixtures in the fresh state resulted in mean value of 1.7% and showed strong and inverse correlations with compressive strength, splitting tensile strength and with the measurements of carbonation depth. Further studies about this concrete are recommended to clarify the causes and limits of the inverse correlation, since they may result from effects of the air on the transition zone between paste and aggregates, or from concrete settlement in the fresh state. At 203 days, mean carbonation thickness in the three accelerated ageing methods resulted in between 4 and 5 mm, with coefficient of variation between 13% and 21% for eight out of nine groups of twelve specimens (two per mixture), which were differentiated according to the ageing method or the carbonation measurement. After an analysis of variance for three factors at this age, equivalences were observed in the carbonation measurements in two of the accelerated methods one of continuous drying at 40°C in ventilated oven and the other of one-day exposure to CO2 (5% and R.H. 75%) alternated with 27 days of drying at 40°C in ventilated oven, but neither showed similarity with the third method, which consisted in one-day water immersion alternated with 27 days of drying at 40°C in ventilated oven. Carbonation measurements in specimens submitted to the third method, involving only water immersion and drying, resulted in optimum contrast with the phenolphthalein indicator and showed higher probabilities of equality of means, regardless of the measurement method. It is expected that further research about these methods can bring advances in the control of concrete carbonation resistance, by mean or characteristic values, and better technological knowledge of the variables in verifying the design service life of steel reinforcement and structures in general.

This research advances the current understanding of the carbonation reaction in porous materials by investigating pH changes during the hardening process of lime, the role of pore-water in the dissolution process of calcium hydroxide and the effects of pore size on precipitation of calcium carbonate solid phases. To achieve this, carbonation is studied within a thin film of an aqueous solution of calcium hydroxide, that simulates the conditions existing in porous media once most of the liquid water has evaporated. The research introduces novel approaches such as the use of specially manufactured micro-electrodes used to measure pH variations during the carbonation process. The effect of pore size on the solid phases precipitated by carbonation is investigated using a novel lime based material called nano-lime. Influence of pore-water on the hardening process of lime is studied in formulated lime using impedance spectroscopy: an electrochemical technique which is new in the study of lime based materials. Overall, results demonstrate that the micro-electrodes can operate reliably in very alkaline environments such as those produced by the dissolution of lime. Their potentiometric response, in fact, was found to be Nernstian up to pH 14. Furthermore, the electrode response proved to be sufficiently sensitive and reproducible to differentiate, on the basis of pH, between the formation of calcite and vaterite. It is likely that these micro-electrodes are currently the only analytical tools capable of monitoring high pHs in confined places and, for this reason, they can be considered highly valuable for the study of chemical processes involving very alkaline waters. The study on the role of pore-water in the hardening process of formulated lime has, instead, demonstrated the potential of impedance spectroscopy as a non-destructive technique for real time in situ monitoring of the reaction between lime and hydraulic additives.

Les ciments sulfoalumineux (CSA) peuvent être une solution à l’amélioration de l’impact environnemental des bétons, grâce aux faibles consommations énergétiques et émissions de CO2 lors de leur fabrication. Leurs propriétés expansives, de rapidité de prise et de montée en résistance participent également à l’intérêt grandissant dans les domaines de la construction et de la préfabrication en béton pour ce type de liant. Toutefois, la durabilité des bétons sulfoalumineux reste encore méconnue ou discutée, notamment en milieux acides et face à la corrosion des armatures, en ambiance marine et par carbonatation. Les travaux présentés dans cette thèse se proposent ainsi d’étudier et de comparer la durabilité face à ces attaques, de bétons sulfoalumineux à celle de bétons de référence à base de CEM I et de CEM III/B. Ils s’appuient sur des caractérisations performantielles (indicateurs de durabilité, essais performantiels en conditions accélérées ou naturelles) et microstructurales (phases solides, porosité). Au préalable, l’application des caractérisations sus-citées aux bétons sulfoalumineux est vérifiée et discutée. La bonne résistance des bétons sulfoalumineux aux milieux acides est observée lors d’essais de lixiviation dynamique, à température et pH régulés. L’étude de la pénétration des chlorures (migration en régime permanent et transitoire, isothermes de fixation, exposition en zone de marnage) et de la carbonatation (naturelle et accélérée) de bétons à base de 8 ciments sulfoalumineux de laboratoire différents a permis d’établir des moyens d’améliorer leur durabilité potentielle. Ces moyens ont été appliqués à la fabrication d’un ciment industriel performant, dont la bonne durabilité reste toutefois à confirmer définitivement en conditions réelles. / Calcium sulfoaluminate (CSA) cements can be a solution to improve the environmental impact of concrete, thanks to the lower energy consumption and CO2 emission during their production. Their expansive, fast setting and rapid hardening properties contribute to the growing interest of engineers for concrete construction and prefabrication. However, the durability of sulfoaluminate concretes is not clearly assessed yet, especially in acidic and marine environments, as well as carbonation and chloride induced rebars corrosion. Thus, the aim of this thesis is to study and compare the durability, related to these attacks, of concretes made with CSA cements to ordinary Portland and GGBS cements based reference concretes. This study is founded on microstructural (solid phases, porosity) and performancial (durability indicators, natural and accelerated tests) characterization. Beforehand, the application of these characterizations to CSA concretes is verified and discussed. These show a good resistance to acidic environments when submitted to dynamic leaching tests at pH 3 and 5. The study of chloride ingress (steady and non-steady state migration, binding isotherms and tidal zone exposition) and carbonation (natural and accelerated) in concretes of 8 different laboratory CSA cements enabled us to find achievable means to improve their potential durability. These means were applied to the production of a performant industrial CSA cement, whose good durability has still to be assessed on field conditions.

De nos jours, l’utilisation de liants à faible teneur en clinker est de plus en plus courante. Or la cinétique de réaction des additions minérales utilisées est plus lente que celle du clinker. Si les conditions de cure ne sont pas adaptées, le matériau aura une structure poreuse plus importante, ce qui le rendra plus sensible à la pénétration des agents agressifs extérieurs comme le CO2 ou les Cl-. La carbonatation du béton est l’un des principaux phénomènes pouvant diminuer la durée de vie d’une structure en béton armé. En effet, elle entraine une diminution du pH de la solution interstitielle qui a pour conséquence une dépassivation des armatures, puis la corrosion de ces dernières si les conditions s’y prêtent.L’objectif de cette thèse est d’étudier l’impact de la carbonatation au jeune âge sur des liants à faible teneur en clinker. Pour cela l’étude se compose de deux aspects : le premier est l’étude de l’impact de l’hydratation et de la carbonatation sur les propriétés de transport et les isothermes de sorption hydrique, et le second est l’étude de l’impact du couplage hydratation-séchage-carbonatation sur la microstructure et la structure poreuse. Pour le premier aspect, les propriétés de transport étudiées sont la diffusion de l’O2, la diffusion de la vapeur d’eau, la perméabilité à l’eau liquide qui sont des données d’entrée dans les modèles de carbonatation ainsi que la perméabilité aux gaz qui est un indicateur de durabilité. Pour le second aspect, l’impact du couplage est mesuré par ATG et DRX pour déterminer l’assemblage de phases, de plus de la porosimétrie par intrusion de Mercure et des pesées hydrostatiques sont effectuées pour détecter le changement de la structure poreuse. Les matériaux étudiés sont des pâtes de ciment et des bétons avec un rapport eau/ liant de 0,57 avec l’un des trois liants suivants : CEM I, CEM I +30% de cendres volantes et CEM I +60% de laitiers.Pour le premier aspect, les résultats montrent que pour les pâtes de CEM I le temps de cure a un faible impact sur les isothermes de sorption de vapeur d’eau s’il est compris entre 3 jours et 6 mois. Alors que, pour les pâtes de CEM I + 60% de laitier, l’augmentation du temps de cure accroit significativement la teneur en eau (pour HR=65%, tcure=3 jours et pour tcure=6 mois ) dû à une augmentation de la teneur en C-S-H. D’autre part, la carbonatation entraine une diminution de la teneur en eau de l’échantillon, ainsi que l’amplitude de l’hystérésis. De plus, le gel a une porosité plus grossière. Par ailleurs, la carbonatation entraine une augmentation de la perméabilité aux gaz des matériaux. Pour le second aspect, les résultats montrent que l’utilisation d’additions minérales diminue la résistance à la carbonatation du matériau et que cette résistance augmente avec le temps de cure si l’échantillon contient des additions. La carbonatation de la portlandite, des C-S-H et des aluminates est concomitante. De plus, pour les matériaux aux laitiers, les résultats montrent qu’ils sont plus sensibles à la carbonatation des C-S-H et des aluminates que les CEM I. En effet quand le rapport variation molaire de CaCO3 sur variation molaire de Portlandite est calculé, il vaut 1.8 pour le CEM I et environ 3.5 pour les matériaux aux laitiers. Enfin, la carbonatation entraine une diminution du degré de saturation de l’échantillon. En effet, le degré de saturation à la surface de l’échantillon passe de 50% à 35% après carbonatation pour les échantillons de CEM I et de 50% à 5% pour les échantillons de CEM I + 60% de laitiers. Cette diminution peut s’expliquer par la diminution de la surface spécifique qui est divisée par 2 après carbonatation due à la décalcification des C-S-H. Même si la carbonatation entraine une diminution de porosité cette dernière est trop faible dans ce cas pour contrer cet effet / Nowaday, low clinker content binders are used more and more often. But the kinetics reactions of the supplementary cementitious materials (SCM) are slower than this one of clinker. If the curing conditions are not adapted, material will have a bigger pore structure and becomes more sensitive to the ingress of aggressive species from the environment like the CO2 or Cl-. Carbonation is one of main phenomena which can lead to decrease the life time of reinforced concrete structure. Indeed, it leads to a decrease of pore solution pH which leads to the depassivation of rebar. Then these rebars can be corroded if the conditions are appropriate.The aim of this thesis is to study the impact of carbonation at early age for binder with a low clinker content. This study was composed of two aspects: the first one is focus on the impact of hydration and carbonation on the transport properties and the water vapour sorption isotherms (WVSI), and the second one is focus on the impact of coupling hydration – drying-carbonation on the microstructure and the pore structure. For the first aspect, the studied transport properties was O2 diffusivity, water vapour diffusivity, water liquid permeability which are inputs for carbonation modelling and the intrinsic gas permeability which is a durability factor. For the second aspect, the coupling impact was measured by TGA and DRX to determine the phase assemblage; moreover Mercury intrusion porosimetry (MIP) and hydrostatic weigh were carried out to measure the change in the pore structure. The studied materials were cement pastes and concretes with water to binder ratio of 0.57 with one of the following binders: CEM I, CEM I +30% PFA and CEM I + 60% GGBS.For the first part, results show that a curing time between 3 days and 6 months has a low impact on the WVSI for the CEM I paste. Whereas, in the CEM I +60% GGBS paste, when the curing time increases, the water content increases (for a RH=65%, tcuring=3 days and for tcuring=6 months ), this is due to the increase of the C-S-H content. Moreover, carbonation leads to decrease the water content and the hysteresis becomes flat. Additionally, carbonation leads to increase the intrinsic gas permeability. For the second part, the results show that the use of SCM decreases the carbonation resistance and this resistance increases with the curing time. Carbonation of Portlandite, C-S-H and aluminates occurs in the same time. Moreover, the CEM I +60% GGBS paste are more sensitive to the carbonation of C-S-H and aluminates than the CEM I paste. Indeed, the molar variation of CaCO3 to the molar variation of Portlandite ratio has a value around 3.5 for the CEM I +60% GGBS and 1.8 for the CEM I. Finally, carbonation leads to decrease the water saturation degree at the surface of sample. Indeed, the degree of saturation at the surface of the sample increases from 50% to 35% after carbonation for the CEM I paste and from 50% to 5% for the CEm I +60% GGBS paste. This decrease can be explained by the decrease of the BET specific surface which is divided by 2 after carbonation. It is due to the decalcification of C-S-H. Although carbonation leads to a decrease of porosity, this one is too small in this case to counter this effect

Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2018-04-18T16:00:57Z No. of bitstreams: 1 Tatiane Isabel Hentges_.pdf: 11562616 bytes, checksum: 76c15f0e9ee280811a91bbb6d05b0494 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-18T16:00:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tatiane Isabel Hentges_.pdf: 11562616 bytes, checksum: 76c15f0e9ee280811a91bbb6d05b0494 (MD5) Previous issue date: 2018-03-15 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / PROSUP - Programa de Suporte à Pós-Gradução de Instituições de Ensino Particulares / Pesquisas vêm desenvolvendo formas de mitigar os efeitos da absorção de água de agregados graúdos reciclados quando inseridos em novas misturas de concreto, de forma que as características mecânicas e de durabilidade desses agregados e dos concretos que o empregam sejam melhoradas. Destacam-se, nesse sentido, a carbonatação e a impregnação em solução de pozolanas. Este trabalho teve como objetivo avaliar o tratamento do agregado graúdo reciclado de concreto através da carbonatação e da impregnação de microfinos de cerâmica vermelha (MCV), para emprego em misturas de concreto. Para avaliação do tratamento do AGRC foi executada absorção de água dos agregados, abatimento ao longo do tempo e resistividade elétrica dos concretos no estado fresco, além de resistência à compressão e absorção de água por capilaridade no estado endurecido. Foi, ainda, realizada análise por microscópio eletrônico de varredura dos agregados e da zona de transição com novas argamassas. Por último, foi realizada análise da redução nas gerações de gás carbônico devido ao uso de AGRCs e à carbonatação. Como resultados, tem-se a redução da absorção de água dos agregados, verificada também pela resistividade elétrica no estado fresco. O abatimento ao longo do tempo não apresentou diferenças significativas com a alteração no tipo de agregado utilizado. As propriedades mecânicas dos concretos contendo AGRC tratado com MCV são comparáveis às de concretos contendo apenas agregados naturais e os concretos contendo AGRC carbonatados não reduzem significativamente as resistências. A absorção de água por capilaridade foi reduzida ao empregar concretos com agregados carbonatados e aumentou para os concretos com AGRC tratado com MCV, de forma similar a outros trabalhos que empregaram pozolanas. Analisando-se as emissões de CO2 isoladamente por parte dos agregados reciclados, verifica-se a redução de 40% com o emprego desses e de 49% com a carbonatação dos mesmos. Por outro lado, quando verificada a ecoeficiência das emissões por MPa considerando o consumo de cimento, essa diferença é reduzida de forma que as emissões relativas se apresentam com valores similares. / Research has been developing ways to mitigate water absorption effects from recycled concrete aggregates use in new concrete mixtures, so that the mechanical and durability characteristics of these aggregates and the concretes that use it are improved. In this sense, the carbonation and impregnation in solution of pozzolans are highlighted. This study aimed to evaluate the treatment of coarse recycled concrete aggregate (CRCA) by carbonation and impregnation of red ceramic microfines (RCM) powder for use in concrete mixtures. To evaluate the treatment of the CRCA, water absorption of the aggregates, reduction over time and electrical resistivity of the concretes in the fresh state were performed, as well as compressive strength and water absorption by capillarity in the hardened state. It was also carried out by scanning electron microscope of the aggregates and the transition zone with new mortars. It was also performed by analysis of scanning electron microscope aggregates and the transition zone with new mortar. Finally, was conducted analysis of the reduction in the generation of carbon dioxide from the use of CRCAs and carbonation. As results, there is a reduction in the water absorption of the aggregates, also verified by the electrical resistivity in the fresh state. The slump loss did not present significant differences by changes on aggregate type used. The mechanical properties of the concrete containing CRCA treated by RCM are comparable to those of concrete containing only natural aggregates, and the concrete containing carbonated CRCAs do not significantly reduce the strengths. The capillary water absorption was reduced when using concrete with carbonate aggregates and increased for concrete with CRCA treated with RCW, in a similar way to other works that used pozolanas. Analyzing CO2 emissions alone from the recycled aggregates, the reduction of 40% is achieved using these and 49% by the carbonation of them. On the other hand, when the eco-efficiency of the emissions per MPa is verified considering the cement consumption, this difference is reduced so that the relative emissions present themselves with similar values.

A fim de prever mecanismos para o controle dos danos impostos pela corrosão faz-se necessário deter ferramentas e conhecimento suficientes para entender os efeitos desta manifestação patológica sobre o comportamento mecânico do concreto armado. Nos últimos anos tornou-se crescente a utilização da modelagem numérica na simulação da degradação causados pela corrosão, graças ao baixo custo necessário à sua fomentação. Sabendo disso, nesta pesquisa foi desenvolvido um modelo numérico para a simulação em nível mesoscópico da expansão do concreto armado devido à formação de produtos de corrosão. O modelo desenvolvido é baseado no Método dos Elementos Finitos Posicional (MEFP) sob formulação Lagrangiana total, considerando material elástico isotrópico, com lei constitutiva de Saint-Venant-Kirchhoff e comportamento não linear geométrico. Para a representação das armaduras e dos produtos de corrosão, os quais estão inseridos na matriz de concreto, empregam-se elementos finitos lineares (fibras) ou planos (partículas) acoplados à malha de concreto por meio da técnica de embutimento. O comportamento dos produtos de corrosão é descrito por meio de formulações existentes na literatura, utilizando modelos analíticos relacionados a parâmetros intrínsecos ao fenômeno da corrosão e ao tempo de propagação. Os resultados encontrados neste trabalho apontam a eficiência do modelo desenvolvido e a sua aplicabilidade frente à simulação do comportamento mecânico de estruturas de concreto armado sujeitas à corrosão uniforme. / In order to provide the mechanisms for corrosion damage control, it is necessary to own sufficient software tools and knowledge for understanding the effects of this pathologic manifestation on the mechanic behavior of the reinforced concrete. In recent years it has become expanding the utilization of numeric modeling in the simulation of degradation arising from corrosion, thanks to low-cost of its fomentation. Knowing that in this research was designed a numeric model for a simulation at the mesoscopic level of the reinforced concrete because of the corrosion products. The designed model is based on the Finite Element Method (FEM) using the total Lagrange formulation, considering an elastic isotropic material, with a constitutive law of Saint-Venant-Kirchhoff and a behavior nongeometric linear. For a representation of the reinforcements and of the corrosion products (rust), which are inserted in the concrete matrix, it is used finite linear elements (fibers) or planes (particles) attached to the matrix of concrete through the technic embodiment. The products corrosion behavior is described by the formulations found in the literature, using analytical models related to parameters intrinsic to the corrosion phenomenon and to propagation time. The observed results in this work point out to the efficiency of this developed model and its applicability in view of the mechanical behavior of reinforced concrete structures liable to uniform corrosion.