Comparative studies of nondestructive evaluation methods have shown that nonlinear ultrasonic techniques are more sensitive than conventional linear methods to changes in material microstructure and the associated small-scale damage. Many of the material degradation processes such as carbonation in concrete, corrosion in metals, etc., begin at the surface. In such cases, ultrasonic Rayleigh surface waves are especially appropriate for detection and characterization of damage since their energy is concentrated in the top layer of the test object. For the civil engineering infrastructure, only a limited number of field applicable nonlinear ultrasonic techniques have been introduced. In this paper a nonlinear ultrasonic measurement technique based on the use of Rayleigh waves is developed and used to characterize carbonation in concrete samples. Wedge transducer is used for the generation and an accelerometer for detection of the fundamental and modulated ultrasonic signal components. The measurements are made by varying the input voltage and along the propagation distance. The slope of the normalized modulated amplitudes is taken as the respective nonlinearity parameter. Concrete samples with two different levels of damage are examined, and the difference of the two fundamental frequencies is used to quantify damage state.

Los materiales compuestos nanoestructurados son considerados una opción prometedora para la concepción de materiales multifuncionales. Sin embargo, la falta habitual de interacción entre los componentes orgánicos e inorgánicos en los materiales híbridos nanoestructurados comporta unas propiedades macroscópicas anisotrópicas que limitan su uso. Por ello, se hace necesario el diseño de la interfase formada entre los componentes mencionados a fin de mejorar sus prestaciones. En esta Tesis Doctoral se ha optado por el uso de dióxido de carbono supercrítico (scCO2) para la modificación superficial de nanopartículas inorgánicas y para la preparación de materiales híbridos nanoestructurados. Estos procesos supercríticos, diseñados como sostenibles, se proponen como sustitutos de técnicas convencionales que empleen disolventes orgánicos. El tratamiento superficial de nanopartículas de dióxido de titanio (TiO2) con octiltrietoxisilano se ha empleado como sistema de estudio para evaluar el uso de recubrimientos de alcoxisilanos bifuncionales como promotores de adhesión de partículas inorgánicas nanométricas. El scCO2 se emplea como disolvente del alcoxisilano para la silanización del TiO2. También se han llevado a cabo estudios fundamentales de solubilidad de octiltrietoxisilano en CO2 y de la cinética del proceso de silanización del TiO2. La modulación de las propiedades fisicoquímicas del scCO2 con la presión y la temperatura permite el control de las características del recubrimiento con silano. El proceso de silanización supercrítico se ha extendido a diferentes sistemas alcoxisilano-nanopartículas inorgánicas. Asimismo, se ha evaluado la tecnología de scCO2 para la preparación de materiales híbridos nanoestructurados que contengan nanopartículas inorgánicas silanizadas. El tratamiento superficial de las nanopartículas favorece la distribución homogénea de éstas en el material híbrido y mejora la interacción relleno-matriz orgánica. Se han procesado matrices biopoliméricas de interés en ingeniería tisular, compuestas de ácido poliláctico o la mezcla iv polimetilmetacrilato/policaprolactona, con adiciones de nanopartículas de TiO2 o hidroxiapatita, respectivamente. Para su procesado, se ha empleado scCO2 como no-disolvente utilizando la técnica Particles from a Compressed Anti-Solvent (PCA). Además, se han preparado partículas híbridas formadas por una mezcla lipídica de aceite de ricino hidrogenado y glicerilmonoestearato con adiciones de TiO2 y cafeína, con posibles aplicaciones en cremas para uso tópico. Estas partículas sólidas lipídicas se han obtenido usando la técnica Particles from Gas Saturated Solutions (PGSS) que emplea scCO2 como soluto. Por último, el proceso de silanización supercrítico se ha ensayado para materiales híbridos complejos multiescalados. Se han procesado materiales de base cemento empleando un proceso supercrítico de carbonatación-silanización en dos etapas. Primero, el cemento se carbonata de manera acelerada usando scCO2 como agente de carbonatación. Este cemento, ya carbonatado, se somete, finalmente, a un tratamiento hidrofóbico mediante silanización supercrítica, para su posible aplicación en confinamiento de residuos peligrosos en ambientes húmedos o como material de construcción duradero. / Nowadays, society is asking for a global changing in the way of manufacturing goods in a more sustainable manner. Indeed, the weight of the classical factors (cost, quality, appearance) influencing the acceptance of a certain good in the market have currently changed. Manufacturing requirements and regulations concerning environment protection (e.g., resource consumption, sustainability, toxicity, CO2 footprint, recycling potential) and quality features (e.g., product guarantees, durability against aggressive environments, corporate vision) are aspects of increasing concern. The competitive position of a company is influenced by seizing the opportunities and challenges and by managing the risks that the changeable market has. As a consequence, the industry is continuously looking for smart and innovative solutions for the design and manufacturing of materials with novel properties and increased added value, and for the production of materials already existing in the market in a more efficient manner. Nanostructured hybrid composites have emerged as a promising class of innovative materials for many industrial sectors (e.g., energy, optoelectronics, biomedicine, cosmetics). The multicomponent composition of these materials provides them with unique properties arising from the synergistic combination of the characteristics of their individual components structured at the nanolevel. Nevertheless, in numerous hybrid materials, the lack of coupling or bonding between the components often leads to anisotropic macroscopic properties, limiting their use. Hence, the interaction at the interphase between hybrid components must be properly engineered to enhance materials properties. In this PhD Thesis, the quest for sustainable and environmentally friendly processes led to the use of supercritical carbon dioxide (scCO2) for both the surface modification of nanometric inorganic particles and the preparation of nanostructured hybrid materials. These processes are designed for the replacement of conventional methods using organic solvents. vi Bifunctional alkoxysilane molecules, acting as adhesion promoters, are, herein, investigated for the surface modification of nanometric inorganic particles. The surface treatment of titanium dioxide (TiO2) nanoparticles with octyltriethoxysilane is taken as the model system for study. In terms of processing, scCO2 is used as the solvent of choice for alkoxysilanes for the surface modification of TiO2. Fundamental studies on the solubility of the used silane in CO2 in the pressure range 8-18 MPa at two different temperatures (318 and 348 K) and on the kinetics of the TiO2 silanization process are performed. For the scCO2-aided silanization process, studies are conducted to ascertain the effects and interactions of the operating variables on the properties of the final material. Results show that the tunable physicochemical properties of scCO2 with pressure and temperature (e.g., density, solvation power) allows the engineering control of the characteristics of the silane coating. Examples of the extension of the application of the supercritical silanization process to other sets of alkoxysilanes and inorganic nanoparticles are also presented. The preparation of hybrid materials including silanized inorganic nanoparticles and organic matrices is further tested using scCO2 technology. Surface treated nanoparticles are used to facilitate the homogeneous distribution of the nanoparticles within the matix and to improve the inorganic filler-organic matrix interaction. Biopolymeric matrices of either poly(L-lactic acid) (L-PLA) or the blend poly(methylmethacrylate)/poly(ε-caprolactone) (PMMA/PCL) loaded with nanometric titanium dioxide or hydroxyapatite, respectively, are prepared. To obtain these hybrid materials, scCO2 is employed as an anti-solvent, using the Particles from a Compressed Anti-Solvent (PCA) technique. Studies are performed to pursue the effect of the processing conditions on the morphology of the precipitated hybrid materials. The resulting material, obtained in the form of fibers, has suitable properties for its potential application in tissue engineering. In a different system, hybrid particles composed of a lipidic matrix (hydrogenated castor oil/glyceryl monostearate) loaded with silanized titanium dioxide and caffeine are prepared. The Particles from Gas Saturated Solutions (PGSS) technique, assisted by the use of scCO2 as a solute, is employed for the production of these solid lipid particles. The obtained hybrid material is evaluated concerning the drug carrier and release ability and the UV-shielding capacity. The UV-light protection and photoaging prevention capacity of the lipid-based hybrid material provide excellent properties for the use of these particles in the formulation of sunscreens and pharmaceutical dermal products. vii Finally, the possibility of extending the supercritical silane treatment to multiscale complex hybrid materials is assessed. The technology based on the use of scCO2 is presented for the two-step carbonation-silanization process of cement-based materials. In the first step, the carbonation of cement is accelerated using scCO2 as the carbonation agent. The effects of the cement formulation and process operation conditions on the microstructure and physicochemical properties of carbonated samples are evaluated. The carbonation process is followed by the hydrophobic treatment of the carbonated samples using a supercritical silanization method. The surface modification of carbonated cement with octyltriethoxysilane confers water repellence to the material. The carbonation-silanization process is scheduled and integrated to mitigate the consumption of raw materials and the use of facilities.

Este trabalho propõe um modelo matemático destinado à estimativa da profundidade de carbonatação e à previsão de vida útil de projeto de estruturas de concreto, envolvendo variáveis de entrada de fácil obtenção (como resistência à compressão, tipo de cimento, umidade relativa, entre outras). Com base no conhecimento de experts (grupo focal) criou-se o banco de dados que deu origem ao modelo, o qual considera as principais variáveis de influência na ação da carbonatação, incluindo: às características do concreto (resistência à compressão do concreto aos 28 dias, o tipo de cimento empregado, o teor de adição, quando houver); às condições de exposição (macro clima - ambiente interno ou externo, protegido ou não da chuva); e, às condições ambientais (umidade relativa média da região de exposição da estrutura e o teor de CO2 do ambiente). O modelo matemático proposto baseou-se no ajuste de dados considerando as leis físico-químicas pertinentes, o qual foi testado com dados de investigações experimentais realizadas por outros pesquisadores. Os resultados indicam que o mesmo representa a ação da carbonatação do concreto, apresentando potencial de generalização. Também foi empregado para a previsão de vida útil de projeto, com uma abordagem probabilística via Simulação de Monte Carlo (SMC) e Análise de confiabilidade, inserindo as variabilidades existentes no processo de degradação. Os resultados das simulações demonstram que o modelo pode ser empregado para estimativa de vida útil via processos estocásticos. O modelo foi desenvolvido essencialmente para servir como um suporte para a análise da durabilidade de estruturas de concreto armado em ambiente urbano, podendo ser empregado tanto para a estimativa da profundidade de carbonatação do concreto quanto para a previsão de vida útil de projeto de estruturas novas ou existentes, com abordagem determinística ou probabilística. As maiores vantagens do modelo são relacionadas à entrada de dados os quais podem ser obtidos com relativa facilidade, à facilidade de aplicação e ao potencial de generalização. / This research work proposes a mathematical model to estimate carbonation depths and the service life prediction of concrete structures using easily accessible input variables (such as compressive strength, cement type, relative humidity, etc.). The model was designed using a database which was developed using the knowledge of experts (focus group). This database assesses the main variables that affect carbonation in concrete (compressive strength at 28 days, type of cement, concentration of addition, if applicable), exposure conditions (macroclimate – indoors or outdoors, exposure to rain) and environmental conditions (mean relative humidity and carbon dioxide concentration of the area where the structure is located). The proposed model was tested using experimental data from other researchers and the results suggest that it accurately represents the effects of carbonation in concrete, with results that can be expanded to other structures. The mathematical model was also applied to forecasts of the service life of a project using the probabilistic approach of Monte Carlo methods (MC) and an analysis of reliability that accounted for the intrinsic variability found in decay processes. The results of the simulations show that the model can be used to estimate the service life of a project using a stochastic technique. The model was developed to serve mainly as a supporting feature in the assessment of durability in reinforced concrete structures in urban environments and can be applied both to estimates of carbonation depths and to the service life prediction of projects of new or existing structures, using deterministic or probabilistic approaches. The major benefits offered by this model are related to the input of data, which are readily available, its ease of use and its potential for application in general situations.

La carbonatation est une pathologie qui affecte les matériaux à base de ciment tels que les bétons et lesmortiers. Les zones carbonatées du matériau deviennent fragiles et perdent ainsi leur pouvoir deprotection des aciers contre la corrosion. Les produits de corrosion engendrent alors une dégradation dubéton pouvant aboutir à la ruine de la structure.Six types de bétons adjuvantés et deux pâtes de ciments ont été formulés grâce à une étude rhéologiqueafin d’étudier l’effet de la carbonatation accélérée et naturelle sur la durabilité des bétons et des pâtesde ciments à base de ressources algériennes. Pour ce faire, plusieurs méthodes d’investigation sontutilisées, aussi bien à l’échelle macroscopique que microscopique.En conclusion, le modèle rhéologique empirique développé peut être utilisé pour formuler des bétonsrésistants à la carbonatation. L’étude de la carbonatation démontre que le protocole accéléré, peut serévéler moins agressifs que la carbonatation naturelle, notamment pour des pâtes de ciment denses.Dans ce cas, la carbonatation accélérée de la surface tend à combler la microporosité superficielle dubéton, freinant ainsi la diffusion du dioxyde de carbone, contrairement à la carbonatation naturelle quiagit de manière plus diffuse sans totalement obstruer la porosité. Moins les bétons sont compacts, plusle protocole accéléré s’avère effectif. / The carbonation is a pathology which affects cement-based materials such as concretes and mortars.The carbonated skin of material becomes brittle and losses the protection of inner steels againstcorrosion. The corrosion products generate a degradation of the concrete which may lead to thecollapse of the structure.Six types of adjuvant concretes and two cement pastes have been designed by a rheological study inorder to study the effect of accelerated and natural carbonation on the sustainability of concretes andcement pastes based on algerian resources. For this purpose, several investigation methods were usedwith both macroscopic and microscopic scales.In conclusion, the empirical rheological model developed herein can be used to formulate concretesresistant to carbonation. The study of carbonation shows that the accelerated protocol may be lessaggressive than the natural one, especially for dense cement pastes. In this case, the acceleratedcarbonation of the surface tends to fill up the superficial microporosity of the concrete, slowing downthe production of carbon dioxide, contrary to the natural carbonation which acts more diffusely withoutcompletely obstructing the pores. The lesser compact is the concrete, the more effective is theaccelerated protocol.

This master’s thesis studies the problems of high temperatures on cement concretes, their following diagnostics from pre-treatment to rehabilitation, the emphasis was on the use of high-speed water jet. In the experimental part of the design of a concrete composition with basalt aggregate. Were reviewed the physico-mechanical properties after thermal loading. The influence of pressure water jet on the thermal load on concrete, pull-off test, the volume of the removed concrete with a strength evaluation and comparison.

The carbonation phenomenon, reaction between CO2 from the atmosphere in the presence of humidity with the Portland cement hydration products, induces pH reduction to levels that can cause the elimination of steel s protective layer, enabling the corrosion mechanism of the steel structure to start.. This is one of the main pathologies in the reinforced concrete and its occurrence depends on the existence of oxygen, humidity and potential difference between two different locations of the steel bar. This research analyzed the performance of different concrete mixtures produced with Portland cement with high levels of blast furnace slag, with and without the chemical activator sodium sulfate (Na2SO4), in relation to compressive strength, capillary absorption and carbonation. For comparison purposes, gray Portland cement concrete test samples were also cast. For the white Portland cement concrete, slag contents of 0% and 50%, without and with chemical activator at concentrations of 4% and 70% were chosen. With the gray Portland cement it was produced concrete with 0% and 50% of slag addition, with and without chemical activator. For each mixture was adopted water/binder ratios of 0.30, 0.42 and 0.55. The samples cast with white Portland cement, destined to the compressive strength tests were broken at 3, 7, 28 and 91 days and the capillary absorption tests were done 91 days after molding. The samples destined to accelerated carbonation tests, cast with the two kinds of cements, were submitted to an atmosphere with 2% CO2 concentration, temperature of 23±1ºC and relative humidity of 75±2%. The carbonation depths determination was realized in the ages of 0, 3, 6, 9 and 12 weeks, after entrance in the chamber. From results obtained it was noticed that compressive strength reduced as the slag content and water/binder ration increased. In more advanced ages, however, the difference in compressive strength between mixtures with slag and the reference mixture was smaller than in the first ages. The capillary absorption reduced with the slag content increase, as a consequence of the refinement pores. The carbonation depth, for the white and gray concretes, increased with the slag content and the chemical activator utilization. In a comparison between white and gray Portland cement concretes, for the same slag content and water/binder ratio, the higher carbonation depths were reached with the white concrete, and this difference was higher when the water/binder ratio was increased. / O fenômeno da carbonatação, reação entre o CO2 da atmosfera em presença de umidade com os produtos de hidratação do cimento Portland, provoca a redução do pH do concreto a níveis que podem causar a eliminação da película passivadora do aço, podendo ocorrer a instalação do mecanismo de corrosão das armaduras, uma das principais patologias em estruturas de concreto armado, desde que para isto, exista oxigênio, umidade e uma diferença de potencial entre dois pontos distintos da barra de aço. Esta pesquisa analisou o desempenho de diferentes misturas de concretos produzidos com cimento Portland branco com altos teores de escória de alto forno, com e sem ativador químico sulfato de sódio (Na2SO4), frente à resistência à compressão, absorção capilar e carbonatação. Para efeito de comparação da resistência à carbonatação, também foram moldadas amostras com concreto de cimento Portland cinza. Para o concreto de cimento Portland branco foram adotados os teores de adição de escória de 0%, 50% sem e com ativador químico no teor de 4% e 70%. Com o cimento Portland cinza foram produzidos concretos com 0% e 50% de adição de escória sem e com ativador químico. Para cada mistura foram adotadas três relações água/aglomerante, 0,30, 0,42 e 0,55. Os corpos-deprova, moldados com cimento Portland branco, destinados aos ensaios de resistência à compressão foram rompidos aos 3, 7, 28 e 91 dias e os ensaios de absorção capilar foram realizados 91 dias após a moldagem. As amostras destinadas ao ensaio de carbonatação acelerada, moldadas com os dois tipos de cimento, foram submetidas a uma atmosfera com concentração de 2% de CO2, temperatura de 23±1ºC e umidade relativa de 75±2%. A determinação da profundidade carbonatada foi realizada nas idades de 0, 3, 6, 9 e 12 semanas, após a entrada na câmara de carbonatação. Dos resultados obtidos constatou-se redução nos valores de resistência à compressão das misturas com escória com o aumento no teor de adição e da relação água/aglomerante, porém, em idades mais avançadas, a diferença entre as resistências das misturas com adição e aquelas da mistura de referência foi menor que nas primeiras idades. A absorção capilar diminuiu com o aumento no teor de adição de escória, conseqüência do refinamento dos poros. A profundidade de carbonatação, para os concretos branco e cinza, aumentou com o aumento no teor de escória e a utilização de ativador químico. Na comparação entre os concretos de cimento Portland branco e cinza analisados, para mesmo teor de adição e relação água/aglomerante, as maiores profundidades de carbonatação foram atingidas pelo concreto branco, e esta diferença foi maior à medida que aumentou a relação água/aglomerante.

Este trabalho propõe um modelo matemático destinado à estimativa da profundidade de carbonatação e à previsão de vida útil de projeto de estruturas de concreto, envolvendo variáveis de entrada de fácil obtenção (como resistência à compressão, tipo de cimento, umidade relativa, entre outras). Com base no conhecimento de experts (grupo focal) criou-se o banco de dados que deu origem ao modelo, o qual considera as principais variáveis de influência na ação da carbonatação, incluindo: às características do concreto (resistência à compressão do concreto aos 28 dias, o tipo de cimento empregado, o teor de adição, quando houver); às condições de exposição (macro clima - ambiente interno ou externo, protegido ou não da chuva); e, às condições ambientais (umidade relativa média da região de exposição da estrutura e o teor de CO2 do ambiente). O modelo matemático proposto baseou-se no ajuste de dados considerando as leis físico-químicas pertinentes, o qual foi testado com dados de investigações experimentais realizadas por outros pesquisadores. Os resultados indicam que o mesmo representa a ação da carbonatação do concreto, apresentando potencial de generalização. Também foi empregado para a previsão de vida útil de projeto, com uma abordagem probabilística via Simulação de Monte Carlo (SMC) e Análise de confiabilidade, inserindo as variabilidades existentes no processo de degradação. Os resultados das simulações demonstram que o modelo pode ser empregado para estimativa de vida útil via processos estocásticos. O modelo foi desenvolvido essencialmente para servir como um suporte para a análise da durabilidade de estruturas de concreto armado em ambiente urbano, podendo ser empregado tanto para a estimativa da profundidade de carbonatação do concreto quanto para a previsão de vida útil de projeto de estruturas novas ou existentes, com abordagem determinística ou probabilística. As maiores vantagens do modelo são relacionadas à entrada de dados os quais podem ser obtidos com relativa facilidade, à facilidade de aplicação e ao potencial de generalização. / This research work proposes a mathematical model to estimate carbonation depths and the service life prediction of concrete structures using easily accessible input variables (such as compressive strength, cement type, relative humidity, etc.). The model was designed using a database which was developed using the knowledge of experts (focus group). This database assesses the main variables that affect carbonation in concrete (compressive strength at 28 days, type of cement, concentration of addition, if applicable), exposure conditions (macroclimate – indoors or outdoors, exposure to rain) and environmental conditions (mean relative humidity and carbon dioxide concentration of the area where the structure is located). The proposed model was tested using experimental data from other researchers and the results suggest that it accurately represents the effects of carbonation in concrete, with results that can be expanded to other structures. The mathematical model was also applied to forecasts of the service life of a project using the probabilistic approach of Monte Carlo methods (MC) and an analysis of reliability that accounted for the intrinsic variability found in decay processes. The results of the simulations show that the model can be used to estimate the service life of a project using a stochastic technique. The model was developed to serve mainly as a supporting feature in the assessment of durability in reinforced concrete structures in urban environments and can be applied both to estimates of carbonation depths and to the service life prediction of projects of new or existing structures, using deterministic or probabilistic approaches. The major benefits offered by this model are related to the input of data, which are readily available, its ease of use and its potential for application in general situations.

The carbonation is a physicochemical phenomenon that occurs naturally in concrete structures. The greater the presence of carbon dioxide (CO₂) in the atmosphere and in contact with moisture and hydration products of cement, the greater the depth of carbonation. Its main effect by reducing the alkalinity (pH) is the armature depassivation, which leaves the steel unprotected and susceptible to corrosion. In view of this, the present study aimed to verify the technical viability of using unground rice husk ash (natural NRHA) in partial replacement of cement for concrete for structural purposes against accelerated carbonation, as well as to collaborate with sustainable development in construction, since NRHA are residues from industrial processes of grain processing, which often are discarded directly into the environment without any environmental concern. Based on these principles, the mixtures were investigated CPII-Z and CP-IV with contents of 15% of cement mass replacement by NRHA and GRHA for w/b ratios of 0.45, 0.55 and 0.65 and compared with the REF mixtures. The depths were verified, the carbonation coefficients and the calcium hydroxide contents remaining after 91 days. Accelerated carbonation tests were performed at 4, 8, 12 and 16 weeks of exposure to CO₂ in an environmental chamber as the recommendation of RILEM TC 116-PCD (1999). The results showed that the carbonation depths were increased over time and the w/b ratios stipulated in this study for all mixtures, yielding the lowest depths to the lowest w/b of REF and CPII-Z mixtures. For NRHA mixtures, predominated shallower depths for both cements (CPII-Z and CP-IV) when compared with GRHA, yielding lower depths for CPII-Z than for CP-IV. When compared on an equal w/b ratio and resistance, was observed that carbonation coefficients depended on the type of cement and on the RHA of each mixture. The lowest coefficients were obtained for REF and CPII-Z mixtures, as well the highest contents of calcium hydroxide (CH) when compared to the contents of CP-IV. For mixtures containing RHA additions, predominated better results for NRHA mixtures compared with GRHA, verifying for mixtures of NRHA of CPII-Z and CP-IV for resistance C30 it is possible to use in concrete for structural purposes when the variable to be considered is the carbonation. / A carbonatação é um fenômeno físico-químico que ocorre naturalmente nas estruturas de concreto. Quanto maior a presença de dióxido de carbono (CO₂) na atmosfera e, em contato com a umidade e os produtos de hidratação do cimento, maior será a profundidade de carbonatação. Seu principal efeito pela redução da alcalinidade (pH) é a despassivação da armadura, que deixa o aço desprotegido e susceptível a corrosão. Em vista disso, a presente pesquisa teve por objetivo verificar a viabilidade técnica do emprego da cinza de casca de arroz sem moagem (natural - CCAN), em substituição parcial de cimento, para concretos com fins estruturais frente a carbonatação acelerada, assim como, colaborar com o desenvolvimento sustentável na construção civil, já que as CCAN são resíduos de processos industriais do beneficiamento do grão onde, muitas vezes, são descartadas diretamente no meio ambiente sem nenhuma preocupação ambiental. Baseados nestes preceitos, foram investigadas misturas de CPII-Z e CP-IV com teores de 15% de substituição de cimento em massa por CCAN e CCAM para as relações a/ag de 0,45; 0,55 e 0,65 e comparadas com as misturas de REF. Foram verificadas as profundidades, os coeficientes de carbonatação e os teores de hidróxido de cálcio remanescentes aos 91 dias. Os ensaios de carbonatação acelerada foram realizados em 4, 8, 12 e 16 semanas de exposição ao CO₂ em câmara climática e conforme determina a RILEM TC 116-PCD (1999). Os resultados mostraram que as profundidades de carbonatação foram crescentes ao longo do tempo e das relações a/ag estipulados nesta pesquisa para todas as misturas, obtendo-se as menores profundidades para menores a/ag das misturas de REF de CPII-Z. Para as misturas de CCAN, predominaram profundidades menores para os dois cimentos utilizados (CPII-Z e CP-IV) quando comparadas com as CCAM, obtendo-se para as de CPII-Z profundidades inferiores as de CP-IV. Quando comparados em igualdade de relação a/ag e de resistência, observou-se que os coeficientes de carbonatação dependeram do tipo de cimento e de CCA de cada mistura, sendo os menores obtidos para as misturas de REF de CPII-Z, assim como os maiores teores de hidróxido de cálcio (CH), quando comparados aos de CP-IV. Para as misturas contendo adições de CCA, predominou melhores resultados para as misturas de CCAN quando comparadas com as CCAM, verificando-se para as misturas de CCAN de CPII-Z e CP-IV para a resistência C30 que existe a possibilidade de utilização em concretos para fins estruturais quando a variável a ser considerada é a carbonatação.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The concrete is the principal featured in the construction industry, in terms of volume and demand of natural resources for its production. It is need to seek sustainability through researches to assist in the upgrade industry. Studies for this purpose have been gaining ground in different areas, and exploring important information to human knowledge. Besides the environmental assessment, it is interesting to apply economic aspects. This research seeks to assess the sustainability of structural concrete by durability testing of carbonation in the laboratory and analyzing the modular Life Cycle Assessment (LCA - m) through the computer program SimaPro and Life Cycle Costs Analysis (LCCA). Evaluated the sustainability assessment of a reinforced concrete pillar of a standard building in Santa Maria region, RS - Brazil, ranging from the cement type (CPII - Z, CPIV and CPV-ARI) and characteristic strength levels (fck 30 and 50 MPa), since the phases of production, use, maintenance and deconstruction/recycling of this functional unit (period between cradle-togate). It is useful life was estimate by the analysis of carbonation coefficients, by natural and accelerated methods. It was conclude that the increase in concrete strength from 30 to 50 MPa is favorable in all the studied factors. The cement variation was decisive for fck = 30 MPa, for the life of the project for minimum standard was not met with CPIV and CPV-ARI. The cement CPII-Z achieved the best results. / O concreto é o principal destaque na indústria da construção, em termos de volume e demanda de recursos naturais para sua produção. É preciso buscar sua sustentabilidade, através de pesquisas que auxiliem na atualização da indústria. Estudos com esta finalidade vêm ganhando espaço nas diferentes áreas, e explorando informações importantes para o conhecimento humano. Além da avaliação ambiental, torna-se interessante a aplicação de aspectos econômicos. Esta pesquisa busca avaliar quantitativamente a sustentabilidade do concreto estrutural através de ensaio de durabilidade à carbonatação em laboratório utilizando Análise do Ciclo de Vida modular (ACV-m) por meio do programa computacional SimaPro e do Custo do Ciclo de Vida (CCV). Avaliou-se a sustentabilidade de um pilar de concreto armado de uma edificação padrão da região de Santa Maria, RS Brasil, variando-se o tipo de cimento (CPII-Z, CPIV e CPV-ARI) e níveis de resistência característica à compressão (fck 30 e 50 MPa), desde as fases de produção, de uso, de manutenção e de desconstrução/reciclagem desta unidade funcional estrutural (período compreendido entre berço e o túmulo). Sua vida útil foi estimada pela análise dos coeficientes de carbonatação, por meio dos métodos natural e acelerado. Concluiu-se que o acréscimo da resistência do concreto de 30 para 50 MPa é favorável em todos os fatores estudados. A variação do cimento foi decisiva para fck = 30 MPa, pois a vida útil de projeto mínima por norma não foi atingida com CPIV e CPV-ARI. O cimento CPII-Z obteve os melhores resultados.

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.