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Previous issue date: 2016-07-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The carbonation phenomenon consists in a physicochemical process which reduces the alkalinity of concrete. Carbonation can destabilize the protective layer of the steel, leaving it susceptible to corrosion, which is one of the most significant and costly causes of deterioration in reinforced concrete. Accordingly, chemical analysis of the pore solution has been held for about 60 years, but few studies are focused on types of concrete containing mineral additions subjected to carbonation, due to the difficulty of obtaining the pore solution, given its structure densification under these conditions. Depending on the concrete composition, the natural carbonation process can take several years to present sufficient analyzable data, therefore, most of the studies on this topic use accelerated tests to simulate this phenomenon. However, even with full control of the laboratory environment, it is not possible to reproduce the randomness of the variables responsible for the degradation that occur in real situations. This study aims to evaluate the process of natural carbonation in 36 different types of concrete or analysis conditions, which cover a wide range of characteristics and properties of concrete that represent the various service situations of the structures, after about 14 years of exposure, in typical urban environment. The results are presented for types of concrete with and without mineral additions (silica fume, rice husk ash, metakaolin, fly ash and blast furnace slag); three water/binder (0.40, 0.55 and 0.70) and two curing conditions (dry-cured and moist-cured). The study was conducted by the application of simplified models of carbonation and statistical analysis on an extensive experimental database (over 2000 measurements) obtained by eight evaluations of carbonation carried at different ages, through 14 years of natural exposure prototypes of concrete beams. In addition, chemical analysis of pH, ionic strength and conductivity of the pore solution - obtained through innovative method - were conducted in both the carbonated layer and the non-carbonated layer of concrete. The results indicate that the empirically-analytical model proposed by Tuutti, has an excellent representativity of carbonated depth over time. The use of a coefficient of carbonation, from Tuutti’s model, calculated from early ages, can generate mistaken conclusions: underestimating the dry-cured
concrete and overestimating the moist-cured concrete. In the overall analysis of the natural carbonation coefficients obtained by ANOVA showed that the water/binder ratio is the most significant factor, followed by curing type and, finally, the type of addition. The best performances as the carbonation are observed to the lower water/binder concretes, subjected to wet cure. Under the method used to obtain the pore solution, it was possible to compare the difference between the chemical properties of non-carbonated and carbonated layers of each type of concrete analyzed. / O fenômeno da carbonatação consiste em um processo físico-químico que leva à redução de alcalinidade do concreto. Isto pode desestabilizar a camada protetora do aço, deixando-o passível de corrosão, que é uma das mais importantes e onerosas causas de deterioração do concreto armado. Nesse sentido, a análise química da solução do poro tem sido realizada há cerca de 60 anos, contudo raros trabalhos focam em concretos submetidos à carbonatação contendo adições
minerais, dada a dificuldade de se obter a solução devido à densificação na estrutura porosa nessas condições. Dependendo da composição do concreto, o processo de carbonatação natural pode levar vários anos para apresentar dados passíveis de análise, diante disso, a maioria dos estudos nesse tema utilizam ensaios acelerados para simular tal fenômeno, contudo, mesmo com todo controle do ambiente de laboratório, não se pode reproduzir a aleatoriedade das variáveis que ocorre em situações reais de degradação. Este trabalho tem como objetivo avaliar o processo de carbonatação natural em 36 diferentes concretos ou condições de análise, os quais cobrem uma ampla faixa de características e propriedades dos concretos, representando as mais diversas situações de serviço para as estruturas, após cerca de 14 anos de exposição, em ambiente típico urbano. São, portanto, apresentados resultados de concretos sem e com adições minerais (sílica ativa, cinza de casca de arroz, metacaulim, cinza volante e escória de alto-forno); três relações água/ligante (0,40; 0,55 e 0,70) e duas condições de cura (seca e úmida). O estudo se deu por meio de aplicações de modelos simplificados de carbonatação e análises estatísticas em um extenso banco de dados experimentais (mais de 2000 medidas) obtido por oito avaliações da frente de carbonatação realizadas em diferentes idades, durante 14 anos de exposição natural de protótipos de vigas de concreto. Foram realizadas também análises químicas de pH, força iônica e condutividade da solução do poro, obtida através de método inovador, tanto da camada carbonatada quanto da camada não carbonatada dos concretos. Os resultados indicam que o modelo empírico-analítico, proposto por Tuutti, possui excelente representatividade da profundidade carbonatada ao longo do tempo. A utilização de um coeficiente de carbonatação, do modelo de Tuutti, calculado a partir de idades iniciais pode gerar conclusões equivocadas: subestimando os concretos sem cura e superestimando os de cura úmida. A análise global dos coeficientes de carbonatação, obtidos pela ANOVA, demonstrou que a relação água/ligante é o fator mais significativo, seguido do tipo de cura e, por último, o tipo de adição. Os melhores desempenhos quanto à carbonatação são observados para os concretos de menor relação água/ligante, submetidos à cura úmida. De acordo com o método empregado para obtenção da solução do poro, foi possível comparar a diferença entre as propriedades químicas da camada não carbonatada e a carbonatada, para toda a família de concretos analisada.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.bc.ufg.br:tede/6319 |
| Date | 27 July 2016 |
| Creators | Pires , Plínio Ferreira |
| Contributors | Carasek , Helena, Carasek , Helena, Campos , Marcus Siqueira, Pauletti , Cristiane |
| Publisher | Universidade Federal de Goiás, Programa de Pós-graduação em Geotecnia, Estruturas e Construção Civil (EEC), UFG, Brasil, Escola de Engenharia Civil - EEC (RG) |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFG, instname:Universidade Federal de Goiás, instacron:UFG |
| Rights | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 6915322422128222104, 600, 600, 600, 600, 724087251626315585, 8794820169253231856, 2075167498588264571 |
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