3.1 Materiais

Os corpos de prova cilíndricos de concreto empregados em ambas as fases da pesquisa foram dosados com cimento do tipo CPV - ARI, com as dimensões de 100 mm de diâmetro e 200 mm de altura. Para cada caso do estudo foram realizadas três repetições, ou seja, 3 corpos de prova nas mesmas condições para cada medida, e foi calculada a média dos resultados.

A Tabela 1 mostra a composição química do cimento e do fíler de quartzo empregados no proporcionamento dos materiais na dosagem do concreto. Além disso, as características físicas do cimento e do fíler de quartzo estão representadas na Tabela 2.

Como agregado miúdo utilizou-se areia natural quartzosa proveniente de Balsa Nova - Brasil, que tem massa específica de 2,63 g/cm³, massa unitária de 1,54 g/cm³ e módulo de finura de 2,34. O agregado graúdo foi basalto com dimensão máxima de 19 mm e massa específica de 2,64 g/cm³.

A proporção de mistura do concreto utilizado foi de 1 : 0,10 : 2,25 : 3,00 (cimento : fíler de quartzo : agregado miúdo : agregado graúdo) com relação água/cimento de 0,50. O slump foi mantido constante na faixa de 10 ± 2 cm. Este concreto apresentou resistência à compressão de 43 MPa e sorvidade de água foi 0,0059 g/cm².horas^0,5.

Antes de iniciar a carbonatação acelerada, foi adotado um processo de sazonamento que consistiu no método NORIE, apresentado em ^{Pauletti (2004}). O processo consiste em dispor os corpos de prova em uma sala climatizada com umidade e temperatura controladas e, quando a variação do peso do corpo de prova for menor que 0,10 g em 24 horas, a amostra está apta para o ensaio de carbonatação acelerada.

As amostras foram sujeitas à carbonatação acelerada durante 12 semanas em câmara de carbonatação com teor de CO₂ de 5 ± 0,5%. A umidade relativa no interior do equipamento foi estabelecida em 60 ± 1 % e a temperatura à 40 ± 0,3ºC. O coeficiente de carbonatação do concreto de substrato foi de 1,96 mm/semana^0,5. Estes dados estão em concordância com o publicado por ^{Medeiros, Raisdorfer e Hoppe Filho (2017}).

3.2 Métodos

Concreto carbonatado - Sem cloretos:

Inicialmente analisou-se a validade das soluções de hidróxido de sódio e hidróxido de cálcio no aumento do pH da superfície do concreto e subsequente extinção do resultado “falso positivo” causado pela carbonatação no método de aspersão de solução de AgNO₃.

Para isso, foram utilizados corpos de prova carbonatados e sem cloretos. Cada um dos corpos de prova foi seccionado, longitudinalmente, em quatro fatias de mesma altura para aspersão das soluções de NaOH e Ca(OH)₂. Em duas fatias do corpo de prova aspergiu-se solução aquosa saturada de hidróxido de sódio (150,00 g/L), e nas outras duas seções, aspergiu-se a solução aquosa saturada de hidróxido de cálcio (1,85 g/L), objetivando testar a eficácia das soluções. A fim de se obter secagem rápida das fatias, elas foram levadas à câmara seca com 55 ± 5% de umidade relativa e temperatura à 23 ± 2ºC por cerca de uma hora.

Após este procedimento, em uma metade da seção transversal de cada um quarto de amostra seccionada, aplicou-se solução de fenolftaleína na proporção de 5 g de fenolftaleína para 276,15 g de álcool etílico para 150 g de água destilada. Na outra metade aspergiu-se, duas vezes sucessivamente, solução de nitrato de prata na concentração de 0,10 mol/L. A aplicação de nitrato de prata foi repetida para aumentar o contraste de cores entre as áreas com e sem cloretos, assim como foi executado no trabalho de ^{Baroghel-Bouny et al. (2007}).

Realizou-se, então, avaliação visual nas amostras. Se a fração com indicador químico de fenolftaleína adquirisse coloração vermelha carmim em toda sua extensão, a solução alcalina teria sido eficaz para aumentar o pH da frente de carbonatação e evitar o “falso positivo”. Ao mesmo tempo, a metade com solução de AgNO₃ deveria mudar, em toda sua extensão, para a coloração marrom, ou seja, não deveria apontar o resultado “falso positivo” de presença de íons cloreto, pois os corpos de prova estavam apenas carbonatados, sem cloretos. A Figura 2 mostra o esquema do experimento idealizado.

Figura 2 Esquema do experimento para eliminação do resultado “falso positivo” causado pela carbonatação. 

Concreto carbonatado - Com cloretos:

Em seguida, o experimento foi conduzido no sentido de medir, com solução aquosa de nitrato de prata, a profundidade de penetração de cloretos em corpos de provas afetados por carbonatação e ataque por cloretos, simultaneamente. Foi aplicada, previamente, a solução alcalina inibidora dos efeitos da carbonatação na superfície do concreto. Para isso, foram utilizados três corpos de prova para cada tempo de penetração acelerada de cloretos (24h, 48h e 72h), totalizando 9 corpos de prova.

Para induzir a entrada de cloretos nas amostras de forma rápida, elaborou-se um sistema baseado na migração de cloretos. A migração dos íons é causada pela diferença de potencial elétrico entre os meios. Os íons positivos se movem em direção ao polo negativo e os íons negativos se movem em direção ao polo positivo. De acordo com ^{Medeiros (2008}), essa movimentação ocorre tanto por meio de migração quanto por difusão, porém, a migração é mais considerável nestas condições de ensaio.

Para o ensaio deste experimento, todos os corpos de prova foram saturados e, depois, imersos em solução aquosa com 3% de NaCl, uma vez que a migração ocorre em meio saturado. Depois, conectou-se uma barra de aço e uma tela metálica à uma fonte elétrica de 30 V induzindo o polo positivo no orifício no interior da amostra. Desta forma, os ânions Clˉ, desassociados na solução de cloreto de sódio, foram eletrostaticamente atraídos para dentro dos corpos de prova. A Figura 3 mostra um esquema do aparato montado para a indução da penetração de cloretos nos corpos de prova de concreto.

Após o período de imersão/migração de cloretos, os elementos de concreto foram secos em estufa à 40°C por 24 horas, esfriados por mais um dia e, então, rompidos para aspersão das soluções alcalinas. A solução alcalina foi aplicada para elevar o pH da frente de carbonatação na superfície recém fraturada e evitar a ocorrência do resultado “falso positivo”. Após a aspersão desta solução, os corpos de prova testados permaneceram em câmara seca (55±5% e 23±2 ^oC de temperatura) durante 01 hora para eliminar o excesso de umidade na superfície do concreto.

Posteriormente, aplicou-se as soluções de fenolftaleína (para confirmar que a solução alcalinizou a superfície) e de nitrato de prata para tentar mensurar a profundidade de penetração de cloretos. Com a distinção das regiões esbranquiçada e marrom na metade com nitrato de prata, foi possível medir a profundidade de penetração de cloretos a partir da superfície do elemento. As medidas foram realizadas com paquímetro e em cinco pontos diferentes da metade da seção transversal, como esquematizado na Figura 4.

Figura 3 Esquema de ensaio de migração de cloretos: (a) esquema da ligação elétrica; (b) foto do experimento montado. 

Figura 4 Esquema dos locais de medida da profundidade de carbonatação e da penetração de íons cloreto. 

Para confirmar a profundidade de penetração de cloretos com o teste colorimétrico, foi determinado o perfil de cloretos usando o procedimento de coleta de amostra da ^{RILEM TC 178-TMC} publicado por ^{Vennesland, Climent, Andrade (2013}). Desse modo, após o processo de migração de cloretos, os corpos de prova foram secos em uma estufa a 40 °C durante 24 horas e resfriados ao ar durante mais 24 horas. Depois disso, o terço médio dos corpos de prova cilíndricos de Ø10 x 20 cm foi usado para a coleta de pó com uma furadeira. A coleta de amostras foi realizada a cada 10 mm de profundidade, até 40 mm de profundidade. Para cada profundidade de coleta de pó, foi efetivada a determinação do teor de cloretos solúveis em ácido (cloretos totais) por titulação com nitrato de prata após um ataque com ácido nítrico, como procedimento detalhado na ^{ASTM C1152 (2020)}.

4.1 Concreto carbonatado - Sem cloretos:

A Figura 5 apresenta o resultado da tentativa de neutralizar o efeito da carbonatação no teste com o nitrato de prata utilizando a aspersão de uma solução aquosa saturada com hidróxido de cálcio e uma com hidróxido de sódio. Todas as amostras estavam carbonatadas e sem contaminação por cloretos.

Observa-se que a aspersão de solução saturada de hidróxido de cálcio não elevou o pH da camada de concreto carbonatada a ponto de atingir o ponto de viragem da solução indicadora química de fenolftaleína. É provável que isso tenha ocorrido em função da baixa concentração de hidroxila na solução saturada como hidróxido de cálcio. Isso ocorre devido à baixa solubilidade do Ca(OH)₂, conforme relatado por ^{Réus (2017}).

Por outro lado, a solução de hidróxido de sódio elevou a basicidade do concreto, o que foi verificado na análise visual após aspersão do indicador químico de pH e da solução de AgNO₃, resultado semelhante ao encontrado por ^{Pontes et al. (2020}). A solução de NaOH também foi eficaz para realcalinizar amostras de concreto no trabalho de ^{Réus (2017}) e ^{Réus e Medeiros (2020)}.

Desse modo, pode-se dizer que a aspersão de solução saturada com hidróxido de sódio foi eficaz em eliminar a ocorrência de “falso positivo” quando se faz a aspersão de solução aquosa de nitrato de prata em concretos carbonatados, porém, sem contaminação por cloretos.

Figura 5 Corpos de prova carbonatados com (a) aspersão prévia de solução de Ca(OH)₂ (b) aspersão prévia de solução de NaOH. 

4.2 Concreto carbonatado - Com cloretos:

Após a imersão das amostras de concreto na solução de cloreto de sódio no ensaio de migração de cloretos, mediu-se a profundidade de penetração de íons cloreto ao término dos ciclos de 24 horas, 48 horas e 72 horas de ensaio (Figura 6-a). Essa medição foi realizada com a aplicação prévia da solução de hidróxido de sódio, eficaz em alcalinizar o concreto carbonatado como indicado na Figura 5. Este procedimento foi realizado para impedir a ocorrência do resultado “falso positivo” que a solução de nitrato de prata apresenta em amostras carbonatadas.

A entrada de cloretos ocorreu gradativamente ao longo do tempo de ensaio e a profundidade final de penetração de cloretos no concreto foi de 26,8 mm.

A Figura 6-b mostra o perfil de cloretos totais determinado no concreto deste experimento, após 72 h de migração com a ddp de 30 V. Os dados mostram a coerência do resultado de profundidade de penetração de cloretos pelo método colorimétrico, de modo que a viragem de cor ocorreu a partir do teor de cloretos de 0,08% em relação a massa de cimento. Esta comparação foi realizada de modo a obter uma comprovação da coerência do método proposto para determinação da profundidade de penetração de cloretos.

Figura 6 Resultados nos corpos de prova de concreto carbonatado e contaminado com cloretos: (a) Profundidade de penetração de cloretos com o método colorimétrico; (b) Perfil de cloretos para verificar a eficácia do método colorimétrico; (c) Ilustração da aceleração do ingresso de cloretos por migração; (d) Corpos de prova carbonatados e com penetração de cloretos - tratamento prévio com solução de NaOH e posterior aplicação de solução de AgNO₃. 

A Figura 6-c ilustra o experimento de migração de íons cloretos e a Figura 6-d mostra uma foto de um corpo de prova após a aplicação do método colorimétrico. Esta foto mostra um corpo de prova recém fraturado cuja superfície foi previamente tratada com aspersão de solução de NaOH e posteriormente foi aplicada a solução de AgNO₃. Mais uma vez observou-se que a solução de hidróxido de sódio eliminou o efeito “falso positivo” gerado pela carbonatação do concreto no método de aspersão de nitrato de prata. Isso fica evidente, pois a região das amostras com aspersão de fenolftaleína não identificou a área carbonatada, apenas a seção com solução de AgNO₃ gerou mudança de coloração nas regiões com presença de cloretos livres, já que nesta fase as amostras estavam carbonatadas e contaminadas por cloretos.