1
A MISTERIOSA REAÇÃO
ÁLCALI-AGREGADO
Conceitos atuais
Prof. Dr. Claudio Sbrighi
IBRACON / CPTI/ IPT
junho/ 2009
ABECE – São Paulo
2
3
OBRA INDUSTRIAL
Aspecto macro da estrutura
4
RAA Quebec Canadá
5
6
CONCEITOS ATUAIS
VÁRIAS AMOSTRAS DE AGREGADO VÁRIOS LABORATÓRIOS
UMA AMOSTRA VÁRIOS LABORATÓRIOS
RESULTADOS DIFíCEIS DE INTERPRETAR
?
?
??
?
Mistério
Interesses difusos
7
Reações químicas entre os álcalis (sódio e potássio) do cimento e agregados com características reativas ( minerais ou texturais)
Geram produtos sílico-cálcico-alcalinos (géis expansivos ou cristais)
Causam fissuração e deslocamentos estruturais
REAÇÕES ÁLCALI-AGREGADO
8
Descritas por Stanton (1940) na Califórnia
No Brasil os primeiros estudos são da década de 60, época da construção da Barragem de Jupiá
1985 foi divulgado o primeiro caso de RAA: UHE Apolônio Sales de Oliveira (Moxotó)
REAÇÕES ÁLCALI-AGREGADO: HISTÓRICO
9
Historicamente a maior parte das
ocorrências de RAA são verificadas
em barragens mas hoje já há
registros em pontes, pavimentos,
dormentes e edifícios.
10
Reação álcali-sílica
Reação álcali-silicato
Reação álcali-carbonato
TIPOS DE REAÇÕES ÁLCALI-AGREGADO
11
Agregado Reativo
Álcalis Água
RAA
Condições para a ocorrência da RAA
12
Condições Agregado reativo
para Álcalis solúveis (sódio e potássio)
ocorrência Umidade
Temperatura
REATIVIDADE ÁLCALI-AGREGADO
13
AGREGADOSAGREGADOSREATIVOSREATIVOS
TIPOS DE REAÇÃO
RochasQuartzo
MilonitizadasTensionado
Álcali-silicato
Álcali-Silica
Cálcários Dolomíticos
Calcários Argilosos
Álcali-Carbonato
Opala
Calcedônia
Cristobalita
Tridimita
Vidros Vulcânicos
14
vidro vulcânico
TIPOS DE AGREGADOS REATIVOS
15
Minerais finos
TIPOS DE AGREGADOS REATIVOS
16
O grão é uniformente “brilhante” (A) e totalmente escuro (B) sob microscópio de luz polarizada quando se gira a platina
(A) (B)
Quartzo não reativo
17
exibe extinção ondulante, isto é, áreas claras (A) e escuras (B) num mesmo grão, quando se rotaciona a platina do microscópio sob luz polarizada.
(A)(B)
Quartzo reativo ou tensionado
18
Sílica criptocristalina constituída por calcedônia reativa
19
Agregado Álcalis Gel de silicato
+ do cálcico alcalino
silicoso cimento
MECANISMO DA REAÇÃO
20
Reação mais rápida
Álcalis do cimento + sílica
Na+ e K+
opala, calcedônia, vidro vulcânico
MECANISMO DA REAÇÃO ÁLCALI-SÍLICA
21
Álcalis do cimento + rochas carbonáticas compostas por calcita, dolomita e argilominerais
Não há formação de gel
Deterioração ocorre em função da decomposição da dolomita (desdolomitização)
Os argilominerais parecem ser os responsáveis pela expansão
MECANISMO DA REAÇÃO ÁLCALI-CARBONATO
É o tipo de reação mais rara no Brasil
22
Reação mais lenta que a álcali-sílica
Álcalis do cimento + sílica
Na+ e K+
quartzo, argilominerais
MECANISMO DA REAÇÃO ÁLCALI-SILICATO
É o tipo de reação mais importante no Brasil
23
24
25
Gel expansivo nas bordas do agregado e preenchendo os poros
26
ESTUDOS DE PREVENÇÃO DA REAÇÃO ÁLCALI - AGREGADO
27
O princípio da prevenção se baseia na escolha adequada dos constituintes do concreto (cimentos, agregados e adições) e de seu traço, através da realização de ensaios de caracterização e ensaios específicos de desempenho.
ESTUDOS DE PREVENÇÃO DA REAÇÃO ALCALI – AGREGADO EM LABORATÓRIO
AGREGADOS
ESTUDOS DE PREVENÇÃO DA REAÇÃO ÁLCALI - AGREGADO
29
ENSAIO PETROGRÁFICO ( NBR 15 577- Parte 3/ NBR 7389)
Princípio : Observação por microscopia e detecção de fases reativas
Status: Ensaio de avaliação potencial
Principais fases reativas : Opala, calcedônia, vidro vulcânico, silex,
quartzo com extinção ondulante, silicatos com granulação fina tridimita, cristobalita, calcários dolomíticos argilosos.
30
ENSAIO NBR 15 577 – Parte 4
Princípio: Variação dimensional de barras de argamassa utilizando o agregado e cimento padronizado com alto teor de álcalis e curadas a 80ºC.
Limites: Máx. 0,19% ( 30 dias )
Status: Ensaio de curta duração
31
32
NBR 15 577 – Parte 6
Principio : Medição da expansão em prismas de concreto à temperatura de 38 oC (75 X 75 X 275 mm)
Status : Avaliação potencial
Limite : 0,04% em 1 ano
33
OUTROS ENSAIOS MENOS USADOS (Limitações)
Método OSIPOV
Ensaio químico (ASTM C-289 )
ASTM C-586/Normas canadenses (Rochas carbonáticas)
34
ROTEIRO DE ESTUDOS DE PREVENÇÃO DA REAÇÃO ALCALI - AGREGADO
AGREGADOSAGREGADOS
CIMENTOSCIMENTOS
35
Conceitos: Causador da reação quando contiver álcalis solúveis e usado com agregado reativo
Conceito antigo: Eq. Alcalino < 0,6%
Conceito novo: Máx. 3kg/m3 (álcalis de todos os componentes do concreto)
Conceito inibidor: Evita expansão com agregado reativo
CIMENTO
36
A hidratação do cimento gera Ca(OH)2 e C-S-H
Ca(OH)2 é catalisador da reação álcali-agregado
Escórias, silica ativa e pozolanas reagem com o Ca(OH)2 impedindo a reação
C-S-H absorve os álcalis
Expansão não ocorre mesmo com agregados reativos
MATERIAIS INIBIDORES
37
MÉTODO NBR 15 577 – Parte 5: ESCOLHA DO CIMENTO ADEQUADO E OUTRAS AVALIAÇÕES
Princípio:Medir a expansão aos 16 dias Barras de Argamassa
Agregado reativo 80ºC Cimento a ser testado
expansão >0,10% cimento não inibidor ( não deve ser usado com agregados reativos)
expansão < 0,10% cimento inibidor (pode ser usado com agregado reativo)
38
ESTUDOS DE DETECÇÃO DA REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO
INVESTIGAÇÕES DE CAMPO
Observação de fissuração (padrão em mapa)
Observação de gel exsudado esbranquiçado na superfície
do concreto
Extração de testemunhos
Uso de instrumentação deslocamento da estrutura
39
40
INVESTIGAÇÃO NO LABORATÓRIO
Nos testemunhos de concreto extraídos:
Análises petrográficas ASTM C-856 (concreto) Microscopia estereoscópica Microscopia eletrônica de varredura
Agregados com fases reativasBordas de reação nos agregados
Feições indicativas MicrofissuraçãoGel nos porosFissuração radialProdutos cristalizados
41
Macroscópica a olho nu
Microscópica por meio de microscopia estereoscópica e óptica de luz transmitida
Microscopia eletrônica de varredura
DIAGNÓSTICO NO LABORATÓRIO DA REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO EM CONCRETO POR ANÁLISES PETROGRÁFICAS E MICROSCÓPICAS
42
Gel expansivo preenchendo poros e no contorno dos agregados
MICROSCOPIA ESTEREOSCÓPICA
43
MICROSCOPIA ESTEREOSCÓPICA
44
Gel expansivo em concreto
MICROSCOPIA ESTEREOSCÓPICA
45
Microfissura em agregados
MICROSCOPIA ÓPTICA DE LUZ TRANSMITIDA
46
Gel gretado em concreto
MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA
47
48
49
Medidas de Reparo
Tratamento com lítio
- mecanismo de ação não totalmente conhecido
Confinamento mecânico (gaiolas, cinta-mento etc.) + injeções estabilizadoras
- resultados essencialmente físicos
50
CONCEITOS ATUAISANÁLISE FINAL - NBR 15577/08
GUIA PARA AVALIAÇÃO
•Avaliação crítica dos ensaios históricos
•Exame cuidadoso da frente de lavra do agregado especialmente quanto a sua homogeneidade
•Coleta de amostras da frente de lavra atual e ensaios de caracterização quanto a RAA
•Vistoria de obras com idades diferentes produzidas com o agregado com vários cimentos e submetidas a condicões de exposição diversas
•Ensaios em argamassa e concreto simulando traços de concretos correntes
•Parecer/Laudo considerando todos estes aspectos