Carbonatação de concreto

A carbonatação do concreto é um envelhecimento natural do concreto . É responsável pela degradação do concreto armado e protendido pelo seu rompimento e exposição de suas armaduras de aço.

A reação química de carbonatação , associada a um fenômeno de retração denominado "contração da carbonatação", causa problemas de sustentabilidade e resistência das estruturas em concreto armado . Neutraliza o meio, o consumo de íons hidroxila baixando o pH de 12 para 8, o que inicia uma despassivação das barras de aço, que deveriam garantir essa resistência. Estes incham sob o efeito da corrosão e provocam a ruptura do concreto de cobertura, que também sofre retração devido à carbonatação. Os aços são então expostos e a taxa de corrosão é então maior.

Se a carbonatação é uma fonte de degradação do concreto armado  (en) quando atinge as armaduras da área de revestimento (incluindo aquela próxima à superfície das paredes nas bordas dos edifícios), esse fenômeno natural de envelhecimento geralmente não é prejudicial e pode até ser benéfico para o concreto porque a formação de carbonato de cálcio obstrui parcialmente a porosidade deste material, tornando-o "menos permeável a agentes agressivos (neste caso, gases CO 2e O 2, mas também íons sulfato, cloretos e, mais geralmente, águas agressivas como a água do mar, águas selenitas ou magnesianas, etc.) ” .

Mecanismo de carbonatação

Durante a fabricação do concreto , a quantidade de água introduzida para a hidratação do seu cimento é sempre superior à quantidade estequiométrica necessária. Como resultado, o cimento hidratado é sempre um meio poroso cujos poros são primeiramente preenchidos com água que se torna carregada de íons para respeitar o equilíbrio químico com os hidratos do cimento ( portlandita , CSH, AFt, AFm ...). Quando o material cimentício seca ao ar livre, ele dessatura com água e os poros se enchem parcialmente de ar.

O CO 2 naturalmente presente na atmosfera provavelmente se difundirá através da fase gasosa do cimento. A difusão na fase líquida é desprezível. Observa-se que os cimentos completamente saturados com água carbonatam apenas em sua camada limite devido ao entupimento imediato dos poros pela formação de calcita .

O CO 2 presente na fase gasosa dos poros se dissolve na solução intersticial para formar íons carbonato que reagem principalmente com íons cálcio Ca 2+ . O hidróxido de cálcio (Ca (OH) 2 ) formado durante o endurecimento do concreto pela hidratação de silicatos de cálcio bi e tricálcico (SiO 2 , 2CaO) e (SiO 2 , 3CaO) e dióxido de carbono (CO 2 ) criam carbonato de cálcio ( CaCO 3 ).

A modificação do equilíbrio químico entre os hidratos da matriz de cimento e a solução intersticial leva à dissolução dos hidratos . O novo equilíbrio químico então corresponde a uma solução muito mais ácida do que inicialmente. O pH vai de um valor de 13 na zona não carbonatada (permitindo a passivação do aço) a um valor menor que 9 na zona degradada. Quando a zona de carbonatação atinge os reforços de aço, pode-se iniciar a corrosão do metal, em particular produzindo espécies maiores do que os materiais inicialmente presentes. Isso explica o rompimento do concreto ao redor das armaduras corroídas. No entanto, a carbonatação também pode aumentar a impermeabilidade do concreto graças ao entupimento de certos poros por carbonatos  : a absorção capilar é reduzida e a resistência mecânica é melhor. Esse fenômeno é geralmente observado para concretos com cimento Portland .

A umidade relativa do ar desempenha um papel importante na taxa de carbonatação. Para concretos comuns, é máximo para uma umidade relativa da ordem de 50-70% e quase zero em uma atmosfera seca ou saturada de água. A carbonatação é, portanto, maior em superfícies protegidas do que expostas à chuva. Uma alta concentração de CO 2 também é um fator que aumenta a taxa de carbonatação. A cinética da carbonatação, também impactada pela temperatura , é regida pela competição do efeito térmico nas transferências de água e na solubilidade retrógrada dos reagentes. As profundidades carbonáticas aumentam com a temperatura até uma temperatura limite, característica da formulação, a partir da qual a solubilidade retrógrada dos reagentes se tornaria o fator limitante.

Esta profundidade de carbonatação é determinada em uma seção nova de concreto. Após a pulverização , é pulverizado um corante sensível ao pH, fenolftaleína (carcinogênico / mutagênico) ou timolftaleína. A fenolftaleína torna-se vermelho púrpura em contato com materiais com um pH superior a 9,2 e permanece incolor para valores de pH baixos, isto é, para áreas carbonáticas.

Notas e referências

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Bibliografia

Veja também

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