Carbonation in self-compacting concretes with substitutions of portland cement for mineral additions

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2018.Um concreto autoadensável (CAA) deve ter, simultaneamente, três características: fluidez, coesão e habilidade passante. Sua dosagem exige um maior volume de pasta e de finos, quando comparado ao concreto convencional. O uso de adições minerais no CAA é inevitável para melhorar suas características de autoadensabilidade, além de reduzir o custo de material e possibilitar a incorporação de diversos tipos de resíduos. Normalmente as pesquisas desenvolvidas com a incorporação de adições minerais no concreto autoadensável visam o estudo de propriedades mecânicas desassociadas a questões de durabilidade. Sabe-se que um dos principais mecanismos de despassivação da armadura do concreto estrutural é a carbonatação, que está diretamente ligada à facilidade que o CO2 tem para difundir-se no interior do concreto, às condições ambientais e às propriedades de permeabilidade. Para avaliar a durabilidade frente à ação da carbonatação acelerada do CAA com substituições de cimento Portland por adições minerais, foi realizada a dosagem de seis traços. Como adição mineral, foram escolhidos o fíler calcário e o metacaulim, empregados em substituição a massa de cimento Portland, nas proporções de 10 e 20%, além de um traço com uma combinação ternária entre as adições e o cimento. Avaliou-se o comportamento do concreto no estado fresco, realizando-se os ensaios de espalhamento, caixa L, funil V, índice de estabilidade visual e massa específica, a fim de classificar o CAA conforme os critérios da NBR 15823:2017, além da utilização das equações propostas por Sedran e De Larrard (1999) para determinação dos parâmetros reológicos teóricos. Também foram realizados ensaios no estado endurecido de resistência à compressão simples axial, resistência à tração por compressão diametral, módulo de elasticidade, absorção de água por capilaridade e carbonatação acelerada, este seguindo as recomendações da ISO 1920-12:2015. Os ensaios de porosimetria por intrusão de mercúrio, análise termogravimétrica (TG/DTG) e difração de raios-X foram utilizados para avaliar como as mudanças microestruturais provocadas pelas adições minerais interferem na durabilidade do CAA. Com os parâmetros e critérios de dosagem empregados, foi possível classificar todos os concretos como autoadensáveis. Os traços com a utilização de fíler calcário apresentaram desempenho inferior aos traços que continham metacaulim em todas as propriedades do estado endurecido avaliadas. Segundo as extrapolações realizadas baseadas no cobrimento nominal de 40 mm recomendado pela NBR 6118:2014, dificilmente haveria risco da frente de carbonatação atingir as armaduras de estruturas confeccionadas com algum dos traços estudados. Assim, de um modo geral, o desempenho de todos os traços foi satisfatório, indicando que a utilização de cada um deles é cabível, a depender dos elementos de sua destinação final. O emprego do CAA permitiu a substituição de cimento Portland por adições minerais, e a consequente diminuição do consumo de cimento, sem grandes perdas na trabalhabilidade, nas propriedades mecânicas e na durabilidade frente à carbonatação.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).A self-compacting concrete (SCC) must simultaneously have three characteristics: fluidity, cohesion and passing ability. Its dosage requires a higher volume of paste and fines when compared to conventional concrete. The use of mineral additions in the SCC is inevitable to improve its self-compacting characteristics, reduce material costs and allow the incorporation of different types of waste that would be dumped into the environment, promoting solutions that aim at the sustainable development of the construction sector. Normally the researches developed with the incorporation of mineral additions in the self-compacting concrete aim at the study of mechanical properties disassociated with durability issues. It is known that one of the main mechanisms of depassivation of structural concrete reinforcement is carbonation, which is directly linked to the ease of CO2 diffusion within the concrete, environmental conditions and permeability properties. To evaluate the durability against the action of the accelerated carbonation of SCC with Portland cement substitutions by mineral additions, six types of concrete were measured. As mineral addition, limestone filler and metakaolin were used, replacing the mass of Portland cement in the proportions of 10 and 20%, as well as a concrete with a ternary combination between the additions and the cement. The behavior of the concrete in the fresh state was evaluated by performing the slump flow test, L-box, V-funnel, visual stability index and specific mass in order to classify the SCC according to the criteria of NBR 15823: 2017, besides the use of the equations proposed by Sedran and De Larrard (1999) for the determination of the theoretical rheological parameters. Tests were also carried out in the hardened state of axial compression, tensile strength by diametrical compression, modulus of elasticity, water absorption by capillarity and accelerated carbonation, following the recommendations of ISO 1920-12: 2015. The mercury intrusion porosimetry, thermogravimetric (TG/DTG) and X-ray diffraction tests were used to evaluate how the microstructural changes caused by the mineral additions interfere in the durability of the CAA. With the parameters and dosage criteria employed, it was possible to classify all concrete as self-compacting. The concretes with the use of limestone showed inferior performance to those containing metakaolin in all of the hardened state properties evaluated. According to the extrapolations made based on the nominal 40 mm cover recommended by NBR 6118: 2014, there is hardly any risk of the carbonation front reaching the reinforcement of structures made with any of the studied concretes. Thus, in general, the performance of all the SCC was satisfactory, indicating that the use of each of them is appropriate, depending on the elements of their final destination. The use of the CAA allowed the replacement of Portland cement by mineral additions, and the consequent reduction of cement consumption, without losing the efficiency of workability, mechanical properties and durability against carbonation