Identificação de formas de sílica potencialmente reativas em agregados vulcânicos para betão

Relatório de estágio de mestrado em Geologia Económica, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2017O betão é o material de construção mais usado a nível mundial, permitindo a edificação de várias estruturas, desde edifícios habitacionais até grandes obras como pontes e barragens. Apesar de ter uma grande resistência e durabilidade, o betão não é imune à degradação, que com o tempo causa a perda de propriedades por parte deste material, inviabilizando o funcionamento da estrutura. Uma das causas comuns desta degradação é a reação álcalis-agregado, que ocorre no interior do betão e leva à sua fracturação devido à formação de produtos expansivos. Este relatório foca-se nas reações álcalis-sílica, um tipo de reação álcalis-agregado em que formas de sílica potencialmente reativas reagem com os álcalis presentes no cimento, formando um gel sílico-alcalino, expansivo na presença de humidade. A melhor maneira de precaver estas reações é a seleção de agregados para o fabrico de betão que não sejam reativos aos álcalis, e cuja utilização permitirá um aumento no tempo de vida útil das estruturas. Os agregados utilizados no betão podem ser de natureza diversa, podendo ser utilizadas rochas vulcânicas com essa finalidade em especial nas ilhas vulcânicas, devido à inexistência de outro tipo de rochas e ao baixo valor económico dos agregados, que torna a importação destes materiais não rentável. As rochas vulcânicas contêm, em muitos casos, fases de sílica que podem ser reativas aos álcalis, como o vidro vulcânico, havendo a necessidade de estudar estas rochas do ponto de vista da sua reatividade e identificar quais as formas de sílica que contém, antes de se proceder à sua incorporação no betão. Assim sendo, o objetivo deste trabalho é a identificação de formas de sílica potencialmente reativas aos álcalis, em amostras de rochas vulcânicas que são utilizadas, já foram utilizadas, ou que se quer utilizar no fabrico de betão, com diferentes níveis de reatividade aos álcalis e provenientes de diversos locais a nível mundial, a fim de relacionar as fases de sílica presentes com a reatividade das rochas. O uso de várias metodologias para atingir este objetivo (petrografia, microssonda eletrónica, difração de raios-X, digestão com ácido fosfórico e Gel Pat Test) permite também efetuar uma comparação entre elas, sendo assim possível averiguar quais os melhores métodos a utilizar. O trabalho desenvolvido permitiu concluir que o exame petrográfico das amostras, recorrendo também ao uso de microssonda eletrónica, assim como o método do ácido fosfórico, são metodologias que produzem bons resultados na identificação de formas de sílica em rochas vulcânicas. Concluiu-se também que as formas de sílica que estão relacionadas com uma maior reatividade das amostras são a opala, o vidro vulcânico (quando o conteúdo em SiO2 é superior a 65%) e a calcedónia.Concrete is the most commonly used construction material worldwide, allowing the edification of several structures from residential buildings to bridges and dams. Despite its great resistance and durability, concrete is not immune to deterioration, causing the loss of properties of this material with time and putting the structures at risk. A common cause that leads to concrete’s degradation is the alkali-aggregate reaction that occurs inside the concrete, causing the appearance of fractures due to the formation of expansive products. This report focus on the alkali-silica reactions, a type of alkali aggregate reaction, in which the potential reactive forms of silica, present in the aggregates, react with the cement’s alkalis forming an alkali-silicate gel, expansive in the presence of moisture. The best way to prevent these reactions is by selecting non-alkali reactive aggregates to be used in concrete, allowing a longer lifetime of the structures. The aggregates used in concrete can be of different natures. Volcanic rocks are a valid option in certain places such as in volcanic islands, due to the inexistence of other rocks and the low aggregates’ economic value, which makes the importation of these materials non-rentable. The volcanic rocks contain, in many cases, silica phases that might be alkali-reactive namely volcanic glass, which makes it necessary to study the reactivity of the rocks and the identification of the silica forms contained in them, before being used in the concrete production. Therefore, this study aims at the identification of potentially alkali-reactive forms of silica in volcanic rocks that are being, have been or it is intended to be used in concrete production, with different alkali reactivity levels and from different locations around the world in order to relate the silica phases present in the rocks with their reactivity. The use of different methods (petrographic study, electron probe micro-analyzer, X-ray diffraction, phosphoric acid digestion and Gel Pat Test) allows the comparison of the tests results and leads to the conclusion about which tests are the best to be used. The study developed showed that the petrographic examination of the samples, complemented with the use of the electron probe micro-analyzer, and the phosphoric acid digestion, are methods that produce good results in the identification of silica forms in volcanic rocks. It has been also concluded that the silica forms related with a sample’s higher reactivity are the opal, the volcanic glass (when the silica content it’s above 65%) and the chalcedony