Investigation of concrete deterioration from HPPs by reactions involving aggregates

Durante muito tempo as partículas de agregados foram consideradas inertes; entretanto, atualmente esse conceito foi banido. Reações expansivas decorrente da oxidação de minerais sulfetos presentes em agregados e da reação álcali-agregado (RAA) são exemplos de interações químicas potenciais que os agregados podem experimentar quando presentes no concreto, dependendo do meio circundante. A presente pesquisa aborda a investigação de concretos de UHEs com foco na deterioração por reações com os agregados no que tange ao ataque por sulfatos, devido à oxidação de minerais sulfetos, bem como à RAA. Objetiva-se avançar no entendimento do fenômeno de alteração de minerais sulfetos presentes em agregados e verificar a sua influência sobre a durabilidade de concretos, além de verificar as condições e características que maximizam ou não a sinergia desta patologia. Conjuntamente, pretende-se também estudar, nas mesmas estruturas, a possibilidade de ocorrência da RAA. Para tanto, procedeu-se com uma investigação de concretos extraídos de estruturas pertencentes a cinco usinas hidrelétricas brasileiras, a saber: UHE Corumbá, UHE Marechal Mascarenhas de Moraes, UHE Paulo Afonso II, UHE Paulo Afonso IV e UHE Moxotó. Além dos concretos, procedeu-se também com um estudo do material rochoso e dos agregados do entorno das usinas, de mesma origem que os agregados dos concretos. Inicialmente foi realizada criteriosa inspeção visual em campo de algumas estruturas de concreto selecionadas das UHEs, com posterior extração de testemunhos em locais com maior propensão da incidência de alguma reação química. Os testemunhos de concreto foram inicialmente inspecionados em laboratório para a verificação de possíveis anomalias visíveis em suas superfícies, sendo posteriormente submetidos a ensaios laboratoriais para a determinação das propriedades mecânicas de resistência à compressão e módulo de elasticidade. Foram, na sequência, realizadas análises químicas e microestruturais dos concretos, além da reconstituição de traço e obtenção do pH. Os concretos também foram submetidos a inspeções internas antes das análises microestruturais, sendo estas últimas a microscopia eletrônica de varredura com espectrometria por energia dispersiva de raios X (EDS) e a difração de raios X (DRX), ambas com o objetivo de diagnosticar deterioração. Os agregados extraídos dos concretos juntamente com o material rochoso de mesma origem também foram submetidos a análises químicas e mineralógicas. Pelos resultados, verificou-se boa integridade dos concretos da UHE Corumbá, porém para as demais usinas, constatou-se nos concretos a incidência de RAA, além de ataque por sulfatos, tendo alguns dos concretos das demais usinas indícios de que o ataque por sulfatos é decorrente da oxidação de minerais sulfetos presentes nos agregados.A long time ago aggregate particles were considered inert but this concept is no longer adequate. Expansive reactions resulting from the oxidation of sulfide-bearing aggregates and the AAR are examples of potential chemical interactions that aggregates may experience in concrete, depending on the surrounding environment. This research is an investigation into concrete deterioration in Hydroelectric Power Plants (HPPs), focusing on aggregate reactions relating to attack by sulfates, due to oxidation of sulfide minerals, as well as to the alkali-aggregate reaction (AAR). One of the main purposes is to have a clearer understanding of the changes in sulfide minerals occurring in aggregates and verify their influence on concrete durability as well as check the conditions and characteristics that maximize or not the synergy of such pathology. Along with that, another purpose is to study the possibility of the AAR occurring in the same structures. To this end, an investigation of concrete structures extracted from five Brazilian hydroelectric plants, namely Corumbá HPP, Marechal Mascarenhas de Moraes HPP, Paulo Afonso II HPP, Paulo Afonso IV HPP and Moxotó HPP, was conducted. In addition to the concretes, a study of the rocky material and aggregates surrounding the plants that were of the same origin as the aggregates in the concretes was also performed. A thorough visual inspection was made in the field of some concrete structures selected from the HPPs , with the subsequent extraction of concrete cores in spots that were more prone to the incidence of some chemical reaction. The concrete core samples were initially inspected in the laboratory to check for possible visible anomalies on their surfaces, and were subsequently subjected to laboratory tests to determine the mechanical properties such as compressive strength and elasticity modulus. Chemical and microstructural analyses of the concrete were then carried out, in addition to the reconstitution of the mix design and determination of their pH. The concrete were also underwent internal inspections before the microstructural analyses, and the last were scanning electron microscopy with energy-dispersive X-ray spectrometry (EDS) and X-ray diffraction (XRD) in order to diagnose deterioration. Aggregates extracted from concrete cores along with the rocky material of the same origin were also subjected to chemical and mineralogical analyses. The concrete from Corumbá HPP was found to be sound, but in the concretes from the other HPPs it was proved the incidence of AAR and sulfate attack simultaneously, and in some cases, with evidences that the attack by sulfates results from the oxidation of sulfide minerals in the aggregates