Avaliação da durabilidade e aplicabilidade de argamassa geopolimérica à base de metacaulim em reparos de elementos de concreto armado

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Campus Joinville, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências Mecânicas, Joinville, 2021.Geopolímeros são materiais com propriedades cimentícias e características promissoras que possuem diversas aplicações e, normalmente, são mais sustentáveis do que o cimento Portland. Este material pode adquirir elevada resistência mecânica nas primeiras idades e apresentar excelente durabilidade. Embora o estudo da durabilidade de geopolímeros tenha aumentado nos últimos anos, poucos são voltados a avaliar a utilização de argamassas geopoliméricas em reparos de elementos estruturais de concreto armado. O presente estudo investigou as características mecânicas e de durabilidade de uma argamassa geopolimérica à base de metacaulim após a exposição a soluções ácidas, ciclos de gelo-degelo e contaminação com cloretos, comparando o seu comportamento ao de uma argamassa à base de cimento Portland com formulação, resistência mecânica e fluidez similares. Por fim, foi avaliada a aplicabilidade da argamassa geopolimérica estudada em reparos estruturais de elementos de concreto armado a partir dos parâmetros estudados. Os resultados indicaram que os geopolímeros possuem resistência superior aos ataques por ácido sulfúrico e ácido clorídrico quando comparados à matriz de cimento Portland. Os ciclos de gelo-degelo não influenciaram nas propriedades físicas e resistência mecânica das argamassas. Os ensaios de alcalinidade demonstraram um bom desempenho da argamassa geopolimérica frente aos processos de carbonatação, não apresentando diminuições relevantes de pH após 365 dias de ensaios. Os ensaios de potencial de corrosão das argamassas de referência indicaram que ambas promoveram o processo de passivação das armaduras, contudo o desempenho da argamassa geopolimérica frente às contaminações por cloretos foi inferior devido, principalmente, à maior permeabilidade da matriz. O ensaio de compatibilidade eletroquímica entre a argamassa geopolimérica e a argamassa de cimento Portland nas primeiras idades indicou que as argamassas possuem tendências desprezíveis de formação de macrocélulas. Em síntese, conclui-se que a argamassa geopolimérica proposta possui um grande potencial para ser utilizada como material de reparo estrutural em decorrência dos indicadores promissores de durabilidade e de sua boa compatibilidade com substratos de concreto de cimento Portland.Abstract: Geopolymers are materials with cement properties and promising characteristics, have several applications and are usually more sustainable than Portland cement. This material can acquire high mechanical resistance in the early ages and have excellent durability. Although the study of the durability of geopolymers has increased in recent years, few are focused on evaluating the use of geopolymeric mortars in the repair of reinforced concrete structural elements. The present study investigated the mechanical and durability characteristics of a metakaolin-based geopolymeric mortar after exposure to acidic solutions, freeze-thaw cycles and chloride contamination, and compared its behavior to a Portland cement-based mortar with similar formulation, mechanical strength and fluidity. Finally, the applicability of the studied geopolymer mortar in structural repairs of reinforced concrete elements was evaluated based on the studied parameters. The results indicated that the geopolymers have superior resistance to attacks by sulfuric acid and hydrochloric acid when compared to Portland cement matrix. Ice-thaw cycles did not influence the physical properties and mechanical strength of mortar. The alkalinity tests showed a good performance of the geopolymeric mortar against carbonation processes, not showing relevant decreases in pH after 365 days of tests. The corrosion potential tests of the reference mortars indicated that both promoted the reinforcement passivation, however the performance of the geopolymer mortar against chloride contamination was lower, mainly due to the greater permeability of the matrix. The electrochemical compatibility test between the geopolymeric mortar and the Portland cement mortar at early ages indicated that the mortars have negligible tendencies in the formation of macrocells. Therefore, it is concluded that the proposed geopolymer mortar has a great potential to be used as a structural repair material, due to the promising indicators of durability and its good compatibility with Portland cement concrete substrates