01 maio O que é e como ocorre a carbonatação do concreto?
O que é carbonatação do concreto?
A carbonatação do concreto é uma patologia desencadeada a partir de um composto químico comum nas grandes cidades. O processo costuma ocorrer em túneis e viadutos, por exemplo, e decorre de fissuras que permitem a entrada de água no interior do concreto armado.
Mais especificamente, a carbonatação do concreto pode ser definida como um processo físico-químico entre o gás carbônico (CO2) presente na atmosfera e os compostos da pasta de cimento.
A partir daí, tem-se como resultado principal a precipitação do carbonato de cálcio (CaCO3) em uma região do cobrimento, com a constituição de uma camada que passa a ter uma alcalinidade significativamente menor do que aquela não afetada por esse fenômeno.
A carbonatação avança de fora para dentro no concreto, por meio de uma frente carbonatada. Quando atinge a profundidade das armaduras, provoca desestabilização da camada passiva protetora, propiciando, assim, o início da corrosão.
Processo de carbonatação do concreto avança de fora para dentro, por meio de fissuras que permitem a entrada de água.
Como ocorre a carbonatação do concreto?
Para que a carbonatação aconteça, três fatores precisam estar dentro do concreto. São eles: umidade, gás carbônico e oxigênio. A seguir, veja todas as etapas do processo de carbonatação do concreto:
- H2O entra nos poros do concreto pelas fissuras;
- Forma-se uma fina camada de água;
- A água dissolve o Ca formando Ca(OH)2;
- CO2 entra no poro pelas fissuras;
- CO2 reage com H2O, formando H2CO3 (ácido carbônico);
- H2CO3 reage com o Ca(OH)2 formando CaCo3 (cristais);
- O consumo de Ca diminui o pH do concreto, deixando o aço exposto à corrosão.
A carbonatação do concreto é um processo físico-químico entre CO2 e os compostos da pasta de cimento.
Na estrutura interna do concreto em que essa precipitação ocorre, o material se altera fisicamente. Já do ponto de vista químico, há uma redução da alcalinidade. Como o CO2 se difunde no concreto de fora para dentro, a carbonatação se dá nesse mesmo sentido, estando intimamente ligada ao concreto de cobrimento.
Este, por sua vez, apresenta fundamental importância no campo da conservação das estruturas, pois governa os mecanismos de transporte no tocante à entrada de agentes agressivos para o interior dos poros da pasta de cimento.
Essa espessura de cobrimento possui características particulares que a diferem da massa de concreto confinada nas partes mais internas dos elementos estruturais, pois está em contato direto com as fôrmas na fase de moldagem.
A carbonatação do concreto se caracteriza pela formação de uma frente homogênea de avanço, que promove a formação de zonas de pH distintos. Desse modo, quando a frente de pH mais baixa atinge a região da superfície do aço, ocorre um ataque à película passivadora da armadura, deixando esse material suscetível à corrosão.
O principal ponto da carbonatação é a despassivação do aço, o que acarreta na corrosão da armadura, como você pode conferir mais detalhadamente nesse artigo.
O concreto armado (concreto + aço) age perfeitamente em sintonia. E o concreto com o pH elevado protege o aço. Ou seja, quando ocorre a carbonatação, o pH do concreto diminui, possibilitando a corrosão do aço.
Quais são as consequências dessa carbonatação?
A carbonatação do concreto se manifesta inicialmente por depósitos brancos na superfície do concreto e fica mais evidente quando surgem fissuras na peça e desplacamento da camada de recobrimento.
Por se tratar de um fenômeno que ocorre de forma generalizada, a carbonatação do concreto pode fazer com que as estruturas de uma construção sofram grandes problemas na estabilidade global. Em termos da extensão geral dos danos, há o desenvolvimento continuado dos processos corrosivos das armaduras.
Dessa forma, torna-se muito importante garantir a qualidade e desempenho do concreto de cobrimento, pois é nessa região que ocorre todo o processo de carbonatação.
Além da diminuição do pH do concreto, o processo de carbonatação também pode gerar microfissuras provocadas pela formação dos novos produtos que ocasionam aumento de volume.
Com isso, é gerada uma modificação da estrutura dos poros e alteração das condições de penetração dos gases envolvidos no processo.
Dessa forma, torna-se necessário associar os estudos de carbonatação e porosidade, uma vez que a penetração de agentes agressivos, como o CO2, é basicamente controlada pela estrutura de poros do material e pela umidade relativa dos poros.
O que pode aumentar a ocorrência e como evitar a carbonatação?
A ocorrência da carbonatação do concreto se dá através das fissuras na estrutura desse material. Isso ocorre devido à facilidade, a partir desse cenário, da entrada de CO2.
Da mesma maneira, em locais com mais umidade, em torno de 50% a 60%, o processo pode ocorrer com ainda mais rapidez. Além das consequências na superfície do concreto e a despassivação do aço, também pode acontecer a perda da seção de armadura e da aderência desta com o concreto.
A seguir, veja quais os fatores que podem aumentar a incidência da carbonatação do concreto e como evitá-los:
- Condições ambientais: altas concentrações de CO2 aumentam as chances de ataque ao concreto. Essa influência é ainda maior para concreto com elevada relação água/cimento.
- Temperatura: fator que exerce grande influência no desenvolvimento das reações químicas e deve ser considerado na análise da durabilidade da estrutura.
A deterioração nas estruturas situadas em países de clima equatorial e tropical é mais grave e mais intensa do que nas estruturas similares situadas em clima temperado. Quanto maior a temperatura, maior o grau de agressividade relativo ao cobrimento do concreto.
- Umidade relativa do ambiente: poros parcialmente preenchidos com água na superfície do concreto apresentam condição favorável. Para umidade relativa no limite entre 65% a 85%, há ocorrência de maior grau de carbonatação do concreto.
A relação da umidade relativa com a profundidade de carbonatação em função do tempo é bastante complexa, devido aos aleatórios ciclos de umedecimento e secagem aos quais as estruturas podem estar expostas.
- Poluição do ar: gases ácidos presentes na atmosfera são dissolvidos pela água da chuva e precipitam sobre as estruturas de concreto. Da mesma forma, partículas em suspensão típicas de atmosferas marítima, urbana e industrial são depositadas por impactação nas superfícies das estruturas de concreto.
Isso contribui para a retenção de água, penetração por difusão e absorção capilar, neutralizando ou acidificando a superfície originalmente alcalina do concreto.
- Traço do concreto – relação água/cimento: altas relações entre água/cimento resultam em concretos porosos e, portanto, aumentam as chances de difusão de CO2 entre os poros. Ou seja, quanto maior essa relação, maior será a porosidade. Como consequência, gera-se uma intensidade de propagação da carbonatação.
- Traço do concreto – relação cimento/agregado: fixando-se a consistência, a profundidade de carbonatação é menor para relação cimento/agregado maior. Como consequência, há maior necessidade de água para a mesma trabalhabilidade.
- Lançamento e adensamento: se o concreto tiver baixa permeabilidade (compacto), dificultará a entrada de agentes agressivos. Outro ponto de atenção é a correta posição da armadura, que precisa respeitar o cobrimento especificado no projeto.
- Cura: processo fundamental para reduzir o efeito da carbonatação, já que ela afeta majoritariamente as condições de hidratação dos milímetros superficiais da estrutura.
Normalmente, a análise da influência da cura com a resistência à carbonatação é feita por meio da utilização de períodos distintos de cura ou com a utilização de formas distintas de cura.
Dessa forma, quanto maior o tempo de cura, maior será o grau de hidratação do cimento e menor será a porosidade e permeabilidade do concreto, gerando menos carbonatação.
Como foi possível perceber, há uma série de situações que merecem atenção para minimizar o risco da ocorrência de carbonatação no concreto. Esse controle vai desde as condições climáticas, passando pelo traço de concreto e chegando até a cura.
Com relação ao traço de concreto, o bom empacotamento dos agregados e a utilização de aditivo auxiliam na redução de água na mistura. Como adição mineral, a utilização da sílica ativa fecha os poros do concreto, além de consumir o hidróxido de cálcio.
Ao reduzir a quantidade de poros, dosagens com menor relação água/cimento terão menores velocidades de carbonatação no concreto. Portanto, a sílica ativa pode ser considerada como um dos principais meios de se evitar tal patologia.
Além das condições expostas anteriormente, podem existir vários agentes agressivos como: íons sulfetos, íons cloretos, dióxido de carbono, nitritos, gás sulfídrico, óxidos de enxofre entre outros, que quebram ou não permitem a formação da película passivadora, acelerando o processo de corrosão.
Como já observado em outras oportunidades, a proteção das armaduras é conferida por meio da alta alcalinidade da película passivadora e da camada do concreto de cobrimento. A função do cobrimento é, portanto, proteger essa película contra danos mecânicos e manter a estabilidade.
Enquanto a camada de cobrimento se manter íntegra, com baixa permeabilidade – e consequentemente, com alta alcalinidade –, as armaduras estarão protegidas contra a corrosão.
Assim, essa camada de cobrimento do concreto é um parâmetro importante nas especificações de projetos e garantia da durabilidade em estruturas de concreto armado. Isso porque, por meio dela, é possível evitar ou minimizar a incidência de patologias associadas à corrosão das armaduras pela carbonatação do concreto.
Situação da viga do projeto de Requalificação Urbana e Paisagística da Praça Roosevelt, em São Paulo.
Depois de tudo o que foi apresentado, também é válido frisar que a realização de um bom projeto e a contratação de mão de obra especializada são importantíssimas para evitar problemas estruturais.
Afinal, é necessário alcançar os resultados esperados visando minimizar ao máximo a incidência da carbonatação do concreto. Profissionais capacitados poderão entender, por meio de conhecimento técnico e experiência, os ambientes em que serão instaladas as estruturas.
Caso você ainda tenha dúvidas sobre a carbonatação do concreto, os efeitos e como evitar essa patologia, compartilhe com a gente nos comentários. E continue seguindo nossas publicações para ficar ainda mais por dentro dos assuntos relacionados à construção civil.