Ataque por sulfato na perspectiva do projetista de concreto

2024年6月11日 Roberto Magalhães

As estruturas de concreto armado são amplamente utilizadas na construção civil devido à sua resistência e durabilidade. No entanto, estes projetos não estão imunes a várias formas de deterioração, e uma grande preocupação é o ataque por sulfato. Neste artigo veremos o ataque por sulfatos em estruturas de concreto armado, prestando especial atenção aos aspectos do projeto estrutural.

O que é ataque de sulfato?

O ataque por sulfato é uma reação química que ocorre quando sulfatos em diversas formas entram em contato com o concreto. Os sulfatos podem estar presentes no solo, nas águas subterrâneas ou até mesmo nos materiais de construção. Quando esses sulfatos reagem com os componentes do concreto, podem causar danos estruturais ao longo do tempo.

Tipos de ataques de sulfato

Existem dois tipos principais de ataque de sulfato: ataque externo de sulfato e ataque interno de sulfato.

Ataque externo de sulfato

Um ataque externo de sulfato ocorre quando os sulfatos do meio ambiente, por exemplo, do solo ou das águas subterrâneas, penetram no concreto pelo lado de fora. Isso pode acontecer em áreas com altas concentrações de sulfato no solo.

Ataque interno de sulfato

O ataque interno de sulfato, por outro lado, ocorre devido à presença de sulfatos na própria mistura do concreto. Isso pode acontecer se agregados ricos em sulfato ou água contaminada forem utilizados durante o processo de construção.

Efeitos dos ataques de sulfato no concreto

O ataque por sulfato pode ter vários efeitos prejudiciais ao concreto, incluindo:

Expansão e rachaduras: O ataque por sulfato pode causar a expansão do concreto, o que por sua vez leva a fissuras e perda de integridade estrutural.
Perda de força: A reação entre os sulfatos e os componentes do concreto pode enfraquecer o material, reduzindo sua capacidade de carga.
Deterioração da superfície: O ataque do sulfato pode causar descamação e lascas na superfície, tornando o concreto feio e menos durável.

Reações químicas durante o ataque de sulfato

As reações químicas envolvidas no ataque por sulfato são complexas, mas podem ser resumidas da seguinte forma:

Reação do íon sulfato: Íons sulfato (SO₄^2-) na fonte de sulfato reagem com os íons de cálcio (Ca²⁺) nos compostos de cimento hidratados, formando compostos de sulfato de cálcio. Esses compostos ocupam mais espaço que os íons de cálcio originais, causando expansão e rachaduras.
Formação de etringita: Na presença de íons alumínio (Al^3+), os íons sulfato podem reagir para formar um composto chamado etringita (3CaO·Al).₂Ó₃·3CaSO₄·32 horas₂Ó). A etringita tem volume maior que os reagentes e contribui para a expansão do concreto.
Depleção de gel CSH: O ataque do sulfato também pode destruir o gel hidratado de silicato de cálcio (CSH), responsável pela resistência do concreto. Este gel pode ser atacado e decomposto por íons sulfato.

Compreender estas reações químicas é fundamental para o desenvolvimento de estratégias eficazes para prevenir ataques de sulfato e proteger estruturas de concreto.

Detectar ataque de sulfato

Detectar o ataque de sulfato em seus estágios iniciais é fundamental para mitigar possíveis danos estruturais. Embora alguns sinais sejam facilmente visíveis, uma avaliação abrangente pode exigir a experiência de um engenheiro civil ou especialista em materiais. Aqui estão vários métodos e indicadores para ajudar a detectar um ataque de sulfato:

Inspeção visual: Uma inspeção visual completa da estrutura de concreto pode revelar sinais precoces de ataque de sulfato. Ter cuidado com:
- Rachadura: Rachaduras na superfície do concreto, especialmente aquelas com padrão irregular, podem ser um indicador precoce.
- Eflorescência: Depósitos superficiais brancos e pulverulentos causados por sais de sulfato são uma característica visual comum.
- Deterioração da superfície: Inspecione o concreto para ver se há lascas, lascas ou descoloração na superfície, pois isso pode indicar danos relacionados ao sulfato.
Amostragem central: A amostragem de testemunho envolve perfurar o concreto e coletar amostras cilíndricas. Essas amostras podem então ser analisadas quanto ao teor de sulfato e à presença de compostos relacionados ao sulfato. Ao coletar amostras principais, é possível uma avaliação mais precisa dos danos internos.
Exame de ultrassom: O teste de velocidade de pulso ultrassônico (UPV) pode determinar a integridade do concreto medindo a velocidade das ondas sonoras que passam pelo concreto. Áreas com maiores danos por sulfato podem ter velocidades de onda mais lentas. No entanto, este ensaio não pode ser utilizado para medir a penetração do sulfato no concreto, mas apenas para avaliar o estado do concreto.
Análises químicas: Testes laboratoriais de amostras de concreto podem ser usados para determinar os compostos específicos de sulfato presentes e suas concentrações. Esta informação ajudará a avaliar a gravidade do ataque de sulfato.
Teste de resistência elétrica: Este ensaio não destrutivo mede a resistência elétrica do concreto. Valores elevados de resistência podem indicar ataque de sulfato, pois isso muitas vezes aumenta a resistência do concreto.
Monitoramento de pH: Monitore o pH das soluções de poros do concreto ao longo do tempo para detectar alterações que indiquem ataque de sulfato. Uma queda significativa no pH pode indicar reações contínuas de sulfato.
Termografia infravermelha: A termografia infravermelha pode ser usada para identificar áreas com diferenças de temperatura que podem indicar umidade ou alterações químicas associadas ao ataque de sulfato.
Exame microscópico: A análise microscópica de amostras de concreto pode detectar a formação de cristais relacionados ao sulfato, como a etringita, dentro da microestrutura do concreto. Além disso, deve-se ressaltar que a formação de cristais como a etringita também pode ter outras causas, como: B. aumento da temperatura do concreto acima dos valores aceitáveis durante o processo de hidratação. Comumente conhecido como formação retardada de etringita.
Coleção de dados: O monitoramento contínuo das condições ambientais, como temperatura, umidade e concentração de sulfato no solo ou nas águas subterrâneas, pode fornecer avisos antecipados sobre riscos potenciais de ataque de sulfato.

É importante observar que a detecção precoce é essencial para uma remediação eficaz. Quando o ataque por sulfato atinge um estágio avançado, o reparo se torna mais difícil e caro.

Portanto, inspeções regulares juntamente com métodos de teste apropriados podem ajudar a garantir a durabilidade a longo prazo das estruturas de concreto armado em ambientes ricos em sulfatos. Na dúvida, entre em contato com profissionais experientes, especializados em análise de concreto e avaliação estrutural.

Precauções

Para reduzir o risco de ataque de sulfato, várias medidas preventivas podem ser tomadas:

Seleção correta de materiais: A escolha de materiais resistentes a sulfatos, como cimento com baixo teor alcalino e agregados resistentes a sulfatos, é fundamental.
Qualidade da água: É importante garantir que a água utilizada para misturar o concreto seja isenta de sulfatos.
Práticas de construção: A implementação de boas práticas construtivas, tais como: Outras medidas, como a cura adequada e a minimização da exposição ao sulfato, podem ajudar a prevenir o ataque do sulfato.
Considerações de projeto, como cobertura suficiente da armadura

Materiais resistentes ao sulfato

A incorporação de materiais resistentes aos sulfatos nas misturas de concreto é uma estratégia fundamental para proteger as estruturas de concreto dos ataques dos sulfatos. Esses materiais são projetados especificamente para resistir aos efeitos corrosivos dos sulfatos, garantindo a longevidade e durabilidade da estrutura. Aqui estão alguns materiais e considerações importantes resistentes ao sulfato:

Cimento resistente a sulfato:

O principal componente do concreto é o cimento, e o uso de cimento resistente aos sulfatos é a base para prevenir ataques de sulfatos. Este tipo de cimento contém menor proporção de aluminato tricálcico (C₃A), que possui alta reatividade com sulfatos.

Ajuda a mitigar as reações químicas que causam expansão e fissuras. O cimento resistente ao sulfato é designado como um código de conduta. Esses tipos de cimento ou combinações de cimento devem ser usados para construção.

Agregados resistentes ao sulfato:

Os agregados constituem uma proporção significativa do concreto e o uso de agregados resistentes a sulfatos é igualmente importante.

Esses agregados reagem apenas ligeiramente com os sulfatos e não contribuem para a expansão do concreto. Para garantir a sua eficácia, é importante utilizar agregados que tenham sido testados e certificados como resistentes ao sulfato.

Cimento com baixo teor alcalino:

Álcalis como sódio e potássio podem piorar o ataque de sulfato. O cimento com baixo teor de álcalis tem menor teor de álcalis e, portanto, é mais resistente aos efeitos dos sulfatos. Este tipo de cimento é adequado para uso em áreas onde a poluição por sulfatos é um problema.

Cinzas volantes e escória:

Materiais cimentícios complementares, como cinzas volantes e escória, podem melhorar a resistência ao sulfato. Esses materiais reagem com sulfatos para formar compostos estáveis, reduzindo o risco de expansão e rachaduras. Eles também contribuem para melhorar a durabilidade a longo prazo.

Aditivos químicos:

Para melhorar ainda mais a resistência ao sulfato, aditivos químicos resistentes ao sulfato podem ser adicionados à mistura de concreto.

Esses aditivos atuam alterando o processo de hidratação e reduzindo a permeabilidade do concreto. Os aditivos comuns incluem nitrato de cálcio e tiocianato de cálcio.

Selos e revestimentos:

Além de usar materiais resistentes a sulfatos na mistura, a aplicação de selantes e revestimentos na superfície do concreto pode fornecer uma camada adicional de proteção.

Esses produtos criam uma barreira que limita a penetração de sulfatos no concreto.

Concreto modificado com plástico:

O concreto modificado com polímero contém polímeros na mistura que melhoram a resistência do concreto a diversas formas de degradação, incluindo ataque de sulfato. Esses polímeros melhoram a coesão e a impermeabilidade do concreto.

Concreto de fibra:

Ao adicionar fibras como polipropileno ou fibras de aço à mistura de concreto, a resistência à fissuração causada pelo ataque de sulfato pode ser aumentada. Essas fibras melhoram a resistência à tração do concreto e ajudam a controlar fissuras por retração.

Controle de qualidade e testes:

Para garantir a eficácia dos materiais resistentes ao sulfato, devem ser implementadas medidas de controle de qualidade e protocolos de teste durante a produção do concreto. Testes laboratoriais regulares e ajustes na mistura de concreto podem ajudar a otimizar a resistência ao sulfato.

Práticas de construção adequadas:

Além da seleção de materiais, a implementação de práticas de construção adequadas é crucial. Garantir a cura adequada, o assentamento adequado do concreto e minimizar a exposição a ambientes ricos em sulfatos durante e após a construção são aspectos importantes na prevenção de ataques de sulfato.

Ao combinar esses materiais e processos resistentes ao sulfato, as estruturas de concreto podem resistir à exposição ao sulfato e manter sua integridade estrutural ao longo do tempo. É importante que engenheiros e construtores trabalhem em conjunto e considerem tanto a selecção de materiais como as técnicas de construção para criar estruturas de betão duráveis em ambientes ricos em sulfatos.

Considerações de projeto estrutural

O projeto desempenha um papel crucial na proteção de estruturas de concreto armado contra ataques de sulfato. Aqui estão algumas considerações importantes:

Colocação de Reforço: A colocação adequada do vergalhão e a garantia de uma cobertura adequada de concreto podem impedir a penetração de sulfato.
Projeto de durabilidade: Os engenheiros civis devem considerar princípios de durabilidade que levem em conta a exposição ao sulfato em seus cálculos.
Regulamentos de manutenção: Ao incorporar precauções de manutenção no projeto, são possíveis inspeções e reparos regulares para neutralizar os ataques de sulfato à medida que ocorrem.