modelo_artigo_FOZ_2014

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21 a 23 de maio de 2014 - Foz do Iguau - PR

21 a 23 de maio de 2014 - Foz do Iguau - PR

RESISTNCIA CORROSO DE CONCRETO GEOPOLIMRICO DE ULTRA-ALTO DESEMPENHO

VOGADO, Monique1, COSTA, Felipe2, LUTZE, Werner3, GONG, Weiliang4

1 Universidade Federal do Mato Grosso, Graduando Engenharia Civil, e-mail: moniquewesz@hotmail.com2 Instituto Federal do Maranho, Graduando Engenharia Civil, e-mail: felmcosta@gmail.com3 Catholic University of America, Pesquisador, Doutor em Qumica, e-mail: wernerl@vsl.cua.edu4 Catholic University of America, Pesquisador, Doutor em Geoqumica, e-mail gongw@vsl.cua.eduRESUMOEste artigo apresenta um estudo sobre a durabilidade qumica de um destes materiais, um concreto de ultra-alto desempenho (CUAD). A literatura mostra que um concreto convencional base de cimento Portland fortemente atacado por cido, e se decompe rapidamente em pH < 3. Materiais geopolimricos, em geral, so conhecidos por terem um desempenho significativamente melhor quando expostos cidos, sugerindo sua utilizao em sistemas de esgoto e de guas residuais industriais. O objetivo deste projeto medir a resistncia corroso do novo material CUAD, utilizando uma soluo contendo 10% de cido sulfrico temperatura ambiente. Efeitos das mudanas de composio do CUAD no tempo de pega, e na resistncia compresso (150MPa a 200MPa) tambm sero descritos. Os resultados do experimento no cido mostraram que no houve nenhum desprendimento de material, a perda de massa foi desprezvel, e a porosidade na superfcie das amostras aumentou. No teste de compresso, a camada de corroso se rompeu primeiro, deixando a resistncia compresso da estrutura do material intacta. Utilizando estes resultados, ser feita uma comparao entre o desempenho do CUAD e o do concreto base de cimento Portland, alm de uma discusso entre os diferentes mecanismos de corroso.

Palavras chave: Geopolmero, Concreto de ultra-alto desempenho, Resistncia acidez.ABSTRACTThis paper presents test results regarding the chemical durability of one of these new construction materials, an ultra-high performance concrete (UHPC). The literature shows that conventional Portland cement-based concrete is heavily attacked in acid media, and decomposes fairly rapidly at pH < 3. Geopolymer materials, in general, are known for significantly better performance in acid media, suggesting their use in sewage and industrial waste water systems. The objective of our work was to measure the corrosion resistance of the new UHPC material in a 10% sulguric acid solution. Effects of UHPC composition changes on setting time and on compressive strength (150 MPa to 200 MPa) will also be reported. Results of the test in acid showed that there was no spallation of corroded material and negligibly small mass loss. Porosity of the samples surface had increased. Upon compressive strength testing the corroded layer cracked first, leaving the compressive strength of the bulk material unaffected. Using our results, we will compare the performance of the new UHPC with that of Portland cement-based concrete und discuss the different corrosion mechanisms.Keywords: Geopolymer, Ultra-High Resistance concrete, Corrosion resistance.

INTRODUO Geopolmeros so considerados um potencial material cimentcio alternativo para inmeras aplicaes (Davidovits 1985, 1988, 2011) incluindo a substituio de concreto base de cimento Portland (Caijun et al. 2005, Pacheco-Torgal et al. 2008, van Deventer et al. 2012), Isolamento de resduos inorgnicos perigosos, e rejeitos radioativos de baixo nvel (Khalil and Merz 1994, Davidovits 1995, Hermann et al. 1999, Perera et al. 2003, Gong et al. 2010a, 2011, Mattigod et al. 2011). De um ponto de vista prtico, a aplicao de geopolmeros conserva a simplicidade de concretos base de cimento Portland, pois o processo consiste basicamente em misturar uma soluo alcalina de silicato com materiais inorgnicos de baixo custo de fcil acesso. Numa abordagem geral, estes materiais incluem componentes como cinza volante, escria de alto-forno, silica ativa, metacaulim, entre outros. A principal diferena entre a confeco do cimento Portland e do geopolmero de que no segundo caso, ao invs de gua, utilizada uma soluo de silicato altamente alcalina, que deve ser preparada antes da mistura.

A qumica do geopolmeroGeopolmeros so tambm conhecidos como um material ligante base de alumino-silicatos lcali-ativado. Estes materiais podem ser descritos como equivalentes dos zelitos, apesar da ausncia das estruturas cristalinas. Geopolmeros so essencialmente amorfos a raios-X. As temperaturas necessrias para a sntese do geopolmero variam tipicamente entre 20C e 80C, isto , mais baixas do que para zelitos. A resistncia mecnica obtida com menos de uma dia, mas varia de acordo com composio e condies de preparo.As principais diferenas entre a formao de zelitos e a geopolimerizao esto relacionadas com a concentrao e a composio da mistura inicial dos componentes reagentes. Zelitos tipicamente so formados em sistemas hidrotrmicos fechados; geopolmeros no. Alm disso, zelitos cristalizam-se a partir de soluo diludas, onde as espcies precursoras dissolvidas tem mais tempo para assumir uma orientao espacial prpria, e assim formarem estruturas cristalinas. Por outro lado, o endurecimento do geopolmero ocorre numa soluo altamente concentrada com temperaturas menores, tipicamente entre 20C e 80C, e relativamente rpida, resultando em uma estrutura amorfa, algumas vezes parcialmente microcristalizada. Davidovits (1994) descreveu o mecanismo de endurecimento de um material geopolimrico como uma reao, gerando mltiplos Si-O-Al, numa rede amorfa tridimensional. Assim como em todos os materiais predominantemente amorfos, detalhes estruturais so difceis de determinar, e difraes de raios-X so inconclusivas. Barbosa et al. (2000), Xu and Deventer (2000), Lee et al. (2002), Rowles and OConnor (2003), Kriven et al. (2003), MacKenzie (2004), entre outros, tem fornecido importantes contribuies para a compreenso da geo-policondensao. Os geopolmeros base de aluminossilicatos alcali-ativados so essencialmente materiais semi-porosos (Kriven et al., 2003).As reaes qumicas e condies por trs da geo-policondensao so fundamentalmente diferentes daquelas que levam ao endurecimento do cimento Poltland. Para a distino de um geopolmero e um cimento Portland, recorda-se que as principais reaes que levam formao de um material convencional base de cimento geram uma fase mal ordenada de S-C-H silicato de clcio hidratado [CaOSiO2H2O], que o material ligante. Reaes colaterais geram hidratos de clcio e alumnio, [4CaOAl2O319H2O] e [6CaOAl2O3Fe2O312H2O]. A formao de ettringita [Ca6Al2(SO4)3(OH)12.26H2O] em produtos endurecidos do cimento podem levar a fissuras e perda de durabilidade mecnica. Em contraste, a formao de uma fase similarmente deletria nos geopolmeros no foi reportada. Pozzolanas, como a cinza volante, tem sido adicionadas a misturas de cimento a fim de aumentar sua durabilidade e diminuir sua contrao. A cinza volante reage com Ca(OH)2 formando gel SCH e hidratos de clcio e alumnio.Muitos trabalhos de reviso foram publicados, os quais explicam os mecanismos por trs da geopolimerizao, e.g. Khale e Chaudhari (2007) e Pacheco-Torgal et al. (2008, Parte 1), aspectos da engenharia e.g., Rashad 2013, focando em metakaolin, Pacheco-Torgal et al. (2008, Parte 2), focando em materiais e na fabricao de materiais ligantes.

Nos ltimos cinco anos vrios produtos a base de concreto foram desenvolvidos no Vitreous State Laboratory. Os dois coautores da Catholic university of America desenvolveram materiais ligantes base de geopolmero para concretos convencionais (CC) e concretos de ultra-alto desempenho (CUAD) [Gong et al. 2010b, 2012]. CUAD um tipo especial de concreto com um desempenho otimizado quando comparada com o CC. As propriedades otimizadas incluem uma alta resistncia compresso, resistncia flexo, resistncia trao, plasticidade, ciclos de congelamento e descongelamento, durabilidade qumica, etc. Um conhecido CUAD comercialmente disponvel o Ductal, um Concreto de p reativo (CPR) ", feito por Lafarge, Bouygues e Rhodia. Este produto contm cimento Portland, ao passo que o concreto desenvolvido no VSL no. O mesmo baseado na qumica geopolimrica. Aps o desenvolvimento do produto no laboratrio, propriedades dos materiais esto sendo mensuradas no VSL utilizando normas ASTM e outras referncias. Este artigo focado na corroso do concreto geopolimrico de ultra-alto desempenho (CUAD) em um ambiente cido.O cido sulfrico foi escolhido devido sua abundncia em guas residuais. O H2S presente na gua, ou que foi formado atravs de reaes microbianas, leva corroso dos tubos de concreto usados para transportar o esgoto. A substituio de tais tubos pelo geopolmero que mais durvel pode ser uma das muitas aplicaes deste novo material. Vrios estudos sobre o comportamento do geopolmero em cido sulfrico foram relatados na literatura [por exemplo, Bakharev et al. 2003, Allahverdi et al. 2005, a Sata et al. 2012, Rostami e Brendley de 2003]. Todos estes estudos mostram que o concreto geopolimrico mais resistente corroso em cido sulfrico, assim como outros tipos de cido, que o concreto convencional.2 ProcedimentosNesta seo relatada a preparao das amostras CUAD geopolimrico e as condies dos experimentos de corroso descritos na norma ASTM C267-01 (2012) [ASTM].

2.1 Amostras do geopolmeroO concreto geopolimrico de ultra-alto desempenho desenvolvidos na Catholic University of America possui em composio cerca de 35% de resduos (cinzas volantes, escria de alto-forno), e cerca de 10% de outros materiais. Misturados, esses componentes constituem o material ligante. A fase lquida uma soluo ativadora alcalina composta de silicato de sdio (ou potssio) cuja composio depende da composio qumica do material ligante. A proporo de gua-para-slido tipicamente 0,35 ou menos. A mistura do material ligante com a soluo ativadora combinada com areia em uma quantidade maior ou igual a 50% da massa total, produzindo um concreto de ultra alta resistncia compresso. Metal, carbono, ou fibras de vidro (1 a 6% da massa total) podem ser adicionados para aumentar a resistncia flexo.As amostras deste estudo foram preparadas misturando-se o material ligante, a soluo ativadora e areia em um misturador planetrio K-Lab Lancaster 5 gales (20 L) durante cerca de 5 minutos. Fibras no foram usadas. A pasta foi transferida para recipientes de plstico com 5,08 cm de dimetro e 10,16 centmetros de altura (2x4 polegadas), os quais foram vibrados durante 5 minutos para liberar as bolhas de ar o tanto quanto possvel. A superfcie foi ento selada com uma tampa de plstico. Os cilindros foram curados, temperatura ambiente durante 28 dias e, aps este perodo, a altura e dimetro de cada amostra foram medidas em vrias posies a fim de obter-se uma mdia. O peso de cada amostra foi registado. Um total de 18 amostras foram preparadas a partir de um mesmo trao. Quinze amostras foram necessrias para realizar os testes de corroso de at 28 dias, e outras trs foram utilizadas para medir a resistncia inicial compresso.

Os tempos de pega iniciais e finais foram medidos com um penetrmetro de proctor da marca VICAT segundo a ASTM C191. Os tempos de pega para cimentos geopolimricos so tipicamente entre 20 e 90 minutos (pega inicial) e 30 a 120 minutos (pega final), os quais conferem com os obtidos neste estudo. A resistncia compresso foi medida com uma prensa calibrada da marca Humboldt.

2.2 Testes com cidoOs ensaios de corroso foram realizados seguindo ao norma C267-01 da ASTM. O procedimento exige que as amostras preparadas na seo 2.1 fossem testadas aps 28 dias de cura , e deveriam ser submersas em soluo cida. Foi escolhido o cido sulfrico em uma concentrao de 10% do peso total, Ou seja, 1 molar. As amostras no foram mantidas em um forno, como requisitado, mas simplesmente mantidas temperatura ambiente do laboratrio, que por sua vez era constante (em torno de 21 C). Cada amostra foi totalmente submersa em cido. O recipiente com a soluo cida foi fechado com uma tampa. Os tempos de exposio foram de 1, 4, 7, 14, e 28 dias. Perodos mais longos so permitidos, mas no foram aplicadas neste estudo. As amostras foram testadas em trios a fim de se fazer uma mdia dos resultados. Quando uma amostra era retirada da soluo cida, a superfcie era lavada com gua e seca com papel toalha. O cido de todas as outras amostras restantes era renovado sempre que uma amostra era retirada no final do seu tempo previsto de exposio. Todas as amostras foram pesadas e suas medidas aferidas antes da exposio ao cido.Seguindo a norma ASTM C267-01, as amostras foram pesadas e as suas alturas e dimetros medidos (as medies foram realizadas nas mesmas posies utilizadas anteriormente ao teste). Finalmente, a resistncia compresso foi determinada. Depois de rompidos, os pedaos quebrados dos corpos de prova foram coletados e usados para preparar amostras para o microscpio eletrnico de varredura (MEV) e para a anlise das partes corrodas e no corrodas no difratmetro de raios-X. As amostras para o MEV foram colocadas em fita condutora e revestidas com carbono.

3 ResultadosA resistncia compresso mdia das trs amostras no submetidas ao cido foi de (186 5) MPa ((27000 700) psi), aps 28 dias de cura. A norma ASTM C267-01 prescreve que as propriedades das amostras devem ser registradas aps a corroso e que todas as alteraes do slido e da soluo lquida (cido) devem ser relatadas. Os respectivos dados e as observaes foram compilados na Tabela 1.Antes da soluo de cido sulfrico as amostras de CUAD geopolimrico eram cinza claro. Durante o primeiro dia expostas a soluo elas se tornaram mais escuras, fato que pode ter acontecido devido acumulao de partculas de carbono na superfcie, uma vez que as cinzas utilizadas continham carbono no queimado. Observou-se cheiro de H2S no momento da abertura do recipiente, o que se deve presena de pequenas quantidades de sulfuretos na escria de alto-forno e nas cinzas volantes. O cido forte formado desassociou H2S, que voltil. Aps 14 dias, uma quantidade insignificante de pequenas partculas slidas foi encontrada na parte inferior do recipiente onde se encontrava a soluo cida. Os mesmos podem ter se soltado da superfcie corroda das amostras do geopolmero, mas sua massa era pequena demais para ser considerada. Em todas as situaes a soluo estava cristalina, e no houve mudana perceptvel na cor. O CUAD um material com uma porosidade definida entre pequena e mdia. A medida que o tempo progredia a porosidade da superfcie aumentava visivelmente, e as amostras corrodas possuam uma textura menos macia do que as no corrodas. No entanto, no formaram-se fissuras e tambm no foi observado nenhuma fratura no material.Medies antes e depois da corroso mostraram que o tamanho da amostra aumentou com o tempo. Os dados apresentados so mdias de medies de trs corpos de prova de CUAD geopolimrico corrodos. Os resultados, mostrados na Figura 1, sugerem que a taxa de inchamento diminui durante o perodo de estudo de 28 dias. Uma curva de tendncia foi calculada.

Tabela 1: Propriedades do CUAD geopolimrico corrodo reportadas de acordo com a ASTM C267-01

CaractersticasTempo (Dias 1 ao 28)

Mudanas e observaes (Fase lquida)

CheiroH2S

Mudana na corNenhuma

SedimentosPequenas partculas depois de 14 e 28 dias

TurbidezNenhuma

Mudanas e observaes (geopolmero)

FissurasNenhuma

PorosidadeAumentou

FraturasNenhuma

AparnciaSuperfcie mais escura

Irregularidades na superfcieAumentou

Mudana de tamanhoSim (Figura 1)

Mudana de pesoSim (Figura 2)

Mudana da resistncia compressoSim (Figura 3)

A figura 2 mostra a mudana de peso das amostras em funo do tempo depois da corroso. Houve uma perda de massa relativamente pequena durante o primeiro dia, o que pode ser resultado de um processo de lixiviao do hidrxido alcalino no reagido e uma troca de ons em que o Na+ e K+ so substitudos pelo H+, o qual mais leve. Tal processo ser melhor explicado na discusso. Depois do primeiro dia, o peso aumentou durante todo o perodo do experimento numa taxa de cerca de 0,06% ao dia. Tal como na Figura 1, cada dado na Figura 2 a mdia de trs amostras do geopolmero. A linha de tendncia no linear obteve um nvel de confiana ligeiramente maior (R = 0,993) em comparao com a linha de tendncia linear (R = 0,98). No entanto, medies a longo prazo seriam necessrias para determinar qual modelo est correto.A Figura 3 mostra a resistncia compresso em funo do tempo. Todas as idades das amostras obtiveram resultados, com exceo dos 28 dias, que foram descartados por no refletirem a real resistncia compresso da amostra. Em relao resistncia inicial, apenas dois dados so mostrados, uma vez que a terceira amostra foi danificada durante o manuseio, o que ser discutido na seo 4. Aps 14 dias a resistncia compresso diminuiu 19%, fato que reflete a fora do material no corrodo por debaixo da camada de superfcie, caracterstica que tambm ser explicada na seo 4. O nvel de confiana associado linha de tendncia indica que no existe uma forte correlao entre a resistncia compresso e o aumento da corroso.Os resultados de cada amostra se apresentam bastante dispersos na Figura 3. A diferena dos dados pode ter uma variedade de causas. Considerando-se que, com base na experincia com outras amostras, a resistncia compresso varia pouco entre as amostras no afetadas pelo cido, todos os corpos de prova foram fabricados juntos e curados sob as mesmas condies e o erro associado a resistncia compresso menor que 5%. O que pode ter acontecido que o aumento da camada corroda tenha afetado a reprodutibilidade das amostras, uma vez que, ao se atribuir a resistncia compresso de um corpo de prova, subentende-se que o mesmo homogneo, o que no ocorre neste caso.

Figura 1: inchamento das amostras de CUAD geopolimrico durante a corroso.

Figura 2: Mudana de massa das amostras de CUAD geopolimrico durante a corroso.

As Figuras 4, 5 e 6 mostram imagens do microscpio eletrnico de varredura (MEV) e anlises semi-quantitativas das amostras do CUAD geopolimrico aps 14 dias de corroso. Neste ponto, a camada de corroso era de cerca de 3 mm de espessura e, aps estes 28 dias, a espessura aumentou at uma profundidade mdia de 4,6 mm para todas as trs amostras.A Figura 4 mostra o detalhe de uma camada corroda aps 14 dias de exposio ao cido. Os grandes cristais em forma de agulha so gipsita CaSO4 2H2O, um produto da corroso. Apesar de cristais grandes como estes serem escassos, cristais finos mas com um comprimento de at 20 m eram abundantes e podiam ser encontrados nas amostras de 14 dias, como pode ser visto na figura 5. O ponto denominado spectrum 1 aponta que um gro de areia (SiO2) foi analisado.

Figura 3: Mudana da resistncia compresso durante a corroso

Figura 4: Imagem do MEV mostrando o detalhe da camada corroda do CUAD geopolimrico-Esquerda; Dados (spectrum 2, gipsta) Direita.

Figure 5: Imagem do MEV do mesmo material que a Figura 5 esquerda;Pequenas agulhas de gipsita; Dados (spectrum 1, Quartzo) Direita.

A figura 6 mostra um espao vazio (porosidade) e algumas agulhas de gipsita ao redor de um cristal de ilmenita (FeTiO3) na camada de corroso. Ilmenita (ver dados ao lado da Figura 6) no um produto de corroso, mas, provavelmente, um constituinte da cinza volante ou da escria de alto forno. Tipicamente, nas amostras no corrodas, o espao em torno dos constituintes do geopolmero que no reagiram preenchido com um ou mais diferentes tipos de gel.

Figure 6: Imagem do MEV mostrando o detalhe da camada corroda do CUAD geopolimrico-Esquerda; Dados (spectrum 2) Direita.

A imagem 7 mostra um pedao do CUAD geopolimrico intocado que se desprendeu do restante. Os pontos escuros so bolhas de ar. Fases individuais de material semi-inerte, tal como areia e pequenas partculas de cinza e escria de alto forno em suas respectivas fases cristalinas foram incorporadas num material essencialmente amorfo, o qual foi formado da reao entre a fase vtrea dos materiais citados e a soluo ativadora altamente alcalina. As pequenas fissuras foram geradas em sua maioria durante o teste de compresso.

Figure 7: Imagem do MEV de uma amostra intacta e no polida da superfcie do CUAD geopolimrico

Neste e em outros geopolmeros que contm uma quantidade suficiente de partculas reativas de clcio, a estrutura cristalina constituda por uma mistura de alumino-silicato-alcalino-(AAS) e alumino silicato de clcio hidratado (C-(A)-S-H) (Buchwald et ai. de 2007, Shi et al. 2011). Tais estruturas podem coexistir (Yip e Deventer, 2003). O gel CSH incorpora alumnio para formar (alumino) silicato de clcio hidratado. Estas fases so diferentes da fase SCH do cimento e tendem a ser quimicamente mais durveis.Alm das imagens do MEV da morfologia e fases do geopolmero corrodo (Figuras 4, 5 e 6) foi realizado um estudo mais abrangente da composio qumica da camada superficial das amostras, focado na distribuio dos elementos clcio e enxofre. Ao escanear a superfcie de uma amostra no corroda, tal como a mostrada na Figura 7, observou-se que o clcio estava presente em quatro das sete anlises. O enxofre, no entanto, foi encontrado em apenas um ponto, em quantidade muito pequena. O silcio, elemento mais presente no geopolmero, foi encontrado em todas as anlises, quer como base ou juntamente com o oxignio como o segundo elemento (SiO2). Duas amostras corrodas foram analisadas depois de 14 dias de corroso em cido sulfrico. O clcio e o enxofre foram encontrados em catorze dos dezoito anlises. Os mesmos encontravam-se ausentes somente se o feixe de eltrons tivesse analisado uma das outras estruturas como o quartzo. Tais resultados confirmam que a gipsita onipresente na camada de corroso. A potencial significncia desta descoberta ser discutida na seo 4.

4 DiscussoAllahverdi e kvra (2005) estudaram a corroso de um geopolmero composto por cinzas volantes e escria de alto-forno, o qual se assemelha ao estudado neste projeto. Allahverdi e kvra (2005) descrevem o mecanismo de corroso, imerso em cido sulfrico (pH 1), como primeiramente uma troca inica entre H+ da soluo e os ons alcalinos na regio da superfcie do geopolmero, enquanto ocorre de forma simultnea a dissoluo do gel. medida que a concentrao de ons de sulfato aumenta no interior da camada corroda, ocorre a precipitao de gipsita que, por sua vez, cria um efeito protetor contra a corroso.Aps a imerso em cido, uma camada de corroso foi formada na superfcie da amostra, e o geopolmero recoberto por tal camada permaneceu intocado. A diferena entre o material corrodo e o no corrodo podia ser vista a olho nu. Desta forma, conclui-se que o inchao aparente de toda a amostra, tal como exposto na Figura 1, na realidade limitava-se somente camada de corroso. A imagem do MEV na Figura 4 mostra que o inchao pode ser causado, em parte, pela formao de grandes cristais de gipsita e tambm de espaos vazios, mas at mesmo os cristais dos tamanhos mostrados na Figura 4 eram escassos. O espao que a gipsita ocupa pode ser maior do que aquele ocupado pelos materiais os quais ela substitui (Melchers and Wells, 2010). Cristais de gipsita de at 1 m de comprimento e menos de 1 micrmetro de expessura so muito mais abundantes. A Figura 1 tambm indica que a taxa de inchamento diminui com o tempo. As medies da espessura da camada corroda (de cerca de 3 mm ao fim de 14 dias, a cerca de 4,6 mm aps 28 dias) mostram que a taxa de crescimento tambm diminui.

A Figura 3 mostra que a resistncia compresso diminui como resultado da corroso, tal diminuio equivale a 19% aps 14 dias. A corroso afeta apenas uma pequena frao da totalidade da amostra do geopolmero, levando a crer que a perda de resistncia compresso est relacionada com a espessura da camada corroda, uma vez que a camada de geopolmero protegida por tal camada permanece intacta, no havendo ento um decrscimo na resistncia compresso da mesma. Como o inchao ocorreu apenas na camada de corroso, o inchao de 1,25 % de toda a amostra aps 14 dias (Figura 1) se traduz a um inchao de 10 % da camada corroda de 3 mm de espessura e, portanto, a corroso estendeu-se em apenas 2,7 mm de profundidade na amostra. Reduzindo o raio da amostra em 2,7 mm e recalculando a resistncia compresso do ncleo intacto, o mesmo obteve uma resistncia de 189 MPa , o que prximo da mdia das resistncias das amostras antes do teste ( 186 5 Mpa) e que no se compara a resistncia de 151 MPa de toda a amostra depois de 14 dias. Conclui-se ento que a corroso afetou apenas a resistncia compresso de uma fina camada superficial do CUAD geopolimrico. A resistncia do ncleo do geopolmero permaneceu intacta. Isto mostrado na Figura 3, pelo dado referente aos 14 dias (diamante aberto). Tal correo no foi feita nas primeiras amostras devido dificuldade de se medir com preciso as camadas corrodas.A figura 2 mostra a variao de massa das amostras do CUAD geopolimrico durante a corroso. Apesar de os detalhes do processo de corroso continuarem sob investigao, possvel relacionar a perda de massa inicial com hidrxidos alcalinos que no sofreram reao, alm de algumas trocas entre ons de lcalis e talvez ons alcalinos terrosos no gel e H+. Estas trocas de ons no foram observadas em pH neutro (gua). A dissoluo simultnea do gel ligante numa regio prxima superfcie, como foi sugerido por Allahverdi and kvra (2005), tambm pode ter ocorrido. Durante o estudo, a dissoluo do gel ligante em cido sugerida pela presena de espaos vazios prximos do material que no sofreu reao, como visvel na Figura 6 em torno do cristal de ilmenita (FeTiO3) crystal. Eventualmente, a dissoluo de clcio do gel de alumnosilicato de clcio hidratado Ca-(Al)-S-H e o aumento da concentrao de SO42- nos poros excederam o produto de solubilidade da gipsita e CaSO4x2H2O cristalizou-se na camada de corroso (Figuras 4 e 5). A gipsita foi o nico material novo encontrado pelo microscpio eletrnico de varredura na camada de corroso. Assume-se que, aps um dia, menos material foi dissolvido, deixando a zona de corroso, sendo depois importado e fixado como gipsita. Isto explicaria o ganho de massa observado aps um dia, e o aumento de massa da amostra acima da massa inicial aps 5 dias (Figura 2). O ganho de massa foi de 1,6% para toda a amostra aps 28 dias, ganho este que se localiza apenas na camada de corroso, assim como acontece no caso do inchamento. Apesar de no poder afirmar-se com convico que a gipsita exerce um efeito protetor contra corroses mais profundas, possvel afirmar, com base em anlises do difratrmetro de raio-x, que a gipsita ubqua na camada corroda. Uma primeira indicao quanto a um efeito protetor pode ser observado no fato de que o aumento na profundidade de penetrao da corroso era menor ou igual a 1,9 mm entre 14 e 28 dias, dependendo de quanta dilatao ocorreu, comparada com 2,7 mm entre 0 e 14 dias. O melhor ajuste dos dados sugere que o ganho de massa tenha aumentado menos conforme o tempo progrediu.Os mecanismos de corroso dos concretos geopolimrico (CUAD) e base de cimento Portland (CP) em cido sulfrico so bem diferentes. Na corroso do CUAD, o progresso da reao segue o mesmo padro de outros geopolmeros, mostrando-se relativamente mais lento quando comparado ao CP, fato que evidenciado em vrios estudos na literatura. Por exemplo, Sata et al. (2011) testou a durabilidade qumica de argamassas geopolimricas de cinzas de lenhite e cimento Portland em uma soluo contendo 3% de cido sulfrico temperatura ambiente. Os corpos-de-prova de CP mostraram uma perda de massa de 23,1% aps 14 dias, e 95,7% aps 120 dias. Em contraste, as amostras de geopolmero mostraram uma perda de massa de 2% em 14 dias, e 3,6% aps 120 dias. Rostami and Brendley (2003) conduziram estudos de corroso com CP e Material de cinzas alcalinas (MCA), um geopolmero, e observou um desempenho superior do geopolmero em relao ao CP, em solues de cido sulfrico, ntrico, hidroclordrico e actico. O geopolmero sofreu uma perda de massa de 2% (CP 10%) aps 28 dias, e 5% aps um ano (CP 25% em 84 dias), quando submerso em uma soluo de 20% cido sulfrico. A longo prazo, a perda de massa no excedeu 5% independente do tipo de cido. O efeito do tipo de cido se mostrou muito mais acentuado no CP do que no geopolmero. No parece existir nenhum limite de corroso antes que o CP se desintegre completamente. Espera-se que o grau com que o os geopolmeros resistam ataques de cido dependa, em certa medida, da composio. interessante notar que em outros geopolmeros foi medida perda de massa durante a corroso, enquanto que, para o CUAD analisado neste estudo, a perda de massa s ocorreu durante os primeiros 5 dias, e a partir de ento foi medido um pequeno aumento acima da massa original da amostra. No concreto base de cimento Portland, o cido sulfrico dissolve o silicato de clcio hidratado, o carbonato e o hidrxido de clcio do material ligante, formando gipsita em todas estas reaes qumicas. Ettringita pode ser gerada numa reao entre cido sulfrico e aluminatos de clcio na matriz do concreto. Em ambas as fases, ettringita e gipsita, so bastante volumosas e exigem mais espao dentro do concreto corrodo disponvel. Estas fases exercem uma fora destrutiva na camada da superfcie, o que leva a fissuras e novos caminhos pelos quais o cido alcana o material ainda no afetado mais rapidamente, acelerando, portanto, o processo de corroso. discutido na literatura (Ocabe et al., 2007, Melchers and Wells, 2010) que a precipitao de gipsita constitui uma barreira de difuso, o que tambm parece ser o caso em geopolmeros (Allahverdi and kvra, 2005). As fissuras, no entanto, mitigariam este efeito de proteo. Tais fissuras no so observadas nas camadas de corroso do CUAD aqui estudado. Rostami and Brendley (2003) conduziram testes de corroso com o geopolmero MCA durante o perodo de um ano, e no reportaram o aparecimento de fissuras. A ausncia dessas fissuras pode ser uma importante, se no a mais importante, diferena explicando a durabilidade qumica em cido sulfrico bem mais elevada de geopolmeros em geral, e tambm do CUAD geopolimrico deste estudo em particular.

5 ConclusesGeopolmeros tem sido estudados por vrias dcadas e so considerados em vrias aplicaes, incluindo na substituio do concreto convencional base de cimento Portland. O material preparado e investigado aqui um geopolmero particularmente forte, com uma resistncia compresso em torno de (1865) MPa, que tem sido desenvolvido nos ltimos anos, e poder ser utilizado especialmente em situaes onde durabilidade mecnica e resistncia a cido so desejveis, ou ainda obrigatrias. Este estudo apresenta resultados sobre a corroso de um concreto geopolimrico de ultra-alto desempenho em solues de cido sulfrico concentrado, utilizando as condies exigidas pelos procedimentos da norma ASTM C267-01 (2012). Os resultados demonstraram que o material to resistente quanto geopolmeros que no so classificados como de ultra-alto desempenho, quando testados em solues concentradas de cido sulfrico durante um perodo de teste de 28 dias. A perda de resistncia compresso de todas as amostras foi atribuda perda de resistncia da camada da superfcie corroda, cuja espessura era de aproximadamente 4,6 mm aps 28 dias temperatura ambiente. Os detalhes do mecanismo de corroso ainda so objetos de investigao, mas etapas importantes so a dissoluo da (A-A-S) e C-(Al)-S-H) e a precipitao da gipsita dentro da camada corroda. A gipsita provavelmente tem uma funo de proteo contra corroses mais profundas, agindo como uma barreira de difuso, apesar de que no existem evidncias suficientes para provar que este o caso. Se a gipsita exerceu alguma fora na camada de corroso devido ao aumento do volume, esta no foi sorte o suficiente para induzir fissuras significativas no material. Possivelmente, a diferena mais importante entre estas descobertas e o mecanismo de corroso de concreto base cimento Portland (CP), est relacionada com a formao de fissuras nas camadas de corroso do CP. Estas fissuras do livre acesso parte do material onde o cido no havia penetrado, gerando, portanto, um progresso de corroso mais rpido. O CUAD geopolimrico mostrou perda de massa apenas inicialmente, seguido de um ganho de massa depois de um dia, indicando um comportamento atpico quando comparado com cimento Portland ou mesmo com outros geopolmeros, onde a perda de massa a tendncia predominante.

AgradecimentosMonique Vogado e Felipe Costa agradecem ao Vitreous State Laboratory por todo o suporte na execuo deste trabalho, assim como pelo auxlio durante a conduo dos experimentos no laboratrio.

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