Gongeelva ved Sprangfoss (GON2)

A palavra carbonatação em seu sentido mais amplo significa converter em carbonato, ou seja, transformar qualquer sal proveniente da reação de neutralização em que participe o ácido carbônico (H2CO3).

O ácido carbônico nada mais é do que a dissolução em água do dióxido de carbono (CO2) presente na atmosfera e, de modo geral, proveniente da queima de combustíveis fósseis, de queimadas, da respiração humana e animal ou de algumas reações químicas envolvidas no processo de putrefação de matéria orgânica.

Em engenharia civil a carbonatação significa a neutralização do hidróxido de cálcio [Ca(OH)2] liberado como subproduto ao longo do processo de hidratação do C3S (silicato tricálcico) e do C2S (silicato dicálcico) do cimento Portland [REVISTA TÉCHNE, 1994]:

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O (2.6)

A equação (2.7) caracteriza a formação do ácido carbônico. Como essa reação só ocorre em presença de água, em um ambiente de baixa umidade relativa, a carbonatação apenas se verificará em níveis muito baixos. Paralelamente, considerando um concreto saturado, a dificuldade de difusão do CO2 reduz a reação a níveis desprezíveis.

A equação (2.8) tem como produto uma fase instável representada pelo bicarbonato de cálcio. A equação (2.9) apresenta a forma estável do carbonato de cálcio com liberação de água [REVISTA TÉCHNE, 1994]:

CO2 + H2O → H2CO3 (2.7)

2H2CO3 + Ca(OH)2 → Ca(HCO3)2 + 2H2O (2.8)

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 + 2H2O (2.9)

Esta reação apresentada na equação (2.8) depende, entre outros fatores, tanto da argamassa/concreto como do meio ambiente. Quanto ao ambiente, são condições básicas para a reação a presença de dióxido de carbono no ar e de umidade, a fim de que possa formar-se ácido carbônico dissolvente da cal. O processo ocorre em duas etapas. Uma

eminentemente química caracterizada pelo ataque do ácido carbônico aos cristais instáveis de hidróxido de cálcio, considerada a etapa “molhada”, já que é fundamental a penetração da umidade no concreto ou argamassa. A outra, a etapa seca, envolve o transporte da água saturada com o hidróxido de cálcio dissolvido até zonas de menor pressão, podendo ser estas poros ou capilares de maiores dimensões ou até a superfície da peça, onde a evaporação da água permite a precipitação do carbonato de cálcio.

Quanto à argamassa, é fundamental vincular a porosidade e conseqüente permeabilidade com a intensidade da carbonatação. Assim, tem-se que a variável mais importante do processo é o fator água/cimento (a/c), desde que se comparem traços semelhantes. A alteração do traço, para um mesmo fator a/c, pode alterar as condições de retenção de água da mistura, estabelecendo processos diferenciados com a possibilidade de formação de uma rede capilar mais efetiva no estabelecimento da permeabilidade do material. Outros fatores podem ser citados como intervenientes indiretos no processo, tais como grau de adensamento, nível de hidratação do cimento e eficiência da cura, já que sua ação direta se verifica na permeabilidade da argamassa/concreto [REVISTA TÉCHNE, 1994].

A exsudação, sendo um tipo especial de segregação, é a separação da água de amassamento que aflora à superfície da argamassa/concreto. É um fenômeno que pode diminuir a durabilidade e a aderência entre camadas da argamassa/concreto. A exsudação não é prejudicial quando não causa mudança na estrutura do concreto ou argamassa, sendo nesse caso, benéfica [SILVA, 1991].

A carbonatação provoca uma redução do pH da argamassa/concreto pela neutralização de uma base forte de pH entre 12 e 13, o hidróxido de cálcio. O efeito químico direto da carbonatação é a redução do pH da mistura, com conseqüências que podem determinar a diminuição da vida útil do concreto/argamassa.

Os cristais formados na hidratação do cimento Portland apresentam estabilidade química em ambiente alcalino; a alteração do ambiente em níveis intensos pode determinar a destruição destas ligações. O fenômeno é identificável quando um concreto é submetido à ação de ácidos em geral.

O ácido carbônico é um ácido fraco, atuando sobre o hidróxido de cálcio de forma sensível mas sendo quase inofensivo ao carbonato de cálcio, o que explica quimicamente a tendência decrescente da intensidade da carbonatação ao longo do tempo.

Fisicamente, o efeito do fenômeno consiste na obturação de poros e canais pelo revestimento da sua superfície interna, ou pela sua obturação completa a partir da deposição do carbonato de cálcio neo-formado. Dessa maneira, a própria carbonatação consiste em uma barreira eficaz contra si mesma, a menos que esta barreira venha a ser rompida por um ácido de ação mais intensa, já que tende a fechar os poros do concreto/argamassa, desde que não tenha sido produzido com fator a/c demasiadamente alto [REVISTA TÉCHNE, 1994].

Admite-se que o concreto/argamassa protege adequadamente as armaduras de reforço, através de uma ação física representada pelo cobrimento propriamente dito, e de um efeito químico obtido da reação do hidróxido de cálcio com a camada superficial de óxido sempre presente nas barras de aço, sendo este o efeito mais importante da carbonatação.

A reação típica do fenômeno pode ser apresentada como:

2Fe(OH)3 + Ca + (OH)2 → CaO.Fe2O3 + 4H2O (2.10)

O produto dessa reação pode ser entendido como um óxido de ferro e cálcio. A camada desse óxido de ferro e cálcio em uma armadura revestida também é chamada de capa passivadora ou passivada, subentendendo-se como imune à corrosão. A estabilidade química dessa capa passivadora depende de um ambiente alcalino caracterizado por um pH entre 10,5 e 13. A neutralização apresentada pela carbonatação pode reduzir o pH do meio a valores inferiores a 9, instabilizando a capa passivadora e vulnerabilizando a armadura à instalação de um processo degenerativo de corrosão. Tendo em mente o violento e relativamente rápido processo de corrosão das armaduras, é possível relacionar diretamente esse fenômeno com a carbonatação, e esta com a durabilidade das estruturas de concreto armado [REVISTA TÉCHNE, 1994].

Já que a carbonatação é um processo inerente aos concretos e argamassas, sua ocorrência pode sugerir o envelhecimento do material, sendo necessário saber conviver com esse fato inevitável. O ataque por ácidos fortes determina não só a lixiviação do hidróxido de cálcio como também do carbonato de cálcio, reduzindo drasticamente o pH da argamassa/concreto, despassivando a armadura e instabilizando os produtos da hidratação do cimento Portland.

A argamassa/concreto não resiste à ação de ácidos fortes; ácidos fracos tendem a deteriorar o concreto/argamassa a longo prazo; o ácido carbônico é uma exceção em função do produto salino formado. É de responsabilidade também da carbonatação o aumento da dureza superficial do concreto/argamassa, fato benéfico a concretos/argamassas sujeitos à abrasão, além de sua maior proteção contra a ação de sulfatos [REVISTA TÉCHNE, 1994].