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A reação álcali-agregado é um fenômeno químico que ocorre no concreto endurecido, envolvendo certos tipos de minerais silicosos reativos que podem estar presentes no agregado e que reagem com hidróxidos alcalinos (provenientes do cimento, água de amassamento, agregados, aditivos e adições) dissolvidos na solução dos poros do concreto. Como produto da reação, forma-se um gel higroscópico expansivo. Esses géis, quando em contato com a água, expandem-se por osmose. Essas expansões podem levar à fissuração da pasta em torno do agregado, levando à movimentações diferenciais nas estruturas, exsudação do gel e redução das resistências à tração e compressão e do módulo de elasticidade. De acordo com Mehta e Monteiro (2008), cimentos contendo menos de 0,6% de óxido de sódio (Na2O) equivalente e concretos com teor de álcalis abaixo 3 kg/m3 no

concreto não sofrem expansão deletéria devido à reação álcali-agregado. Segundo os mesmos autores, material reativo abaixo de 75µm, apesar de reagir, não oferece expansão significativa. A reação álcali-agregado pode ser classificada em três tipos: reação álcali- sílica, álcali-silicato e reação álcali-carbonato.

A reação álcali-sílica ocorre quando a sílica ativa do agregado reage com os álcalis do cimento, na presença do hidróxido de cálcio, cal hidratada ou cal extinta Ca(OH)2,

originado pela hidratação do cimento, formando um gel expansivo – Norma Brasileira –

íons Na+, K+e Ca2+contidos na pasta de cimento em solução básica. Em seguida, devido à alta concentração de Ca2+ na pasta, forma-se uma fina camada semi-impermeável de um gel de CaO-álcali-sílica, de caráter não expansivo ao redor da sílica. Posteriormente, os íons Na+, K+e Ca2+penetram na fina camada que envolve a sílica e reagem com a mesma. Se a concentração de íons de cálcio for alta, de forma a assegurar a formação contínua de um gel não expansivo, uma vez que há consumo de álcalis durante a reação, haverá a redução da alcalinidade do meio. Se a concentração de íons cálcio for baixa, os álcalis reagirão e formarão um gel de álcalis sílica que, em presença de água, se expande (PAULON, 1981). Outro mecanismo que explica esse tipo de reação é a ocorrência de um ataque ao grupo siloxano (Si-O-Si) do agregado pelos íons hidroxilas (OH¯ ) presentes na solução de poros da pasta, a partir de uma reação ácido-base, formando silanol (Si-OH) na superfície do agregado (equação 2.1):

Si-O-Si + H2O Si-OH...OH-Si (2.1)

Em seguida, o silanol (Si-OH) é rompido pelos íons hidroxilas (OH¯ ) com liberação de água (equação 2.2):

Si-OH + OH¯ SiO¯ + H2O (2.2)

O rompimento das ligações é balanceado pelos íons alcalinos com cargas positivas, sódio e potássio, criando cargas negativas. Os íons SiO¯ liberados são atraídos pelos cátions alcalinos da solução dos poros, formando um gel sílico alcalino:

Si-OH + Na++ OH¯ Si-O-Na + H2O (2.3)

Esse gel, na presença de água, expande e causa tensões de tração no composto cimentício. Um segundo tipo de reação álcali-agregado, reação álcali-silicato, acontece por um processo semelhante ao da reação álcali-sílica, com a diferença de se processar mais lentamente devido ao fato de os minerais reativos estarem mais disseminados na matriz (POOLE, 1992). Segundo Van Aardt e Visser (1977), essa reação se origina pela formação uma camada de aderência ao redor do agregado composta por silicato de cálcio hidratado (C-S-H) mais hidróxido de cálcio. Com o passar do tempo e na presença de umidade, o

hidróxido de cálcio (proveniente da hidratação do cimento) reagirá com o silicato, formando um gel expansivo.

A reação álcali-carbonato é um tipo de reação álcali-agregado que ocorre de forma diferente das demais: os álcalis do cimento atacam o calcário dolomítico, formando compostos cristalizados (brucita, carbonato alcalino e carbonato cálcico), ou seja, desdolomitizando o agregado, provocando fissuras devido à perda de aderência dos materiais (HOBBS, 1988). Esses compostos reagem com os produtos da hidratação do cimento, dentro da pasta, formando novamente álcalis, os quais darão continuidade da reação de desdolomitização. Esse ciclo ocorrerá até o consumo total da dolomita ou até que a concentração de álcalis tenha sido reduzida por reações secundárias (ANDRADE, 1997; PAULON, 1981).

Existem diversos métodos de investigação para se avaliar a ocorrência de reação álcali- agregado no concreto endurecido. O método Osipov é um método térmico de ensaio em que agregados com dimensões de 20 a 50 mm são submetidos à alta temperatura, de aproximadamente 1.000° por 60 segundos. Considera-se que o agregado, caso possua mineralógica reativa, se desagregue quando exposto à temperatura elevada. No entanto, se o agregado não desagregar, são necessários ensaios complementares para verificar se ele é reativo (ANDRADE, 1997; VALDUGA, 2002).

Pelo método químico avalia-se a redução da alcalinidade de uma solução alcalina, em que são colocados os agregados reativos por certo tempo. Pode-se, assim, avaliar indiretamente o teor de sílica dissolvida. Os resultados são passados para um gráfico, que representa o limite entre os materiais deletérios e inócuos. Pode ser realizado segundo a norma ASTM C-289 (ASTM, 2003) (PRISZKULNIK, 2005).

Com o método de barras acelerado determina-se, por meio da variação de comprimento de barras de argamassa, a suscetibilidade de um agregado participar da reação expansiva álcali-sílica na presença dos íons hidroxila associados aos álcalis do cimento (NBR 15577- 4 (ABNT, 2008) e ASTM C 1567-08 (ASTM, 2010). As barras são moldadas com uma relação água-cimento fixa de 0,47 e estocadas em imersão em uma solução alcalina de NaOH com concentração 1N (simulação de "condições péssimas") e temperatura (80±2)°C, aquecimento a partir da temperatura ambiente (23±2)°C e deve ser realizado em

(6±2) horas. Os limites de expansão são medidos (três medidas) a partir de 16 dias e 30 dias, contados desde a moldagem.

O método de comprimento de prismas de concreto é um método de ensaio de longa duração que representa melhor as condições para avaliação da reação álcali-agregados, pois utiliza prisma de concreto e não argamassa como no método acelerado. A solução NaOH é adicionada na água de amassamento, aumentando a concentração dos álcalis da mistura, respeitando o limite especificado. Além dos prismas permanecerem saturados à temperatura de 38°C, em recipientes especiais, os corpos de prova não pode ter contato direto com a água nem paredes do recipiente. As expansões são limitadas por uma taxa de 0,04%, ou seja, para expansões inferiores a 0,04% os agregados são considerados inócuos (ABNT, 2008).

O uso associado da análise petrográfica, análise por difração de raios-X, termodiferencial (DTA), espectroscopia de infravermelho, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise de raios-X por energia dispersiva (EDX permite identificar elementos constituintes e propriedades dos agregados e, assim, avaliar sua reatividade).