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https://tede.unioeste.br/handle/tede/7580
Tipo do documento: | Tese |
Title: | Avaliação do desempenho frente ao ataque por ácido sulfúrico de argamassas e concretos com adição de quitosana |
Other Titles: | Performance evaluation of mortars and concretes with addition of chitosan subjected to sulfuric acid attack |
Autor: | Barbieri, Jessica Caroline Zanette ![]() |
Primeiro orientador: | Veit, Márcia Teresinha |
Primeiro coorientador: | Balestra, Carlos Eduardo Tino |
Primeiro membro da banca: | Palácio, Soraya Moreno |
Segundo membro da banca: | Benatti, Claudia Telles |
Terceiro membro da banca: | Bittencourt, Paulo Rodrigo Stival |
Quarto membro da banca: | Veit, Márcia Teresinha |
Quinto membro da banca: | Balestra, Carlos Eduardo Tino |
Resumo: | O concreto é o principal componente utilizado na construção civil e, apesar de ser um material amplamente usado, sofre deterioração devido intempéries físicas e/ou químicas que costumam gerar os maiores problemas, tanto financeiro como de segurança, como é o caso do ataque por ácido sulfúrico. Adições, como as poliméricas, vem sendo estudadas como forma de mitigar os mecanismos de deterioração. Nesse sentido, o presente trabalho tem como objetivo avaliar o desempenho de argamassas e manilhas de concreto, produzidos com diferentes cimentos e com adições do biopolímero quitosana, frente ao ataque por ácido sulfúrico. Para isso o trabalho foi dividido em duas partes: ensaios com argamassas e ensaios com manilhas de concreto. Para a produção das argamassas foram utilizados três diferentes cimentos (CP V ARI, CP V ARI-RS e CP IV-RS), dois diferentes traços (A = 1:3 [cimento: areia], v:v e B = 1:2:6 [cimento: cal hidratado: areia], v:v:v) com adições de quitosana 1%, 2%, 3% (massa de quitosana/massa de cimento). Os testes mecânicos foram realizados, e avaliadas as fases formadas por meio de análises de FTIR e MEV. O ataque por ácido sulfúrico foi realizado via ensaios de expansão de prismas de argamassa submetidas a soluções de 5% de ácido sulfúrico. Para a produção das manilhas de concreto foram utilizados o CP V ARI e CP IV-RS que apresentaram melhor desempenho nos ensaios com as argamassas, com adições de 1% e 3% de quitosana. Os concretos foram submetidos a ensaios mecânicos e de caracterização das fases por DRX e TGA, além de ser realizada a quantificação dos grupos básicos e ácidos por titulometria de Boehm e análise do pHPCZ. Para o ensaio de ataque por ácido sulfúrico, manilhas receberam a solução de 5% de ácido sulfúrico, sendo monitorado o pH por três meses e verificada a concentração de Ca2+ do ácido por fotometria de chama. As manilhas também foram submetidas a um ensaio de carbonatação acelerada. As análises de FTIR e DRX foram realizadas antes e após o ataque por ácido ao concreto. Os resultados mostraram que as propriedades mecânicas dos materiais cimentícios são sensíveis à adição de quitosana que promoveu aos prismas de argamassa e às manilhas de concreto um melhor desempenho frente ao ataque do ácido sulfúrico. O FTIR aponta uma boa incorporação do biopolímero com as argamassas, e mostram uma menor formação de gipsita e etringita nas argamassas após o ataque. As análises de FTIR e DRX mostram que a interação do biopolímero com os produtos de hidratação dos cimentos pode ocorrer através das reações de coordenação do biopolímero com os íons Al3+ e Ca2+. Outra hipótese confirmada é de que a adição de quitosana promove mudanças na microestrutura porosa dos materiais cimentícios, fato que foi observado nas imagens de MEV e nos resultados da análise de TGA. A adição de quitosana nas argamassas promoveu um melhor desempenho dos prismas frente ao ataque de ácido sulfúrico, sendo obtidas reduções de expansão de até 60,51% das argamassas quando comparadas às argamassas de referência. Nos ensaios com as manilhas observou-se um aumento de pH e uma maior liberação de Ca2+ pelas manilhas do cimento CP V ARI, sendo que a adição de quitosana promoveu uma menor liberação de Ca2+ do concreto para o meio ácido. No ensaio da carbonatação, a adição de quitosana proporcionou um melhor desempenho frente à carbonatação do concreto. Portanto, conclui-se que a adição de quitosana promoveu melhorias tanto nas caracteristicas mecânicas, quanto de resistência ao ataque por ácido sulfúrico e carbonatação. |
Abstract: | Concrete is the main component used in civil construction and, in spite of being a resistant material, it is prone to physical and/or chemical deterioration, which usually is the biggest problem in terms of finances and safety, as is the case of sulfuric acid attack. Therefore, the use of additions, such as polymers, has been studied as a way to mitigate deterioration mechanisms. In this sense, the present work aims to evaluate the performance under sulfuric acid attack of mortars and concretes, produced with different cements, with additions of chitosan biopolymer. For this, the work was divided into two parts: tests with mortars and tests with concrete pipes. For the production of mortars, three different cements were used (CP V ARI, CP V ARI-RS and CP IV-RS), two different traces (A = 1:3 [cement:sand], v:v and B = 1:2 :6 [cement: hydrated lime:sand], v:v:v) with chitosan additions of 1 %, 2 % and 3 % (chitosan mass/cement mass). Mechanical tests were carried out, as well as the evaluation of the phases formed through FTIR and SEM analysis. The attack was performed via mortar bars expansion when subjected to solutions with 5% sulfuric acid. For the concrete production, CP V ARI and CP IV-RS were used, since they presented the best performance in mortar tests, with chitosan additions of 1% and 3%. Mechanical tests were performed and phase characterization were carried out by XRD and TGA, also pHPCZ analysis and the quantification of basic and acidic groups were performed by Boehm titration. For sulfuric acid attack, cylindrical chambers were produced with the concrete that received a 5% sulfuric acid solution, the pH was of the acid was monitored and the Ca2+ concentration was evaluated by flame photometry. FTIR and DRX were performed before and after sulfate attack to verify the formation of attack products. Partial results show that the mechanical properties of cementitious materials are sensitive to chitosan incorporation. The addition of chitosan to mortar bars promoted a better performance against sulfuric acid attack. The FTIR shows a good incorporation of the biopolymer with the mortars, and shows a smaller formation of gypsum and ettringite in the mortars after the attack. The FTIR and XRD analyzes show that the interaction of the biopolymer with the cements hydration products can occur through the coordination reactions of chitosan with the Al3+ and Ca2+ ions, the other hypothesis is that the chitosan addition promotes changes in the porous microstructure of the cementitious materials, which could be observed in the SEM images and the results of the TGA analysis. The chitosan addition in the mortars promoted expansion reductions of up to 60.51% for the mortars when compared to the reference ones. In the sulfuric acid attack with the concrete pipes, an increase in pH and a greater release of Ca2+ by the CP V ARI cement pipes were observed. The addition of chitosan promoted a decrease on the release of Ca2+ from the concrete to the acid medium. In the carbonation test, the addition of chitosan provided a better performance against concrete carbonation for both concretes types. |
Keywords: | Deterioração do concreto Quitosana Ataque por ácido sulfúrico Carbonatação Concrete deterioration Chitosan Sulfuric acid attack Carbonation |
CNPq areas: | ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Publisher: | Universidade Estadual do Oeste do Paraná |
Sigla da instituição: | UNIOESTE |
Departamento: | Centro de Engenharias e Ciências Exatas |
Program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
Campun: | Toledo |
Citation: | BARBIERI, Jessica Caroline Zanette. Avaliação do desempenho frente ao ataque por ácido sulfúrico de argamassas e concretos com adição de quitosana. 2023. 163 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Toledo, 2023. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
Endereço da licença: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |
URI: | https://tede.unioeste.br/handle/tede/7580 |
Issue Date: | 11-Oct-2023 |
Appears in Collections: | Doutorado em Engenharia Química (TOL) |
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