Estudo dos efeitos da adição de silicato de etila em pasta de cimento e argamassa para mitigação da reação álcali-agregado

Abstract

A reação álcali-agregado é a reação química que ocorre entre uma forma reativa de sílica, presente em agregados, e componentes alcalinos que estão dissolvidos na solução dos poros de argamassas e concretos. A presença de agregados potencialmente reativos, umidade e álcalis, principalmente o sódio e o potássio, é necessária para a ocorrência da reação álcali-agregado. A utilização de agregados reativos pode ocasionar problemas relacionados a durabilidade da estrutura construída, porém, em alguns casos, não há como evitar a utilização dos mesmos. Sendo assim, é necessário buscar alternativas para que esses agregados possam ser utilizados na fabricação de concreto, sem que eles interfiram negativamente nas estruturas fabricadas. O presente trabalho tem como objetivo investigar os efeitos da adição de silicato de etila nas pastas de cimento e barras de argamassa para mitigação da reação álcali-agregado (RAA). O estudo envolve a análise das propriedades dos silicatos de etila, conhecido como ortosilicato de tetraetila (TEOS), incluindo sua composição, características químicas e físicas, bem como seus potenciais efeitos na RAA, já que esse produto tem mostrado certa propriedade hidrofóbica, capaz de bloquear poros. Foram realizadas análises MEV, DRX e o ensaio de expansão em barras de argamassa pelo método acelerado para avaliar o desempenho da pasta de cimento e argamassa contendo diferentes concentrações de silicato de etila (1%, 5% e 10%), com o intuito de verificar sua influência na mitigação da reação álcali-agregado. A partir das análises MEV realizadas, foi possível constatar grande quantidade de etringita nas amostras com idade mais avançada com incorporação do produto, sugerindo uma possível redução na conversão da etringita em monossulfoaluminato de cálcio devido ao tratamento utilizado, o que reforça a ideia de que os produtos bloqueiam o acesso de água, impactando a formação desse produto de hidratação. Quanto ao teste de expansão em barras de argamassa, os resultados mostraram que, apesar das barras com incorporação de 1% dos produtos resultarem em expansões superiores, nas barras com maior concentração (a partir de 5%), as expansões diminuíram significativamente, e nas barras com 10% do produto incorporado, as expansões se manteram abaixo do limite estabelecido aos 30 dias, mostrando que, mesmo com um agregado potencialmente reativo, a incorporação dos produtos em concentrações adequadas é potencialmente capaz de impedir a expansão das barras de argamassa. Sendo assim, o silicato de etila (TEOS) se mostra uma estratégia promissora para a mitigação dos efeitos adversos da reação álcali- agregado.

A alkali-aggregate reaction is the chemical reaction that occurs between a reactive form of silica present in aggregates and alkali components dissolved in the pore solution of mortars and concrete. The presence of potentially reactive aggregates, moisture, and alkalis, primarily sodium and potassium, is necessary for the occurrence of the alkali-aggregate reaction. The use of reactive aggregates can lead to durability issues in the constructed structure; however, in some cases, it is unavoidable to use them. Therefore, it is necessary to seek alternatives so that these aggregates can be used in concrete production without negatively affecting the manufactured structures. This study aims to investigate the effects of adding ethyl silicate to cement pastes and mortar bars to mitigate the alkali-aggregate reaction. The research involves the analysis of the properties of ethyl silicates, known as tetraethyl orthosilicate (TEOS), including its composition, chemical and physical characteristics, as well as its potential effects on AAR since this product has shown certain hydrophobic properties capable of blocking pores. Scanning electron microscopy, X-ray diffraction, and the accelerated mortar bar expansion test were performed to evaluate the performance of cement paste and mortar containing different concentrations of ethyl silicate (1%, 5%, and 10%), aiming to assess its influence on the mitigation of the alkali-aggregate reaction. From the Scanning electron microscopy analysis, a significant amount of ettringite was observed in samples with advanced age and product incorporation, suggesting a possible reduction in the conversion of ettringite to monosulfocalcium aluminate due to the treatment used, reinforcing the idea that the products block water access, impacting the formation of this hydration product. Regarding the mortar bar expansion test, the results showed that, despite bars with 1% product incorporation resulting in higher expansions, bars with higher concentrations (from 5%) experienced a significant decrease in expansions. In bars with 10% incorporated product, expansions remained below the established limit at 30 days, indicating that even with a potentially reactive aggregate, the incorporation of products in appropriate concentrations can potentially prevent mortar bar expansion. Thus, ethyl silicate (TEOS) proves to be a promising strategy for mitigating the adverse effects of the alkali-aggregate reaction.