Toda barragem, bloco de fundação ou pavimento de concreto que abre fissura em mapa depois de alguns anos levanta a mesma suspeita: reação álcali-agregado. A RAA é lenta, silenciosa e, depois de instalada, não tem cura simples. Por isso a conversa útil acontece antes da primeira betonada, na escolha do agregado, do cimento e da adição.
Três condições, um gel
A forma mais comum é a reação álcali-sílica. Ela precisa de três coisas ao mesmo tempo:
- Agregado com sílica reativa — sílica pouco cristalina ou deformada, que se dissolve em meio muito alcalino.
- Alcalinidade alta na solução dos poros — sódio e potássio, vindos sobretudo do cimento, sustentam um pH muito elevado e muita hidroxila disponível.
- Umidade — sem água o gel não se forma nem incha.
A hidroxila ataca a sílica do agregado; sódio, potássio e cálcio entram na estrutura e forma-se um gel álcali-silicoso. Esse gel absorve água e expande dentro do agregado e na zona de transição. A pressão fissura o agregado e a pasta. No elemento aparecem fissuração em mapa, exsudação de gel, deslocamentos e perda de rigidez. Rajabipour e colaboradores (2015) lembram que vários passos desse mecanismo ainda são debatidos; o que é consenso é que tirar qualquer uma das três condições interrompe o processo.
Na prática, umidade não se controla em fundação ou barragem, e agregado é o que a região oferece. Sobra a química da pasta. É aí que entram as adições.
Como a adição mitiga
Três efeitos atuam juntos:
Diluição. Trocar parte do cimento por uma adição de baixo teor de álcalis reduz o álcali total que entra no concreto. É o efeito mais simples, e sozinho não explica o desempenho das adições mais eficazes.
Retenção de álcalis pelo C-S-H de baixa Ca/Si. A reação pozolânica consome portlandita e forma C-S-H adicional, com relação Ca/Si mais baixa que a do C-S-H do cimento puro. Richardson (2008) mostra que a estrutura do C-S-H varia com essa relação e que, com Ca/Si menor, a cadeia de silicatos fica mais longa e a superfície carrega mais sítios capazes de reter cátions. Hong e Glasser (1999) mediram isso diretamente: a capacidade do C-S-H de fixar sódio e potássio cresce à medida que a relação Ca/Si cai. Álcali preso no hidrato não está na solução dos poros, e a solução fica menos agressiva.
Queda de pH e de portlandita. Com menos hidroxila livre, a dissolução da sílica do agregado desacelera. Com menos portlandita e cálcio disponível, muda também a composição do gel que se forma e sua capacidade de expandir. A adição ainda refina os poros e reduz a mobilidade dos íons e da água.
O ponto central: não basta “ter adição”. O que mitiga é a sílica reativa da adição transformada em C-S-H pobre em cálcio, em quantidade suficiente para baixar a alcalinidade dos poros abaixo do que o agregado tolera.
Por que não existe teor universal
A revisão de Thomas (2011) organiza as tendências que a literatura e a experiência de campo mostram:
- Sílica ativa e metacaulim são muito reativos e ricos em sílica (no metacaulim, também em alumina). Costumam ser eficazes em teores de substituição relativamente baixos.
- Cinza volante varia muito. A de baixo cálcio (classe F) tende a ser bem mais eficaz que a de alto cálcio (classe C). Shehata e Thomas (2000) mostraram que, à medida que sobem o CaO e os álcalis da cinza, sobe o teor necessário para controlar a expansão.
- Escória de alto-forno tem mais cálcio que as pozolanas e, em geral, precisa de teores de substituição mais altos para o mesmo efeito.
E o teor necessário não depende só da adição. Depende da reatividade do agregado, do teor de álcalis do cimento, do consumo de cimento por metro cúbico e de álcalis que venham de outras fontes. A mesma cinza que resolve com um cimento de baixo álcali e um agregado moderadamente reativo pode não bastar com um cimento mais alcalino e um agregado mais reativo. Copiar o teor de uma obra para outra é transferir a conclusão sem transferir as premissas.
A prática brasileira: NBR 15577
A ABNT NBR 15577 trata a RAA em partes. Duas importam aqui:
- NBR 15577-1:2018 — o guia. Classifica o agregado quanto à reatividade, avalia o risco conforme as condições de exposição e o tipo de estrutura e define a intensidade das medidas preventivas. Entre as medidas está o uso de materiais que mitiguem a reação, com eficácia comprovada por ensaio.
- NBR 15577-5:2018 — o ensaio que comprova a mitigação. É o método acelerado em barras de argamassa: barras moldadas com o agregado da obra e com o aglomerante proposto (cimento + adição) são imersas em solução alcalina em temperatura elevada, e a expansão é medida ao longo dos dias. O resultado é comparado ao critério da NBR 15577-1.
O detalhe que faz a diferença: o ensaio vale para a combinação ensaiada. Comprova-se a mitigação com o cimento e a adição que vão de fato para a obra, no teor proposto, com o agregado da obra. Mudou o cimento, a fonte da adição ou a jazida, o resultado anterior deixa de valer como prova.
Checklist para a obra e o controle tecnológico
- Agregado caracterizado. Há laudo de reatividade da jazida que está sendo usada, e é recente?
- Risco avaliado. A estrutura foi enquadrada pela NBR 15577-1 (exposição, umidade, porte, consequência de dano)? A intensidade de prevenção está registrada?
- Aglomerante definido e congelado. Tipo e fabricante do cimento, origem e tipo da adição, teor de substituição.
- Mitigação comprovada. Há ensaio NBR 15577-5 com essa combinação exata de cimento, adição e agregado, com resultado dentro do critério?
- Rastreabilidade de insumos. O cimento e a adição entregues são os mesmos ensaiados? Nota fiscal e certificado de cada lote conferidos?
- Gatilho de reensaio. Troca de cimento, de fonte de adição ou de jazida exige novo ensaio antes do uso, não depois.
- Álcalis de outras fontes. Aditivos, água e agregados contaminados entram na conta quando o risco é alto.
- Registro. Laudo, traço e lotes arquivados junto à rastreabilidade das concretagens: se um dia aparecer fissura, a investigação começa com dados.
Uma pergunta em aberto
O ensaio acelerado em barras de argamassa é rápido e reprodutível, mas condições severas encurtam o tempo e mudam a química. Até que ponto poucas semanas numa solução alcalina quente representam décadas de um bloco úmido de fundação? É por isso que se discutem ensaios de prisma de concreto, mais lentos, e monitoramento de campo. Enquanto essa ponte não estiver bem construída, a prudência é ensaiar a combinação real, com margem, e tratar mudança de insumo como mudança de projeto.
Referências
- Hong, S.-Y.; Glasser, F. P. Alkali binding in cement pastes. Cement and Concrete Research, v. 29, n. 12, p. 1893–1903, 1999. DOI: 10.1016/S0008-8846(99)00187-8.
- Thomas, M. The effect of supplementary cementing materials on alkali-silica reaction: A review. Cement and Concrete Research, v. 41, n. 12, p. 1224–1231, 2011. DOI: 10.1016/j.cemconres.2010.11.003.
- Richardson, I. G. The calcium silicate hydrates. Cement and Concrete Research, v. 38, n. 2, p. 137–158, 2008. DOI: 10.1016/j.cemconres.2007.11.005.
- Shehata, M. H.; Thomas, M. D. A. The effect of fly ash composition on the expansion of concrete due to alkali–silica reaction. Cement and Concrete Research, v. 30, n. 7, p. 1063–1072, 2000. DOI: 10.1016/S0008-8846(00)00283-0.
- Rajabipour, F.; Giannini, E.; Dunant, C.; Ideker, J. H.; Thomas, M. D. A. Alkali–silica reaction: Current understanding of the reaction mechanisms and the knowledge gaps. Cement and Concrete Research, v. 76, p. 130–146, 2015. DOI: 10.1016/j.cemconres.2015.05.024.
- ABNT. NBR 15577-1:2018 — Agregados — Reatividade álcali-agregado — Parte 1: Guia para avaliação da reatividade potencial e medidas preventivas para uso de agregados em concreto.
- ABNT. NBR 15577-5:2018 — Agregados — Reatividade álcali-agregado — Parte 5: Determinação da mitigação da expansão em barras de argamassa pelo método acelerado.