Reação álcali-agregado (RAA) é um termo usado principalmente para se referir a reação que ocorre no concreto no estado endurecido em idades tardias[1] entre álcalis(óxido de sódio ou óxido de potássio)[2] . Essa reação normalmente causa expansão pela formação de um gel expansivo(também chamado de gel de sílica[3],/gel sílico-alcalino[4]) que absorve água por osmose e se expande entre os poros do concreto, até que os espaços vazios terminem e leve a um aumento de tensão[4]. Esse aumento nos esforços internos pode causar a fissuração[3][4], e perda de resistência do concreto.[5]
É um dos fenômenos que mais interfere na durabilidade do concreto.[4]
Esse fenômeno foi identificado pela primeira vez por Stanton nos Estados Unidos.[5][6] O maior número de estruturas atingidas está na America do Norte, porém há casos documentados recentemente no Brasil.[5] Embora seja documentado desde 1940[6], não foi formulado até hoje nenhum modelo numérico para simular sua influência sobre uma estrutura.[5] Foram propostos diferentes mecanismos de sua atuação por pesquisadores como: Léger et al e Peterson e Ulm[5].
A reação álcali-agregado é genérica, mas relativamente vaga, podendo levar a confusões. Definições mais precisas são as abaixo:
Como existe uma dependência da umidade este tipo de reação é mais comum em obras hidráulicas(ou expostas a umidade).[5][7] Também recomenda-se maior preocupação em obras de estruturas especiais, mesmo que sejam maciças e secas.[7]
Rachaduras típicas relacionada com a reação álcali-sílica ao longo da rodovia perto Leominster, (MA - EUA).
A presença de álcalis aumenta a concentração de hidroxilas(elevando o pH).[5] Normalmente esses álcalis têm origem no clínquer do cimento.[5] O máximo de álcalis no concreto varia dependendo de pesquisa de 1,8 a 2,3 kg/m³ e limite máximo do sódio entre 0,4 a 0,6 %[2][3]. Se houver alto consumo de cimento uma taxa menor 3 kg/m³ é apontado como melhor parâmetro para ignorar os efeitos da RAA.[2] Porém na literatura há divergências quanto ao uso somente da concentração de álcalis, pela possível interferência da vizinhança.[2]
O feldspato alcalino também é apontado como uma das fontes potássio e sódio. É encontrado em rochas ígneas tais como granitos e riolitos.[3]
Presença de sílica reativa
A identificação de sua presença no agregado é difícil.[5]
Entre as rochas que apresentam maior incidência são os quartzitos e quartzos fraturados, tensionados e preenchidos por inclusões.[2]
Reação álcali-sílica
A reação álcali-sílica é a mais comum forma de reação álcali agregado. Está relacionada a presença de sílica amorfa.[8] A sílica amorfa está presente em agregados como opala, calcedônia,cristobalita, tridimita, certos tipos de vidros naturais (vulcânicos) e artificiais, e o quartzo.[2]
Nessa reação há o ataque da sílica ativa pelo hidróxido de cálcio dissolvido a partir dos álcalis do cimento Portland , normalmente nos poros ou superfície dos agregados.[2]
Reação álcali-silicato
É considerada um caso particular reação álcali-sílica.[4]
Reação álcali-silicato ocorre quando uma camada de silicatos(argilo mineras), presente na forma de impureza reagem, porém mais lentamente. De forma resumida a reação se processa quando os hidróxidos dos álcalis reagem com os silicatos e agregam-se entre a pasta do cimento e o agregado constituindo um gel sílico-alcalino que expande-se.[2]
A identificação dessa reação é mais difícil se ela estiver associada a reação álcali-sílica que processa mais rapidamente.[2]
Mecanismo de reação
Fase Inicial
O ataque dos álcalis ao grupo silanol () forma um gel expansivo (), conforme a equação:[9]
(Reação I)
Posteriormente, há o ataque ao solixano (também com a formação de um gel expansivo), conforme a equação:[9]
(Reação II)
De forma análoga, esse processo ocorre para o potássio:[9]
(Reação I)
(Reação II)
Fase de desenvolvimento
Fase de repouso
Reação álcali-carbonato
Essa reação ocorre entre alguns tipos de calcáriosdolomíticos e os álcalis presentes no concreto.[10] É o tipo mais agressivo além de ocorrer em idades mais jovens,[1] porém como depende de substâncias mais raras nos agregados seu número de ocorrência é menor.[11]
É a única em que não se forma um gel expansivo, mas uma combinação dos álcalis com hidróxidos de magnésio, que causa a "desdolomitização" do agregado.[2] A "desdolomitização" modifica a estrutura do calcário, provocando aumento de volume e enfraquecimento da ligação pasta-agregado..[4]
Essa reação também é a única que o uso de pozolana pode não ser efetivo, nesse caso a escória de alto de alto forno apresentaria melhor resultado por reduzir a permeabilidade.[2]
Na reação álcali-carbonato diferentemente das demais não é formado gel expansivo[4][10], ocorre a expansão do mineral Brucita (Mg(OH)2).[4] Além disso, também há a formação de carbonatos cálcicos e silicato magnesiano.[4]
A reação II intensifica a primeira, uma vez que por meio da segunda reação é formado o álcali necessário para desdolomitização. Dessa forma, as reações ocorrem com alta intensidade até que haja perda do álcali por reações secundárias ou a dolomita tenha reagido por completo.[10]
Também foram identificado em 2004 em Recife nos Edifício Areia Branca[2], Solar da Piedade,[2] Edifício Apolônio Sales[12] e Edifício da Piedade[12] casos de RAA.(no caso do Areia Branca, apesar de haver o colapso da estrutura a RAA não foi causadora).[12] Uma das explicações é o contato da fundação com os rasos lençóis freáticos da cidade.[12]
Estados Unidos
Problemas ocorreram em várias barragens como: Parker, Stewart Mountain, Gene Wash, Copper Basin, Buck, American Falls, Coolidge, Owyhee, Hiwassee, Chickamauga, Fontana.[10] Além de efeitos em obras rodoviárias e monumentos.[10]
Soluções
Não há método recomendado de prevenção quando o agregado é identificado como reativo a RAA, somente o uso de fontes alternativas.[1] Porém essa solução pode não ser economicamente viável.[1]
Contudo algumas medidas podem ser adotadas anteriormente a construção:
![{\displaystyle Si-OH+OH^{-}+Na^{+}\rightarrow [Si-O-Na]+H_{2}O}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/26bc7853cea6d2219a50c08339d9f3d9ea29626b)
![{\displaystyle Si-O-Si+2NaOH\rightarrow [Si-O-Na]+H_{2}O}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e8157bff2fbc05f998f1e262da32de1f4bc5e1bf)
![{\displaystyle Si-OH+OH^{-}+K^{+}\rightarrow [Si-O-K]+H_{2}O}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/da6fc53c8f3dd0a6bce2ebe366d3c1d525561e9e)
![{\displaystyle Si-O-Si+2KOH\rightarrow [Si-O-K]+H_{2}O}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9a73a98cb56ae2436e8550ab22eae1522a813f01)
