Abstract

Although the Concrete Prism Test (CPT) (e.g. ASTM C 1293) is commonly considered as the most reliable test procedure for evaluating the potential alkali-reactivity of concrete aggregates, its one-year test period and somewhat high between-laboratory variability remain as its main limitations, which result in limited industry acceptance in some regions/countries. During the past decade, researchers in France and North America have identified the potential for an accelerated version of the CPT, performed at 60°C instead of 38°C, to quickly evaluate the potential alkali-silica reactivity of concrete aggregates. The Accelerated Mortar Bar Test (AMBT) (e.g. ASTM C 1260) is generally recognized as a good screening test for evaluating potential alkali-reactivity of concrete aggregates. However, the test is severe for a number of aggregates, inducing somewhat excessive expansion; on the other hand, some aggregates induce unexpectedly low expansion in the AMBT (compared to that obtained in the CPT or in field performance). Recently, a concrete microbar test was developed to facilitate timely identification of potential alkali-carbonate reactivity of carbonate aggregates; the test also appeared to identify some typical alkali-silica reactive aggregates that displayed limited expansion in the AMBT. This paper reviews recent data on the use of the above test procedures and discusses their reliability in the evaluation of the potential alkali-reactivity of concrete aggregates.

Keywords: alkali-silica reaction, accelerated testing, accelerated mortar bar test, concrete prism test, concrete microbar test.

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Resumo

Embora o teste com prisma de concreto (CPT) (por exemplo, ASTM C1293) seja costumeiramente considerado como o procedimento de ensaio mais confiável para se avaliar a reatividade potencial de agregados para concreto frente aos álcalis, seu tempo de um ano de teste e a relativamente elevada variabilidade nos ensaios entre laboratórios constituem suas maiores limitações, o que resulta em limitada aceitação por parte da indústria em algumas regiões e paises. Durante a última década, pesquisadores na França e América do Norte identificaram o potencial para uma versão acelerada do CPT, executada a 60°C ao invés de 38°C, para rapidamente avaliar a reatividade potencial álcali-sílica de agregados para concreto. O método acelerado da barras de argamassa (AMBT) (por exemplo, ASTM C 1260) geralmente é reconhecido como um bom teste classificatório para se avaliar a reatividade potencial aos álcalis de agregados para concreto. Entretanto, o teste é severo para vários agregados, induzindo de alguma maneira excessiva expansão; por outro lado, alguns agregados induzem uma inesperadamente reduzida expansão no AMBT (comparado àquela obtida no CPT ou em desempenho de campo). Recentemente, um teste de concreto em microbarras foi desenvolvido para facilitar a identificação, a tempo, da reatividade potencial álcali-carbonato de agregados carbonáticos; o teste parece, também, identificar alguns agregados com reação álcali-sílica atípica que mostraram limitadas expansões no AMBT. Este trabalho revisa dados recentes sobre a utilização dos procedimentos de teste acima descritos e discute sua confiabilidade na avaliação da reatividade potencial álcali-agregado.

Palavras Chave: reação álcali-sílica, teste acelerado, teste acelerado de barras de argamassa, teste do prisma de concreto, teste da microbarra de concreto.

Abstract

Alkali-aggregate reaction (AAR) may occur in concrete involving siliceous or carbonate rocks and alkaline hydroxides. Depending on the type of minerals present in the rock, it is possible to cause alkali-silica/silicate and alkali-carbonate reactions.
The preliminary study of these rocks is an obligatory procedure before their application in a concrete structure. This paper presents a laboratory study with the main purpose of verifying the potential in causing alkali-silica/silicate or alkali-carbonate reactivity of carbonate rocks from Goiás and Mato Grosso states and Distrito Federal surroundings. With this approach, several standard methodologies in the AAR investigations and a detailed mineralogical analysis of the mentioned rocks are showed and the tests results discussed.

Keywords: carbonate rocks; reactive potentiality; alkali-silica reaction; alkali-silicate reaction; alkali-carbonate reaction.

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Resumo

A reação álcali-agregado pode ocorrer no concreto envolvendo tanto rochas silicosas como rochas carbonáticas e os hidróxidos alcalinos. Dependendo do mineral presente nas rochas, podem ser desencadeadas reações do tipo álcali-sílica/silicato e/ou álcali-carbonato. O estudo preliminar destas rochas, antes de seu emprego, torna-se um procedimento obrigatório. Este trabalho apresenta um estudo realizado em laboratório com o objetivo de verificar a potencialidade reativa de rochas carbonáticas provenientes do estado de Goiás, Mato Grosso e entorno do Distrito Federal, e possíveis causadoras de reações tanto do tipo álcali-sílica/silicato como do tipo álcali-carbonato. Desta forma são apresentadas diversas metodologias de investigação através de ensaios normalizados e análise criteriosa da mineralogia destas rochas no que diz respeito à sua reatividade.

Palavras Chave: rochas carbonáticas; potencialidade reativa; reação álcali-sílica; reação álcali-silicato; reação álcali-carbonato.

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Abstract

The “granitic” aggregates, widely used in concrete production, are characterized by its quartz-feldspatic content. These rocks – such as granites, gneiss and migmatites - have been deformed by tectonics efforts of variable intensity in many different geological periods that transformed these rocks into alkali-aggregate reactive ones.
In “granitic rocks” the main reactive phase for alkali-aggregate reaction is deformed fine-grain quartz and on a second level plagioclase and mica, both also deformed by tectonic efforts.
Concrete samples produced with “granitic” aggregates and collected from current works affected by ASR show that:
- The amount of micro-grain quartz (<0.15mm) and medium size rock texture (between 1 and 5 mm) are two aspects clearly correlated with the reactivity of aggregates;
- The increase of extinction angle of quartz occurs together with the increase in amount of micro-grain quartz and a finer texture size and leads to a more intense reactivity;
- A good correlation only between quartz extinction angle and reactivity is not clearly defined in the studied concrete samples.
The forecast of potential reactivity by IPR Index shows a good correlation with concrete samples from structures affected by ASR. This index include not only petrographic data but also type of structure, site conditions and its interaction with environment balanced by individual indexes for each of these factors.

Keywords: alkali silicate reaction, forecast of potential reactivity index, granitic rocks

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Resumo

Os agregados “granitóides” amplamente utilizados em obras de concreto, compreendem rochas quartzo-feldspáticas como granitos, gnaisses e migmatitos. Quando deformados por esforços tectônicos de intensidades variadas e atuantes em diferentes períodos geológicos desenvolvem feições texturais e mineralógicas capazes de tornar o agregado potencialmente reativo com os álcalis do cimento. Nos agregados “granitóides” a principal fase reativa, responsável pela reação álcali-silicato é o quartzo deformado e cominuído e, secundariamente, o feldspato plagioclásio e a mica deformados, produtos de esforços tectônico das rochas.
Estudos desenvolvidos em alguns corpos de prova extraídos de estruturas de concreto constituídas de rochas “granitóides” afetados pela reação álcali-agregado indicaram que:
O conteúdo de quartzo microgranular (< 0,15mm) e a granulação média (entre 1 e 5 mm) revelaram-se mais claramente relacionáveis ao potencial álcali reativo dos agregados estudados. Os aumentos nos ângulos de extinção ondulante do quartzo são freqüentemente acompanhados pelo aumento da quantidade de quartzo microgranular e pela redução da granulação da rocha, que atuando simultaneamente podem contribuir para um aumento significativo na reatividade do agregado. Por outro lado, constatou-se que a relação do ângulo de extinção ondulante do quartzo com a reatividade nem sempre é clara, evidenciando que este parâmetro não pode ser avaliado isoladamente em agregados diferentes.
A previsão da reatividade potencial à reação álcali-agregado em rochas “granitóides” pelo índice IPR é avaliada neste trabalho através de exemplos prático de aplicação em casos reais de obra. O índice IPR leva em conta as características petrográficas, o tipo de obra e a sua interação com o meio ambiente balanceando cada um destes fatores com base em pesos atribuídos a cada um deles.

Palavras Chave: reação álcali-silicato, índice de previsão de reação, granitóides

Abstract

In several countries, many cases of expansion and cracking in reinforced concrete structures - including those in bridges, flyovers and concrete walls - have been diagnosed as having in the alkali-aggregate reaction the main factor behind cracking scenarios of varying degrees. In Brazil, classic cases have until now occurred chiefly in large-scale hydraulic constructions (concrete dams) with few cases having appeared in other kinds of concrete structures, which were subsequently isolated and spaced out. This behavior has hampered the perception in technical circles that the phenomenon may be more common than
was once believed. Before 2005, in the Recife Metropolitan Area (RMA), three cases of concrete structures affected by the AAR had been diagnosed: one dam and two pile caps of different building foundations. Yet, several other cases of cracking in foundation elements had already being observed but were attributed solely to mechanical causes. However, since 2005, through the petrographic analyses of cracked concrete cores, eight confirmed cases of reinforced concrete foundations affected by the AAR with varying degrees of cracking have already been identified. This paper provides a brief description of the reasons leading to the foundation inspections and the diagnosis of the eight cases studied.

Keywords: alkali-aggregate reaction, cracking, foundation

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Resumo

Em diversos países, muitos casos de expansão e fissuração de estruturas de concreto armado em pontes; viadutos; muros de concreto; entre outras, têm sido diagnosticada a reação álcali-agregado como um fator determinante para o aparecimento de quadros fissuratórios de intensidades variadas. No Brasil, os casos clássicos concentravam-se, até o momento, em obras hidráulicas de grande porte (barragens de concreto), tendo surgido poucos casos comprovados em outros tipos de estruturas, os quais foram isolados e espaçados. Essa tendência dificultou a percepção do meio técnico de que o fenômeno pode
ser mais comum do que se imagina. Na Região Metropolitana do Recife, antes de 2005, foram diagnosticados 03 casos de estruturas de concreto afetadas por RAA: uma barragem e duas fundações em blocos. Por outro lado, diversos outros casos de fissuração em blocos de fundação já tinham sido observados, sendo creditadas, essas manifestações, unicamente, a causas mecânicas. Entretanto, a partir de 2005, através de análise petrográfica do concreto extraído dos elementos fissurados, já foram diagnosticados 08 casos confirmados de fundações em concreto armado que estão sendo afetadas pela RAA, as quais apresentaram níveis variados de fissuração. Esse trabalho descreve, resumidamente, as motivações que levaram as inspeções das fundações e o processo do diagnóstico dos 08 casos estudados.


Palavras Chave: reação álcali-agregado, fissuração, fundação

Abstract

Alkali-aggregate reaction (AAR) affects many structures worldwide. Unfortunately, traditional and available chemical tests like Test Method for Potential Alkali Reactivity of Aggregates–Mortar-Bar Method (ASTM C 1260) and Test Method for Potential
Alkali-Silica Reactivity of Aggregates Chemical Method (ASTM C 289) require some time to verify inspections and suspects. However, substitution of these traditional tests by others like hammer test, elasticity modulus and ultrasonic pulse could be more useful always when the AAR action mechanism and its microscopy visual manifestation is known. These tests are easier to interpret and this paper shows a case study where that mechanical tests as well as petrography, X-Ray diffraction and microscopy were used to verify AAR existence instead of the traditional ASTM C 1260 and C 289 methods. A reasonable corrective action is proposed to rehabilitation the bridge based on some durability criteria.

Keywords: AAR, bridge, concrete expansion, concrete durability.

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Resumo

A reação álcali-agregado (RAA) afeta várias estruturas no mundo. Infelizmente, alguns ensaios tradicionais e químicos disponíveis como o método das barras para avaliar o potencial de reatividade de agregados (ASTM C 1260) e o método químico de avaliação da reação álcali-sílica (ASTM C 289) necessitam de ser melhor avaliados. Entretanto, o emprego de outros ensaios em substituição aos citados como ensaios ultra-sônicos, determinação do módulo de elasticidade além de investigações visuais e microscópicas podem ser bastante úteis na presença da RAA. Estes ensaios são de fácil interpretação,
sendo apresentado neste trabalho um estudo de caso onde foram empregadas as técnicas de petrografia, difração de Raios X e microscopia na investigação da RAA ao invés dos métodos tradicionais. Uma ação corretiva é proposta na reabilitação da ponte baseando-se em critérios de durabilidade.

Palavras Chave: RAA, ponte, expansão do concreto, durabilidade do concreto.