RESUMO A cal aérea vem sendo utilizada como aglomerante durante séculos e diferentes tipos de argamassas foram fabricadas por todo mundo usando o material durante a história da humanidade. Diversas propriedades, por exemplo químicas e mecânicas, dessas argamassas estão associadas ao processo de carbonatação, neste sentido um conjunto de experimentos são propostos para estudar o avanço do referido fenômeno. A pesquisa foi inicializada com a definição da composição de argamassa: 1: 1,3: 3 (cal: água: agregado), a definição seguiu composições de referências bibliográficas bem como um processo iterativo. A influência do tamanho dos corpos-de-prova na evolução da carbonatação foi avaliada adotando-se cilindros com cinco diâmetros diferentes, que foram testados com fenolftaleína em três diferentes idades (10, 21 e 90 dias). Discos com espessura reduzida (~2 mm) foram armazenados em três ambientes (padrão, com elevada umidade e elevado CO2), amostras foram coletadas e testadas por análise termogravimétrica em diferentes idades (1, 4, 7, 14, 21, 28 dias). Os resultados indicam uma significativa influência dos tamanhos dos espécimes na profundidade da carbonatação e no ambiente na evolução da carbonatação, com variações de profundidade carbonatada de ~120% sendo que espécimes com dimensões reduzidas, quando avaliados com fenolftaleína, apresentaram reação mais rápida, bem os como corpos-de-provas armazenadas no ambiente com alto CO2. Nos dois casos, a umidade elevada na fase inicial tende a reduzir a velocidade da reação.

ABSTRACT Aerial lime has been used as binder for centuries and different types of mortars were fabricated using the material during the history around the world. Different properties of the aerial lime mortars are associated with the carbonation process (e.g. chemical, mechanical response), in this sense a set of experiments are proposed to study the progress of the mentioned phenomenon. The research was initialized with the definition of the mortar composition: 1:1.3:3 (lime:water:aggregate). This definition followed an iterative process considering the consistence of the mixture and the bibliographical references. The influence of the size of specimens on the carbonation evolution was evaluated adopting cylinders with five different diameters. They were tested using phenolphthalein spray at three different ages (10, 21 and 90 days). Discs with reduced thickness (~2 mm) were stored in three different environments (standard, high humidity and high CO2 concentration), samples were collected at different aged (1, 4, 7, 14, 21, 28 days) and tested by thermogravimetric analysis (TGA). The results indicate a significant effect of the size of specimens on the carbonation depth and the environment on the evolution of carbonation, with depth variation of ~120%, specimens with reduced dimensions when evaluated with phenolphthalein spray presented a faster reaction as well as the small specimens store in the environment with high CO2. In both cases the elevated humidity on the initial phase tends to reduce the velocity of the reaction.

resumo: A carbonatação é amplamente reconhecida como causa de patologias significativas em estruturas de concreto armado e diferentes estratégias de modelagem são apresentadas na literatura para simular a evolução do fenômeno. Ao contrário do efeito deletério do concreto armado, para argamassas históricas feitas com cal aérea, a carbonatação é essencial para o processo de endurecimento. Para ambos os materiais, o processo de carbonatação apresenta semelhanças. Este trabalho apresenta a implementação de um algoritmo para uma simulação multi-física dos principais campos associados ao processo de carbonatação. Essa modelagem foi validada anteriormente na literatura. Um algoritmo 1D é implementado, usando o Método das Diferenças Finitas. A viabilidade é demonstrada através da simulação dos resultados apresentados na literatura. Também é mostrado um estudo paramétrico, considerando os principais parâmetros envolvidos. São detalhadas observações importantes sobre a influência dos parâmetros na profundidade da carbonatação.

abstract: Carbonation is widely recognized as a cause of significant pathologies in reinforced concrete structures and different modelling strategies are presented in literature the simulate the phenomenon evolution. In opposition to the deleterious effect in reinforced concrete, for historical mortar made with aerial lime, the carbonation is essential for the hardening process. For both materials, carbonation process presents similarities. This work presents the background/implementation of an algorithm for a multi-physics simulation of the main fields associated with the carbonation process. This modelling was previously validated in literature. A 1D algorithm is implemented, using the Finite Difference Method. Its feasibility is demonstrated through the simulation of results presented in the literature. A parametric study is also shown considering the main parameters involved, important observation regarding the influence of the parameters on the carbonation depth are detailed.

RESUMO Uma parte significativa do património histórico construído ao redor do mundo é constituída de alvenaria estrutural, com juntas preenchidas com argamassa. Nesses sistemas estruturais, a argamassa usualmente representa uma parcela pequena/moderada do volume total da estrutura, no entanto, a argamassa é reconhecida como a principal fonte de movimentos/deformações, dessa forma, justifica-se a necessidade de um melhor conhecimento do comportamento. Na fabricação de argamassas antigas, a cal aérea é um dos ligantes mais recorrentes. Nessas argamassas, o endurecimento do material é gradual a partir da superfície, em correspondência com os processos de carbonatação e secagem. Os dois processos citados condicionam diversas propriedades do material. Para argamassas de cal aérea, o estudo da carbonatação é difundido na literatura, porém para o fluxo de umidade, o número de estudo ainda é reduzido. Durante a fabricação da argamassa parte da água utilizada é evaporada pela reação de hidratação. Todavia, permanece no material um alto teor de umidade. No presente trabalho, são descritos estudos realizados para compreensão dos fluxos internos de umidade nessas argamassas. A campanha experimental, inicia-se com a caracterização dos materiais, bem como a definição da composição/traço da argamassa. Os corpos-de-prova foram armazenados em ambiente controlado, dentro de uma câmera climática, sendo que os mesmos possuem geometrias que simulam condições de fluxos uniaxial (1D) e axissimétricos. Foi efetuada a monitorização da umidade interna dos corpos-de-prova em várias profundidades ao longo do tempo. Os resultados indicam um processo de difusão acelerado, com decréscimo rápido da umidade quando comparados com valores usuais observados em concretos ou argamassas à base de cimento.

ABSTRACT A significant part of the historical heritage around the world consists of masonry structures, with joints filled with mortar. In these structural systems, mortar usually represents a small/moderate portion of the total volume of the structure. However, the mortar is recognized as the main source of deformations/displacement in the structure, this fact justifies the necessity of an appropriated knowledge of its behavior. In ancient mortars, aerial lime is one of the earliest and recurring binders around the world. In these mortars, the hardening of the material is gradual from the surface, in correspondence with the carbonation and drying processes. For these mortars, these two cited processes affect various properties of the material. For aerial lime mortars, the study of carbonation is widespread in the literature, diverse authors already study the topic. However, for the moisture diffusion processes, the number of studies is still quite reduced. During the mortar preparation, some of the water applied during the mixing is evaporated by the exothermic reaction of hydration. However, an elevated moisture content remains. In this work, studies are carried out to investigate the internal humidity fluxes in aerial lime mortars. The experimental program begins with the characterization of the materials, as well as the definition of the mortar composition. Experimental work was carried out on specimens stored in a controlled environment, with geometries simulating uniaxial and axisymmetric flows. The monitoring of internal moisture of specimens at various depths was carried out. The results indicated an accelerated diffusion, with a rapid decrease of humidity when compared with usual values observed in cement-based materials