Uma Revisão sobre a Carbonatação do C-S-H: Da Estrutura Atômica ao Comportamento Macroscópico

O hidróxi-silicato de cálcio (C-S-H), a principal fase de ligação que governa a coesão da pasta de cimento, sofre uma transformação físico-química progressiva durante a carbonatação — um processo que determina criticamente a durabilidade do concreto em ambientes atmosféricos. Quando o CO2 penetra a matriz porosa do cimento, desencadeia uma cascata de mecanismos de degradação: lixiviação de cálcio descalcifica a estrutura do C-S-H, induzindo a polimerização das cadeias de silicatos de configurações dimeras para cadeias mais longas, enquanto a precipitação simultânea de carbonato de cálcio e gel de sílica amorfa reconstituem fundamentalmente a arquitetura em nanoescala. Essas alterações em nanoescala propagam-se para a evolução das propriedades macroscópicas, manifestando-se inicialmente como ganhos de resistência e rigidez devido ao preenchimento dos poros pelos produtos da carbonatação, seguidos por deterioração eventual à medida que a rede coesiva de ligação se degrada. Esta revisão sintetiza o entendimento atual sobre a evolução estrutural induzida pela carbonatação, examinando as influências conjugadas dos parâmetros ambientais — concentração de CO2, umidade relativa e temperatura — juntamente com a química intrínseca do C-S-H (relação Ca/Si, substituição de alumínio e conteúdo de álcalis) na cinética da reação e no desempenho do material. Entretanto, persistem lacunas significativas de conhecimento: modelos preditivos para taxas de carbonatação em serviço permanecem elusivos devido à desconexão entre condições laboratoriais idealizadas e a realidade heterogênea e fissurada do concreto em campo; a relação causal entre a alteração em nanoescala do C-S-H e os padrões de fissuração em macroescala, assim como o desempenho físico, é pouco resolvida, e a maioria dos estudos mecanicistas baseia-se em C-S-H sintético, negligenciando a complexidade composicional dos sistemas reais de cimento Portland. Propomos ainda estratégias emergentes de proteção, incluindo revestimentos de barreira superficial e ligantes alternativos de baixo carbono (geopolímeros, cimentos sulfoaluminatos de cálcio, materiais com balanço de carbono negativo como cimento reciclado), que apresentam resistência aprimorada à carbonatação. Prioridades para pesquisas futuras incluem desenvolver barreiras de revestimento eficazes para proteção contra carbonatação, técnicas de caracterização operando para monitoramento em tempo real da reação, implementação de algoritmos de aprendizado de máquina para conectar simulações atomísticas a previsões em escala estrutural e estabelecimento de bases de dados de desempenho de campo a longo prazo para validar modelos de degradação derivados do laboratório.