O dilema de afundar carbono vs. corrosão no concreto: insights de argamassa CSA-PC em idade precoce

Por que aprisionar carbono no concreto não é tão simples

O concreto é uma das maiores fontes mundiais de dióxido de carbono, mas também pode reabsorver CO2 ao longo do tempo. Uma ideia recente é forçar intencionalmente CO2 extra em concreto fresco para “trancá-lo” e até tornar o material mais resistente. Este estudo coloca uma pergunta prática crucial: se injetarmos CO2 de forma agressiva em uma mistura de cimento de baixo carbono e em idade precoce, ganhamos realmente em durabilidade — ou aumentamos discretamente a probabilidade de corrosão do aço de armação?

Concreto como uma esponja de carbono oculta

A sociedade moderna despeja cerca de 30 bilhões de toneladas de concreto por ano, e materiais à base de cimento já absorvem perto de um gigatonelada de CO2 anualmente enquanto reagem lentamente com o ar. Engenheiros estão agora experimentando a “carbonatação forçada”, em que concreto fresco ou reciclado é exposto a CO2 concentrado sob pressão. Nessa fase inicial, o material ainda é bastante poroso, de modo que o gás pode penetrar com facilidade, acelerando as reações químicas que aprisionam CO2 como minerais carbonatados sólidos. Essas reações também podem compactar os poros e aumentar a resistência precoce, oferecendo uma rota atraente para construções e infraestrutura mais verdes e mais resistentes.

Uma mistura de cimento de baixo carbono sob o microscópio

Os autores focaram em uma argamassa híbrida feita de 75% de cimento calciossulfoaluminato (CSA) e 25% de cimento Portland comum. O CSA requer menos energia e libera menos CO2 na produção, mas também gera um ambiente interno menos alcalino do que o cimento padrão. Isso importa porque as barras de aço em concreto convencional são normalmente protegidas por uma solução de poros muito alcalina que mantém sua superfície “passiva” e resistente à ferrugem. Neste trabalho, cilindros esbeltos de argamassa, cada um contendo uma barra de aço fina, foram submetidos ou não à carbonatação artificial, ou a 4, 24 ou 72 horas de CO2 puro em alta pressão quando tinham apenas um dia de idade. Depois, todos os espécimes foram curados até 28 dias e então expostos a ciclos repetidos de imersão em água salgada seguida de secagem por 43 semanas para simular ambientes agressivos e ricos em cloretos.

Vendo o aço perder seu escudo protetor

Ao longo da exposição, a equipe usou técnicas eletroquímicas para acompanhar a saúde do aço — medindo seu potencial de circuito aberto, resistência de polarização e densidade de corrente de corrosão, que juntos indicam quão ativamente o metal está se dissolvendo. Também mediram periodicamente o pH da argamassa. Mesmo antes da exposição agressiva ao sal, o pH médio nesta argamassa rica em CSA estava abaixo do limiar convencional (por volta de 11,5) necessário para um filme passivo robusto no aço. À medida que os ciclos úmido–seco avançaram, o pH caiu ainda mais, especialmente nas amostras pré-carbonatadas. A corrente de corrosão nas argamassas carbonatadas rapidamente subiu para valores cerca de dez vezes maiores do que na referência não carbonatada, correspondendo a uma taxa de corrosão “alta”. Em outras palavras, embora todas as barras estivessem em risco, a carbonatação forçada em idade precoce claramente empurrou o aço para um regime de corrosão mais severo.

Ferrugem que se espalha e preenche o concreto

Para ver onde e como o dano se desenvolveu, os pesquisadores recorreram a imagens de alta resolução e análises químicas. Tomografia computadorizada por raios X forneceu mapas 3D de zonas preenchidas por ferrugem ao redor das barras, enquanto microscopia eletrônica de elétrons retroespalhados e mapeamento elementar revelaram como produtos de corrosão ricos em ferro migraram para a argamassa circundante. Nas amostras não carbonatadas, apenas uma fina camada de ferrugem aderiu ao aço, invadindo a argamassa por apenas algumas dezenas de micrômetros. Em contraste, as argamassas carbonatadas mostraram bandas de ferrugem muito mais espessas e irregulares, com produtos de corrosão penetrando até cerca de 2 milímetros na matriz e formando aglomerados cujo volume médio quase dobrou após apenas 4 horas de tratamento precoce com CO2. Espectroscopia fotoeletrônica de raios X confirmou que a superfície do aço nas amostras carbonatadas continha mais óxidos e hidróxidos de ferro em estados de valência mais altos e mais água ligada — assinaturas de uma camada de ferrugem mais espessa e mais ativa, propensa a ataques adicionais.

Um material mais denso que, ainda assim, corrói mais rápido

Paradoxalmente, a mesma carbonatação que acelerou a corrosão também tornou a microestrutura da argamassa mais densa. Análises térmicas e medidas de sorção de nitrogênio mostraram que regiões externas dos cilindros desenvolveram mais carbonato de cálcio e uma mudança de poros maiores para micro- e mesoporos mais finos, enquanto regiões internas próximas ao aço foram alteradas tanto pela carbonatação quanto pelo crescimento para dentro e migração para fora da ferrugem. No geral, a rede de poros tornou-se mais apertada, o que em princípio deveria retardar o movimento de íons agressivos como os cloretos e limitar o espalhamento dos produtos de corrosão. O estudo de fato observou que estender a carbonatação de 4 para 72 horas não aumentou muito o volume total de ferrugem, mas mudou principalmente sua distribuição — mais zonas de ferrugem numerosas e rasas em vez de algumas grandes — porque os poros refinados dificultaram penetrações adicionais.

O que isso significa para concreto mais verde

Para um público não especialista, a mensagem principal é que injetar CO2 extra em concreto jovem e armado é uma espada de dois gumes. Isso ajuda a aprisionar carbono e reduz o tamanho dos poros internos do material. Contudo, em um sistema de baixa alcalinidade como essa mistura CSA–Portland, a carbonatação precoce profunda também remove grande parte da proteção química que normalmente impede o aço de enferrujar. O resultado é iniciação de corrosão mais frequente e maior espalhamento de ferrugem no concreto, mesmo que a microestrutura densa limite a profundidade dessa ferrugem. Os autores concluem que, embora a carbonatação forçada em idade precoce tenha vantagens ambientais e mecânicas claras, ela pode comprometer seriamente a durabilidade a longo prazo de elementos armados, a menos que a química e o projeto sejam cuidadosamente controlados.

Citação: Qiang, Z., Yan, L., Yue, Q. et al. The carbon sinking-corrosion dilemma in concrete: insights from early-age CSA-PC mortar. npj Mater Degrad 10, 24 (2026). https://doi.org/10.1038/s41529-026-00737-4

Palavras-chave: carbonatação do concreto, corrosão do aço, cimento calciossulfoaluminato, sequestro de CO2, durabilidade do concreto armado