1a corrosão extraçao ions cloreto

RECUPERAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO

CORROSÃO DE ARMADURAS

Os metais, de um modo geral, encontram-se na natureza formando compostos, principalmente óxidos, além deoutros elementos. Para usá-los em sua forma elementar é preciso extrair o metal mediante um processo deredução, que exige muita energia. O processo inverso pelo qual o metal volta ao seu estado natural vaiacompanhado de uma diminuição natural de sua energia, isto é, tem lugar através de uma reação espontânea.Este processo, que corresponde a uma oxidação, é conhecido por corrosão e pode representar uma destruiçãopaulatina do metal. A corrosão metálica em um meio aquoso é um fenômeno de caráter eletroquímico, isto é,supõe-se uma reação de oxidação, movimentação de elétrons através do metal e a circulação de íons através doeletrólito.

A corrosão das armaduras é uma das principais causas de deterioração de estruturas de concreto armado. Asestruturas de concreto armado podem apresentar-se contaminadas por íons cloreto. Esses íons podem ter sidointroduzidos no concreto, ou estar na composição de aditivos ou pela contaminação da água ou da areia. Podemainda penetrar desde o exterior em ambientes marinhos ou industriais.

Quando a quantidade de íons cloreto atinge níveis críticos, pode ocorrer a despassivação da armadura e iníciodo processo de corrosão, que afeta significativamente a durabilidade, ocasionando conseqüências negativaspara a estabilidade, funcionalidade e estética das estruturas, diminuindo a sua vida útil.

eletrólito.

PROCESSO DE CORROSÃO DA ARMADURA NO CONCRETO

Condições para início da corrosão:1- Presença de água2- Presença de Oxigênio3- Formação de pilha eletroquímica

Diferença de potencial → Pilha eletroquímica (migração de íons positivos e negativos)

Formação de uma região anódica e uma catódica ligadas por um eletrólito (água)

Reação anódica Fe → Fe++ + 2e- (íons de ferro + elétrons)


Reação anódica Fe → Fe + 2e (íons de ferro + elétrons)

Fe++ + 2(OH)- → Fe(OH)2 (hidróxido ferroso)

4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe(OH)3 (hidróxido férrico)

Reação catódica 2e- + O2 + 2H2O → 4(OH-) (íons hidroxila)

Descrição do mecanismo das reações:

Os íons ferro com carga elétrica positiva no ânodo passam para a solução, enquanto os elétrons livres e comcargas negativas passam pelo aço em direção ao cátodo, onde são absorvidos pelos constituintes do eletrólito(íons cloro) e também se combinam com a água e o oxigênio livre formando os íons hidroxila (OH-). Esses íonsse deslocam pelo eletrólito e se combinam com os íons ferrosos, transformando-os em hidróxido férrico.

POSSÍVEIS CAUSAS DA CORROSÃO DA ARMADURA NO CONCRET OInsuficiência de recobrimento da armadura

Nos primeiros dias da confecção o concreto tem alcalinidade (pH≈12,5) pela presença de hidróxidos eprincipalmente de cálcio. Neste nível de alcalinidade o ferro está em situação passiva e não há perigo deoxidação. Com o passar do tempo a carbonatação contínua faz com que a alcalinidade diminua em presença deumidade ou seja, o hidróxido de cálcio presente no concreto reage com o gás carbônico (CO2) da atmosferaconforme as equações abaixo. Com a diminuição do pH com valores abaixo de “9” o concreto passa a não maisproteger a armadura.

CO2 + H2O → H2CO3 (dióxido de carbono + água = acido carbônico)

H2CO3 + Ca (OH)2 → CaCO3 (acido carbônico + hidróxido de cálcio = carbonato de cálcio + água)


H2CO3 + Ca (OH)2 → CaCO3 (acido carbônico + hidróxido de cálcio = carbonato de cálcio + água)

CaCO3 + H2CO3 → Ca(HCO3 ) 2 (carbonato de cálcio + acido carbônico = bicarbonato de cálcio)

Reduzindo para “9” o pH da massa do concreto, tornando possível a corrosão da armadura.

A formação da “ferrugem” (formação do sal) se processa pela seguinte reação:

Fe + CO2 + H2O → FeCO3 + H2 (carbonato de ferro)

FeCO3 + CO2 + H2O → Fe ( HCO3 ) 2 (bicarbonato de ferroso)

que pela ação do oxigênio ionizado, se oxida.

2Fe ( HCO3 ) 2 + O2 → Fe 2 O3 . 2H2O + 4CO2 (óxido de ferro hidratado)


Corrosão por íons cloretos

Os cloretos podem estar presentes nos aditivos aceleradores de pega do tipo em CaCl2 , também na água deamassamento e, eventualmente, nos agregados. Em regiões próximas ao mar ou em atmosferas industriais, sócloretos penetram no concreto durante a fase de uso. Os íons cloretos como agentes agressivos podem atuarcomo catalisadores, acelerando o processo de corrosão, e a reação dos íons cloreto com a armadura pode se darconforme a equação:

Fe+++ + 3(Cl-) → FeCl3 (cloreto de ferro)

FeCl3 + 3OH → 3Cl- + Fe(OH)3 (hidróxido férrico)

Efeitos da corrosão e sintomatologia típica no concretoEfeitos da corrosão e sintomatologia típica no concreto

Os produtos da corrosão são uma gama variada de óxido e hidróxido de ferro que passam a ocupar volumes de 3

a 10 vezes superiores ao volume original do aço da armadura, podendo causar tensões internas maiores que

15MPa. À medida que a corrosão vai se processando, esses produtos expansivos vão se acumulando cada vez

mais ao redor das armaduras, criando verdadeiras “crostas” no seu entorno.

UM MÉTODO DE EXTRAÇÃO ELETROQUÍMICA DE ÍONS CLORETO NA REABILITAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO COM PROBLEMAS DE CORROSÃO DE ARMADURAS. ESSA

METODOLOGIA PODE SER UTILIZADA PARA EVITAR AS DESVA NTAGENS DA RECUPERAÇÃO TRADICIONAL DO REPARO LOCALIZADO .


EXTRAÇÃO DE ÍONS CLORETO DO CONCRETO

MONTEIRO, E. B & HELENE, P. R. L. (2003)

A reabilitação de estruturas pode ser realizada através de métodos tradicionais ou eletroquímicos. ParaA reabilitação de estruturas pode ser realizada através de métodos tradicionais ou eletroquímicos. Parareabilitações tradicionais entende-se método destrutivo que consistem na eliminação do concreto contaminado,substituindo-o por novos materiais especialmente formulados para reabilitação. Já os métodos eletroquímicosenglobam a proteção catódica, a re-alcalinização e a extração de íons cloreto, na maioria das vezes semnecessidade de demolições e reconstituições de parte do elemento estrutural.

Os métodos eletroquímicos representam uma ferramenta importante para o estudo da durabilidade do concreto,para a produção de estruturas mais duráveis e também, para o desenvolvimento de ensaios de desempenho e demétodos de proteção e reabilitação de estruturas atacadas pela corrosão, visando aumentar sua vida útil. A re-alcalinização e a extração de íons cloreto são métodos eletroquímicos mais recentes que ainda estão sendodesenvolvidos na atualidade. A aplicação desses métodos se baseia em eliminar a causa que está produzindo acorrosão das armaduras, em outras palavras, reduzir os íons cloreto e proporcionar o aumento do pH da soluçãointersticial dos poros do concreto em torno do aço.


O método de extração eletroquímica de íons cloreto consiste na aplicação de um campo elétrico entre asarmaduras presentes no interior do concreto e um eletrodo externo constituído por uma malha metálica ouequivalente, imersa em um reservatório de eletrólito.

INTRODUÇÃO

OS PRINCÍPIOS BÁSICOS PARA ATUAÇÃO DE UMA REABILITA ÇÃO, REALIZADA NUMA ESTRUTURA COM PROBLEMAS DE CORROSÃO DE ARMADURAS PODEM SER :

• INTERRUPÇÃO OU MINIMIZAÇÃO DO PROCESSO DE CORROSÃO ANÓDICO

• INTERRUPÇÃO OU MINIMIZAÇÃO DO PROCESSO DE CORROSÃO CATÓDICO

• INTERRUPÇÃO OU MINIMIZAÇÃO DO PROCESSO DE ELETROLÍTICO

equivalente, imersa em um reservatório de eletrólito.

Extração eletroquímica de íons cloretoCom a aplicação da corrente, íons de carga negativa,como os íons cloreto, são atraídos para o ânodo colocadoexternamente à superfície do concreto. Ocorre também amigração de cátions (Na+) para as armaduras e produçãode íons hidroxila (OH -) na superfície das armaduras, comoconseqüência das reações catódicas. A taxa de extraçãode íons cloreto é diretamente proporcional à correnteaplicada no concreto.


A extração eletroquímica de cloretos foi realizada em corpos-de-prova prismáticos. A Figura 1 mostra o detalhedo corpo de prova com cobrimento de 4 cm. A variação do traço apresentado na Tabela 1, deve-se à variação darelação água/cimento visando obter concretos de mesma trabalhabilidade. As armaduras utilizadas nos corpos-de-prova têm 6,3 mm de diâmetro e são de aço do tipo CA-50. As superfícies das armaduras foram limpassegundo a norma ASTM G1 (1990). A área de ataque foi padronizada em 9,9 cm2, sendo o restante coberto comfita isolante e depois pintado com tinta anti-corrosiva. Esses corpos-de-prova foram desmoldados em 24 horas ecurados em câmara úmida à temperatura de (23±2)°C e umidade r elativa igual ou maior que 95% por 28 dias. Aseguir, iniciou-se o procedimento de indução de cloretos de duas formas distintas:

1- Realizado nas Séries Alfa : através de câmara de névoa salina durante 91 dias, sendo as condições de ensaioespecificadas na norma ASTM B 117 (1979).

PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS

2 - Realizado nas Séries Beta: através de semiciclos de secagem e imersão parcial em solução com 5 % de NaCl comduração de 8 a 16 ciclos.

Figura 1 – Amostras utilizadasTabela 1 - Traços

do concreto


Foram utilizadas malhas de aço inoxidável como ânodoexterno. Desenvolveu-se uma fonte de corrente de forma amanter a corrente de extração constante e igual a 1 A/m2 desuperfície de concreto ao longo do ensaio, sem anecessidade de ajustá-la à medida em que os cloretosfossem sendo removidos e o meio se tornasse maisresistivo. Utilizou-se água potável como eletrólito, trocadadiariamente de forma a minimizar as alterações na soluçãoao longo da extração (Figura 2). O tratamento teve duraçãode 6 a 8 semanas, com ciclos de 2 semanas de tratamento

MÉTODO DE EXTRAÇÃO DOS ÍONS CLORETO

de 6 a 8 semanas, com ciclos de 2 semanas de tratamentoseguido de um período de descanso de 1 semana.

Figura 2 - Aparato de Ensaio de Extração Eletroquímica de Íons Cloreto

Figura 2 – Fotografia da cuba eletrolítica para o en saio de extração eletroquímica de cloretos.

Linhas padrão num campo não homogêneo entre a barra e superfície (malha metálica).


Para avaliar a técnica de extração de cloretos foram retiradas amostras, na forma de fatias extraídas dos corpos-de-prova, para análise do teor de íons cloreto inicial e final, conforme mostrado na Figura 3.

TÉCNICA DE EXTRAÇÃO DE ÍONS CLORETO

A retirada das amostras seguiu a seguinte metodologia. Foiretirada uma fatia de 0,25 cm, que foi descartada porquecontinha um elevado conteúdo de íons cloreto na superfície doconcreto. Depois disso, uma fatia de 0,5 cm de concreto foiremovida para determinação teor inicial de íons cloreto.

Figura 3 – Extração de amostras para determinação do teor de cloreto

removida para determinação teor inicial de íons cloreto.Sabendo que existe uma perda de concreto de 0,25 cm duranteo corte das fatias, a face onde a amostra inicial foi extraídatinha 1 cm cobrimento maior do que a outra face. O objetivo foide manter o mesmo cobrimento do concreto ao longo daextração de cloretos em ambas as faces, depois de remover aamostra inicial para determinação do teor de cloretos.

O procedimento de retirar fatias dos corpos-de-prova surgiu em função da densidade de corrente não seruniforme ao longo da superfície do concreto. Foram determinados os teores de íons cloreto no interior doconcreto pelo método ASTM C 1152 (1992), o qual determina o teor de íons cloreto totais solúveis em ácido.


ASPECTOS DO CONCRETO E DA ARMADURA APÓS EXTRAÇÃO – SÉRIE ALFA

Aspectos da superfície do concreto e da armadura dasSérie Alfa nas quais a penetração de íons cloretoocorreu através da câmara de névoa salina.

Fotografia do estado do corpo-de-prova após o tratamento com o método de extração de íons

cloreto das Séries Alfas.

Fotografia do estado da armadura das Séries Alfa após a extração eletroquímica de cloretos, tirada

através da lupa estereoscópica.

Nota-se que não foram encontrados sinais de corrosão nessa armadura.


ASPECTOS DO CONCRETO E DA ARMADURA APÓS EXTRAÇÃO – SÉRIE BETA

Aspectos da superfície do concreto e da armadura das Série Beta nas quais a penetração de íons cloretoocorreu através dos ciclos de imersão e secagem.

Fotografia do estado do corpo-de-prova após o tratamentocom o método de extração eletroquímica de íons cloreto dasSérie Beta.

Nota-se manchas provenientes de produtos de corrosã o

Na fotografia do estado da armadura nota-se a cor vermelho,preto e alaranjado, podendo significar presença de magnetita .

Fotografia do detalhe “A” com lupa referente à figura acima.Nota-se um depósito de uma substância esbranquiçada,juntamente com regiões de coloração laranja e preta.

Essa substância esbranquiçada é possivelmente constituíd ade hidróxido de sódio. Alguns pesquisadores sugeriram que apresença de hidróxido de sódio na interface entre asarmaduras é o fator de inibição da corrosão.

preto e alaranjado, podendo significar presença de magnetita .


AUMENTO DA POROSIDADE DO CONCRETOAlguns pesquisadores observaram que após o método de extração dos íons cloreto a porosidade aumentou oque foi constatado através dos ensaios de porosimetria de mercúrio, principalmente na quantidade de porospequenos em torno de 1 µm.

REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADOQuando executada a extração eletroquímica dos cloretos, o aumento de OH - na solução aquosa dos poros emvolta da armadura e, conseqüentemente, o aumento do pH, pode iniciar ou acelerar a reação álcali-agregado nocaso do agregado ter partículas de silício reativo. Porém não resulta em expansão quando o concreto estásaturado, como é o caso do concreto durante a extração de íons cloretos.

EFEITOS COLATERAIS

saturado, como é o caso do concreto durante a extração de íons cloretos.

REDUÇÃO DA ADERÊNCIA ENTRE AÇO E CONCRETOA diminuição de aderência entre o aço e o concreto é causada por mudanças na composição da matriz decimento endurecida que ocorre devido ao significativo acúmulo de íons hidroxila em volta do cátodo. O método deextração eletroquímica de íons cloreto provocou uma significativa redução na resistência de arrancamento e adiminuição da aderência mostrou ser dependente da densidade de corrente aplicada e da quantidade inicial deíons cloreto.

EVOLUÇÃO DO HIDROGÊNIO E ENFRAQUECIMENTO DO AÇODurante a extração eletroquímica de cloretos há produção de hidrogênio na superfície da barra de aço no interiordo concreto. A formação desse gás pode trazer efeitos adversos devido à pressão exercida pelo gás no concretoe perigo de enfraquecimento do aço. Somente com densidades de corrente e cargas totais acima das aplicadasnormalmente na extração eletroquímica de cloretos tal pressão se torna preocupante.

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