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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
ESCOLA POLITÉCNICA
MESTRADO EM ENGENHARIA AMBIENTAL URBANA
INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE MATERIAIS POZOLÂNICOS NA
CORROSIBILIDADE DO CONCRETO ARMADO, ANALISADA POR MEIO DO
POTENCIAL DE CORROSÃO E RESISTIVIDADE ELÉTRICA
Daniel Andrade Mota
Salvador
2016
i
UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
ESCOLA POLITÉCNICA
MESTRADO EM ENGENHARIA AMBIENTAL URBANA
INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE MATERIAIS POZOLÂNICOS NA
CORROSIBILIDADE DO CONCRETO ARMADO, ANALISADA POR MEIO DO
POTENCIAL DE CORROSÃO E RESISITIVIDADE ELÉTRICA
Daniel Andrade Mota
Dissertação apresentada ao
mestrado em Engenharia Ambiental Urbana
como requisito parcial à obtenção do título de
MESTRE EM ENGENHARIA AMBIENTAL
URBANA
Orientador: Prof. Dr. Daniel Véras Ribeiro
Agência Financiadora: CAPES
Salvador
2016
ii
iii
DEDICATÓRIA
Dedico o resultado desses anos de trabalho à minha família. Aos que vieram
antes e aos que virão depois, sete gerações anteriores e sete gerações à frente,
pois família é a base de tudo.
iv
v
FORMAÇÃO DO CANDIDATO
Engenheiro Civil, formado pela Universidade Federal da Bahia, UFBA (2011).
“E ver que toda essa engrenagem
já sente a ferrugem lhe comer...”
Zé Ramalho
vi
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MEMBROS DA BANCA EXAMINADORA DA DISSERTAÇÃO DE MESTRADO DE
_____________________DANIEL ANDRADE MOTA____________________
APRESENTADA AO MESTRADO EM ENGENHARIA AMBIENTAL URBANA,
DA UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA, EM 06 DE JULHO DE 2016.
BANCA EXAMINADORA
_____________________________________
Prof. Dr. Daniel Véras Ribeiro
Orientador
MEAU - UFBA
_____________________________________
Prof. Dr. Carlos Alberto C. de Souza
Co-Orientador
MEAU - UFBA
_____________________________________
Prof. Dr. Enio José Pazini Figueiredo
CMEC - EEC - UFG
_____________________________________
Prof. Dr. Cléber Marcos Ribeiro Dias
MEAU - UFBA
viii
ix
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, que me deram a vida. À dedicação da minha mãe para
construir a base que me permitiu chegar até aqui.
À Ju, por todo o amor, compreensão e colaboração para que eu pudesse
realizar este trabalho.
À Juca e Peu, que encantam meu coração.
Aos irmãos, por toda convivência e pelas preciosas conversas sobre
impedância.
Ao Professor Daniel Véras, por toda estrutura disponibilizada, pela
confiança e orientação valorosa.
Ao Professor Carlos Rovere e o seu aluno Rodrigo Silva, da UFSCar, pela
receptividade e pelas medidas de impedância.
Ao técnico Paulo Sant’Anna, pelo incessante apoio e amizade.
Ao grupo LEDMa. Não vou citar nomes para ter certeza de estar incluindo
todos. A convivência com vocês é suave, maravilhosa. Agradeço todo o
aprendizado e crescimento proporcionados.
Ao amigo Silas, por todo o apoio prestado, que não seria possível
descrever aqui.
Aos Professores Enio Pazini e Cléber Dias, cuja participação agrega
grande valor a este trabalho.
Ao DCTM, MEAU e Escola Politécnica da UFBA, pela estrutura
disponibilizada.
À CAPES pelo apoio financeiro.
x
xi
RESUMO
São expressivos os impactos socioambientais causados por atividades
industriais humanas, como a extração de matéria-prima e a geração de resíduos
poluentes. Nesse contexto, a deterioração precoce das estruturas de concreto
armado, principalmente pela ação deletéria de processos corrosivos, traz
grandes prejuízos financeiros à sociedade pela necessidade de recuperações
e/ou substituição de peças degradadas. Neste trabalho será abordado o uso de
dois resíduos industriais, a sílica ativa e a cinza de eucalipto, em adição à
mistura de concreto, nos teores de 5, 10 e 15%, em relação à massa de cimento.
Também será utilizado o metacaulim, proveniente da calcinação de
argilominerais. Sabe-se que algumas adições minerais, devido à sua atividade
pozolânica e efeito microfíler, promovem uma compactação da microestrutura do
concreto, o que influenciará diretamente na sua durabilidade. Dados obtidos por
meio da técnica eletroquímica de potencial de corrosão e da técnica da
resistividade elétrica do concreto foram utilizados para avaliar o comportamento
das misturas, com o objetivo de determinar o teor ótimo de cada uma dessas
adições, tendo em vista o incremento na durabilidade do concreto. Observou-se
que a adição de sílica ativa e metacaulim alterou de forma significativa as
características microestruturais do concreto, e que maiores teores (15%) dessas
adições apresentaram melhor desempenho. A adição de cinza de eucalipto
mostrou pouca melhoria em relação à referência, se comparado à sílica ativa e
ao metacaulim.
Palavras-chave: resistividade elétrica; potencial de corrosão; concreto; adição
mineral; corrosão; durabilidade.
xii
xiii
INFLUENCE OF POZZOLANIC MATERIALS ADDITION ON CONCRETE
CORROSIVITY, ANALYZED BY MEANS OF CORROSION POTENTIAL AND
ELECTRICAL RESISTIVITY
ABSTRACT
Industrial activities, such as feedstock extraction and waste generation, have a
relevant social and environmental role. The early deterioration of reinforced
concrete structures, mainly due to corrosive processes, has a high economic
impact, requiring the increase of expenses with maintenance. This research
investigates the addition of industrial waste, namely silica fume and fly ash, in
different percentages (5, 10, and 15%), in order to reinforce concrete structures.
Metakaolin from calcination of clay minerals was also used. It is well known that
the addition of some types of minerals yields a compact concrete micro structure
due to its pozzolanic activity and microfiler effect, which influence the durability.
Two techniques, electrochemical of corrosion potential and concrete resistivity,
were used to evaluate the mixtures with respect to the increase of concrete
durability, determining the optimum composing of these additions. The addition of
silica fume and metakaolin really modified microstructural characteristics of
concrete, in which higher dosages produced better results. The eucalyptus ash
presented poorer performance if compared with silica fume and metakaolin.
Keywords: resistivity; concrete; mineral admixture; corrosion; durability.
xiv
xv
SUMÁRIO
Pág.
BANCA EXAMINADORA ................................................................................. vii
AGRADECIMENTOS ........................................................................................ ix
RESUMO ............................................................................................................xi
ABSTRACT ..................................................................................................... xiii
SUMÁRIO...........................................................................................................xv
ÍNDICE DE TABELAS .................................................................................... xvii
ÍNDICE DE FIGURAS ...................................................................................... xix
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................ 1
2 REVISÃO DE LITERATURA .......................................................................... 3
2.1 Durabilidade e vida útil das estruturas de concreto armado .................... 3
2.2 O concreto de cimento Portland ............................................................... 6
2.2.1 Microestrutura do concreto ............................................................ 8
2.2.2 Mecanismos de transporte .......................................................... 10
2.3 O processo corrosivo ............................................................................. 13
2.3.1 Corrosão das armaduras no concreto armado ............................ 16
2.3.2 Passivação das armaduras ......................................................... 19
2.3.3 Etapas de ocorrência da corrosão ............................................... 22
2.3.4 Íons Cloreto ................................................................................. 24
2.4 Materiais Pozolânicos ............................................................................ 27
2.4.1 Sílica ativa ................................................................................... 31
2.4.2 Metacaulim .................................................................................. 34
2.4.3 Cinza de biomassa ...................................................................... 36
2.5 Métodos de análise da corrosibilidade do concreto armado .................. 38
2.5.1 Resistividade Elétrica Superficial do Concreto ............................ 39
2.5.2 Técnica do Potencial de Corrosão .............................................. 48
3 MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................ 51
3.1 Materiais .................................................................................................. 51
3.1.1. Água ................................................................................................ 51
3.1.2 Cimento ............................................................................................ 51
xvi
3.1.3 Areia .................................................................................................. 51
3.1.4 Brita ................................................................................................... 52
3.1.5 Armadura .......................................................................................... 52
3.1.6 Aditivo ............................................................................................... 52
3.1.7 Sílica Ativa ........................................................................................ 52
3.1.8 Metacaulim ........................................................................................ 52
3.1.9 Cinza de eucalipto ............................................................................. 53
3.2 Métodos ................................................................................................... 53
3.2.1 Caracterização das matérias-primas ................................................. 53
3.2.2 Dosagem do concreto e moldagem dos corpos de prova ................. 63
3.2.3 Caracterização do Concreto no estado endurecido .......................... 66
3.2.4 Avaliação da corrosibilidade do concreto armado ............................. 71
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................. 79
4.1 Caracterização das matérias-primas ...................................................... 79
4.1.1 Caracterização Física .................................................................. 79
4.1.2 Distribuição granulométrica ......................................................... 79
4.1.3 Composição química ................................................................... 84
4.1.4 Composição mineralógica ............................................................ 85
4.1.5 Análise da Pozolanicidade das Adições ...................................... 87
4.2 Caracterização do concreto .................................................................... 91
4.2.1 Resistência mecânica .................................................................. 92
4.2.2 Porosidade e densidade aparentes ............................................. 95
4.2.3 Absorção de água por capilaridade ............................................. 97
4.2.4 Velocidade de propagação de onda ultrassônica ........................ 98
4.3 Avaliação da corrosibilidade do concreto armado ................................ 100
4.3.1 Resistividade elétrica ................................................................. 100
4.3.2 Avaliação da frente de cloretos por meio da aspersão de indicador
à base de nitrato de prata ........................................................................ 111
4.3.3 Medida do Potencial de corrosão .............................................. 114
5 CONCLUSÕES ........................................................................................... 123
6 SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS .......................................... 125
7 REFERÊNCIAS........................................................................................... 127
xvii
ÍNDICE DE TABELAS
Pág.
Tabela 1. Abreviação dos principais componentes do clínquer e dos produtos de
hidratação do cimento (adaptado de MEHTA et al. [18]). .................... 7
Tabela 2. Exigências químicas para materiais pozolânicos segundo a NBR
12653:2014 (“Materiais pozolânicos – Requisitos”) ........................... 29
Tabela 3. Exigências físicas para classificação de materiais pozolânicos,
segundo a NBR 12653:2014 (“Materiais pozolânicos – Requisitos”). 31
Tabela 4. Requisitos físico-químicos para a sílica ativa, de acordo com a NBR
13956-1:2012 (“Sílica ativa para uso com cimento Portland em
concreto, argamassa e pasta”) .......................................................... 33
Tabela 5. Requisitos físico-químicos para o metacaulim, de acordo com a NBR
15849-1:2010 (“Metacaulim para uso com cimento Portland em
concreto, argamassa e pasta”). ......................................................... 36
Tabela 6. Valores de resistividade elétrica do concreto e sua relação com o risco
de ocorrência da corrosão. ................................................................ 41
Tabela 7. Critérios para a avaliação da intensidade da corrosão em termos de
resistividade do concreto, obtidos por diversos autores..................... 41
Tabela 8. Correlação entre resistividade elétrica superficial e penetração de
cloreto (AASHTO TP 95-14). ............................................................. 43
Tabela 9. Limites de potencial de corrosão e probabilidade de ocorrência da
corrosão, de acordo com a norma ASTM C 876/91. .......................... 49
Tabela 10.Métodos de ensaio utilizados para a determinação da massa
específica das matérias-primas. ........................................................ 54
Tabela 11.Classificação dos materiais de acordo com a variação de
condutividade, proposta por LUXÁN et al. [95]. ................................. 61
Tabela 12.Traços indicados pela NBR 5752:2014 (“Determinação de Atividade
Pozolânica com cimento”) para a determinação do índice de atividade
pozolânica. ......................................................................................... 62
Tabela 13.Traço das argamassas produzidas para a determinação do índice de
atividade pozolânica, conforme a norma NBR 5752:2014
(“Determinação de Atividade Pozolânica com cimento”).................... 63
Tabela 14.Consumo de materiais e característica das misturas de concreto
utilizadas. ........................................................................................... 65
xviii
Tabela 15.Tipo, quantidade e dimensões dos corpos de prova que serão
utilizados para cada ensaio, em cada idade, para cada traço. ........... 66
Tabela 16.Relação entre velocidade de propagação e qualidade do concreto,
segundo a norma inglesa BS EN12504-4/2000 (“Testing concrete.
Determination of ultrasonic pulse velocity”). ....................................... 70
Tabela 17.Probabilidade de ocorrência de corrosão em função do potencial de
corrosão, tendo como referência o eletrodo de calomelano saturado.
........................................................................................................... 77
Tabela 18.Características físicas do cimento, sílica ativa, cinza de eucalipto,
metacaulim, areia e brita. ................................................................... 79
Tabela 19.Composições químicas (em forma de óxidos) do cimento, sílica ativa,
cinza de eucalipto e metacaulim, obtidas pela técnica de FRX. ......... 84
Tabela 20.Valores de variação de condutividade elétrica* das soluções
preparadas com adição. ..................................................................... 90
Tabela 21.Resultados da avaliação do índice de atividade pozolânica (IAP), de
acordo com o método estipulado pela NBR 5752:2014 (“Determinação
de Atividade Pozolânica com cimento”). ............................................ 91
Tabela 22.Média e desvio padrão da resistência à compressão axial dos
concretos aos 28 dias. ....................................................................... 92
Tabela 23.Valores de porosidade e densidade aparentes aos 28 dias.
........................................................................................................... 95
Tabela 24.Qualidade dos concretos estudados, segundo os parâmetros da
norma inglesa BS EN12504-4/2000 (“Testing concrete. Determination
of ultrasonic pulse velocity”). ............................................................ 100
Tabela 25.Incremento da resistividade elétrica das amostras contendo adição
mineral em relação à referência. ...................................................... 104
Tabela 26.Classificação dos concretos analisados quanto ao risco de corrosão
(CE-COST 509) e penetração de cloretos (AASHTO TP 95-14) em
função dos resultados de resistividade elétrica. ............................... 105
Tabela 27.Coeficientes de correlação calculados entre resistividade elétrica e
propriedades físicas do concreto. ..................................................... 106
Tabela 28.Profundidade de penetração da frente de cloretos nos diversos
concretos estudados. ....................................................................... 113
xix
ÍNDICE DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Modelo de vida útil proposto por TUUTTI [15]. .................................... 5
Figura 2. Modelo de vida útil proposto por HELENE [16]. ................................... 6
Figura 3. Representação esquemática da estrutura porosa do concreto [22]. .... 9
Figura 4. Distribuição do tamanho dos poros na pasta endurecida [13]. ............ 9
Figura 5. Ciclo da energia no processo metalurgia-corrosão: incremento de
energia na atividade metalúrgica e dissipação de energia no processo
corrosivo [26]. .................................................................................... 13
Figura 6. Representação esquemática da célula eletroquímica de corrosão. ... 15
Figura 7. Processo corrosivo na superfície metálica (adaptado de PANNONI
[27]). ................................................................................................... 16
Figura 8. Efeito da concentração de oxigênio na velocidade de corrosão [13]. A
velocidade de corrosão é medida, em termos de perda de massa, em
miligrama por decímetro quadrado por dia (mdd). ............................. 17
Figura 9. Representação esquemática da pilha eletroquímica de corrosão da
armadura no concreto [27]. ................................................................ 18
Figura 10. Variação de volume dos compostos resultantes do processo corrosivo
do ferro metálico [18]. ........................................................................ 19
Figura 11. Diagrama de Pourbaix simplificado para o sistema ferro-água a 25°C
[24]. .................................................................................................... 20
Figura 12. Diagrama de Pourbaix simplificado para o sistema ferro-água com
cloretos (355 ppm). ............................................................................ 21
Figura 13. Rompimento localizado da película passivadora pela atuação de íons
cloreto (adaptado de PANNONI [27]). ................................................ 22
Figura 14. Propagação da corrosão pela atuação de íons cloreto (adaptado de
PANNONI [27]). ................................................................................. 23
Figura 15. Efeito da concentração de cloreto de sódio sobre a taxa de corrosão
[34]. .................................................................................................... 25
Figura 16. Curvas relacionando umidade relativa (UR) e massa de cloretos de
sódio adsorvidos à superfície metálica. (1) UR 58%, (2) UR 70%, (3)
UR 80%, (4) UR 89%, (5) UR 94%, (6) UR 97% [29]. ........................ 26
xx
Figura 17. Taxa de absorção capilar dos concretos de referência e com adições
de sílica ativa (SA) e metacaulim (MC) [9]. ........................................ 30
Figura 18. Relação entre a difusão de cloretos e a resistividade elétrica
observada por SENGUL [85], para amostras de concreto. ................ 42
Figura 19. Efeito da adição de sílica ativa na resistividade do concreto aos 90
dias, de acordo com estudos de MADANI et al. [87]. ......................... 43
Figura 20. Esquema de medição da resistividade elétrica do concreto, de acordo
com o princípio de Wenner [91]. ......................................................... 47
Figura 21. Processo de filtragem à vácuo das soluções. .................................... 59
Figura 22. Medição da condutividade elétrica da solução saturada com hidróxido
de cálcio [Ca(OH)2]. ............................................................................ 61
Figura 23. Execução de medição da propagação de ondas ultrassônicas. ......... 69
Figura 24. Equipamentos utilizados para medição da resistividade elétrica do
concreto. (A) Resipod – Proceq e (B) Surf – Giatec Scientific. ........... 71
Figura 25. Marcações a serem realizadas nos corpos de prova para
padronização das medidas (AASHTO TP 95-14). .............................. 73
Figura 26. (A) e (B) Esquema de delimitação da barra com fita isolante comum;
(C) e (D) esquema do posicionamento das barras de aço no corpo de
prova [13]. .......................................................................................... 75
Figura 27. Conexão dos fios de cobre às barras de aço e proteção com resina
epóxi. .................................................................................................. 75
Figura 28. Esquema de montagem do circuito para medição do potencial de
corrosão. ............................................................................................ 77
Figura 29. Distribuição do tamanho de partículas dos materiais utilizados. ........ 80
Figura 30. Distribuição granulométrica da areia e zonas de classificação, de
acordo com a NBR 7211:2009 (Agregados para concreto –
Especificação). ................................................................................... 81
Figura 31. Distribuição granulométrica do agregado graúdo e zonas de
classificação, de acordo com a NBR 7211:2009 (Agregados para
concreto – Especificação). ................................................................. 81
Figura 32. Micrografias de amostras da sílica ativa (A) e cimento (B)................. 82
Figura 33. Micrografias de amostras da cinza de eucalipto (A) e cimento (B). ... 83
Figura 34. Micrografias de amostras de metacaulim (A) e cimento (B). .............. 83
Figura 35. Difratograma de raios X da sílica ativa. .............................................. 85
xxi
Figura 36. Difratograma de raios X do metacaulim. ............................................ 86
Figura 37. Difratograma de raios X da cinza de eucalipto. ................................. 86
Figura 38. Comparativo entre os difratogramas de raios X. ................................ 87
Figura 39. Diagrama para determinação da pozolanicidade, de acordo com a
norma NP EM 196-5. ......................................................................... 88
Figura 40. Variação da condutividade elétrica das pastas contendo (A) pozolana
e cimento e (B) somente pozolana. ................................................... 89
Figura 41. Curva de variação da condutividade elétrica corrigida (Figura 39A –
Figura 39B). ....................................................................................... 90
Figura 42. Resistência à compressão axial dos concretos estudados, aos 28 dias.
........................................................................................................... 92
Figura 43. Resistência à compressão das misturas contendo sílica ativa. ......... 93
Figura 44. Resistência à compressão das misturas contendo metacaulim. ........ 94
Figura 45. Resistência à compressão das misturas contendo cinza de eucalipto.
........................................................................................................... 95
Figura 46. Comparativo entre valores de (A) porosidade aparente e (B)
densidade aparente das misturas utilizadas. .........................................
Figura 47. Comparativo entre os coeficientes de absorção capilar..................... 97
Figura 48. Velocidade do pulso ultrassônico. ..................................................... 99
Figura 49. Resistividade elétrica do concreto para diferentes teores de adição de
sílica ativa, em função da idade, para os dois equipamentos utilizados.
......................................................................................................... 101
Figura 50. Resistividade elétrica do concreto para diferentes teores de adição de
metacaulim, em função da idade, para os dois equipamentos
utilizados. ......................................................................................... 102
Figura 51. Resistividade elétrica do concreto para diferentes teores de adição de
cinza de eucalipto, em função da idade, para os dois equipamentos
utilizados. ......................................................................................... 102
Figura 52. Correlação entre os resultados de resistividade elétrica e
absortividade dos concretos contendo (A) sílica ativa, (B) metacaulim
e (C) cinza de eucalipto. .................................................................. 107
Figura 53. Correlação entre os resultados de resistividade elétrica e resistência à
compressão axial dos concretos contendo (A) sílica ativa, (B)
metacaulim e (C) cinza de eucalipto. ............................................... 108
xxii
Figura 54. Correlação entre os resultados de resistividade elétrica e porosidade
aparente dos concretos contendo (A) sílica ativa, (B) metacaulim e (C)
cinza de eucalipto. ............................................................................ 109
Figura 55. Correlação entre os resultados de resistividade elétrica e
absortividade dos concretos estudados. .......................................... 109
Figura 56. Correlação entre os resultados de resistividade elétrica e resistência à
compressão axial dos concretos estudados. .................................... 110
Figura 57. Aspersão de nitrato de prata em amostras de concreto contendo sílica
ativa e contaminadas por cloretos. ................................................... 112
Figura 58. Aspersão de nitrato de prata em amostras de concreto contendo
metacaulim e contaminadas por cloretos. ........................................ 112
Figura 59. Aspersão de nitrato de prata em amostras de concreto contendo cinza
de eucalipto e contaminadas por cloretos. ....................................... 113
Figura 60. Correlação entre os resultados de resistividade elétrica e profundidade
de penetração de íons cloreto, para as amostras contendo
metacaulim. ...................................................................................... 114
Figura 61. Potenciais de corrosão de barras metálicas imersas em corpos de
prova de concreto, para diferentes teores de adição de sílica ativa, em
função da idade. ............................................................................... 115
Figura 62. Potenciais de corrosão de barras metálicas imersas em corpos de
prova de concreto, para diferentes teores de adição de metacaulim,
em função da idade. ......................................................................... 116
Figura 63. Potenciais de corrosão de barras metálicas imersas em corpos de
prova de concreto, para diferentes teores de adição de cinza de
eucalipto, em função da idade. ......................................................... 117
Figura 64. Período de iniciação da corrosão das barras de aço presentes nos
corpos de prova, em função das misturas analisadas. ..................... 118
Figura 65. Taxa de corrosão das barras de aço inseridas nos corpos de prova de
concreto, para todas as misturas avaliadas. .................................... 119
Figura 66. Correlação entre a resistividade elétrica e o período de iniciação da
corrosão, para misturas contendo (A) sílica ativa, (B) metacaulim e (C)
cinza de eucalipto. ............................................................................ 121
xxiii
Figura 67. Correlação entre resistividade elétrica e taxa de corrosão para as
misturas contendo (A) sílica ativa, (B) metacaulim e (C) cinza de
eucalipto. .......................................................................................... 122
xxiv
1
1 INTRODUÇÃO
O concreto armado é, atualmente, o material de construção mais
utilizado no mundo para fins estruturais [1]. A harmoniosa interação entre aço e
concreto promove vantagens de custo, versatilidade de execução, capacidade
resistente, durabilidade, entre outras, até então não superadas por outros
materiais.
O aço apresenta alta resistência a esforços de tração, enquanto o
concreto, além de atuar resistindo aos esforços de compressão, propicia
ambiente adequadamente alcalino para as armaduras, protegendo-as contra
agentes desencadeadores de processos corrosivos.
No entanto, o concreto não está livre de sofrer com graves problemas de
degradação, e têm-se observado que a corrosão das armaduras é o principal
deles [1, 2]. A corrosão das armaduras de reforço do concreto causa grandes
perdas financeiras, estimadas em cerca de 5% do PIB de países
industrializados [3], além do risco a vidas humanas, por se tratar de uma
manifestação patológica que acomete principalmente elementos com função
estrutural.
Dada sua grande importância para a sociedade, diversos autores [1, 2,
4, 5] vêm estudando os processos corrosivos no concreto armado nos últimos
anos, em busca de formas de mitigar o problema.
Como fruto desses estudos, observou-se que materiais pozolânicos
adicionados ao concreto têm se mostrado eficientes como inibidores de
corrosão, atuando na matriz cimentícia através das reações pozolânicas e
efeito microfíler [4, 6]. Diversos estudos mostram que a adição deste tipo de
material resulta em incrementos satisfatórios [6-10] à durabilidade do concreto
armado.
Neste âmbito, as técnicas eletroquímicas vêm sendo cada vez mais
estudadas e utilizadas para a análise dos parâmetros de durabilidade das
estruturas de concreto armado [10-13], devido à sua alta sensibilidade a
variações nestes parâmetros. O aprimoramento das técnicas de medição e o
2
melhor entendimento dos fenômenos eletroquímicos no concreto têm conferido
cada vez mais confiabilidade a esse tipo de medida.
Sendo assim, utilizou-se neste trabalho a técnica eletroquímica de
potencial de corrosão, além da técnica de medida da resistividade elétrica do
concreto, com o intuito de analisar as alterações nas propriedades de
corrosibilidade da matriz cimentícia, provocadas pela adição de materiais
pozolânicos.
A viabilidade da adição de rejeitos industriais à matriz cimentícia, como a
sílica ativa e a cinza de eucalipto, também foi verificada, através da
diversificação dos teores adicionados, estabelecidos em 5, 10 e 15% em
relação à massa de cimento.
3
2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 Durabilidade e vida útil das estruturas de concreto armado
É facilmente observável em orlas de cidades litorâneas que muitas
estruturas de concreto armado têm apresentado reduzida durabilidade.
Manifetações patológicas como manchas, fissuras e destacamentos, que
surgem precocemente, originam-se em falhas de projeto, execução, uso e/ou
manutenção inadequados [14] e podem estar aliados a um ambiente
quimicamente agressivo ao concreto armado.
A atenção dada ao assunto é crescente, visto que são elevados os
prejuízos financeiros com reparos, além do risco a vidas humanas. A “Lei dos
5”, ou regra de Sitter, mostra a evolução dos custos em função da fase da vida
da estrutura em que a intervenção é feita. Segundo esta regra, uma
intervenção corretiva, na fase de uso da estrutura, pode custar até 125 vezes
mais do que tomar essa iniciativa na fase de concepção dos projetos.
Sendo assim, a EN 1990 - Eurocode (“Bases of structural design”)
determina que uma estrutura deve ser concebida, dimensionada e executada
para ter uma resistência estrutural, aptidão em serviço e durabilidade de modo
que, durante sua vida útil de projeto, resista a todas as ações e influências
externas susceptíveis durante sua execução e utilização, além de permanecer
adaptada ao uso para o qual foi concebida.
A NBR 6118:2014 (“Projeto de estruturas de concreto – procedimentos”)
define como durabilidade a capacidade da estrutura em resistir às influências
previstas, e deve ser definida em conjunto pelo autor do projeto estrutural e o
contratante, no início dos trabalhos de elaboração do projeto. As estruturas
devem conservar sua segurança, estabilidade e aptidão em serviço durante o
período correspondente a sua vida útil.
O Comitê 201 do American Concrete Institute (ACI) adotou a definição
de durabilidade do concreto como a sua capacidade de resistir as ações de
intempéries, abrasão, ataque químico, ou qualquer outro processo de
degradação.
4
A partir das definições adotadas tanto no Brasil, como
internacionalmente, pode-se entender a durabilidade como o resultado da
interação entre a estrutura e o meio ambiente em que esta se encontra
inserida, e será fundamentalmente regida pelas características tanto
ambientais, quanto das estruturas.
A EN 1990 - Eurocode propõe alguns aspectos a serem considerados
para termos de durabilidade:
condições do meio ambiente;
projeto da estrutura e a escolha do sistema estrutural;
escolha dos materiais;
dispositivos construtivos;
execução e o controle da qualidade na obra;
medidas de proteção específicas;
manutenção.
Outro conceito, intimamente ligado e comumente confundido com
durabilidade, é o de vida útil, que está mais associado ao período de tempo
pelo qual uma estrutura deve manter determinadas características.
A EN 1990 - Eurocode, por exemplo, define vida útil como o tempo no
qual a estrutura ou uma das suas partes é considerada apta a ser utilizada
como previsto, realizando-se a manutenção projetada, e sem a necessidade de
intervenções maiores e fora do previsto.
No Brasil, uma conceituação de vida útil é oferecida pela NBR
6118:2014 (“Projeto de estruturas de concreto – procedimentos”) como sendo o
período de tempo durante o qual se mantém as características das estruturas
de concreto, desde que atendidos os requisitos de uso e manutenção previstos
em projeto, bem como a execução dos reparos necessários decorrentes de
danos acidentais.
Modelos matemáticos foram criados para a previsão da vida útil de
estruturas de concreto armado, o que é de fundamental importância para o
estudo do seu desempenho. TUUTTI [15] apresenta um modelo simplificado
5
para previsão de vida útil de estruturas contaminadas por íons cloreto e gás
carbônico, conforme Figura 1.
Figura 1. Modelo de vida útil proposto por TUUTTI [15].
Esse modelo determina dois estágios para a vida útil, denominados
iniciação e propagação. A iniciação é o tempo que leva para que agentes
agressivos penetrem a camada de cobrimento do concreto, chegando às
armaduras e provocando sua despassivação. A partir daí ocorre a propagação
e, influenciado diretamente pela temperatura e grau de umidade, este é o
estágio em que se desenvolvem os processos corrosivos até que se atinja um
grau inaceitável de deterioração.
HELENE [16] propôs, a partir dos modelos existentes, os tipos de vida
útil de uma estrutura, conforme mostrado na Figura 2.
Vida Útil de Projeto: equivale ao período de iniciação, onde há a
penetração dos agentes agressivos através da camada de
cobrimento de concreto até que cheguem à superfície das
armaduras.
Vida Útil de Serviço ou Utilização: essa vida útil engloba o período
onde há o surgimento das primeiras manifestações patológicas,
como manchas e fissuras por conta de ataque químico ou processo
corrosivo, por exemplo.
6
Vida Útil Total: corresponde a todo o período de vida útil da estrutura
até que ocorra uma ruptura, com colapso total ou parcial.
Figura 2. Modelo de vida útil proposto por HELENE [16].
Para um bom atendimento aos requisitos de durabilidade, devem-se
projetar dispositivos específicos para as necessidades específicas de cada
elemento da estrutura, visando sua proteção contra os agentes ambientais
deletérios. Esses dispositivos devem ser considerados desde a fase de projeto
até a execução [17].
2.2 O concreto de cimento Portland
O cimento Portland é assim chamado pela sua semelhança, em dureza
e cor, com uma rocha encontrada na ilha de Portland, na Inglaterra, muito
utilizada em construções. Trata-se de um aglomerante hidráulico produzido
pela moagem do clínquer.
O cimento é um material constituído, essencialmente, por silicatos de
cálcio hidráulicos e cristalinos e uma ou mais formas de sulfato de cálcio.
7
Resultante da calcinação, a cerca de 1450°C, de uma mistura de calcário e
argila, o clínquer se configura em nódulos de 5 a 25 mm de diâmetro. A
presença de íons de alumínio, ferro e magnésio, além de álcalis, provenientes
dos materiais argilosos, tem efeito mineralizante na formação dos silicatos de
cálcio que constituem o clínquer, facilitanto sua formação a temperaturas mais
baixas [18].
Após moagem, o clínquer é ainda misturado a uma ou mais formas de
sulfato de cálcio (gipsita), em teores que variam de 3 a 5%, em massa. A
adição da gipsita é feita com o intuito de regular o início da pega do cimento,
pois caso não seja adicionada, a reação do silicato tricálcico (C3A) com a água
é imediata. A formação de hidratos cristalinos (C3AH6, C4AH19) libera, ainda,
grande quantidade de calor de hidratação. Sem a adição da gipsita, a pega
imediata e o alto calor de hidratação inviabilizariam o uso do concreto para a
maioria das aplicações em construções [18].
Outros materiais de natureza mineral também são adicionados ao
cimento durante seu processo produtivo, como as escórias granuladas e as
pozolanas. Além de reduzir a extração de matéria prima para a produção do
cimento, a adição destes materiais confere melhoria de propriedades
relacionadas à durabilidade deste material [19].
Tabela 1. Abreviação dos principais componentes do clínquer e dos produtos de
hidratação do cimento (adaptado de MEHTA et al. [18]).
Óxido Abreviação Composto Abreviação
CaO C 3CaO.SiO2 C3S
SiO2 S 2CaO.SiO2 C2S
Al2O3 A 3CaO.Al2O3 C3A
Fe2O3 F 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF
MgO M CaO.H2O CH
SO3 S 3CaO.2SiO2.3H2O C3S2H3
H2O H CaSO4.2H2O CSH2
8
Devido a sua complexidade química, as reações de hidratação do
cimento têm sido intensivamente estudadas. Sabe-se que os produtos de
hidratação compõem uma vasta matriz de fases cristalinas e amorfas, e
algumas delas são mostradas na Tabela 1, além dos principais compostos que
compõem o clínquer.
2.2.1 Microestrutura do concreto
A formação da microestrutura do concreto é algo complexo, pois, além
deste ser constituído por diversos compostos distintos, distribuídos de forma
heterogênea, há ainda a presença de vazios, que formam a estrutura porosa do
material. A quantidade e distribuição dos tamanhos dos poros são
responsáveis pelo desempenho do concreto, especialmente quanto à
durabilidade e resistência à penetração de agentes deletérios [20].
A permeabilidade do concreto não é uma função simples da porosidade,
mas, depende também das dimensões, distribuição, forma, tortuosidade (do
caminho a ser percorrido pelos fluidos) e continuidade dos poros, além de
depender da interconectividade da rede capilar [21]. Portanto, pode-se ter
concretos distintos (Figura 3), com a mesma porosidade, mas com valores de
coeficientes de permeabilidade bem diferentes.
Os vazios capilares se formam pela evaporação da água em excesso,
além do necessário para a hidratação do cimento, ou pelo inevitável
aprisionamento de ar durante o processo de mistura. A Figura 3 mostra
possíveis caminhos que podem se formar no interior do concreto devido a sua
estrutura de poros e, como pode ser visto, a estrutura porosa, caso
interconectada, pode criar caminhos de acesso ao interior do concreto,
facilitando a entrada de agentes agressivos que poderão dar início, por
exemplo, ao processo de corrosão das armaduras.
9
Figura 3. Representação esquemática da estrutura porosa do concreto [22].
Os poros na pasta de cimento podem ser classificados, conforme Figura
4, em: poros de ar aprisionado, decorrentes do processo de adensamento;
poros de ar incorporado, decorrentes do uso de aditivos incorporadores de ar;
poros capilares, oriundos da saída de água livre do concreto; e poros de gel,
devido à água retida no gel formado pelo silicato de cálcio hidratado (C-S-H);
sendo os três primeiros tipos de maior relevância para a durabilidade do
concreto [20].
Figura 4. Distribuição do tamanho dos poros na pasta endurecida [13].
10
2.2.2 Mecanismos de transporte
Grande parte dos fatores que influenciam a durabilidade do concreto
está associada à capacidade de transporte de massa na sua rede de poros
e/ou fissuras. Isso determinará o grau de dificuldade encontrada pelos agentes
agressivos ao tentar penetrar no concreto [17].
Entre os principais mecanismos de transporte de massa no concreto,
que influenciam o processo corrosivo, podem-se citar: a permeabilidade, a
absorção capilar, a difusão e a migração iônica [13].
2.2.2.1 Permeabilidade
A permeabilidade pode ser definida como a propriedade que governa a
taxa de fluxo de um fluido através de um sólido sob um gradiente de pressão
[18]. Para o concreto, a permeabilidade expressa a facilidade com que um
fluido penetra através da sua rede porosa, que depende da relação
água/cimento e grau de hidratação da pasta de cimento.
A lei de Darcy pode ser utilizada para o cálculo do coeficiente de
permeabilidade (K), para fluxo contínuo, conforme a Equação 1:
L
HAKV f
.. (1)
Em que Vf é a velocidade de escoamento do fluido (m³/s), K é a
permeabilidade hidráulica (m/s), A é a seção do meio poroso (m²), H é a altura
da coluna d’água (m), e L é o comprimento da amostra (m).
Para uma mistura bem executada, o coeficiente de permeabilidade aos
gases é tão baixo que se torna muito difícil executar medições precisas, além
de sofrer forte influência do grau de saturação, pois a água tende a preencher
os poros. A permeabilidade aos gases se dá por gradientes de concentração
que, no caso de gases agressivos dispersos na atmosfera, em geral, é muito
pequeno [23].
11
2.2.2.2 Absorção capilar
A absorção capilar pode ser definida como o mecanismo de transporte
de líquidos devido à tensão superficial que atua nos poros capilares, e
expressa a capacidade do material em absorver fluidos através da sua rede de
poros capilares, sob condição de diferença de umidade [23]. A propriedade de
absortividade (S) de um material pode ser obtida experimentalmente, com o
auxílio da equação 2.
5,0.tSAi (2)
Em que i é o volume acumulado de água absorvida por unidade de área,
A é um termo constante, e t é o tempo.
É uma propriedade de difícil controle, já que o refinamento da estrutura
dos poros, conferidos pela redução da relação água/cimento ou adição de
pozolanas, por exemplo, ao mesmo tempo em que reduz a porosidade total,
aumenta as pressões capilares.
No entanto, concretos mais porosos, com baixa absortividade capilar,
podem ocasionar outros problemas insuperáveis de durabilidade [13].
2.2.2.3 Difusão
A difusão é um mecanismo de transporte de substâncias entre dois
meios intimamente ligados, através de uma diferença de concentração. À
medida que esse gradiente é atenuado, a difusão será mais lenta.
É a difusão que rege a penetração dos principais agentes deletérios ao
concreto armado: o gás carbônico e os íons cloreto, além do oxigênio,
fundamental aos processos corrosivos.
Há dois tipos de fluxo relacionados à difusão, sendo eles o estado
estacionário, onde o fluxo iônico já foi estabelecido e é constante ao longo do
tempo; e o não estacionário, onde o fluxo não é constante, e depende do
tempo e da profundidade de penetração.
12
As características desse fenômeno de transporte irão depender do
gradiente de concentração, da temperatura, da microestrutura e da composição
química da matriz cimentícia [13].
Durante o processo difusivo, pode haver interação entre a substância
que se difunde e os elementos do cimento, como é o caso da absorção dos
íons cloreto por parte dos aluminatos, o que retarda a difusão num concreto
contendo essa substância [7].
2.2.2.4 Migração iônica
A migração iônica, como o próprio nome define, é um mecanismo de
transporte que envolve a movimentação de íons. É possibilitada pela existência
de uma diferença de potencial, que o deslocamento iônico tende a equilibrar.
Esse fenômeno está presente em estruturas submetidas a potenciais
elétricos, como dormentes de trens e metrôs que usam energia elétrica para
deslocar-se, além de estruturas submetidas à proteção catódica por corrente
impressa e outras formas de proteção que envolvam movimentação de cargas
elétricas. Em estruturas de concreto armado que se encontram em processo
corrosivo das armaduras também se observa esse fenômeno.
Conceitualmente, o fluxo por migração iônica pode ser definido como a
soma de três fenômenos: a difusão pura, a migração elétrica e a convecção.
ANDRADE apud RIBEIRO [23] considerou em seu trabalho que a parcela da
difusão pura, para diferenças de potencial entre 10 e 15 V, é desprezível.
Assim, se não houver gradientes de pressão ou umidade (eliminando a parcela
da convecção), a migração iônica se traduz puramente pela migração elétrica.
Ensaios de migração, como o utilizado por RIBEIRO [13], são capazes
de determinar o fluxo iônico, bem como os coeficientes de difusão no estado
estacionário e não estacionário, relacionados diretamente às fases de
propagação e iniciação da corrosão, respectivamente.
13
2.3 O processo corrosivo
Pode-se definir corrosão como a interação destrutiva entre um metal e o
meio no qual está inserido. Esse processo ocorre através de reações químicas
ou eletroquímicas e pode estar associado ou não a esforços mecânicos
atuantes no material, podendo causar perdas significativas nas suas
propriedades fundamentais, tais como resistência mecânica, elasticidade e
ductilidade [24, 25].
Nessas reações, os metais interagem com substâncias não metálicas
presentes no meio, formando compostos semelhantes aos encontrados na
natureza (óxidos e hidróxidos), de onde foram extraídos, em seu estado de
menor energia. Sendo assim, é possível afirmar que a corrosão se trata de um
processo inverso à metalurgia, onde os metais tendem a retornar ao seu
estado combinado, termodinamicamente mais estável [26], conforme
representado no esquema da Figura 5.
Figura 5. Ciclo da energia no processo metalurgia-corrosão: incremento de energia na
atividade metalúrgica e dissipação de energia no processo corrosivo [26].
Há duas formas de ocorrência da corrosão segundo sua natureza: a
oxidação (ou corrosão “seca”) e a corrosão eletroquímica (ou corrosão
aquosa). Ambas podem acometer as barras de aço do concreto armado [20],
sendo a corrosão eletroquímica mais comum e foco da maior parte dos
estudos.
14
A corrosão seca trata-se basicamente de ataques por reações do tipo
gás-metal, a partir da qual forma-se uma fina película de óxidos na superfície
metálica. Esse processo, que ocorre de forma muito lenta à temperatura
ambiente, não afeta significativamente o metal, exceto na presença de gases
extremamente nocivos [20].
Comumente definida como a principal causa de degradação das
armaduras de aço-carbono do concreto armado, a corrosão eletroquímica se
caracteriza por ser um processo que ocorre em meio aquoso. A ocorrência
deste fenômeno é possibilitada pela formação de uma película de eletrólito na
superfície do metal que, no caso do concreto armado, é propiciado pela
presença de água na sua rede de poros, fissuras e outros meios de acesso.
O processo da corrosão é resultado da formação de uma pilha ou célula
de corrosão, constituída basicamente por:
Ânodo: eletrodo de caráter eletrônico positivo, onde ocorrem as
reações de oxidação dos íons metálicos, também conhecidas como reações de
dissolução do metal. Os elétrons excedentes no metal tendem a migrar para as
zonas catódicas, enquanto os íons metálicos são liberados na solução
eletrolítica e estarão livres para reagir com outras substâncias.
Cátodo: eletrodo de caráter eletrônico negativo, onde ocorrem as
reações de redução dos íons de hidrogênio, da água do eletrólito e,
eventualmente, espécies eletroquímicas presentes no concreto. Essas reações
são possibilitadas pela presença dos elétrons extras que migraram das regiões
anódicas. Nessas zonas catódicas observa-se a chamada deposição catódica.
Eletrólito: meio condutor (geralmente líquido), contendo íons, que
possibilitarão o fluxo de elétrons, formando o circuito fechado da pilha.
Circuito metálico: condutor metálico. Nesse caso, a barra metálica
por onde os elétrons migram de zonas anódicas para catódicas.
A Figura 6 representa esquematicamente a célula eletroquímica de
corrosão.
15
Figura 6. Representação esquemática da célula eletroquímica de corrosão.
Segundo CASCUDO [20], a corrosão ocorre sob um determinado
mecanismo, no qual há a formação de íons metálicos e liberação de elétrons
na região anódica, onde se processa a dissolução do metal (região deteriorada,
desgastada), conforme indicado na Equação 3, para o caso do ferro.
2Fe → 2Fe2+ + 4e– (3)
De forma simultânea, ocorre no cátodo o consumo dos elétrons
liberados no ânodo, que resulta na redução dos íons de hidrogênio e do
eletrólito (H2O), formando os íons hidroxila OH-, conforme Equação 4.
2H2O + O2 + 4e– → 4OH– (4)
Os produtos das reações que ocorrem nas regiões anódicas tendem a
se deslocar por difusão, através da solução do eletrólito, para a região
catódica. Sob o mesmo princípio, os produtos gerados nas regiões catódicas
tendem a migrar para as regiões anódicas. A interação química entre esses
diversos produtos está descrita nas Equações 5, 6 e 7:
2Fe + 2H2O + O2 → 2Fe2+ + 4OH- (5)
16
2Fe2+ + 4OH- → 2Fe(OH)2 ou 2FeO. H2O (6)
2Fe(OH)2 + H2O + 1/2O2 → 2Fe(OH)3 ou Fe2O3.H2O (7)
O resultado dessas interações é a formação dos conhecidos produtos
finais da corrosão, ou ferrugem. A Figura 7 ilustra como se dá o processo
corrosivo na superfície metálica.
Figura 7. Processo corrosivo na superfície metálica (adaptado de PANNONI [27]).
Na figura 7(A), cátodos e ânodos são distribuídos aleatoriamente por
toda a superfície metálica e conectados eletricamente pelo substrato de aço.
Íons ferrosos e hidroxilas são formados através de reações eletroquímicas e se
difundem superficialmente. Quando se encontram, precipitam produtos que
originarão a ferrugem.
Conforme as áreas anódicas corroem, um novo material, de diferente
composição (a ferrugem) vai sendo exposto, conforme mostra a Figura 7(B).
Este novo material causa alterações dos potenciais elétricos entre as áreas
anódicas e catódicas, causando sua mudança local. O que era anodo passa a
ser catodo, e vice-versa. Com a evolução da corrosão, toda a superfície acaba
se corroendo de modo uniforme – Figura 7(C) [27].
2.3.1 Corrosão das armaduras no concreto armado
A corrosão das armaduras de aço-carbono contidas nas estruturas de
concreto armado nada mais é que um caso específico da corrosão
eletroquímica em meio aquoso que, neste caso, se encontra confinado nos
17
poros da matriz cimentícia. Segundo HELENE [28], para que esse fenômeno
ocorra, após a despassivação do metal, é necessário coexistirem:
a) um eletrólito: a existência de um eletrólito na superfície das barras
de aço é possibilitada devido a presença da água no concreto, que é tanto
maior quanto maior for a umidade relativa do ar. Sua principal função é permitir
o fluxo iônico no concreto, fechando o circuito elétrico criado com a liberação
dos elétrons a partir da dissolução do metal.
b) uma diferença de potencial (ddp): ao sofrer dissolução, cada átomo
de ferro libera dois elétrons, deixando a peça metálica com carga negativa,
criando-se assim, um potencial de equilíbrio ou reversível. Esse potencial por si
só não gera a força eletromotriz necessária ao desenvolvimento da célula de
corrosão, mas a presença de elementos capazes de interagir com esses
elétrons sobressalentes poderá produzi-la, dando início ao processo.
c) oxigênio: a presença de oxigênio é de fundamental importância para
a formação dos diversos óxidos de ferro, assim como para a velocidade de
corrosão. A Figura 8 mostra como a crescente concentração de O2 acelera o
processo corrosivo até uma concentração em torno de 10 mL/L. A partir desse
valor o excesso da substância no eletrólito acaba por dificultar sua difusão.
Figura 8. Efeito da concentração de oxigênio na velocidade de corrosão [13]. A
velocidade de corrosão é medida, em termos de perda de massa, em
miligrama por decímetro quadrado por dia (mdd).
18
Além destes fatores fundamentais, podem existir agentes agressivos,
tais como os íons cloreto (Cl-), sulfeto (S2-), gases ácidos, fuligem, etc que
podem acelerar o desenvolvimento do processo da corrosão e agirão
impedindo a formação ou quebrando a película passivadora das armaduras.
A Figura 9 ilustra esquematicamente a ocorrência da pilha eletroquímica
de corrosão na armadura embutida no concreto.
Figura 9. Representação esquemática da pilha eletroquímica de corrosão da armadura
no concreto [27].
Os principais sintomas relacionados à ocorrência da corrosão nas
armaduras são manchas de cor marrom avermelhado, fissurações paralelas ao
aço e destacamentos da camada de cobrimento do concreto, além de perda de
aderência entre a armadura e o concreto. A depender do estado de oxidação, o
processo corrosivo do ferro metálico pode gerar compostos de volume até seis
vezes maior que o do metal, conforme ilustrado na Figura 10. Esse aumento
volumétrico acaba por ocasionar o surgimento de tensões internas de tração no
concreto de até 15 MPa, e são essas tensões que irão provocar as fissuras e
destacamentos já mencionados [27].
De acordo com HELENE [28], essas fissuras não acarretam grandes
problemas estruturais, entretanto, são potencialmente perigosas pelo fato de
abrirem caminho para a penetração de água, oxigênio e agentes agressores, o
que irá acelerar continuamente o processo corrosivo já instalado e reduzir
ainda mais a vida útil da estrutura.
19
Figura 10. Variação de volume dos compostos resultantes do processo corrosivo do
ferro metálico [18].
2.3.2 Passivação das armaduras
O concreto provê dupla proteção às armaduras metálicas: através do
cobrimento, de caráter físico, que propicia um relativo isolamento do meio
externo; e sua alcalinidade, de caráter químico. Nas primeiras idades, a
alcalinidade do concreto é conferida pela presença, nos seus poros, da solução
saturada de hidróxido de cálcio - Ca(OH)2, proveniente das reações de
hidratação dos silicatos de cálcio (C2S e C3S) presentes no cimento. Em idades
mais avançadas, esse caráter alcalino passa a ser garantido pela presença dos
hidróxidos de sódio (NaOH) e de potássio (KOH), que conferem soluções de
pH variando entre 12,5 e 13,5 na fase líquida do concreto [25].
Esse meio altamente alcalino em que as armaduras metálicas estão
inseridas facilita a formação de uma película passivadora sobre sua superfície.
De característica compacta e aderente, essa película é formada basicamente
por óxidos de ferro. Ela protege quimicamente o metal, impedindo o acesso do
oxigênio, umidade, agentes agressivos, assim como dificultando sua dissolução
[30]. Uma forma física adicional de proteção às barras é a deposição de uma
camada de cristais hexagonais de hidróxido de cálcio na sua superfície,
formada por precipitação [20].
20
No metal, a transição do estado ativo para o passivo, com a formação da
película passivadora de óxidos, reduz significativamente a velocidade de
corrosão, que acaba sendo muito lenta. Essa redução pode chegar à ordem de
104 a 106 vezes [13].
POURBAIX apud GENTIL [24] avaliou as reações termodinamicamente
possíveis em função do potencial de eletrodo e do pH do meio, tendo como
base o eletrodo padrão de hidrogênio,. A partir deste trabalho foram criados
diagramas para diversos sistemas metal-solução. O diagrama simplificado para
o sistema ferro-água a 25°C serve como base para análise das condições
oferecidas pelo concreto às armaduras de ferro.
O citado Diagrama de Pourbaix (Figura 11) apresenta os limites entre as
zonas de imunidade, passivação e corrosão. Essas fronteiras são
estabelecidas por combinações específicas de pH e potencial elétrico. Através
desse diagrama é possível identificar as condições em que o metal estará num
estado imune, passivo, ou sujeito à ocorrência da corrosão.
Figura 11. Diagrama de Pourbaix simplificado para o sistema ferro-água a 25°C [24].
21
Na zona imune, a ocorrência das reações de corrosão é
termodinamicamente desfavorável e a forma metálica do ferro é a mais estável.
Na zona de passivação os óxidos e hidróxidos do metal são estáveis, formando
a película passivadora; e na zona de corrosão as condições de potencial
elétrico e pH são favoráveis à ocorrência da dissolução do metal [24].
Nas condições específicas de pH (entre 12,5 e 13,5) e faixa usual de
potencial de corrosão do ferro no concreto (entre +100 mV e -400 mV, em
relação ao eletrodo normal de hidrogênio), têm-se o estado de passivação do
metal. Variações nos valores de pH, como por exemplo a redução causada
pela ocorrência da carbonatação, que conduz a valores de pH menores que 9,
induzem as armaduras a um estado ativo, propício à ocorrência da corrosão.
Além da carbonatação, a presença de íons cloreto na superfície metálica
é capaz de romper a película passivadora e provocar o início de um processo
corrosivo. A intensidade da sua ação danosa pode ser qualitativamente
mensurada a partir da Figura 12, que representa o diagrama de Pourbaix
simplificado para o sistema ferro-água a 25°C contendo cloretos.
Figura 12. Diagrama de Pourbaix simplificado para o sistema ferro-água com cloretos
(355 ppm).
22
Comparando a Figura 11, que representa o mesmo sistema sem a
presença de cloretos, observa-se grande redução da área onde o metal
encontra-se passivado. Enquanto isso, a zona de corrosão cresceu, onde se
destaca a zona de ocorrência de corrosão por pites, muito comum em
armaduras de concreto armado. Surge, ainda, uma região intermediária, onde
se observa uma passivação imperfeita.
2.3.3 Etapas de ocorrência da corrosão
Segundo TUUTTI [15], a corrosão é descrita como um processo que
pode ser dividido em dois estágios, identificados como iniciação e propagação,
conforme discutido anteriormente (Figura 1).
a) Iniciação
A iniciação da corrosão, também chamada de período dormente ou de
incubação, é tida como o período de tempo em que o agente agressivo penetra
no concreto, porém, sem observarem-se danos relacionados, até que sua
concentração na superfície do aço atinja um valor limite para provocar sua
despassivação.
Um exemplo de atuação de um agente agressor sobre a película
passivadora é a presença do íon cloreto, conforme mostrado na Figura 13, o
que propiciará um processo corrosivo puntiforme. Na ilustração está
representado o momento final do período de iniciação da corrosão, quando a
película passivadora é rompida.
Figura 13. Rompimento localizado da película passivadora pela atuação de íons
cloreto (adaptado de PANNONI [27]).
23
A despassivação do aço pode ocorrer também pela ação de compostos
ácidos que podem penetrar no concreto, como o dióxido de carbono (CO2), o
gás sulfídrico (H2S) e o dióxido de enxofre (SO2). Sua reação com os
hidróxidos alcalinos presentes na matriz cimentícia pode reduzir o pH do
concreto a valores inferiores a 9 [17].
As características de transporte de massa do concreto da camada de
cobrimento são determinantes nesse processo. A conformação da rede de
poros, bem como a existência de fissuras, pode acelerar o período de iniciação
da corrosão, uma vez que um concreto poroso e fissurado facilitará a
penetração dos agentes deletérios. Particularidades do ambiente, como
temperatura e umidade, exercem um papel igualmente importante nesse
processo [31].
b) Propagação
A fase de propagação consiste no período entre a despassivação e a
aparição de fissuras no concreto, devido ao desenvolvimento da dissolução do
metal, até que o processo chegue a um estágio de danos inaceitáveis [17].
A velocidade de desenvolvimento deste processo, que está ilustrado na
Figura 14, depende muito das condições de exposição, mas, depende
especialmente da umidade relativa (UR) do ambiente e da umidade de
equilíbrio do concreto nesse ambiente.
Figura 14. Propagação da corrosão pela atuação de íons cloreto (adaptado de
PANNONI [27]).
24
Quanto maior a UR, desde que não atinja o ponto de saturação, mais
veloz será o desenvolvimento do processo corrosivo, devido à maior
disponibilidade de solução eletrolítica. Em concretos saturados (UR = 100%), o
acesso de oxigênio para seu interior é dificultado, reduzindo, assim, a
velocidade do processo corrosivo [32].
Nesse âmbito, é forte a influência da temperatura, uma vez que esta
rege a disponibilidade de água no concreto. Além disso, aumentos de
temperatura significam aumento na taxa da maioria das reações químicas, o
que é válido, também, para a maioria dos processos corrosivos, além de
estimular a mobilidade iônica [33].
2.3.4 Íons Cloreto
A presença de cloretos no concreto pode se dar de diversas maneiras:
uso de aditivos aceleradores de pega, agregados e/ou água de mistura
contaminados, tratamentos de limpeza e atmosfera exposta a ambiente
industrial e/ou névoa marinha.
Ao penetrar no concreto, parte dos cloretos ligam-se quimicamente aos
compostos que contém aluminatos (C3A e C4AF), formando o sal de Friedel
(3CaO.Al2O3.CaCl2.10H2O), parte é adsorvida pelo gel amorfo de silicato de
cálcio hidratado (C-S-H), e uma outra parte encontra-se livre para interagir em
processos corrosivos [35].
A penetração desses íons na matriz cimentícia se dá pela ação de um
mecanismo duplo, ocorrendo primeiro a sucção e depois a difusão. Sua
influência é extremamente danosa, visto que, além de aumentar a
condutividade do eletrólito, eles participam diretamente na formação dos
produtos de corrosão [29]. Os ânions Cl- poderão atuar sem consumir-se,
conforme mostrado nas Equações 8 e 9:
Fe3+ + 3Cl- FeCl3 (8)
FeCl3 + 3OH- 3Cl- + Fe(OH)3 (9)
25
Este fenômeno é particularmente nocivo, uma vez que pequenas
quantidades de cloretos livres serão capazes de provocar graves problemas
corrosivos, uma vez que não são consumidos na reação. A Figura 15 mostra o
efeito da concentração de cloreto de sódio sobre a taxa de corrosão, para o
caso do ferro em contato com água, em temperatura ambiente [34].
Figura 15. Efeito da concentração de cloreto de sódio sobre a taxa de corrosão [34].
Pode-se observar uma taxa máxima de corrosão para a concentração de
3% de NaCl. De acordo com OLLIVIER et al. apud FIGUEIREDO [7], a
presença de íons em solução (Na+, K+, Ca2+, OH-) afeta a mobilidade iônica
desta, através de macanismos de atração e repulsão elétrica, o que justifica a
queda na taxa relativa de corrosão observada para concentrações de NaCl
superiores a 3%.
Além da concentração de íons cloreto, a umidade é um fator
preponderante sobre a intensidade da corrosão. Além de aumentar a
disponibilidade de eletrólito, a presença de umidade influencia na deposição de
partículas de cloretos sobre a superfície metálica [18].
A Figura 16 evidencia como a variação do grau de umidade relativa
influencia na massa de cloretos adsorvidos à superfície metálica. A
disponibilidade de cloretos (em massa) na superfície metálica quase que
duplica quando é observada uma alteração da umidade relativa de 94% para
97%.
26
Figura 16. Curvas relacionando umidade relativa (UR) e massa de cloretos de sódio
adsorvidos à superfície metálica. (1) UR 58%, (2) UR 70%, (3) UR 80%, (4)
UR 89%, (5) UR 94%, (6) UR 97% [29].
Ao tempo que a presença de umidade eleva a adsorção de cloretos na
superfície metálica, o caráter higroscópico dos cloretos corrobora para a
retenção de água no interior do concreto, elevando seu grau de umidade, e
consequentemente, a disponibilidade de eletrólito [20].
Adicionalmente, a corrosão ocasionada pela presença de íons cloreto é
especialmente grave, devido à sua característica peculiar de formação de pites,
também conhecida como corrosão puntiforme. Este tipo de corrosão está
associado ao conceito de micropilha e ocorre pontualmente. Se caracteriza por
distâncias microscópicas entre o ánodo e o cátodo, ocorrendo uma dissolução
perigosamente concentrada do metal [28]. Apesar de causar perda de massa
desprezível, as cavidades formadas (ou pites), de elevada relação entre
comprimento e diâmetro, atuam como sítios amplificadores de tensão,
principalmente em tração, causando grave perda de ductilidade [36].
27
2.4 Materiais Pozolânicos
Foram denominadas pozolanas as cinzas vulcânicas utilizadas há
muitos anos por gregos e romanos que, misturadas à cal, geravam um produto
de propriedades hidráulicas, obtendo-se, assim, melhor desempenho mecânico
[31].
De acordo com as normas ASTM C 618 (“Standard specification for coal
fly ash and raw or calcined natural pozzolan for use in concrete”) e NBR
12653:2014 (“Materiais pozolânicos – Requisitos”), a pozolana se caracteriza
como um material silicoso ou silicoaluminoso que por si só possui pouca ou
nenhuma propriedade aglomerante, mas, quando finamente dividido e na
presença de água, reage com o hidróxido de cálcio à temperatura ambiente
para formar compostos com propriedades aglomerantes.
A pozolana de origem vulcânica ou sedimentar com atividade
pozolânica, geralmente de caráter petrográfico ácido, com teores de SiO2
superiores a 65%, é classificada como natural. Já as oriundas de tratamentos
térmicos, como argilas calcinadas, ou subprodutos industriais, como a sílica
ativa e a cinza de eucalipto, por exemplo, são classificadas como artificiais [37].
Utilizando um controle de qualidade adequado, grandes quantidades de
material pozolânico podem ser incorporadas ao concreto, representando até
70% do total da massa de material cimentício na mistura [18].
Além de considerável economia de energia e custo, o incremento de
materiais pozolânicos na mistura do concreto traz benefícios de engenharia,
como melhor resistência à fissuração térmica devido ao baixo calor de
hidratação, aumento da resistência final e impermeabilidade, devido ao
refinamento na estrutura de poros e zonas de transição pasta-agregado [9, 18].
AGHABAGLOU et al. [38] observaram melhora em diversas
características da matriz cimentícia com adição de materiais pozolânicos, como
resistência à compressão e propriedades de transporte, que influenciam
diretamente a absorção de água e a penetração de agentes deletérios.
Resultados positivos sobre a resistência à compressão do concreto
também foram obtidos por ZHANG e MALHOTRA [39], que acrescentaram
28
10% de sílica ativa ou metacaulim em substituição ao cimento, observando
melhores resultados de resistência em relação à mistura de referência, sem
adições minerais. Essa melhora foi constatada desde o primeiro dia após a
mistura, e manteve-se em corpos de prova com mais de cem dias de idade.
Os benefícios observados pela adição de pozolanas na mistura do
concreto se dão através dos efeitos químicos e físicos descritos a seguir:
a) Efeito Químico
O efeito químico está relacionado, basicamente, com a capacidade de
interação da fase vítrea da pozolana com o hidróxido de cálcio (CH)
proveniente da hidratação do cimento, gerando compostos hidratados similares
aos formados na hidratação do cimento, como o silicato de cálcio hidratado (C-
S-H), que é o principal responsável pela resistência das pastas de cimento.
Essa interação é denominada de reação pozolânica [18, 37], conforme
mostrado na Equação 10.
xSiO2 + yCaO + zH2O yCaO.xSiO2.zH2O (10)
Quando a pozolana possui composição química variável, além da
dissolução da sílica pode ocorrer, também, a reação da alumina e do ferro
vítreos. Apesar de formarem hidratos distintos aos da sílica, as interações
envolvendo alumina e ferro com a matriz cimentícia ocorrem de forma
semelhante, isto é, reação com o hidróxido de cálcio em meio aquoso [40].
Essas reações também produzem compostos cimentantes, como o C-(A)-S-H,
C4AH13, AFt e AFm [18].
As propriedades dos materiais cimentantes complementares
provenientes das reações pozolânicas dependerá tanto das condições de cura
e das proporções utilizadas, quanto das características físico-químicas dos
materiais constituintes presentes [37].
A Tabela 2 mostra as exigências químicas a serem atendidas por um
material pozolânico, segundo a NBR 12653:2014 (“Materiais pozolânicos –
Requisitos”).
29
Tabela 2. Exigências químicas para materiais pozolânicos segundo a NBR 12653:2014
(“Materiais pozolânicos – Requisitos”).
Propriedades Classe de Material Pozolânico
N C E
SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 * ≥ 70 ≥ 70 ≥ 50
SO3 * ≤ 4 ≤ 5 ≤ 5
Teor de umidade * ≤ 3 ≤ 3 ≤ 3
Perda ao fogo * ≤ 10 ≤ 6 ≤ 6
Teor de álcalis disponível ** ≤ 1,5 ≤ 1,5 ≤ 1,5
(*) Valores expressos em porcentagem (%)
(**) Valores expressos em porcentagem de Na2O
Nota-se que a normatização brasileira não faz menção a limites para o
teor de material amorfo presente nas pozolanas. Em contrapartida, JUENGER
e SIDDIQUE [41] afirmam que, para que se possa caracterizar adequadamente
este tipo de material, é necessário conhecer seu grau de amorfização.
Segundos estes autores, características como distribuição do tamanho
das partículas, área superficial específica e composição dos óxidos e das
fases, devem ser conhecidas para a boa caracterização de uma pozolana.
Essas características influenciarão na sua reatividade pozolânica e na
interação com o processo de hidratação do cimento [41].
De acordo com MEHTA et al. [18], estudos sobre a distribuição do
tamanho dos poros de cimentos hidratados contendo pozolanas mostraram que
os produtos originados das reações pozolânicas são muito eficientes em
preencher os espaços capilares, melhorando a resistência mecânica, a
impermeabilidade e a durabilidade da matriz cimentícia.
b) Efeito Físico
A principal alteração física associada à adição de materiais pozolânicos
a matrizes cimentícias é o efeito microfíler, que confere maior densidade e
compacidade através do preenchimento de vazios entre os grãos de cimento.
30
Para que esse mecanismo atue, é necessário que o diâmetro médio das
partículas da adição seja semelhante ou inferior ao diâmetro médio das
partículas do cimento [42].
O preenchimento dos vazios por diminutas partículas também
proporciona à matriz cimentícia um refinamento da estrutura de poros, uma vez
que sua presença cria pontos de nucleação para o desenvolvimento dos
cristais provenientes dos produtos de hidratação do cimento. Isso propicia o
desenvolvimento de uma quantidade maior de cristais de menor dimensão, ao
invés de menor quantidade de cristais relativamente maiores [9].
Quanto maior o espaço livre disponível para seu desenvolvimento, as
fibras do gel C-S-H tendem a ser mais grossas [18]. De acordo com
RICHARDSON [43], esta morfologia das fibras é responsável pela porosidade
capilar, ou seja, quanto mais finas forem as fibras, menor será o diâmetro dos
poros.
O resultado da ação conjunta do efeito microfíler e do refinamento da
estrutura de poros pode ser acompanhado pelo ensaio de absorção capilar. A
Figura 17 mostra resultados obtidos por BARATA [9], em que a taxa de
absorção capilar em concretos com adição de sílica ativa e metacaulim foi
quase 50% menor que a de uma amostra de referência, sem adição.
Figura 17. Taxa de absorção capilar dos concretos de referência e com adições de
sílica ativa (SA) e metacaulim (MC) [9].
31
A resistência à compressão também é diretamente afetada pelo
refinamento da estrutura de poros. ZHANG et al.[44] verificaram incrementos
de até 22% na resistência à compressão de concretos contendo adições de 5 e
10% de sílica ativa.
A NBR 12653:2014 (“Materiais pozolânicos – Requisitos”) regulamenta
valores limites para propriedades físicas que devem ser apresentadas pelos
materiais pozolânicos, conforme Tabela 3.
Tabela 3. Exigências físicas para classificação de materiais pozolânicos, segundo a
NBR 12653:2014 (“Materiais pozolânicos – Requisitos”).
Propriedade Requisito
Material retido na peneira 45 μm ≤ 20%
Índice de desempenho com cimento Portland aos 28 dias, em relação ao controle
≥ 90%
Atividade pozolânica com cal aos 7 dias ≥ 6 MPa
As alterações observadas nas propriedades dos produtos cimentícios
com a adição de pozolanas variam com a quantidade adicionada e com o tipo
de material utilizados, podendo ser analisadas em três estágios distintos: pasta
fresca, hidratação/cura e pasta endurecida. Essas alterações, de caráter físico
e/ou químico, se devem aos efeitos microfiler e pozolânico, respectivamente.
Dentre as pozolanas tradicionalmente utilizadas, destacam-se o
metacaulim e a sílica ativa que serão avaliados no presente estudo, em
comparação a um material potencialmente pozolânico (cinzas de eucalipto).
2.4.1 Sílica ativa
A sílica ativa é um subproduto gerado na produção de silício-metálico e
suas ligas, insumos muito utilizados por indústrias metalúrgicas, químicas e
eletrônicas. Sua composição química, assim como propriedades físicas, varia
com o tipo de liga produzida, com o processo e matéria-prima utilizados. A
32
quantidade de resíduo gerado pode chegar a cerca de 55% da quantidade de
liga metálica produzida [37].
De acordo com o Anuário Estatístico do Setor Metalúrgico, desenvolvido
pelo Ministério de Minas e Energia, foram produzidas, no ano de 2014, 127 mil
toneladas da liga ferro-silício 75%, somente no Brasil. Estima-se, assim, uma
produção de aproximadamente 70 mil toneladas de sílica ativa neste ano.
Este resíduo constitui-se macroscopicamente num pó finíssimo, com
elevada superfície específica, proporcionada pelo diminuto tamanho das suas
partículas (diâmetro médio aproximadamente igual a 0,1µm). Sua coloração
pode variar do cinza claro ao escuro, o que depende da quantidade de carbono
residual presente no material [45].
A adição de sílica ativa ao concreto tem demonstrado influência positiva
sobre suas propriedades, tanto no estado fresco quanto no estado endurecido.
Na pasta fresca o comportamento reológico é alterado, apresentando maior
coesão, com uma redução significativa na tendência à segregação e à
exsudação. Além disso, a viscosidade e as forças de atração internas são
aumentadas, obtendo-se, assim, um produto mais homogêneo [9].
Sua ação pozolânica, vinculada à extrema finura (efeito microfíler),
confere à matriz cimentícia uma microestrutura mais compacta e densa, com
menos poros e maior capacidade de resistir a esforços mecânicos e a ação de
agentes agressivos [18], refletindo em maior durabilidade.
VIEIRA et al. [45] citam pesquisas realizadas com microssílica, nas
quais foi observado que, em relação a um concreto sem adição, melhores
resultados foram obtidos em ensaios de permeabilidade, penetração de íons
cloreto, absorção de água e perda de massa, em decorrência de ação química.
Resultados obtidos por METHA e MONTEIRO [18] indicam reduções
superiores a 80% na espessura da zona de transição em concretos com adição
de sílica ativa, em relação a um concreto de referência, sem adições.
Em contraponto, KULAKOWSKI et al. [46] afirmam que, em
concentrações superiores a 10%, a adição de sílica ativa eleva o potencial de
ocorrência da corrosão por carbonatação, devido ao alto consumo do hidróxido
33
de cálcio. Para proporções inferiores a 10% a situação inverte, e a presença da
sílica ativa passa a ter efeito positivo contra o avanço da frente carbonatada.
As características físico-químicas da sílica ativa irão determinar sua
forma de interação com as matrizes cimentícias. Para garantir uma
padronização nesse aspecto, a NBR 13956-1:2012 (“Sílica ativa para uso com
cimento Portland em concreto, argamassa e pasta”) traz os requisitos mínimos
que a qualificam, conforme exposto na Tabela 4.
Tabela 4. Requisitos físico-químicos para a sílica ativa, de acordo com a NBR 13956-
1:2012 (“Sílica ativa para uso com cimento Portland em concreto,
argamassa e pasta”).
Características físico-químicas Limites da NBR 13956-1
SiO2 (%) ≥ 85
Umidade (%) ≤ 3
Perda ao fogo (%) ≤ 6
Resíduo na peneira com abertura de malha de 45μm (%)
≤ 10
Índice de desempenho com cimento aos 7 dias (%)
≥ 105
Índice de atividade pozolânica (Chapelle)
≥ 750
Área específica B.E.T. (m²/g) 15 ≤ B.E.T. ≤ 30
METHA e MONTEIRO [18] concluíram que o teor ótimo de adição de
sílica ativa varia de 7% a 10% da massa de cimento, podendo chegar a teores
de 15% em algumas situações especiais. Valores muito semelhantes, variando
de 8% a 10%, foram sugeridos por AÏTCIN [47].
34
2.4.2 Metacaulim
Normalmente obtido através da calcinação de argilas cauliníticas ou
caulins de alta pureza, o metacaulim é um material aluminossilicoso, com
proporções semelhantes de SiO2 e Al2O3 [37].
Pode apresentar coloração em tons variados, entre o esbranquiçado e o
acinzentado. Quanto maior a quantidade de sílica e alumínio presente, mais
claro, puro e reativo será o material; por outro lado, menores teores destes
compostos implicam em um material mais escuro, menos puro e reativo [48].
Quando a caulinita, um argilomineral constituído por silicatos hidratados
de alumínio (Al4Si4O10(OH)10), é submetida a tratamentos térmicos entre 600ºC
e 900ºC, ocorre o processo de desidroxilação, que destrói sua estrutura
cristalina pela remoção das hidroxilas. Esse processo transforma a caulinita
num composto de elevado grau de amorfização e quimicamente instável,
conhecido por metacaulinita (Al2Si2O7) [9].
Devido à suas características morfológicas, a metacaulinita é
responsável pela atividade pozolânica do metacaulim. Entretanto, para
temperaturas de calcinação acima de 900ºC, a caulinita formará compostos
cristalinos estáveis, pouco reativos e com insignificante atividade pozolânica [9,
21]. A reação pozolânica do metacaulim ocorre pela interação da metacaulinita
com o hidróxido de cálcio presente na pasta cimentícia, formando silicatos (C-
S-H) e aluminatos de cálcio hidratados (C2ASH8, C4AH13 e C3AH6) [7, 49].
Suas partículas extremamente finas, com alta superfície específica e
dimensão máxima na ordem um micrômetro atuam como microfiler, o que
contribui para o aumento de sua reatividade química [7].
ROSSIGNOLO e OLIVEIRA [50] verificaram que a adição de 10% de
metacaulim reduziu cerca de 50% da profundidade de carbonatação em
relação a um concreto de referência, que não continha adições, devido à
compactação da microestrutura da matriz cimentícia. A densificação das zonas
de transição pasta/agregado, promovida pela adição deste argilomineral [51],
corrobora com este resultado.
Além do efeito microfiler e pozolânico, a presença de aluminatos em
altas concentrações (40 a 45% de Al2O3) faz com que o metacaulim seja capaz
35
de incrementar de forma significativa a capacidade do concreto de resistir à
penetração de íons cloreto. A interação entre os aluminatos e os cloretos
conduz à formação do sal de Friedel, reduzindo a quantidade desses íons que
estarão livres para interagir em processos corrosivos [7].
CARASEK et al. [52] constataram que o metacaulim foi eficaz na
redução da permeabilidade a íons cloreto, quando adicionado a diferentes
formulações de concreto. Em outra pesquisa nesta mesma linha, foi observada
uma redução de até 60% na penetração de cloretos em concretos contendo até
12% de metacaulim, em substituição à massa de cimento [53].
Numa vasta revisão de literatura, SIDDIQUE e KLAUS [49] enumeram
diversas vantagens do uso de metacaulim como adição a matrizes cimentícias,
que afetam diretamente sua durabilidade. Entre elas pode-se citar melhorias na
resistência mecânica em todas as idades, redução da absorção capilar e da
permeabilidade, maior resistência ao ataque de agentes deletérios, como
sulfatos e cloretos, e mitigação do efeito expansivo da reação álcali-sílica, a
depender do tipo de agregado.
Devido as vantagens observadas pelo seu uso como adição à matrizes
cimentícias, o metacaulim vem sendo largamente estudado e utilizado em
misturas de argamassas e concretos, demonstrando atividade pozolânica
eficaz, além de atuar com efeito filler [49].
A Tabela 5 traz os requisitos físico-químicos exigidos pela norma
brasileira NBR 15849-1:2010 (“Metacaulim para uso com cimento Portland em
concreto, argamassa e pasta”) para que um material possa ser caracterizado
como metacaulim.
36
Tabela 5. Requisitos físico-químicos para o metacaulim, de acordo com a NBR 15849-
1:2010 (“Metacaulim para uso com cimento Portland em concreto,
argamassa e pasta”).
Característica Limites da NBR 15894-1
SiO2 (%) ≥ 44 e ≤ 65
Al2O3 (%) ≥ 32 e ≤ 46
CaO + MgO (%) ≤ 1,5
SO3 (%) ≤ 1
Na2O (%) ≤ 0,5
Teor de Álcalis disponível (%) * ≤ 1,5
Umidade (%) ≤ 2
Perda ao fogo (%) ≤ 4
Resíduo na peneira com abertura de malha de 45μm (%)
≤ 10
Índice de desempenho com cimento aos 7 dias (%)
≥ 105
Índice de atividade pozolânica (Chapelle) **
≥ 750
Área específica B.E.T. (m²/g) ≥ 15
* Expresso em porcentagem de Na2O equivalente (Na2Oeq = 0,658 %K2O + %Na2O)
** Expresso em (mgCa(OH)2 / gmaterial)
2.4.3 Cinza de biomassa
As cinzas de biomassa originam-se da queima industrial de material de
origem vegetal, com a finalidade de geração de energia e calor. As vantagens
do uso de biomassa são o baixo custo, a renovabilidade, a possibilidade de
reaproveitamento de resíduos, além de ser menos poluente que outras fontes
de energia como o carvão mineral e o petróleo [54].
37
Diversas cinzas são utilizadas e pesquisadas em todo o mundo quanto
ao seu potencial pozolânico. Dentre elas, podem-se destacar a cinza de
eucalipto [54 - 56] e a cinza de casca de arroz [57 - 60], além de outras menos
utilizadas como as oriundas da queima do bagaço de cana de açúcar [60 - 62],
da castanha do caju [63], capim elefante [64], casca de amêndoa [65] e casca
de amendoim [66].
Foi registrado, somente no ano de 2014, um consumo de cerca de 79,8
milhões de toneladas da lenha proveniente das árvores de eucalipto [67]. O
teor de cizas gerado pela queima da madeira é relativamente baixo, variando
entre 0,3% e 0,6% do peso seco, enquanto que a queima da casca gera entre
3% a 8% de cinza. A composição química da cinza também varia pois, além
das diferenças de composição entre a casca e a madeira, pode haver
contaminação das cinzas com terra, areia ou pedra [68].
A parcela mais fina e leve das cinzas (volante) tende a acompanhar os
gases de exaustão, sendo capturada por filtros ciclone ou precipitadores
eletrostáticos. A parte pesada, que além das cinzas contém material vitrificado
e pedaços de madeira não queimados, sai pela parte de baixo das caldeiras.
Esta parcela pesada da cinza é mais contaminada, grosseira e irregular que a
parte fina [68].
De acordo com resultados obtidos em pesquisa realizada por VASKE
[54], a presença de até 30% de cinza de eucalipto em misturas de concreto
incrementou significativamente a resistência à compressão, ao tempo que
reduziu a absorção de água por capilaridade. Foram avaliados teores de 0, 15,
30 e 45% de cinza em substituição à massa de cimento.
Por outro lado, GLUITZ e MARAFÃO [56] observaram perda de resistência
mecânica com a adição de cinzas. Esse comportamento foi atribuído ao fato da
cinza estudada não ter apresentado atividade pozolânica satisfatória, devido à
baixa presença de silicato em fase amorfa. Foram testadas adições de 5, 10,
15 e 20% em substituição à massa de cimento e observou-se que maiores
teores de adição da cinza levaram à redução na resistência mecânica dos
corpos de prova.
38
CAMPOS [55] adicionou 5% e 10% de cinza de eucalipto ao concreto,
concluindo que a presença da cinza não alterou de forma significativa suas
propriedades físicas e mecânicas como absorção de água por capilaridade,
índice de vazios, resistência à compressão e à tração por compressão
diametral. Características relacionadas à durabilidade, como a profundidade de
carbonatação, difusão de íons cloreto e resistividade elétrica também não
sofreram alterações significativas com a adição da cinza.
Outros autores [57, 58] também registraram redução na resistência
mecânica do concreto nas primeiras idades, em relação a um concreto de
referência, devido à adição de cinza volante. Entretanto, em idades mais
avançadas (por volta dos 90 dias), a resistência mecânica destes concretos
igualou ou até superou os resultados obtidos para o concreto de referência.
Pode-se notar que não há um consenso sobre o efeito de cinzas,
especialmente de madeira de eucalipto, sobre matrizes cimetícias. Os
resultados obtidos mostram que nem toda cinza provocou os efeitos microfiler e
pozolânico esperados, o que dependerá das características do material, como
distribuição do tamanho das partículas, área superficial específica e grau de
amorfização, bem como sua composição química.
A cinza proveniente da queima do eucalipto será utilizada no presente
trabalho, observando-se seu caráter pozolânico e o efeito desta adição na
durabilidade do concreto, em comparação a materiais pozolânicos
tradicionalmente mais utilizados (metacaulim e sílica ativa).
2.5 Métodos de análise da corrosibilidade do concreto armado
Diversos são os métodos de análise da corrosibilidade do concreto,
sendo divididos entre: i) técnicas de avaliação da qualidade do concreto como
uma barreira física à ocorrência de corrosão, (migração de cloretos,
profundidade de carbonatação, resistividade elétrica do concreto e ultrassom)
e; ii) técnicas de monitoramento e previsão da corrosão das armaduras, tais
como potencial de corrosão, espectroscopia de impedância eletroquímica
(EIE), ruídos eletroquímicos, resistência à polarização linear (LPR),
39
refectometria (TDR), radiografia, tomografia computadorizada, radar e impulso
galvanostático, dentre outras [69].
No presente trabalho será avaliada a resistividade elétrica do concreto e,
para a previsão da corrosão das armaduras, será utilizada a técnica de
potencial de corrosão.
2.5.1 Resistividade Elétrica Superficial do Concreto
A resistência elétrica é uma grandeza física que expressa o
impedimento imposto por determinado meio ao fluxo de corrente elétrica e
depende das dimensões e do tipo de material que constitui o meio. É possível
definir a resistência elétrica entre dois pontos quaisquer de um material,
aplicando uma diferença de potencial entre esses pontos e medindo a corrente
elétrica que flui entre eles. A relação entre a tensão aplicada (V) e corrente
medida (I) é a resistência elétrica (R), conforme a lei de Ohm [70].
A resistividade elétrica (ρ), que também expressa uma medida de
impedimento ao fluxo de corrente elétrica, é uma propriedade elétrica do meio
onde se observa esse fluxo, independentemente da geometria e dimensões do
corpo em estudo [70, 71]. É possível calcular a resistividade elétrica
mutiplicando o valor da resistência elétrica por um fator de conversão,
chamado constante de célula, que depende das dimensões do corpo de prova
utlizado e sua forma [69, 72].
Assim sendo, pode-se dizer que a resistividade é uma propriedade do
concreto, que indica sua capacidade de resistir à passagem de corrente
elétrica. O fluxo de corrente elétrica no concreto é de natureza eletrolítica e se
dá através dos íons presentes na solução evaporável contida na rede de poros
e em outros espaços vazios, como microfissuras [17, 71, 72].
Caso não haja eletrólito em quantidade suficiente e/ou
interconectividade entre os poros, é possível que a corrente elétrica tenda a
fluir através dos compostos do concreto, o que aumenta intensamente sua
resistividade, tornando-o praticamente um isolante elétrico [72].
A alta sensibilidade a mudanças nas características microestruturais da
matriz cimentícia faz com que a resistividade elétrica do concreto seja
40
influenciada por diversos fatores, como a relação água/cimento, tipo e
quantidade de agregados, consumo de cimento, presença de aditivos químicos
ou adições minerais e grau de hidratação do cimento [72].
Fatores ambientais como a umidade relativa e a temperatura irão reger a
quantidade de eletrólito disponível nos poros do concreto. Variações na
umidade relativa irão alterar a quantidade de água disponível e o aumento da
temperatura poderá reduzir a resistividade elétrica devido ao aumento da
atividade iônica no eletrólito [71], desde que não provoque a evaporação do
mesmo, pois, a redução da quantidade de eletrólito elevaria a resisitividade do
concreto.
De acordo com RAMEZANIANPOUR et al. [12], a resistividade elétrica
do concreto varia com a condutividade da solução presente nos seus poros. A
presença de sais na solução intersticial do concreto, como cloretos, nitratos e
sulfatos, facilita a mobilidade de cargas elétricas através da difusão iônica, uma
vez que são eletrólitos fortes [71].
SALEEM et al. [73] analisaram a influência da presença de íons cloreto
sobre a resistividade elétrica do concreto. Eles concluíram que uma
concentração de 19,2 kg de cloro por metro cúbico de concreto, sob a forma de
cloreto de sódio, reduziu cerca de 8 vezes a resistividade elétrica do concreto
analisado.
Devido à extensa gama de fatores que a influencia, a resistividade
elétrica do concreto pode variar ao longo de várias ordens de grandeza e, por
esse motivo, é bastante utilizada para mensurar as condições do concreto.
Quando seco, o concreto se comporta como isolante elétrico, podendo
apresentar resistividade elétrica de até 10.000 KΩ.cm. Quando saturado e na
presença de íons, esse valor pode cair para 1 KΩ.cm [71, 74].
Valores de referência da resistividade elétrica do concreto, em relação
ao risco de ocorrência da corrosão, são sugeridos por órgãos normalizadores
internacionais, como a norma CEB-192, da FIB (“Fédération Internationale du
béton”) e o boletim europeu CE-COST 509 (“Corrosion and protection of metals
in contact with concrete”). A Tabela 6 mostra um comparativo entre esses
valores, que demonstram considerável discrepância.
41
Tabela 6. Valores de resistividade elétrica do concreto e sua relação com o risco de
ocorrência da corrosão.
Resistividade (KΩ.cm) Risco de corrosão
CEB-192 COST 509
> 20 > 100 Desprezível
10 a 20 50 a 100 Baixo
--- 10 a 50 Moderado
5 a 10 < 10 Alto
< 5 --- Muito Alto
HORNBOSTEL et al. [75] revisaram a literatura disponível sobre o
assunto e coletaram, de trabalhos de diversos autores, valores de referência
para a relação entre resistividade elétrica e intensidade do processo corrosivo,
conforme mostrado na Tabela 7.
Tabela 7. Critérios para a avaliação da intensidade da corrosão em termos de
resistividade do concreto, obtidos por diversos autores.
Refs.
Intensidade da corrosão em termos de resistividade (KΩ.cm)
Indução da
Corrosão Forte Moderada Fraca
[76] < 5 5-12 > 12
Cloretos
[77] < 6,5 6,5-8,5 > 8,5
[78] < 7 7-30 > 30
[79] < 10 10-30 > 30
[80] < 20 20-100 > 100
[81] < 5 Sob discussão > 10
Outros
[82] < 10 10-100 > 100
[71] < 10 10-100
[83] < 5 5-20 > 20
[84] < 8 8-12 > 12
42
Neste mesmo trabalho, HORNBOSTEL et al. [75] observaram que a
relação existente entre a resistividade elétrica e a taxa de corrosão é
inversamente proporcional. De acordo com os autores, essa relação não é
válida para concretos saturados, onde a medida de resistividade será baixa,
devido à grande quantidade de eletrólito disponível, e a taxa de corrosão
também estará baixa, já que em concretos saturados há pouca disponibilidade
de oxigênio.
Uma forte correlação entre resistividade elétrica e difusividade iônica foi
observada por SENGUL [85], que testou diversas misturas de concreto, na
presença de íons cloreto. Como era esperado, quanto maior a resistividade
elétrica, menor o coeficiente de difusão, conforme mostra a Figura 18. Outros
autores [11, 86] confirmam essa tendência.
Figura 18. Relação entre a difusão de cloretos e a resistividade elétrica observada por
SENGUL [85], para amostras de concreto.
A Norma americana AASHTO TP 95-14 (“Standard Method of Test for
Surface Resistivity Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion
Penetration”) apresenta uma proposta de correlação qualitativa entre a
penetração de íons cloreto e a resistividade elétrica, para medidas realizadas
em amostras de concreto cilíndricas de 10 cm de diâmetro por 20 cm de altura,
conforme mostrado na Tabela 8.
43
Tabela 8. Correlação entre resistividade elétrica superficial e penetração de cloreto
(AASHTO TP 95-14).
Resistividade elética superficial (KΩ.cm)
Penetração de cloretos totais
< 12 Forte
12 – 21 Moderada
21 – 37 Fraca
37 – 254 Muito Fraca
> 254 Desprezível
Diversos autores [11, 71, 87-89] afirmam que é possível incrementar a
resistividade elétrica no concreto com adição de materiais pozolânicos como a
sílica ativa, o metacaulim e cinza de eucalipto.
MADANI et al. [87] observaram melhora significativa na resistividade
elétrica de concretos contendo sílica ativa, principalmente a partir dos 28 dias
de idade. A Figura 19 mostra como a substituição crescente de cimento por
sílica ativa afeta o comportamento resistivo do concreto, aos 90 dias.
Figura 19. Efeito da adição de sílica ativa na resistividade do concreto aos 90 dias, de
acordo com estudos de MADANI et al. [87].
Como resultado de sua pesquisa, DOTTO et al. [88] afirmam que a
adição de sílica ativa incrementa de forma significativa a resistividade elétrica
do concreto, que foi analisada pela técnica dos quatro eletrodos. Foi observado
44
um acréscimo de até cinco vezes na resistividade elétrica do concreto contendo
a adição.
POLDER et al. [71] afirmam que a resistividade do concreto está
relacionada com os principais estágios da vida em serviço de uma estrutura: a
iniciação e a propagação da corrosão. Locais na estrutura de concreto onde a
resistividade é menor indicam uma maior susceptibilidade à penetração de
agentes deletérios. A difusividade do concreto pode ser controlada
indiretamente através de tais medidas [27].
Assim, as medidas de resistividade podem ser utilizadas como um
indicador de durabilidade e controle de qualidade do concreto, além da
possibilidade de rápida classificação, pois, a medida de resistividade é
instantânea, além de não destrutiva. Além disso, apesar de não fornecer
informações sobre taxa de corrosão, com o uso da resistividade elétrica é
possível apontar locais onde o processo pode estar ocorrendo de forma mais
intensa [71].
O princípio da medida da resistividade elétrica no concreto baseia-se na
aplicação de uma diferença de potencial entre dois ou mais eletrodos, que
podem estar posicionados em faces planas e opostas ou alinhados numa
mesma face do corpo de prova, pressionados contra a superfície, ou embutidos
no seu interior. Mede-se, então, a corrente elétrica gerada, e, a partir da
relação entre a tensão aplicada e a corrente medida, determina-se a resistência
(R), de acordo com a lei de Ohm.
A resistividade do concreto (ρ) pode ser obtida multiplicando-se o valor
da resistência (R) por um fator de correção chamado constante de célula (κ),
que depende das dimensões do corpo de prova em análise [13], conforme
Equação 11.
R. (11)
A constante “k” é um parâmetro que depende da relação entre a área do
corpo de prova em contato com o eletrodo e a distância entre eletrodos.
45
Substituindo a constante “k” por parâmetros geométricos e a resistência “R”
pela relação V/I (lei de Ohm), é possível reescrever a Equação 11 como:
aI
AV
.
. (12)
Para o caso específico de eletrodos circulares, a Equação 12 pode ser
reescrita como:
I
aV ..2 (13)
Em que “ρ” é a resistividade elétrica do concreto (Ω.cm); “V” a tensão
aplicada ao circuito (volts); “I” a intensidade de corrente medida (ampères); “A”
a área da face do corpo de prova em contato com os eletrodos (cm²); e “a” a
distância entre os eletrodos (cm).
A natureza da corrente elétrica utilizada para a medida da resistividade
elétrica pode influenciar no resultado obtido. HELENE [28] afirma que correntes
alternadas fornecem valores de resistividade ligeiramente menores que
correntes contínuas, devido ao fenômeno de polarização causado por esta
última.
Como as condições de umidade e temperatura são fatores que
interferem de forma importante, GJØRV [90] afirma que a medida da
resistividade elétrica deve ser tomada sob condições controladas em
laboratório. Segundo este autor, é importante garantir uma boa conexão
elétrica entre os eletrodos e a superfície do corpo de prova, além de colocá-lo
sobre uma superfície seca e isolada eletricamente, bem como evitar o contato
direto com as mãos do operador.
A NBR 9204:2012 (“Concreto endurecido — Determinação da
resistividade elétrico-volumétrica — Método de ensaio”) oferece um método de
ensaio para a determinação da resistividade elétrica volumétrica do concreto.
46
Uma dificuldade à aplicação do procedimento desta norma é a utilização de
mercúrio como eletrodo.
Técnicas de medida da resistividade elétrica vêm sendo estudadas há
anos para avaliação do risco de corrosão em estruturas de concreto armado
[11, 45]. Algumas técnicas foram desenvolvidas para efetuar esse tipo de
medida e, dentre elas, podem-se citar o método do disco, que utiliza um
eletrodo externo e a armadura contida no concreto; o método dos dois
eletrodos, em que dois eletrodos são pressionados contra a superfície do
concreto e a aplicação da diferença de potencial e leitura da corrente elétrica
resultante são feitas entre esses dois eletrodos. Uma variação desta técnica é
o uso de eletrodos embutidos no concreto, utilizada com sucesso por RIBEIRO
[13].
Observa-se que as técnicas se diferenciam basicamente pela
quantidade de eletrodos e seu posicionamento na superfície (ou embutido) do
corpo de prova. Nesse caso, é importante observar a eficiência do contato
elétrico entre o eletrodo e a superfície do concreto [17].
Há também a técnica dos quatro eletrodos, que utiliza o método de
Wenner. De acordo com EWINS apud SANTOS [72], este método foi
desenvolvido por geólogos para medições de resistividade em solos. Depois de
muitos estudos, a técnica foi adaptada para o uso em concreto,
desenvolvendo-se, assim, equipamentos específicos para medidas neste tipo
de material. Neste ensaio, os quatro eletrodos são posicionados de forma
linear, com espaçamento uniforme entre eles, conforme ilustrado na Figura 20.
Aplica-se uma corrente elétrica alternada entre as duas sondas externas
e a diferença de potencial estabelecida pelo campo elétrico gerado no concreto
é medida entre as duas sondas internas. A aplicação de corrente contínua deve
ser evitada devido ao fenômeno de polarização do eletrodo, que pode distorcer
o valor medido [71].
Desta forma, mede-se a resistência elétrica de uma porção de concreto
contida numa semiesfera de raio aproximadamente igual à distância entre as
sondas externas, com centro localizado no ponto médio entre as duas sondas
47
internas [91]. A resistividade elétrica pode, então, ser calculada utilizando-se a
Equação 13.
Figura 20. Esquema de medição da resistividade elétrica do concreto, de acordo com
o princípio de Wenner [91].
Esse método possui uma vantagem relacionada ao fato de que a medida
do potencial é registrada entre os dois eletrodos internos, o que minimiza a
forte influência da presença de agregado graúdo localizado próximo às sondas.
MILLARD apud SANTOS [72] afirma que um afastamento de 50 mm é
suficiente para obtenção de medidas de resistividade relativamente precisas
em quase todo tipo de estrutura de concreto armado.
MADANI et al. [10] estudaram a influência de adições minerais na
microestrutura do concreto, utilizando, entre outras técnicas, a medida da
resistividade elétrica. Os autores relatam uma boa precisão das medidas
efetuadas, observando um coeficiente de variação máximo de 5,2%.
A técnica dos quatro eletrodos para a medida da resistividade elétrica do
concreto tem sido utilizada com sucesso para avaliar a resistência do concreto
à penetração de íons cloreto [11, 12], o desenvolvimento do processo de
hidratação de matrizes cimentícias contendo adições minerais [6], bem como o
efeito das condições de cura na microestrutura do concreto [92]. Todos esses
48
fatores estão intimamente ligados às características da porosidade do concreto,
às quais a resistividade elétrica é bastante sensível [72].
2.5.2 Técnica do Potencial de Corrosão
A técnica de medida do potencial de corrosão vem sendo utilizada há
anos como forma de monitorar o processo corrosivo em armaduras de aço
incorporadas ao concreto. A técnica é bastante utilizada para medidas em
laboratório e campo, devido a sua praticidade e demanda de simples aparato
para sua realização, além de ser uma técnica não destrutiva [13, 72].
O acompanhamento da medida do potencial de corrosão se torna muito
útil para o monitoramento de estruturas, uma vez que indica alterações no
processo eletroquímico de corrosão. Com os resultados obtidos é comum se
fazer o mapeamento dos valores através de isolinhas de potenciais, utilizadas
para identificar áreas propensas à ocorrência de processos corrosivos [80].
A avaliação do processo corrosivo é feita através da análise qualitativa
dos potenciais eletroquímicos das barras de aço, em relação a um eletrodo
estável de referência. Este valor de potencial indica a tendência do metal em
reagir com o meio, neste caso, o eletrólito presente nos vazios do concreto. O
diagrama de Pourbaix, apresentado na Figura 11 (item 2.3.2), indica as
condições de pH e potencial de corrosão sob as quais o metal estará
passivado, imune, ou submetido a um processo corrosivo.
A norma americana ASTM C 876/91 (“Standard Test Method for Half-
Cell Potentials of Uncoated Reinforcing Steel in Concrete”) estipula valores
limites de potencial eletroquímico e sua relação com o processo corrosivo,
conforme Tabela 9.
A limitação intrínseca a essa técnica é que os valores obtidos indicam
apenas o balanço entre as reações anódicas e catódicas, o que não possibilita
a determinação da velocidade com que o processo corrosivo está a ocorrer
(taxa de corrosão) [13]. De acordo com HELENE [16], medidas de potencial de
corrosão nunca devem ser utilizadas de forma isolada ou absoluta, mas
sempre com o complemento de informações provenientes de outras técnicas, a
fim de garantir sua confiabilidade.
49
Tabela 9. Limites de potencial de corrosão e probabilidade de ocorrência da corrosão,
de acordo com a norma ASTM C 876/91.
Tipo de eletrodo Probabilidade de ocorrer corrosão
< 10% 10% - 90% > 90%
ENH* > 0,118 V 0,118 V a -0,032 V < -0,032 V
Cu/CuSO4, Cu²+ > -0,200 -0,200 V a -0,350 V < -0,350 V
Hg, Hg2Cl2/KCl (sol. saturada)**
> -0,124 V -0,124 V a -0,274 V < - 0,274 V
Ag,AgCl/KCl (1M) > -0,104 -0,104 V a -0,254 V < -0,254
* Eletrodo normal de Hidrogênio.
** Eletrodo de calomelano saturado.
Diversos fatores podem interferir nas medidas de potencial de corrosão.
A alta resistividade do concreto de cobrimento, por exemplo, pode provocar a
não identificação da corrente de corrosão, pois, naturalmente, a corrente
elétrica tende a evitar caminhos mais resistivos. Essa característica depende
da espessura da camada de cobrimento e é particularmente importante, pois,
pode fazer com que processos corrosivos em estado ativo não sejam
identificados [72].
Estudos realizados por GONZÁLEZ et al. [80], mostram a influência do
teor de umidade em medidas de potencial de corrosão. Segundo os autores,
medidas realizadas em concretos saturados demonstram uma tendência à
obtenção de valores mais negativos, em relação a medidas realizadas em
concretos não saturados. Esse efeito foi observado também por PEREIRA et
al. [93].
ROCHA [89] cita, ainda, outros fatores que podem influenciar a medida
do potencial de corrosão, como a presença de uma frente de carbonatação e
cloretos, fissuras na camada de concreto e temperatura do sistema concreto-
armadura.
50
51
3 MATERIAIS E MÉTODOS
Neste capítulo serão apresentados os materiais utilizados neste
trabalho, bem como os métodos de caracterização destes materiais e do
concreto.
3.1 Materiais
Os materiais utilizados neste trabalho foram: água, cimento, areia, brita,
barras de aço, aditivo superplastificante, metacaulim, sílica ativa e cinza de
eucalipto.
3.1.1. Água
A água utilizada é proveniente da rede pública de abastecimento da
cidade de Salvador (EMBASA). Para a elaboração de algumas soluções, bem
como procedimentos de laboratório, foi utilizada água destilada e deionizada.
3.1.2 Cimento
Foi utilizado o cimento CP V-ARI RS (alta resistência inicial), da marca
Mizu. Esse cimento não possui adições pozolânicas, eliminando a possibilidade
de influência de outras adições reativas.
3.1.3 Areia
A areia natural é classificada como agregado miúdo no âmbito dos
materiais de construção civil, e segundo a NBR NM 248:2003 (“Agregado –
Determinação da composição granulométrica”) deve possuir diâmetro esférico
equivalente entre 150 µm e 4,75 mm. Pode ser proveniente de rio, de cava, de
britagem ou de praias e dunas (essas duas últimas não utilizadas no Brasil
devido ao seu alto teor de cloreto de sódio) [94].
Neste estudo está sendo utilizada areia natural proveniente de jazida,
localizada no município de Camaçari, situado na região metropolitana de
Salvador, além de areia “normal”, normatizada pela NBR 7214:2015 (“Areia
52
normal para ensaio de cimento – Especificação”), para o ensaio de
determinação de índice de desempenho com cimento Portland aos 28 dias, de
acordo com a NBR 5752:2014 (“Determinação de Atividade Pozolânica com
cimento”).
3.1.4 Brita
A brita utilizada é de origem basáltica, comercialmente disponível na
cidade de Salvador.
3.1.5 Armadura
As barras de aço utilizadas como armadura foram fabricadas pela
Gerdau, e são do tipo CA-50, nervuradas, com 6,3 mm de diâmetro e
densidade de 7,85 g/cm³, comercialmente disponíveis na cidade de Salvador.
3.1.6 Aditivo
Como as misturas de concreto contendo as adições minerais não
atingiram o abatimento de tronco de cone determinado, foi necessário utilizar
um aditivo superplastificante para que a relação água/cimento se mativesse
inalterada. O aditivo utilizado foi o Cemix 2000, fabricado pela Vedacit. Esse
aditivo não altera de forma significativa o tempo de pega, é isento de cloretos e
composto basicamente por Naftaleno Sulfonado.
3.1.7 Sílica Ativa
A sílica ativa utilizada neste trabalho é gerada pela Companhia de Ferro-
ligas da Bahia (FERBASA), localizada no município de Pojuca, no Estado da
Bahia.
3.1.8 Metacaulim
A Metacaulim do Brasil, localizada em Jundiaí, São Paulo, é a fabricante
do metacaulim utilizado nesta pesquisa. O produto disponibilizado é o
Metacaulim HP Ultra.
53
3.1.9 Cinza de eucalipto
A cinza utilizada é a parcela leve, proveniente da queima de cavacos de
eucalipto, produzidos pela empresa Energias Renováveis do Brasil (ERB). A
empresa se localiza na cidade de Alagoinhas, no estado Bahia, onde também
realiza o cultivo do eucalipto.
O processo do qual resulta a cinza se divide, basicamente, em três
etapas: (i) cultivo do eucalipto, (ii) extração da madeira e produção dos cavacos
(madeira picada) e (iii) queima dos cavacos para geração de energia.
3.2 Métodos
3.2.1 Caracterização das matérias-primas
3.2.1.1 Área superficial específica
Representando a relação entre a área superficial dos grãos e a massa, a
área superficial específica está diretamente relacionada ao tamanho das
partículas que compõem o material e será tanto maior quanto menor for o
diâmetro médio destas partículas, estando relacionada a uma maior reatividade
do material. A quantidade de água necessária à mistura é diretamente
proporcional a este parâmetro.
As áreas superficiais específicas do cimento, sílica ativa, metacaulim e
cinza de eucalipto foram obtidas de acordo com método BET (BRUNAUER;
EMMETT; TELLER), que se baseia na adsorção de gases, e torna-se mais
apropriado para aferição da superfície específica das adições minerais de alto
desempenho, pois é capaz de medir elevados valores de área superficial
específica. Utilizou-se um Analisador de Área Superficial Específica da marca
Quantachrome, modelo Nova1000e. Os dados foram gerados na Universidade
Federal do Rio Grande do Sul.
54
3.2.1.2 Massa específica
Segundo a NBR NM 52:2009 (“Agregado miúdo – Determinação da
massa específica e massa específica aparente”), a massa específica é a
relação entre a massa do agregado seco e seu volume, tendo como objetivo
aferir a densidade e volume dos grãos, incluindo apenas os vazios
impermeáveis. Verifica-se, então, a massa por volume realmente ocupado pelo
agregado na mistura.
Foram realizadas medições de massa específica no cimento, areia,
brita, metacaulim, sílica ativa e cinza de eucalipto, conforme procedimentos
exibidos na Tabela 10.
Tabela 10. Métodos de ensaio utilizados para a determinação da massa específica das
matérias-primas.
Material Método de ensaio
Areia NBR NM 52:2009
Brita NBR NM 53:2009
Cimento
Picnometria a gás Hélio
(Picnômetro AccuPyc II 1340,
Micromeritics)
Metacaulim
Sílica-ativa
Cinza de eucalipto
3.2.1.3 Distribuição do tamanho de partículas
a) Sedigrafia à laser
A técnica utilizada para a determinação da granulometria do cimento,
metacaulim, sílica ativa e cinza, baseia-se na sedimentação de partículas numa
determinada suspensão, associada à absorção de luz.
Para esta determinação utilizou-se um granulômetro a laser, Mastersize
2000 disponibilizado pela ITF Chemical, empresa localizada no Pólo
Petroquímico de Camaçari - BA. Trata-se de um equipamento analisador de
distribuição do tamanho de partículas, cujo princípio de funcionamento é a
55
captação da fração de luz que atravessa uma amostra contendo a solução em
suspensão. O uso deste princípio ótico possibilita o registro da porcentagem de
massa acumulada em função do diâmetro equivalente das partículas, que
tendem a se depositar mais rapidamente quanto maior seu diâmetro.
A granulometria da areia e da brita foi determinada de acordo com as
recomendações da NBR 7211:2009 (“Agregados para concreto –
Especificação”), e segundo os procedimentos prescritos pela NBR NM
248:2003 (“Agregados - determinação da composição granulométrica”),
utilizando-se a série normal de peneiras ABNT.
b) Análise granulométrica por sedimentação
Devido a aglomeração existente na sílica ativa, utilizou-se,
adicionalmente, o ensaio descrito na NBR 7181:1984 (“Solo - Análise
granulométrica”) para realização do ensaio, no qual a sílica ativa foi imersa em
uma solução contendo o desfloculante Hexametafosfato de Sódio durante 24h.
O material sofreu agitação mecânica antes do início do ensaio de
sedimentação em uma proveta graduada de 1000 cm³. Foi utilizado um
densímetro calibrado, com escala de 0,990 a 1,050 g/cm³, para determinação
das densidades da solução (água + sílica ativa + desfloculante) nos tempos de
0,5 min, 1 min, 2 min, 4 min, 8 min, 15 min, 30 min, 1 h, 2 h, 4 h, 8 h e 24h.
Com base nestes valores de densidade foram calculados, através da lei
de Stokes, os diâmetros das partículas e suas porcentagens. Este ensaio foi
realizado no Laboratório de Geotecnia da Universidade Federal da Bahia.
3.2.1.4 Composição química (FRX)
As composições químicas do cimento, metacaulim, sílica-ativa e cinza
de eucalipto foram analisadas através da técnica de fluorescência de raios X
(FRX). Essa técnica se baseia no princípio de que, quando um feixe de raios X
emitidos contra uma amostra tem energia suficientemente alta, cria vacâncias
nas camadas eletrônicas dos seus átomos constituintes, gerando a emissão de
outra radiação, que é característica para cada elemento presente. O princípio
56
desta técnica é isolar e medir o comprimento de onda dos fótons de raios X
característicos (fluorescência) emitidos pela amostra, o que permite a
identificação dos elementos que compõem o material, bem como suas massas
ou concentrações.
A caracterização da composição química dos materiais utilizados neste
trabalho foi realizada no Laboratório de Raios X do Instituto de Química da
Universidade Federal da Bahia, utilizando-se um espectrômetro de raios X por
comprimento de onda, modelo XRF-1800, Shimadzu.
3.2.1.5 Identificação de fases e grau de amorfização (DRX)
A técnica da difração de raios X (DRX), utilizada para a identificação de
fases cristalinas nas adições minerais, consiste na incidência de um feixe
monocromático de raios X de comprimento de onda λ, o qual sofrerá difração
por planos de alta concentração atômica. Estes planos estão periodicamente
distribuídos na estrutura cristalina, e a interferência entre as ondas difratadas
pode ser de caráter destrutivo ou construtivo.
As reflexões de interferências construtivas possuem direções definidas
segundo a lei de Bragg, conforme Equação 14.
sendn ..2. (14)
Em que “n” é a ordem de difração; “λ” é o comprimento da onda
característica do feixe; “d” é a distância interplanar; e “θ” é o ângulo de
incidência do feixe de raios X.
Assim, são obtidas informações relativas à distância entre os planos
cristalográficos e a intensidade de reflexão. Os picos de difração são
característicos, o que permite, a partir do padrão de difração, identificar as
fases presentes na amostra em estudo.
No presente estudo utilizou-se um difratômetro D2 Phaser Bruker, com
tensão de trabalho de 30 kV e intensidade 10 mA, com tubo de Cu (λ Cu-Kα
igual a 1,5406 Å), usando uma geometria de Bragg-Brentano, varredura de 5° a
80º (2θ) e passo de 0,4º/s. As fases cristalinas foram identificadas utilizando o
57
software DiffracEVA, e quantificadas com auxílio do DiffracTOPAS, que possui
o Crystallography Open Database (COD) como banco de dados.
3.2.1.6 Microestrutura (MEV)
A técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi utilizada
neste trabalho como forma de auxiliar a caracterização do cimento, sílica ativa,
metacaulim e cinza de eucalipto.
O microscópio eletrônico de varredura utiliza a emissão de um feixe de
elétrons sobre o material em estudo, causando a emissão de elétrons
secundários (SE), que são usados na formação da imagem a ser analisada.
Por se tratar de imagens geradas a partir da emissão de feixes de elétrons, as
amostras de materiais não condutores, como os utilizados nesta pesquisa,
necessitam de um tratamento específico, onde é feito um fino recobrimento
superficial com material condutor, geralmente ouro ou carbono.
Para a geração das imagens analisadas neste trabalho, foi utilizado um
microscópio eletrônico de varredura (MEV) FEI-Inspect S50, com distância de
trabalho de 9,5 mm e potência de 10kV, no Laboratório de Caracterização
Estrutural do Departamento de Engenharia de Materiais da Universidade
Federal de São Carlos (DEMa/UFSCar).
3.2.1.7. Avaliação da pozolanicidade das adições minerais
Existem diversos métodos disponíveis para avaliação da pozolanicidade.
No presente trabalho foram utilizados os métodos de Fratini (titulação química),
conduvidade elétrica e o tradicional método físico, com determinação do índice
de atividade pozolânica.
a) Método de Fratini (Titulação química)
Para a determinação do índice de atividade pozolânica foi realizado o
teste químico de acordo com as diretrizes da norma portuguesa NP EN 196-5
(“Ensaio de pozolanicidade dos cimentos pozolânicos”). Segundo esta norma, a
pozolanicidade é determinada comparando a quantidade de hidróxido de cálcio
58
presente na solução aquosa em contato com o cimento hidratado, depois de
um período de tempo determinado, com a quantidade de hidróxido de cálcio
que faz saturar um meio de mesma alcalinidade. O ensaio é considerado
positivo se a concentração de hidróxido de cálcio em solução for inferior à
concentração de saturação.
A solução de referência foi preparada diluindo-se 20 g de cimento em
100 ml de água destilada, aquecida a 40°C. Nas soluções utilizadas para
avaliar as pozolanas em estudo, substuiu-se 25% da massa de cimento pela
pozolana, conforme preconizado pela norma. Após mistura, as soluções foram
acondicionadas em estufa à temperatura de 40°C durante um período de 14
dias.
Foram preparados os seguintes reagentes indicados na norma NP EN
196-5: ácido clorídrico diluído, indicador de alaranjado de metila, solução de
hidróxido de sódio, indicador de murexida e solução de EDTA.
Logo em seguida realizou-se a aferição das soluções de EDTA e ácido
clorídrico, buscando obter os fatores f1 (fator da solução EDTA) e f2 (fator da
solução de ácido clorídrico), utilizados para a determinação do teor de óxido de
cálcio (CaO) e da concentração de íons hidroxilos [OH-], respectivamente.
Estes fatores podem ser calculados utilizando as Equações 15 e 16.
(15)
(16)
Em que “f1” é fator da solução de EDTA; “f2” é o fator da solução de
ácido clorídrico; “m1” a massa de carbonato de cálcio, em gramas; “m2” é a
massa do carbonato de sódio, em gramas; “v1” é o volume da solução de EDTA
utilizado na titulação, em mililitros; “v2” é o volume do ácido clorídrico para a
titulação, em mililitros; 100,09 é a massa molecular do carbonato de cálcio;
105,989 é a massa molecular do carbonato de sódio.
59
Realizada a aferição, os recipientes com as soluções de água destilada,
cimento e pozolana foram retirados da estufa, e estas soluções foram filtradas
imediatamente sob vácuo em um funil Buchner, com papel filtro duplo seco,
como pode ser visualizado na Figura 21.
Figura 21. Processo de filtragem à vácuo das soluções.
Após estabilização da temperatura, a titulação das soluções filtradas foi
realizada. Para isso, misturou-se 50 ml da solução com 5 gotas do indicador
alaranjado de metila. Adicionou-se, então, ácido clorídrico diluído até a
mudança da cor amarela para laranja. A concentração de íons hidroxilos [OH-]
foi calculada de acordo com a Equação 17.
= (17)
Em que “[OH-]” representa a concentração de íons hidroxilos, em
mililitros por litro; “v3” é volume da solução de ácido clorídrico usada para a
titulação, em mililitros; “f2” é o fator da solução de ácido clorídrico, em gramas
por mililitros.
Logo em seguida realizou-se a titulação do restante da solução, a fim de
determinar a concentração de [CaO]. Adicionou-se 5 ml de hidróxido de sódio e
50 mg do indicador murexida. A titulação foi realizada por meio da solução de
EDTA, adicionada até observar-se a mudança da cor vermelho púrpura para
violeta. O teor de óxido de cálcio [CaO] foi calculado de acordo com a Equação
18.
60
= (18)
Em que “[CaO]” representa o teor de óxido de cálcio, em mililitros por
litro; “v4” é volume da solução de EDTA usada para a titulação, em mililitros, e
“f1” é o fator da solução de EDTA.
b) Condutividade elétrica
De acordo com o método proposto por LUXÁN et al. [95], a atividade
pozolânica é estimada através do monitoramento da variação da condutividade
elétrica de uma solução saturada com hidróxido de cálcio [Ca(OH)2], devido à
adição do material cuja pozolanicidade deseja-se avaliar.
Visando eliminar a influência da dissolução de sais, que podem estar
presentes nas pozolanas, na condutividade elétrica da solução, PAYÁ et al.
[96] propuseram uma compensação a ser feita na curva de condutividade. A
partir da medida da condutividade do material dissolvido em água destilada, a
curva de condutividade resultante da solução saturada de Ca(OH)2 pode ser
corrigida para representar somente a variação de condutividade elétrica
decorrente das reações pozolânicas.
Para o preparo da solução saturada de hidróxido de cálcio, dissolveram-
se 800 mg de Ca(OH)2 em 1000 ml de água destilada e deionizada, utilizando a
proporção proposta por PAYÁ et al. [96]. Antes da mistura, a água foi aquecida
a 40°C e, após inserção do Ca(OH)2, o recipiente foi selado e agitado utilizando
um agitador magnético, a fim de diminuir as reações de carbonatação.
Todo o procedimento foi feito com a solução aquecida a 40°C utilizando-
se para isso uma placa aquecedora equipada com agitador magnético. Para
acompanhamento da condutividade foi utilizado um condutivímetro de bancada
(HOMIS H765-18), com precisão de 0,01 μS/cm (Figura 22).
A partir da adição de 5 g do material pozolânico em 200 ml da solução
saturada com Ca(OH)2, a condutividade foi monitorada durante 120 segundos,
tomando-se as medidas com um intervalo de 10 segundos. Após adição da
pozolana, a condutividade decresce devido à redução da quantidade de íons
Ca2+ e (OH)- na solução.
61
Figura 22. Medição da condutividade elétrica da solução saturada com hidróxido de
cálcio [Ca(OH)2].
A influência da dissolução dos sais presentes nos materiais pozolânicos
na variação da condutividade elétrica foi monitorada através da medida da
condutividade de uma solução contendo somente água destilada e deionizada
e o material pozolânico, conforme proposto por PAYÁ et al. [96].
A variação de condutividade, ocasionada pelas reações pozolânicas, é
avaliada a partir da condutividade corrigida, subtraindo-se da condutividade
medida na solução pozolana/Ca(OH)2 a condutividade da solução
pozolana/água. A Tabela 11, proposta por LUXÁN et al. [95], correlaciona a
variação total da condutividade com a atividade pozolânica do material em
análise, o que permite uma interpretação simples e direta deste ensaio.
Tabela 11. Classificação dos materiais de acordo com a variação de condutividade,
proposta por LUXÁN et al. [95].
Classificação do material Variação da condutividade (mS/cm)
Não pozolânico Menor que 0,4
Baixa pozolanicidade Entre 0,4 e 1,2
Alta pozolanicidade Maior que 1,2
62
c) Determinação do índice de desempenho com cimento Portland aos 28 dias
O índice de atividade pozolânica foi determinado seguindo os requisitos
propostos pela NBR 12653:2014 (“Materiais Pozolânicos – Requisitos”). A
determinação deste índice foi realizada conforme procedimentos descritos na
NBR 5752:2014 (“Materiais pozolânicos - Determinação do índice de
desempenho com cimento Portland aos 28 dias”).
De acordo esta norma, são utilizadas duas diferentes formulações de
argamassa: uma utilizada como referência, e outra contendo adição do material
cuja pozolanicidade está em estudo. A Tabela 12 traz os parâmetros para a
formulação das argamassas, que devem apresentar índice de consistência
fixado em 225 ± 5 mm.
Tabela 12. Traços indicados pela NBR 5752:2014 (“Materiais pozolânicos -
Determinação do índice de desempenho com cimento Portland aos 28
dias”) para a determinação do índice de atividade pozolânica.
Material Massa necessária (g)
Argamassa A Argamassa B
Cimento CP II-F-32 624 ± 0,4 468 ± 0,4
Pozolana - 156 ± 0,2
Areia normal 1872,0 1872,0
Água 300 ± 0,2 300 ± 0,2
Aditivo superplastificante - *
* Quantidade de aditivo superplastificante necessária para manter o índice de consistência normal da Argamassa B em ± 10 mm do obtido com a Argamassa A.
A partir dos requisitos exibidos na Tabela 12, foram obtidos os traços
apresentados na Tabela 13 para as argamassas contendo as diferentes
adições utilizadas neste trabalho, afim de se manter a consistência
normatizada.
63
Conforme recomenda a NBR 5752:2014 (“Determinação de Atividade
Pozolânica com cimento”), foram moldados três corpos de prova cilíndricos de
50 mm x 100 mm para cada traço, seguindo o método de moldagem proposto
pela NBR 7215:1996 (“Cimento Portland – Determinação da resistência à
compressão”), com as misturas das argamassas sendo realizadas em uma
argamassadeira eletro-mecânica Contenco, modelo I-3010.
Tabela 13. Traço das argamassas produzidas para a determinação do índice de
atividade pozolânica, conforme a norma NBR 5752:2014 (“Determinação
de Atividade Pozolânica com cimento”).
Pozolana Traço, em massa (g)
Cimento Pozolana Areia Água Aditivo
Referência 624 0 1872 300 0
Sílica ativa 468 156 1872 300 5,2
Metacaulim 468 156 1872 300 3,8
Cinza 468 156 1872 300 3,0
Após a moldagem, os corpos de prova ficaram por 24 horas em repouso
e, posteriormente, foram desmoldados e mantidos em câmara úmida até o
momento do ensaio de compressão axial, executado aos 28 dias de idade.
Assim, o índice de atividade com cimento Portland é obtido a partir da
relação entre a resistência à compressão axial da argamassa com o material
em estudo e da argamassa de referência, sem adições. Segundo a NBR
12653:2014 (“Materiais pozolânicos – Requisitos”), o material é considerado
pozolânico se apresentar índice superior a 0,9 (90%)
3.2.2 Dosagem do concreto e moldagem dos corpos de prova
Foram dosados diferentes traços de concreto com base no método
proposto pelo American Concrete Institute (ACI), que se baseia nas exigências
de resistência, durabilidade e trabalhabilidade. A consistência do concreto no
estado fresco foi determinada a partir do ensaio de abatimento do tronco de
64
cone (“slump test”). Em seguida, foram moldados corpos de prova cilíndricos
para a determinação das propriedades físicas e mecânicas: porosidade e
densidade aparentes (Princípio de Arquimedes), absorção de água por
capilaridade (NBR 9779:2012 - “Argamassa e concreto endurecidos –
Determinação da absorção de água por capilaridade”) e resistência à
compressão (NBR 7215:1997 - “Cimento Portland – Determinação da
resistência à compressão”).
Além das amostras de referência (sem pozolana), foram moldados
corpos de prova de concreto contendo adição de três diferentes materiais
pozolânicos (metacaulim, a sílica ativa e a cinza de eucalipto) nos teores de
5%, 10% e 15%, em relação à massa de cimento, totalizando 10 misturas
distintas.
A Tabela 14 mostra o traço utilizado e o consumo de materiais por metro
cúbico de concreto para as diferentes adições.
65
Tabela 14. Consumo de materiais e característica das misturas de concreto utilizadas.
Traço Ref. (cimento : areia : brita : água) 1,0 : 1,83 : 2,37 : 0,6
Tipo de Pozolana --- Sílica Ativa Metacaulim Cinza de Eucalipto
Teor de Pozolana Adicionado 0% 5% 10% 15% 5% 10% 15% 5% 10% 15%
Co
ns
um
o d
os
Mate
riais
Cimento (kg/m3) 409,6 407,6 404,1 400,6 408,0 404,9 401,9 407,7 404,3 400,9
Areia (kg/m3) 749,5 745,9 739,5 733,2 746,7 741,0 735,5 746,1 739,8 733,7
Brita (kg/m3) 970,7 966,0 957,7 949,5 967,0 959,7 952,5 966,2 958,1 950,2
Água (kg/m3) 245,7 244,5 242,4 240,4 244,8 243,0 241,1 244,6 242,6 240,6
Aditivo (kg/m3) 0 2,0 2,8 4,0 1,6 2,0 3,2 1,2 1,6 2,0
Pozolana (kg/m3) 0 20,4 40,4 60,1 20,4 40,5 60,3 20,4 40,4 60,1
Ca
rac
terí
sti
cas
das
Mis
tura
s
Relação água/cimento 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6
Relação água/aglomerante 0,60 0,57 0,55 0,52 0,57 0,55 0,52 0,57 0,55 0,52
Argamassa Seca (%) 49 49 50 50 49 50 50 49 50 50
Água/Materiais Secos 0,12 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11
Abatimento - Slump (mm) 180±10 180±10 180±10 180±10 180±10 180±10 180±10 180±10 180±10 180±10
Nomenclatura REF SA5 SA10 SA15 MC5 MC10 MC15 CE5 CE10 CE15
66
Os corpos de prova foram moldados em formatos cilíndricos e
prismáticos, em quantidade e com as dimensões apresentadas na Tabela 15.
Tabela 15. Tipo, quantidade e dimensões dos corpos de prova que serão utilizados
para cada ensaio, em cada idade, para cada traço.
Ensaio
Cilíndrico Prismático
Φ = 5 cm
h = 10 cm
Φ = 10 cm
h = 20 cm
(5x7x9)
cm³
Resistência mecânica 3 - -
Porosidade e densidade aparentes 3 - -
Absorção de água por capilaridade 3 - -
Ultrassom - 3 -
Resistividade elétrica
Potencial de corrosão - - 4
3.2.3 Caracterização do Concreto no estado endurecido
3.2.3.1 Resistência mecânica
Os ensaios de resistência à compressão axial foram executados de
acordo com os requisitos da NBR 5739:2007 (“Concreto - Ensaio de
compressão de corpos-de-prova cilíndricos”).
O limite de resistência à compressão pode ser calculado utilizando-se a
Equação 19.
2.
.4
d
PRC
(19)
Em que “Rc” é a resistência limite à compressão; “P” é carga máxima
suportada pelo corpo de prova; e “d” representa o diâmetro do corpo de prova.
67
As medidas foram executadas aos 3, 7 e 28 dias de idade, em 3 corpos
de prova cilíndricos de 5 cm de diâmetro por 10 cm de altura para cada uma
dessas idades.
3.2.3.2 Densidade e porosidade aparentes
As medidas de densidade e porosidade aparentes foram realizadas
utilizando-se um procedimento baseado no princípio de Arquimedes.
Após 28 dias em cura úmida, mede-se a massa saturada (mu) e a massa
imersa (mi) dos corpos de prova, que em seguida são colocados em estufa
para secagem até que se observe constância de massa, para então medir-se a
massa seca (ms).
A porosidade aparente (PA) e a densidade aparente (DA) podem ser
calculadas com o auxílio das Equações 20 e 21, em que “ρL” é a densidade do
líquido utilizado no ensaio (ρágua = 1,0 g/cm³).
)(
)(.100
iu
suA
mm
mmP (20)
iu
sLA
mm
mD
. (21)
As medidas de densidade e porosidade aparentes oferecem parâmetros
de avaliação da microestrutura das amostras de concreto, informação de
relevante importância neste trabalho.
3.2.3.3 Absorção de água por capilaridade
A absorção de água por ascensão capilar foi determinada utilizando-se
as prescrições da NBR 9779:2012 (“Argamassa e concreto endurecidos –
Determinação da absorção de água por capilaridade”).
Para este ensaio foram utilizados três corpos de prova aos 28 dias de
idade, que inicialmente foram colocados em estufa, a uma temperatura de
(105 ± 5)°C, até que se atingir constância de massa. Ao sair da estufa, as
68
amostras foram resfriadas em dessecador, à temperatura de (23±1)°C, e sua
massa seca (ms) determinada.
Os corpos de prova foram, então, colocados em um recipiente com
nível de água que deve permanecer entre 4 e 6 mm de altura, em relação à sua
face submersa. Estes devem permanecer sobre suportes, a fim de promover o
afastamento entre a face do corpo de prova e o fundo do recipiente.
Durante o ensaio serão realizadas leituras da massa saturada (msat)
dos corpos de prova em intervalos de tempo preestabelecidos, de acordo com
a norma. Assim, a absorção de água por capilaridade (C), expressa em g/cm²,
é calculada com o auxílio da Equação 22, em que (A) representa a área da
seção transversal do corpo de prova, expressa em cm².
A
mmC ssat (22)
Nos momentos iniciais da curva de correlação entre a absorção de
água por capilaridade (C) e a raiz quadrada do tempo de medida (t), obtém-se
uma curva, expressa pela Equação 23, onde S representa o coeficiente de
absorção capilar (g/cm2.min0,5).
btSC (23)
Essa avaliação é especialmente importante, pois, indica o grau de
dificuldade encontrado por um fluido para acessar os vazios capilares
existentes no corpo em análise, se configurando num importante mecanismo
de transporte de substâncias potencialmente nocivas às estruturas, do ponto
de vista da durabilidade.
69
3.2.3.4 Velocidade de propagação de onda ultrassônica
A técnica de ultrassom consiste na medição da velocidade com que uma
onda sonora, com frequências entre 20 e 300 KHz, se propaga através do
corpo de prova [69].
Conforme ilustrado na Figura 23, os equipamentos utilizados para esse
tipo de medição são constituídos por uma unidade central (A), que possui um
gerador de impulsos elétricos, um amplificador e um dispositivo eletrônico para
medição do tempo que leva até o pico (amplitude máxima) do pulso
ultrassônico atravessar o corpo de prova, do transdutor emissor (B) ao receptor
(C) [97].
Figura 23. Execução de medição da propagação de ondas ultrassônicas.
A velocidade com a qual a onda ultrassônica atravessa um corpo sólido
depende das características deste, como densidade de massa e módulo de
elasticidade. A presença de vazios, como poros e trincas, por exemplo, induz à
menor velocidade de propagação da onda, aumentando, assim, o tempo
necessário para esta atravessar o corpo em estudo.
Assim, torna-se possível estimar a condição do material quanto a sua
densidade, porosidade e deformabilidade, através da avaliação da velocidade
de propagação do pulso ultrassônico, que pode ser calculada com o uso da
Equação 24.
70
t
LV (24)
Em que “V” é a velocidade da onda; “L” é o comprimento do corpo de prova; e
“t” o tempo decorrido entre a emissão e a recepção do pulso.
Apesar de não fornecer informações diretas sobre o processo da
corrosão, as características de qualidade do concreto mensuradas através
desta técnica estão fortemente ligadas ao fenômeno corrosivo [97]. A norma
inglesa BS EN12504-4/2000 (“Testing concrete. Determination of ultrasonic
pulse velocity”) estabelece os procedimentos para aplicação dessa técnica e
fornece uma tabela que relaciona valores de velocidade ultrassônica com a
qualidade do concreto, conforme Tabela 16.
Tabela 16. Relação entre velocidade de propagação e qualidade do concreto, segundo
a norma inglesa BS EN12504-4/2000 (“Testing concrete. Determination of
ultrasonic pulse velocity”).
Velocidade longitudinal da onda
(Km/s) Qualidade do concreto
v < 2 Muito ruim
2 < v < 3 Ruim
3 < v < 3,5 Média
3,5 < v < 4 Boa
4 < v < 4,5 Muito Boa
v > 4,5 Excelente
Foram utilizados três corpos de prova cilíndricos de cada composição,
com 5 cm de diâmetro por 10 cm de altura, e as medidas foram feitas com um
equipamento Pundit Lab, da marca Proceq, que possui largura de banda entre
20 e 500 KHz.
Antes de efetuar as medições é preciso observar alguns cuidados, como
medir da forma mais precisa possível a distância (extensão do trajeto) entre os
71
transdutores, assegurar o acoplamento acústico adequado dos transdutores à
superfície em teste, com aplicação de uma fina camada da pasta de
acoplamento ao transdutor e à superfície de teste. Em alguns casos pode ser
necessário preparar a superfície, alisando-a.
3.2.4 Avaliação da corrosibilidade do concreto armado
Quanto às características de corrosibilidade do concreto, foram
realizados os ensaios de resistividade elétrica do concreto e de potencial de
corrosão das barras metálicas nele contidas, conforme descrito a seguir.
3.2.4.1 Resistividade Elétrica
Para a medição da resistividade elétrica do concreto, baseada no
princípio de Wenner, utilizou-se dois equipamentos distintos, de fabricantes
diferentes, mostrados na Figura 24.
(A) (B)
Figura 24. Equipamentos utilizados para medição da resistividade elétrica do concreto.
(A) Resipod – Proceq e (B) Surf – Giatec Scientific.
O primeiro deles é o Resipod, da fabricante Proceq. Este equipamento
opera com uma corrente alternada máxima de 200 µA, 40 Hz a 38 V máximos,
gerada digitalmente, e é capaz de medir amplitudes de resistividade entre 1
KΩ.cm até, aproximadamente, 1000 KΩ.cm. O espaçamento entre as sondas é
de 50 mm.
72
O outro equipamento utilizado foi o Surf, fabricado pela Giatec Scientific,
que também possui espaçamento de 50 mm entre as sondas. O Surf é capaz
de identificar resisitividades de 0,1 KΩ.cm até 1000 KΩ.cm, através da geração
de corrente alternada com frequências que podem variar de 13 a 100 Hz.
Neste tipo de medida, uma corrente elétrica alternada é aplicada por
diferença de potencial através das duas sondas localizadas nas extremidades
do equipamento, gerando um fluxo de corrente no concreto, enquanto as duas
sondas internas medirão a diferença de potencial. De acordo com KESSLER et
al. [28], para materiais heterogêneos, como o concreto, o espaçamento entre
sondas de 50 mm é usualmente adequado. A Figura 20 (item 2.5.1) ilustra o
esquema de medição.
A resistividade pode ser calculada a partir da fórmula de Wenner,
conforme equação 13, apresentadas no item 2.5.1 Aparelhos modernos
executam esse cálculo automaticamente, oferecendo como resultado a medida
direta da resistividade.
Foram moldados três corpos de prova cilíndricos para cada traço de
concreto, com 10 cm de diâmetro por 20 cm de altura. Os corpos de prova
ficaram em cura submersa até o momento do ensaio, que foi realizado à
temperatura de 23±1°C.
Conforme procedimento proposto pela AASHTO TP 95-14, foram feitas
marcas no topo dos corpos de prova, referentes às posições relativas entre 0°,
90°, 180° e 270°. Foi marcado, também, o ponto médio da sua altura, para que
o eixo entre os eletrodos internos possa ser alinhado nesta posição, conforme
mostrado na Figura 25.
Para a execução das medições, é essencial observar que a superfície
do concreto deve estar livre de óleo e outros contaminantes e as pontas das
sondas devem ser molhadas constantemente para garantir o contato elétrico
entre o equipamento e o concreto.
73
Figura 25. Marcações a serem realizadas nos corpos de prova para padronização das
medidas (AASHTO TP 95-14).
As medidas foram realizadas aos 28, 53 e 80 dias de idade e após os
semiciclos úmidos. Os parâmetros utilizados para interpretação dos valores
obtidos são dados pelo CE - COST 509 (“Corrosion and protection of metals in
contact with concrete”), apresentado na seção 2.5.1.
A utilização de dois equipamentos distintos, destinados ao mesmo tipo
de medida, baseados no mesmo princípio (quatro eletrodos de Wenner) e
configurados com os mesmos parâmetros de ensaio, visou conferir maior
confiabilidade aos valores obtidos.
3.2.4.2. Avaliação da frente de cloretos por meio da aspersão de indicador à
base de nitrato de prata
Após os sete ciclos de molhagem e secagem em solução contendo
cloretos (124 dias), os corpos de prova cilíndricos de concreto, utilizados para
medidas de resistividade elétrica, foram rompidos por compressão diametral,
de acordo com a ABNT NBR 7222:2010 (“Concreto e argamassa –
Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos de
prova cilíndricos”).
Logo em seguida foi feita aspersão de solução de nitrato de prata
(0,05M) nas faces fraturadas. O nitrato de prata, ao reagir com os cloretos
presentes no concreto, forma um composto esbranquiçado/prateado,
74
decorrente da precipitação de cloreto de prata. A área não contaminada
adquire uma coloração mais escura, de tom amarronzado, criando um
contraste que permite mensurar a profundidade da frente de cloretos no
concreto [7].
Essas medidas foram realizadas utilizando-se o programa computacional
de desenho técnico AutoCAD. Foram tomadas 7 (sete) medidas de cada lado
das paredes laterais dos corpos de prova, afastadas 4 cm do seu topo e base.
Analisaram-se 2 (dois) corpos de prova para cada mistura, de modo que o valor
final, assumido como representativo da penetração da frente de cloretos,
resultou da média das medidas obtidas em 28 pontos para cada concreto.
3.2.4.3. Medida do potencial de corrosão
No presente trabalho avaliou-se o potencial de corrosão em corpos de
prova prismáticos com dimensões de 5x7x9 cm3, onde foram inseridas duas
barras de aço do tipo CA-50 com 6,3 mm de diâmetro e 100 mm de
comprimento, segundo metodologia adotada por RIBEIRO [13].
Com o intuito de padronizar as condições de superfície, as barras de aço
foram submetidas a um processo de limpeza, conforme preconiza a norma
ASTM G-1/03 (“Preparing, Cleaning, and Evaluating Corrosion Test
Specimens”) e resumida nas seguintes etapas:
Imersão em solução de ácido clorídrico 1:1 contendo 3,5 g/L de
hexametilenotetramina por dez minutos, para retirada da carepa de
laminação, de presença comum na superfície de aços CA-50;
Lavagem e escovação com cerdas plásticas em água corrente,
complementando o procedimento anterior;
Imersão em acetona por dois minutos, para limpeza de gorduras e
melhor evaporação da água;
Secagem com jato de ar quente.
Após o procedimento de limpeza e secagem, as barras foram pesadas e
parcialmente revestidas com fita isolante, a fim de se delimitar as áreas que
75
estarão expostas ao ataque dos agentes agressores, conforme esquema
mostrado na Figura 26.
Logo após o desmolde, fios flexíveis foram conectados às pontas
expostas das barras de aço, e a conexão foi envolvida com fita isolante. A face
dos corpos de prova que contém as armaduras expostas, bem como as pontas
destas armaduras, foram protegidas com resina epóxi em caráter de proteção
contra a corrosão, conforme mostrado na Figura 27.
Figura 26. (A) e (B) Esquema de delimitação da barra com fita isolante comum; (C) e
(D) esquema do posicionamento das barras de aço no corpo de prova [13].
Figura 27. Conexão dos fios de cobre às barras de aço e proteção com resina epóxi.
76
Após os 28 dias de cura, os corpos de prova foram expostos a ambiente
de laboratório até o início do ensaio. Durante esse período foi avaliado o
potencial de corrosão das barras metálicas.
RIBEIRO [13] recomenda aguardar até os corpos de prova atingirem
determinada idade para que se dê o início do ensaio. Esse tempo é o
necessário para estabilização da hidratação da matriz cimentícia, com
obtenção de uma estrutura física relativamente desenvolvida. Não há consenso
na literatura sobre a idade ideal, e neste trabalho essa idade foi fixada em 80
dias.
Com o ensaio em andamento, foi utilizado o método de envelhecimento
por ciclos, onde os corpos de prova passaram por ciclos de molhagem e
secagem, sendo um semiciclo de imersão parcial em solução com 3% de
cloreto de sódio (NaCl) com duração de dois dias, e posterior semiciclo de
secagem em estufa ventilada a 50ºC, com duração de 5 dias.
Ao final de cada semiciclo, ou seja, a cada retirada da estufa e a cada
emersão da solução salina, foram tomadas medidas do potencial de corrosão
das barras metálicas, utilizando o eletrodo de calomelano saturado como
referência.
Esse tipo de eletrodo é geralmente constituído por um tubo de vidro
contendo, em seu interior, um fio de platina coberto por uma camada de
mercúrio que, por sua vez, é coberta por uma pasta de Hg2Cl2. Essas camadas
são imersas em uma solução de KCl, sendo que o contato com o eletrólito
dentro do qual é inserido o eletrodo cujo potencial será determinado é feito
através de uma placa porosa, geralmente de vidro. No eletrodo de calomelano
saturado, a solução se encontra saturada com KCl.
Para garantir o contato elétrico com o eletrodo de referência, a superfície
de contato do corpo de prova foi umedecida através da aplicação, durante um
minuto, de uma esponja saturada com solução condutora, contendo 5 mL de
detergente neutro dissolvidos em um litro de água. Esse procedimento é
recomendado pela ASTM C-876/91 (“Standard Test Method for Half-Cell
Potentials of Uncoated Reinforcing Steel in Concrete”), e está ilustrado na
Figura 28.
77
O ensaio foi interrompido quando o potencial de corrosão medido
atingiu, por dois semiciclos secos consecutivos, valor inferior a -0,274 V, o que
significa uma probabilidade de corrosão maior que 90% para a referência do
calomelano saturado, conforme mostrado na Tabela 17.
.
Figura 28. Esquema de montagem do circuito para medição do potencial de corrosão.
Tabela 17. Probabilidade de ocorrência de corrosão em função do potencial de
corrosão, tendo como referência o eletrodo de calomelano saturado.
Tipo de eletrodo Probabilidade de ocorrer corrosão
< 10% 10% - 90% > 90%
Hg, Hg2Cl2/KCl
(sol. Saturada) > -0,124 V 0,124 V a -0,274 V < - 0,274 V
Após o término do ensaio, as armaduras foram extraídas dos corpos de
prova e limpas, conforme preconiza a ASTM G-1/03 (“Standard practice for
preparing, cleaning, and evaluatingcorrosion test specimens”). Após limpeza,
elas foram pesadas, para avaliação da perda de massa devido à corrosão.
Assim, a taxa de corrosão foi calculada utilizando-se a Equação 25.
78
DTA
WKTC
..
. (25)
Em que “K” é uma constante (para TC (µm/ano), “K” = 8,76x107; para TC
(g/m².ano), K = 8,76x107.D); “W” é a perda de massa (g); “A” é a área de
exposição (cm2); “T” é o tempo de exposição (h); e “D” a densidade (para o aço
CA-50, D é igual a 7,85 g/cm3).
79
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 Caracterização das matérias-primas
4.1.1 Caracterização Física
A Tabela 18 mostra as principais características físicas dos materiais
utilizados nesta pesquisa, que serão discutidas nos itens subsequentes.
Tabela 18. Características físicas do cimento, sílica ativa, cinza de eucalipto,
metacaulim, areia e brita.
Característica Cimento Sílica
Ativa
Cinza de
Eucalipto Metacaulim Areia Brita
Área superficial
específica BET
[m²/g]
7,48 14,86 4,57 17,28 - -
D50 [mm] 0,038 0,050
(0,0047)* 0,022 0,017 0,25 6,5
Massa específica
[g/cm³] 3,14 2,35 2,42 2,68 2,66 2,87
Perda ao fogo (%) 5,6 3,0 20,3 3,1 - -
Grau de
Amorfização [%] - 71,4 18,1 43,4 - -
Massa unitária
[g/cm³] - - - - 1,46 1,40
Módulo de finura - - - - 1,32 5,72
Teor de Material
Pulverulento [%] - - - - 0,53 0,41
Dimensão máxima
característica [mm] - - - - 1,18 9,5
* Valor obtido através do ensaio de sedimentação, de acordo com a NBR 7181:1984
4.1.2 Distribuição granulométrica
A Figura 29 ilustra, de forma comparativa, a distribuição do tamanho das
partículas dos materiais utilizados nesta pesquisa. A partir da análise destes
resultados e dos valores de área superficial específica, mostrados na Tabela
80
18, observa-se que o metacaulim é o material mais fino, seguido da cinza de
eucalipto, sílica ativa e cimento.
Figura 29. Distribuição do tamanho de partículas dos materiais utilizados.
Devido a aglomeração existente na sílica ativa, a sedigrafia a laser não
demonstrou uma grande eficiência na determinação da sua curva
granulométrica, devido ao banho ultrassônico utilizado para dispersão dos
grãos não fornecer energia suficiente para desagregar estes grãos
aglomerados. Assim, utilizou-se adicionalmente o ensaio descrito na NBR
7181:1984 (“Solo - Análise granulométrica”) (item 3.2.1.3). Estes resultados
também estão plotados na Figura 29, representados pela linha tracejada azul, e
indicam que a sílica ativa é o material mais fino dentre os utilizados, conforme
era esperado.
A areia está um pouco abaixo da zona utilizável inferior, de acordo com
a NBR 7211:2009 (“Agregados para concreto – Especificação”). Uma versão
desta mesma norma, publicada em 1983, a classifica como areia muito fina.
Sua curva granulométrica está representada na Figura 30.
81
Figura 30. Distribuição granulométrica da areia e zonas de classificação, de acordo
com a NBR 7211:2009 (“Agregados para concreto – Especificação”).
Já o agregado graúdo possui dimensão máxima característica de 9,5
mm e diâmetro médio das partículas igual a 6,20 mm, sendo classificado na
zona 4,75/12,5, de acordo com a NBR 7211:2009 (“Agregados para concreto –
Especificação”) e conforme apresentado na Figura 31.
Figura 31. Distribuição granulométrica do agregado graúdo e zonas de classificação,
de acordo com a NBR 7211:2009 (“Agregados para concreto –
Especificação”).
82
Apesar de ter apresentado área superficial específica maior que a do
cimento, o que indica maior finura de grãos, a sílica ativa apresentou grãos de
maiores dimensões em aproximadamente 65% de sua distribuição, de acordo
com o ensaio de sedigrafia a laser. A presença desses grãos de maior
dimensão na distribuição granulométrica da sílica ativa se deu, provavelmente,
por uma desaglomeração ineficiente na dispersão prévia ao ensaio.
A Figura 32 mostra como, de fato, há considerável aglomeração das
partículas de sílica ativa. É possível notar nas micrografias como a amostra de
sílica ativa possui grãos menores que os grãos de cimento, no entanto, estes
apresentam-se aglomerados, mascarando os resultados de caracterização.
(A) (B)
Figura 32. Micrografias de amostras da sílica ativa (A) e cimento (B).
A cinza de eucalipto apresentou uma distribuição granulométrica mais
aberta, isto é, mais abrangente quanto à variação do tamanho dos grãos, com
parcelas mais finas e mais grossas que o cimento. Esse aspecto, a princípio, é
positivo em termos de empacotamento de partículas, pois, tende a melhorar a
compacidade da matriz cimentícia no concreto. Por outro lado, a presença de
cerca de 35% de grãos de maior dimensão pode ter efeito contrário.
A Figura 33 mostra como a cinza utilizada possui grãos
significativamente maiores e outros menores que os grãos do cimento.
83
(A) (B)
Figura 33. Micrografias de amostras da cinza de eucalipto (A) e cimento (B).
Com área superficial específica BET igual a 17,28 m²/g, o metacaulim é
a segunda adição mais fina dentre as utilizadas. Esse resultado é confirmado
na distribuição granulométrica apresentada na Figura 30, o que demonstra seu
potencial como microfíler.
Na Figura 34 é possível fazer um comparativo visual entre amostras de
metacaulim e cimento, em micrografias de mesma magnitude.
(A) (B)
Figura 34. Micrografias de amostras de metacaulim (A) e cimento (B).
84
A partir da análise dos resultados de área superficial específica e
distribuição granulométrica, observa-se que todas as pozolanas utilizadas
neste trabalho (sílica, metacaulim e cinzas de eucalipto) possuem, ao menos,
parcela significativa de volume de grãos mais finos que os do cimento,
indicando a elevada finura destes materiais. De acordo com SHARMA et al.
[98], essa característica indica uma maior chance de a adição ser pozolânica,
pois, uma maior a finura está associada a uma maior reatividade da pozolana.
4.1.3 Composição química
A Tabela 19 apresenta a composição química dos materiais utilizados,
determinada pela técnica de fluorescência de raios X (FRX).
Tabela 19. Composições químicas (em forma de óxidos) do cimento, sílica ativa, cinza
de eucalipto e metacaulim, obtidas pela técnica de FRX.
Material SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO ZnO SO3 MnO Outros
Cimento 19,1 4,8 3,2 61,1 2,7 - 3,4 - 5,7
Sílica Ativa 79,0 - - - - 16,9 - 4,1 0,0
Metacaulim 68,4 23,1 3,4 - - - - - 5,1
Cinza 64,4 5,4 2,0 15,0 6,9 - - 0,1 6,2
Nota-se que a composição química do cimento está de acordo com o
esperado para seus principais componentes, como os óxidos de cálcio, silício,
alumínio, ferro e magnésio. Os teores de trióxido de enxofre (SO3 < 4,5%),
óxido de magnésio (MgO < 6,5%) e anidrido carbônico (CO2 < 3%) ficaram
abaixo dos limites sugeridos pela NBR 5733:1991 (“Cimento Portland de alta
resistência inicial”). A perda ao fogo de 5,6% foi um pouco superior aos 4,5%
máximos estipulados por esta norma.
A alta concentração de sílica nas três adições utilizadas, principalmente
na sílica ativa (79%), é um bom indicativo do potencial pozolânico desses
materiais, pelo fato deste ser o principal composto que participa das reações
85
pozolânicas. Assim como a finura, a reatividade da pozolana com cal é
diretamente proporcional ao teor de sílica em estado amorfo presente no
material [98].
A partir da análise da Tabela 19, destaca-se, também, a presença de
aluminatos no cimento (4,8%), na cinza de eucalipto (5,4%) e principalmente no
metacaulim (23,1%). O teor de aluminatos presente numa pozolana está
diretamente relacionado à capacidade do concreto de fixar cloretos, por meio
da formação de Sal de Friedel (3CaO.Al2O3.CaCl2.10H2O) [99].
4.1.4 Composição mineralógica
As Figuras 35, 36 e 37 mostram os difratogramas da sílica ativa,
metacaulim e cinza de eucalipto, espectivamente, obtidos por meio da técnica
de difração de raios X.
Figura 35. Difratograma de raios X da sílica ativa.
A predominância da Tridimita, um mineral silicato, polimorfo do quartzo,
confirma a informação da análise química sobre a presença da sílica. Destaca-
se que a região de maior background se encontra na faixa dos picos de
Tridimita, o que indica o grau de amorfização dessa fase, calculado em 71,4%.
86
Figura 36. Difratograma de raios X do metacaulim.
A análise por difração de raios X do metacaulim indicou a presença de
compostos contendo alumínio, sendo eles a Caulinita e a Fengita, além da presença
de Quartzo. A quantificação da parcela cristalina do material mostra que 56,9% é
composta por Caulinita, 32,4% por Quartzo e 10,7% por Fengita. O grau de
amorfização computado foi de 43,4% que, associado à elevada finura, indica uma
potencialidade de atividade pozolânica.
Figura 37. Difratograma de raios X da cinza de eucalipto.
87
A composição mineralógica da cinza de eucalipto (Figura 37) está de
acordo com a composição química mostrada na Tabela 19, que mostra a
predominância de compostos de silício e cálcio. A quantificação das fases
cristalinas confirma a predominância destes compostos, indicando a presença
de 33,2% de Quartzo e 57,8% de Caulinita. A baixa proporção de material
amorfo (18,1%) indica o baixo potencial reativo deste material.
A partir da análise comparativa dos difratogramas obtidos (Figura 38), é
possível identificar a sílica ativa como adição de maior potencial reativo, devido
ao seu maior grau de amorfização. Em contrapartida, a cinza de eucalipto
desponta como material menos reativo, devido a sua alta taxa de cristalinidade.
Figura 38. Difratograma de raios X da cinza de eucalipto.
4.1.5 Análise da Pozolanicidade das Adições
A pozolanicidade das adições utilizadas neste trabalho foi avaliada por
meio de técnicas que se baseiam em argumentos físicos e químicos de análise.
Os resultados encontram-se separados por método utilizado.
4.1.5.1. Método de Fratini (Titulação química)
Os resultados do ensaio de pozolanicidade por titulação química são apresentados em
função das concentrações de [CaO] e [OH-], verificados nas soluções, por
meio de titulação química. Esses valores são, então, plotados para
88
comparação com uma curva de referência, onde o material é considerado
pozolânico se o ponto se encontrar abaixo da curva, e não pozolânico se
estiver acima da curva (Figura 39).
Figura 39. Diagrama para determinação da pozolanicidade, de acordo com a norma
NP EM 196-5.
A Figura 39 exibe o resultado do ensaio, onde é possível observar que a
sílica ativa e o metacaulim apresentam pontos abaixo da curva, sendo, assim,
identificados como materiais pozolânicos. Estes resultados demonstram que o
metacaulim apresentou maior consumo do hidróxido de cálcio, quando
comparado com os outros materiais analisados, obtendo uma menor
concentração saturada deste material.
A cinza de eucalipto foi caracterizada como material não pozolânico,
uma vez que apresentou pontos acima da curva de solubilidade, o que indica a
presença de maior quantidade de cálcio, demonstrando uma maior
concentração saturada de hidróxido de cálcio e, consequentemente, baixa ou
nenhuma atividade pozolânica. O baixo grau de amorfização da cinza (18,1%)
corrobora com este resultado.
Outro material que também não se enquadrou como pozolânico é o
cimento, que por si só não é pozolânico. Isso ocorre, pois, o teor de óxido de
cálcio presente na pasta contendo pozolana é reduzido pela ação das reações
pozolânicas, que fixam parte do hidróxido de cálcio produzido pela hidratação
Pozolânico
Não Pozolânico
89
do cimento. Como não há adição de pozolana nesta pasta, não há consumo
extra do hidróxido de cálcio.
4.1.5.2. Condutividade elétrica
Foram preparadas diversas pastas de cimento e água deionizada,
contendo adições minerais e, a partir do momento da mistura, a condutividade
elétrica das soluções foi monitorada durante todo o ensaio, que durou 120
segundos. Esses dados geraram o gráfico mostrado na Figura 40A.
Com o intuito de suprimir a influência da dissolução de sais, presentes
nos materiais em estudo, nos resultados de condutividade elétrica, foram
realizadas misturas contendo apenas a adição e água deionizada, gerando o
gráfico da Figura 40B.
As curvas da Figura 40B foram subtraídas das curvas apresentadas na
Figura 40A, obtendo-se o gráfico da Figura 41 (Figura 40A – Figura 40B =
Figura 41), que representa a variação da condutividade elétrica da solução
cimento/pozolana/água deionizada, sem a influência da dissolução de sais.
Como podemos observar na Figura 40B, a solução cinza/água
deionizada apresentou valores relevantes de variação da condutividade elétrica
pela dissolução de sais, o que mascararia o resultado obtido por meio do
método proposto por LUXÁN [95].
(A) (B)
Figura 40. Variação da condutividade elétrica das pastas contendo (A) pozolana e
cimento e (B) somente pozolana.
90
Figura 41. Curva de variação da condutividade elétrica corrigida (Figura 40A – Figura
40B).
A Tabela 20 traz os valores medidos, onde se pode observar que o
metacaulim apresentou a maior variação percentual de condutividade elétrica,
muito próxima do valor obtido para a sílica ativa. A cinza de eucalipto
apresentou variação corrigida inferior a 0,4 mS/cm, que a classifica como
material não pozolânico, segundo a proposta de LUXÁN [95] (tabela 11 no item
3.2.1.7). De acordo com esta técnica, a sílica ativa e o metacaulim são
considerados, então, materiais pozolânicos, corroborando com os resultados
obtidos por meio do Método de Fratini.
Tabela 20. Valores de variação de condutividade elétrica* das soluções preparadas
com adição.
Material Variação
bruta (mS/cm)
Solubilização (mS/cm)
Variação corrigida (mS/cm)
Pozolanicidade
Sílica Ativa -0,13 0,50 -0,63 Baixa pozolanicidade
Metacaulim -0,59 0,02 -0,61 Baixa pozolanicidade
Cinza 2,10 2,35 -0,25 Não pozolânico
* O sinal negativo em alguns valores indica que a condutividade elétrica decresceu.
91
4.1.5.3. Determinação do índice de desempenho com cimento Portland aos 28
dias
Através da relação entre a resistência à compressão da argamassa de
referência, sem adições, e uma argamassa contendo adição supostamente
pozolânica, ambas dosadas de acordo com a NBR 5752:2014 (“Determinação
de Atividade Pozolânica com cimento”), é possível calcular o valor da IAP. Os
valores obtidos neste estudo estão distribuídos na Tabela 21.
De acordo com as especificações da norma NBR 12653:2014
(“Materiais pozolânicos – Requisitos”), cujo critério para o IAP é ser superior a
90%, pode-se afirmar que somente a sílica ativa e o metacaulim se
caracterizam como pozolanas, apesar da mistura contendo cinza ter atingido
valor muito próximo (85%). Este resultado confirma os obtidos nos ensaios por
titulação química e condutividade elétrica.
Tabela 21. Resultados da avaliação do índice de atividade pozolânica (IAP), de acordo
com o método estipulado pela NBR 5752:2014 (“Determinação de
desempenho com cimento Portland aos 28 dias”).
Resultados Referência Sílica Ativa
Metacaulim Cinza
Resistência Média (MPa) 29,91 43,59 36,98 25,33
Desvio Padrão (MPa) 1,67 4,73 1,24 1,78
IAP (%) 28 dias - 146 124 85
4.2 Caracterização do concreto
Para a caracterização do concreto, foram realizados ensaios de
compressão axial, absorção de água por capilaridade, porosidade e densidade
aparentes e velocidade de propagação de onda ultrassônica.
92
4.2.1 Resistência mecânica
A fim de avaliar a resistência mecânica do concreto, foi realizado ensaio
de compressão axial aos 3, 7 e 28 dias de moldagem dos corpos de prova. A
Tabela 22 traz um resumo dos valores médios obtidos para os concretos
estudados, apresentados na Figura 42.
Tabela 22. Média e desvio padrão da resistência à compressão axial dos concretos
aos 28 dias.
Mistura
Resistência à compressão axial aos 28 dias (MPa)
Desvio padrão
(MPa)
Mistura
Resistência à compressão axial aos 28 dias (MPa)
Desvio padrão
(MPa)
Referência 25,5 0,81 MC10 31,0 1,29
SA5 31,3 0,88 MC15 35,1 1,13
SA10 35,7 0,95 CE5 28,6 1,31
SA15 41,3 0,60 CE10 27,8 1,56
MC5 28,7 1,24 CE15 28,2 1,93
Figura 42. Resistência à compressão axial dos concretos estudados, aos 28 dias.
Os concretos contendo adição de sílica ativa apresentaram maior
incremento da resistência à compressão aos 28 dias, em relação à referência.
De acordo com METHA e MONTEIRO [18], a sílica ativa é capaz de contribuir
93
para a resistência do concreto mesmo no período inicial de hidratação (1 a 3
dias), sendo que a contribuição mais significativa ocorre próximo aos 28 dias
de idade.
Os resultados mostram que, conforme se aumenta a proporção desta
adição na mistura, cresce também o percentual de incremento de resistência,
que chegou ao valor máximo de 62,2% para a mistura contendo 15% de adição
de sílica ativa. As amostras contendo 5% e 10% de sílica ativa apresentaram
um incremento na resistência mecânica de 23% e 40,2%, respectivamente.
O gráfico da Figura 43 ilustra a evolução da resistência mecânica do
concreto contendo sílica ativa, de acordo com a idade e percentual de adição.
Figura 43. Resistência à compressão das misturas contendo sílica ativa.
Nas primeiras idades (3 e 7 dias), principalmente para os teores de
adição de 5% e 10%, os resultados de resistência à compressão obtidos para
as amostras contendo metacaulim se mostraram muito próximos aos da
referência.
De acordo com WILD et al. [100], o efeito máximo das reações
pozolânicas sobre a resistência mecânica do concreto contendo metacaulim é
observado entre o sétimo e décimo quarto dia. Esse fato pode ser observado
na Figura 44, que mostra a evolução da resistência mecânica das misturas de
concreto contendo metacaulim. Nota-se, entre os 7 e 28 dias, um gradual
94
afastamento dos valores de resistência dos concretos contendo metacaulim do
concreto de referência.
A adição de metacaulim se mostrou eficaz no papel de incrementar a
resistência mecânica do concreto, porém, com menor intensidade que a sílica
ativa. Observa-se que o valor máximo de incremento, alcançado com o teor de
adição de 15%, foi de 37,7% aos 28 dias. As amostras contendo 5% e 10%
apresentaram incrementos de 12,9% e 21,8%, respectivamente.
Figura 44. Resistência à compressão das misturas contendo metacaulim.
As misturas contendo cinza de eucalipto apresentaram valores muito
próximos de resistência à compressão. Considerando o desvio padrão
observado entre as amostras, pode-se afirmar que esses valores são
estatisticamente iguais. CHOUSIDIS et al. [101] observaram resultado muito
parecido ao substituir 5% e 10% da massa do cimento por cinza volante.
A quantidade de adição de cinza demonstrou não ser um fator
determinante sobre a resistência mecânica do concreto, o que pode ser
observado na Figura 45. O incremento de resistência observado, em relação ao
concreto de referência, para o teor de 5% de adição, foi de 12,4% aos 28 dias.
Esse valor é muito próximo aos 14,7% verificado por VASKE [54] para
concretos contendo adição de 15% de cinza de eucalipto.
95
Figura 45. Resistência à compressão das misturas contendo cinza de eucalipto.
A patir da análise da Figura 42, que mostra um comparativo entre a
resistência à compressão, aos 28 dias, das diversas misturas estudadas,
observa-se que as misturas contendo sílica ativa apresentaram superioridade
nesta propriedade, em todas as idades analisadas, em concordância com o
observado por AGHABAGLOU et al. [38].
Essa diferença se justifica pela diferença na quantidade de sílica amorfa
presente nas adições utilizadas. A sílica amorfa é a principal responsável pelas
reações pozolânicas, que geram o silicato de cálcio hidratado (C-S-H)
complementar, principal responsável pela resistência mecânica das matrizes
cimentícias [18].
4.2.2 Porosidade e densidade aparentes
A Tabela 23 traz os valores médios da porosidade e densidade
aparentes.
Tabela 23. Valores de porosidade e densidade aparentes aos 28 dias.
Propriedade REF SA5 SA10 SA15 MC5 MC10 MC15 CE5 CE10 CE15
Porosidade aparente (%)
17,84 17,01 16,80 16,72 17,37 17,01 16,84 17,69 17,75 17,74
Densidade aparente (g/cm3)
2,21 2,28 2,32 2,37 2,24 2,28 2,31 2,22 2,21 2,22
96
A partir da análise da Tabela 23 e das Figuras 46 (A) e (B), observa-se
que, conforme cresce o teor de adição de sílica ativa e metacaulim, há um
acréscimo na densidade aparente, ao tempo que ocorre uma redução da
porosidade. Comportamento semelhante foi observado por LACERDA e
HELENE [8] e PINTO [102].
(A) (B)
Figura 46. Comparativo entre valores de (A) porosidade aparente e (B) densidade
aparente das misturas utilizadas.
A elevada finura dessas adições permite que suas partículas preencham
os espaços vazios, criando novos pontos de nucleação para os produtos de
hidratação do cimento, promovendo, assim, maior compacidade da matriz
cimentícia (teoria do empacotamento de partículas) através do efeito filler. Sua
atuação como material pozolânico também corrobora com estes resultados,
uma vez que as reações pozolânicas geram o silicato de cálcio hidratado (C-S-
H), principal responsável pela resistência mecânica da matriz cimentícia [18].
Os resultados de porosidade aparente para as amostras contendo cinza
de eucalipto seguiram tendência semelhante aos de resistência à compressão,
indicando sensível acréscimo na compacidade do concreto.
Todas as misturas (5, 10 e 15%) apresentaram sensível redução da
porosidade, entretanto, conforme observa-se na Figura 46A, essa variação foi
significativamente inferior à apresentada pelas misturas contendo sílica ativa e
metacaulim, principalmente nos teores de 10 e 15% de adição. É possível
97
afirmar, ainda, que não houve alteração na densidade aparente, visto que se
observou uma variação máxima inferior a 0,5%, em relação à referência.
Apesar de se tratar de um material muito fino, a cinza de eucalipto
apresentou alta proporção de material cristalino (81,9%), além de possuir cerca
de 30% do volume dos seus grãos com dimensões maiores que as dos grãos
de cimento, o que provavelmente minimizou seus efeitos pozolânico e fíler.
4.2.3 Absorção de água por capilaridade
Os resultados obtidos a partir do ensaio de absorção capilar estão
apresentados na Figura 47.
Figura 47. Comparativo entre os coeficientes de absorção capilar.
Observa-se que, quanto maior o teor de sílica ativa adicionada ao
concreto, menor é sua absortividade. Esse comportamento se deve ao
refinamento, aumento de tortuosidade e tamponamento dos poros, causado
pelos efeitos filler e pozolânico desta adição [45].
As absortividades das misturas contendo 5% de metacaulim e 5% de
cinza de eucalipto se mostraram maiores que da referência. Neste caso, o
refinamento dos poros, provocado pelas adições, indica um aumento da
quantidade de capilares conectados à superfície das amostras. De acordo com
RIBEIRO [13], o refinamento da estrutura dos poros, conferidos pela adição de
98
pozolanas, por exemplo, ao mesmo tempo em que reduz a porosidade total,
pode aumentar as pressões capilares.
Para as misturas de concreto contendo 10 e 15% de metacaulim, a
maior disponibilidade de material fino, que preenche os espaços vazios (efeito
fíler) e a maior disponibilidade de material amorfo, que possibilita a ocorrência
das reações pozolânicas de forma mais intensa, justifica a redução da
absortividade dessas misturas.
As misturas contendo 10 e 15% de adição de cinza de eucalipto também
apresentaram redução da absortividade em relação à mistura contendo 5% da
adição. No entanto, esses valores são muito próximos aos apresentados pelo
concreto de referência. Resultado similar foi obtido por RAISDORFER [103],
que observou em sua pesquisa que uma mistura de concreto com adição de
10% de cinza volante apresentou variação de absortividade inferior a 8%.
Analisando os dados de resistência à compressão, porosidade e
densidade aparentes e absorção capilar, observa-se que
4.2.4 Velocidade de propagação de onda ultrassônica
Com o uso desta técnica é possível estimar a condição do concreto
quanto à sua densidade, porosidade e deformabilidade, através da avaliação
da velocidade de propagação do pulso ultrassônico. Quanto maior a velocidade
observada, mais compacta é a microestrutura do material.
A partir da análise da Figura 48, onde se encontram plotados os
resultados obtidos no ensaio de ultrassom, é possível observar que as misturas
contendo adição apresentaram maiores velocidades de propagação da onda
ultrassônica em relação à referência. Isso era esperado, uma vez que a adição
de materiais finos, com propriedades pozolânicas, tende a compactar a
microestrutura do concreto, aumentando sua densidade.
As diferenças observadas entre os teores de adição, para cada adição
específica, condiz com as informações obtidas nos outros ensaios de
caracterização física do concreto realizados. Para as misturas contendo sílica
ativa e metacaulim, quanto maior o teor de adição, maior a compacidade
99
microestrutural, elevando a velocidade de propagação do pulso ultrassônico.
Esse comportamento não foi observado para os concretos contendo cinza de
eucalipto, onde a variação do teor de adição não provocou alterações
microestruturais relevantes.
Figura 48. Velocidade do pulso ultrassônico.
Estes resultados mostram, ainda, que a velocidade de propagação do
pulso ultrassônico foi maior nas amostras CE5 e CE10, em comparação com a
SA5, SA10, MC5 e MC10. Esse comportamento não era esperado, uma vez
que não condiz com as informações obtidas de todos os outros ensaios de
caracterização física do concreto, que demostram que houve maior
densificação da microestrutura do concreto das misturas contendo sílica ativa e
metacaulim, em relação às misturas contendo cinza de eucalipto.
De acordo com os parâmetros propostos pela norma inglesa BS EN12504-
4/2000 (“Testing concrete. Determination of ultrasonic pulse velocity”), a
qualidade dos concretos estudados foi classificada entre “boa” e “muito boa”,
conforme mostrado na Tabela 24.
100
Tabela 24. Qualidade dos concretos estudados, segundo os parâmetros da norma
inglesa BS EN12504-4/2000 (“Testing concrete. Determination of ultrasonic
pulse velocity”).
Misturas Velocidade
(m/s) Qualidade
do concreto
REF 3,8 Boa
SA5 3,9
SA10 4,0
Muito Boa
SA15 4,1
MC5 4,0
MC10 4,0
MC15 4,1
CE5 4,1
CE10 4,1
CE15 4,0
4.3 Avaliação da corrosibilidade do concreto armado
4.3.1 Resistividade elétrica
Após completarem 28 dias em cura imersa, os corpos de prova foram
expostos a ambiente de laboratório, com temperatura controlada em 23±1°C,
até completarem 80 dias de idade. Após essa idade, deu-se início ao ensaio de
envelhecimento por ciclos, que consistiu em imersão dos corpos de prova em
solução contendo 3% de NaCl por 2 dias, e secagem em estufa (a 50°C) por 5
dias. Até o início dos ciclos, foram realizadas medidas aos 28, 53 e 80 dias.
Nesta etapa do ensaio não foi possível a tomada de dados após os
ciclos secos, pois, devido à alta resistividade apresentada pelos corpos de
prova, a intensidade da corrente elétrica resultante não atingiu um valor mínimo
que pudesse ser lido pelo aparelho utilizado. Segundo POLDER [71], caso não
haja eletrólito em quantidade suficiente e/ou interconectividade entre poros, é
possível que a corrente elétrica tenda a fluir através dos compostos do
concreto, o que aumenta intensamente sua resistividade, tornando-o
praticamente um isolante elétrico.
101
Os gráficos das Figuras 49, 50 e 51 mostram a evolução da resistividade
elétrica observada para as misturas contendo sílica ativa, metacaulim e cinza
de eucalipto, respectivamente, além da referência. A linha vertical preta marca
o início da exposição dos corpos de prova ao ensaio de envelhecimento
acelerado por ciclos, aos 80 dias de idade, realizado simultaneamente aos
corpos de prova utilizados para o ensaio de potencial de corrosão.
Estas figuras apresentam as medidas realizadas com os dois
equipamentos utilizados nesta pesquisa, conforme já discutido no item 3.2.4.1.
As linhas contínuas representam os resultados obtidos com equipamento de
bancada Surf, da fabricante Giatec Scientific, equanto que as linhas tracejadas
representam os resultados obtidos com a sonda móvel Resipod, da fabricante
Proceq.
Figura 49. Resistividade elétrica do concreto para diferentes teores de adição de sílica
ativa, em função da idade, para os dois equipamentos utilizados.
102
Figura 50. Resistividade elétrica do concreto para diferentes teores de adição de
metacaulim, em função da idade, para os dois equipamentos utilizados.
Figura 51. Resistividade elétrica do concreto para diferentes teores de adição de cinza
de eucalipto, em função da idade, para os dois equipamentos utilizados.
103
Como podemos observar nos gráficos, há pequena diferença entre os
valores de resistividade elétrica medida por equipamentos distintos, reforçando
a confiabilidade dos dados obtidos.
Analisando as Figuras 49 a 51, observam-se três comportamentos
específicos entre as medidas de resistividade elétrica, que se repetem entre
todas as amostras:
a) Incremento de resistividade elétrica entre o 28° e o 80° dia: no
período compreendido entre a primeira medida, aos 28 dias, e a
última medida, antes do início do ensaio de envelhecimento por
ciclos, aos 80 dias, observa-se um incremento da resistividade elétrica
de todas as misturas. Isso se deve à redução do volume de eletrólito,
ocasionada pela evaporação da água livre contida nos poros do
concreto, e ao desenvolvimento das reações de hidratação do
cimento e pozolânicas, que conferem crescente compactação da
matriz cimentícia, com redução de tamanho, quantidade e
conectividade da estrutura porosa [72].
b) Redução da medida da resistividade elétrica após início do ensaio de
envelhecimento por ciclos: observa-se uma queda nos valores de
resistividade elétrica logo após o primeiro ciclo de envelhecimento
acelerado (82° dia), onde os corpos de prova foram submetidos a
imersão total em solução contendo 3%, em massa, de cloreto de
sódio. A presença de sais fortes, como o NaCl, reduzem
significativamente a medida da resistividade elétrica do concreto, pela
sua forte condutividade iônica e caráter higroscópico [12, 71, 73].
c) Estabilização da medida de resistividade elétrica após exposição aos
ciclos de envelhecimento acelerado: a partir do 89° dia para algumas
amostras e 110° dia para as outras, observa-se uma tendência à
constância nas medidas de resistividade. Como a concentração de
NaCl da solução utilizada neste ensaio foi mantida praticamente
104
constante (3%), a estabilização das medidas de resistividade elétrica
indicam o equilíbrio entre a concentração salina da solução contida
nos poros do concreto e da solução contaminante, utilizada para as
imersões.
Todas as misturas contendo sílica ativa apresentaram maiores valores
de resistividade elétrica até os 80 dias. As misturas contendo metacaulim
demonstraram melhor desempenho em relação às amostras contendo cinza de
eucalipto, que apresentaram valores de resistividade muito próximos aos do
concreto de referência.
A Tabela 25 traz os valores de resistividade elétrica medidos aos 28
dias, assim como os percentuais de incremento das misturas contendo adição,
em relação ao concreto de referência.
Tabela 25. Incremento da resistividade elétrica das amostras contendo adição mineral
em relação à referência.
Idade
Resistividade elétrica (KΩ.cm)
REF SA5 SA10 SA15 MC5 MC10 MC15 CE5 CE10 CE15
28 dias 11,3 26,9 89,0 110,7 14,4 20,7 36,7 12,0 11,3 11,5
Incremento (%) - 138,1 687,6 879,6 27,4 83,2 224,8 6,2 0 1,8
Os valores de resistividade elétrica apresentados pelas misturas
contendo sílica ativa demonstram a maior capacidade deste material em
interagir com a matriz cimentícia, tanto através do efeito filler quanto do efeito
pozolânico, compactando sua microestrutura. Isso se justifica pela presença de
maior quantidade de sílica amorfa neste material, além de elevada finura. Por
outro lado, a elevada cristalinidade da cinza de eucalipto, vinculada à presença
de quantidade razoável de partículas de grandes dimensões, isto é, maiores
que as partículas do cimento, corroboram com a baixa resistividade elétrica
105
apresentada pelas misturas CE5, CE10 e CE15, muito próxima à resistividade
apresentada pela mistura de referência.
A Tabela 26 resume a classificação das misturas de concreto
analisadas, de acordo com os limites estabelecidos pelas normas CE-COST
509 e AASHTO TP 95-14, quanto ao risco de corrosão e penetração de
cloretos, respectivamente, baseada na resistivida elétrica medida aos 28 dias.
Tabela 26. Classificação dos concretos analisados quanto ao risco de corrosão (CE-
COST 509) e penetração de cloretos (AASHTO TP 95-14) em função dos
resultados de resistividade elétrica.
Misturas Risco de corrosão
(CE-COST 509)
Penetração de cloretos
(AASHTO TP 95-14 )
REF Moderado Forte
SA5 Moderado Fraca
SA10 Baixo Muito Fraca
SA15 Desprezível Muito Fraca
MC5 Moderado Moderada
MC10 Moderado Moderada
MC15 Moderado Fraca
CE5 Moderado Moderada
CE10 Moderado Forte
CE15 Moderado Forte
A fim de avaliar a influência da microestrutura do concreto na
resitividade elétrica, foram propostas algumas correlações entre estas
propriedades, apresentadas nas Figuras 52, 53 e 54. A Tabela 27 resume os
coeficientes de correlação calculados por mistura.
106
Tabela 27. Coeficientes de correlação calculados entre resistividade elétrica e
propriedades físicas do concreto.
Correlação Sílica Ativa Metacaulim Cinza de Eucalipto
Resistividade X Absortividade 0,91 0,88 0,90
Resistividade X Compressão 0,92 0,92 0,40
Resistividade X Porosidade Aparente 0,69 0,73 0,61
(A)
(B)
107
(C)
Figura 52. Correlação entre os resultados de resistividade elétrica e absortividade dos
concretos contendo (A) sílica ativa, (B) metacaulim e (C) cinza de
eucalipto.
(A)
(B)
108
(C)
Figura 53. Correlação entre os resultados de resistividade elétrica e resistência à
compressão axial dos concretos contendo (A) sílica ativa, (B) metacaulim e
(C) cinza de eucalipto.
(A)
(B)
109
(C)
Figura 54. Correlação entre os resultados de resistividade elétrica e porosidade
aparente dos concretos contendo (A) sílica ativa, (B) metacaulim e (C)
cinza de eucalipto.
Como os resultados de caracterização dos concretos contendo cinza de
eucalipto apresentaram valores muito próximos entre si, a correlação entre
propriedades ficou prejudicada, uma vez que os pontos obtidos acabaram
ficando muito próximos. A Figura 55 mostra como os pontos referentes às
amostras com cinza de eucalipto ficam sobrepostos à referência, e como há, de
fato, uma forte correlção entre a resistividade elétrica e o coeficiente de
absorção capilar.
Figura 55. Correlação entre os resultados de resistividade elétrica e absortividade dos
concretos estudados.
110
Observa-se boa correlação entre resistividade elétrica e coeficiente de
absorção capilar, e resistividade elétrica e resistência à compressão axial, para
as misturas contendo metacaulim e sílica ativa, indicando que, maiores teores
destas adições propiciam maior compacidade à matriz cimentícia, o que se
deve à ação pozolânica [9, 18, 38]. Nota-se que a resistividade elétrica
apresentou uma relação inversamente proporcional com a absortividade, e
diretamente proporcional à resistência à compressão axial.
Apesar do fraco coeficiente de correlação obsevado entre a resistividade
elétrica e a resistência à compressão axial, para as misturas contendo cinza de
eucalipto, a Figura 56 mostra que há forte indicativo de interdependência entre
essas propriedades quando todos os dados obtidos são considerados, com
coeficiente de correlação igual a 0,85.
Figura 56. Correlação entre os resultados de resistividade elétrica e resistência à
compressão axial dos concretos estudados.
Apesar da resistividade elétrica não ter apresentado correlação linear tão
forte com a porosidade aparente, os coeficientes de correlação iguais a 0,69,
0,73 e 0,61, apresentados pelas misturas contendo sílica ativa, metacaulim e
cinza de eucalipto, respectivamente, indicam uma interdependência
inversamente proporcional de comportamento entre estas duas propriedades.
R² = 0,8515
111
Por ser uma propriedade tão sensível às características microestruturais
da matriz cimentícia [72], a resistividade elétrica forneceu medidas que
correspondem aos resultados de absortividade, compressão axial e porosidade
aparente obtidos nesta pesquisa.
Estes resultados indicam que houve a compactação da microestrutura
do concreto contendo adição de sílica ativa e metacaulim em todos os teores, e
quanto maior o teor de adição (até o limite utilizado de 15%), maior a
resisitividade elétrica, devido à maior quantidade de material disponível para
reagir. Para as amostras contendo cinza volante não foi observado incremento
significativo na resistividade elétrica, em concordância com os resultados
obtidos na caracterização física do concreto.
4.3.2 Avaliação da frente de cloretos por meio da aspersão de indicador à
base de nitrato de prata
O resultado visual obtido com a aspersão de nitrato de prata no concreto
contaminado com cloretos possibilita, de imediato, uma noção qualitativa da
profundidade de penetração da frente de cloretos na estrutura porosa do
concreto, como pode ser visto nas Figuras 57, 58 e 59.
As áreas de tonalidade mais escura (amarronzadas), mostradas nas
figuras, indicam regiões que não foram contaminadas, logo, quanto maior esta
área, maior a proteção oferecida pelo concreto contra a penetração do cloro.
Observa-se pelas imagens que os corpos de prova das misturas REF,
CE10 e CE15 apresentaram desempenho muito parecido, com praticamente
toda a seção transversal contaminada pelos cloretos. A Figura 57 (SA5) mostra
que a penetração de cloretos se deu de forma irregular nessas amostras,
prejudicando de forma definitiva a precisão das medidas. De todo modo é
notório o melhor desempenho do concreto SA5 em relação à referência,
apresentando quantidade muito maior de áreas não contaminadas.
112
Referência SA5 SA10 SA15
Figura 57. Aspersão de nitrato de prata em amostras de concreto contendo sílica
ativa e contaminadas por cloretos.
Referência MC5 MC10 MC15
Figura 58. Aspersão de nitrato de prata em amostras de concreto contendo
metacaulim e contaminadas por cloretos.
113
Referência CE5 CE10 CE15
Figura 59. Aspersão de nitrato de prata em amostras de concreto contendo cinza de
eucalipto e contaminadas por cloretos.
As amostras contendo sílica ativa e metacaulim apresentaram
desempenho próximo por exame visual, mas, a Tabela 28 apresenta valores
que indicam que as amostras MC10 e MC15 apresentaram profundidades de
penetração da frente de cloretos 15% e 23% menores que as amostras SA10 e
SA15, respectivamente.
Tabela 28. Profundidade de penetração da frente de cloretos nos diversos concretos
estudados.
Profundidade de penetração da frente de cloretos* (mm)
REF SA5 SA10 SA15 MC5 MC10 MC15 CE5 CE10 CE15
- - 13,2 10,2 20,3 11,2 7,9 27,75 - -
* O resultado visual obtido para as amostras SA5, CE10 e CE15 impossibilitou a
medição.
Com praticamente toda a seção dos corpos de prova contaminada, as
amostras contendo cinza de eucalipto apresentaram pouca diferença visual em
relação à referência, conforme observa-se na Figura 59. No entanto, a
formação de leves manchas escurecidas no centro dos corpos de prova com
114
adição de cinza indica leve incremento na proteção contra a penetração de
íons cloreto.
Como somente os concretos contendo metacaulim propiciaram
condições visuais de medida da profundidade de penetração da frente de
cloretos, determinou-se a correlação entre este parâmetro e a resistividade
elétrica, conforme visto na Figura 60.
Figura 60. Correlação entre os resultados de resistividade elétrica e
profundidade de penetração de íons cloreto, para as amostras
contendo metacaulim.
O coeficiente de correlação igual a 0,76 demonstra boa relação entre os
parâmetros analisados, indicando que, quanto maior for a resistividade elétrica
do concreto, menor será sua penetrabilidade a íons cloreto, conforme sugerido
pela norma americana AASHTO TP 95-14, e observado por SENGUL [85].
4.3.3 Medida do Potencial de corrosão
Com os resultados obtidos neste ensaio é possível avaliar o período de
iniciação da corrosão, até o momento em que os valores de potencial
ultrapassam o limite -274 mV, pois, de acordo com a ASTM C 876/9, este ponto
caracteriza uma probabilidade maior que 90% para ocorrência da corrosão.
Os limites indicados nesta norma estão representados nas Figuras 61,
62 e 63 pela linha tracejada de cor laranja, representando o potencial limite de
115
passivação (-124 mV), e cor vermelha, representando o potencial limite que
indica o início do processo corrosivo (-274 mV). O ensaio de envelhecimento
por ciclos foi iniciado aos 80 dias de idade e está representado pela linha
vertical preta.
É possível observar que, antes do início do ensaio de envelhecimento
por ciclos, as barras de aço presentes em todas as misturas atingiram o
potencial de segurança, superior a -124 mV, indicando a formação do filme
passivo.
Após os 80 dias, observa-se variação nos valores do potencial elétrico,
que se mostraram menos negativos após os semiciclos secos e mais negativos
após os semiciclos úmidos. Essa variação de potenciais, também observada
por outros autores [13, 72, 89], está relacionada à variação do teor de umidade
presente no concreto, devido aos ciclos de secagem/molhagem aos quais os
corpos de prova foram submetidos.
Figura 61. Potenciais de corrosão de barras metálicas imersas em corpos de prova de
concreto, para diferentes teores de adição de sílica ativa, em função da
idade.
116
De acordo com SANTOS [72], os potenciais de corrosão menos
negativos ocorrem com o concreto mais seco, pois, a menor disponibilidade de
eletrólito nos seus poros faz aumentar a concentração das espécies
dissolvidas, o que, de acordo com a equação de Nernst, eleva o potencial de
equilíbrio.
A amplitude desta variação foi mais intensa nas amostras de referência
e contendo cinza de eucalipto, cujas características da rede porosa facilitam a
absorção da solução contendo NaCl, facilitando, também, a perda de umidade
durante os semiciclos secos.
As misturas contendo metacaulim e sílica ativa apresentaram variação
do potencial reduzida, devido a sua estrutura porosa mais compacta, em
concordância com a caracterização física realizada no concreto.
Figura 62. Potenciais de corrosão de barras metálicas imersas em corpos de prova de
concreto, para diferentes teores de adição de metacaulim, em função da
idade.
117
Figura 63. Potenciais de corrosão de barras metálicas imersas em corpos de prova de
concreto, para diferentes teores de adição de cinza de eucalipto, em
função da idade.
Conforme discutido no item 3.2.4.2, os ensaios foram paralisados ao se
atingir, por dois semiciclos secos consecutivos, potencial inferior -274 mV,
limite que indica probabilidade superior a 90% de estar ocorrendo processo
corrosivo. O intervalo de tempo decorrido entre o início e a paralisação do
ensaio corresponde ao perído de iniciação da corrosão, em que os agentes
agressivos penetram pelo cobrimento de concreto até atingirem a superfície
metálica em concentração suficiente para provocar a despassivação.
BAUER [104] afirma que os resultados observados no ensaio de
potencial de corrosão, para o período de iniciação do processo corrosivo,
condizem com informações provenientes de ensaios mais precisos, como a
intensidade da corrente de corrosão (Icor).
Como pode ser visto na Figura 64, todas as misturas apresentaram
tempo de iniciação maior que a referência, com destaque para as misturas
contendo metacaulim, que demonstraram superioridade neste aspecto para os
três teores estudados.
118
Figura 64. Período de iniciação da corrosão das barras de aço presentes nos corpos
de prova, em função das misturas analisadas.
Apesar das misturas contendo adição de sílica ativa terem apresentado
maior compactação da microestrutura, comprovado pelos ensaios físicos,
mecânicos e de resistividade elétrica, a atuação dos compostos de alumínio em
fases amorfas, presentes no metacaulim, demonstrou ser mais efetiva em
retardar o avanço da frente de cloretos através da matriz cimentícia. Quanto
maior o teor adicionado (até 15%), maior foi o tempo de iniciação da corrosão.
Por outro lado, o aumento da quantidade de adição de cinza de
eucalipito demonstra não ter efeito positivo. A mistura CE15 apresentou menor
resistência à penetração de cloretos em relação à CE5 e CE10, que
apresentaram o mesmo tempo de despassivação entre si. Esse resultado
condiz com os obtidos no ensaio de ultrassom, onde uma menor compacidade
da matriz cimenticia foi observada para as amostras contendo 15% de adição
de cinza de eucalipto. Ainda assim, os resultados apresentados por todas as
misturas contendo cinza de eucalipto foram melhores que os da referência.
Com a informação da perda de massa, obtida da pesagem das barras
limpas com ácido pós ensaio, da área de exposição (7,91 cm²) e do tempo de
ensaio (3408 hs), é possível calcular uma estimativa taxa de corrosão,
119
utilizando a Equação 25 (item 3.2.4.2). A Figura 65 mostra os valores
calculados para todas as amostras.
Figura 65. Taxa de corrosão das barras de aço inseridas nos corpos de prova de
concreto, para todas as misturas avaliadas.
Observa-se que as taxas de corrosão calculadas seguem as tendências
observadas na Figura 64, para o período de iniciação da corrosão, indicando
que, quanto menor o período de iniciação da corrosão, maior será a taxa de
corrosão.
É importante ressaltar que as alterações observadas no potencial de
corrosão estão associadas ao tempo para se iniciar a corrosão, mas, não estão
necessariamente associadas à intensidade do processo corrosivo, que é dada
pela taxa de corrosão. Assim, um material pode demorar mais tempo para
iniciar a corrosão, mas, após iniciada, a corrosão pode ocorrer a uma taxa mais
elevada [13].
Algumas correlações foram estabelecidas no intuito de avaliar a relação
entre a resistividade elétrica e o período de iniciação da corrosão, conforme
mostrado na Figura 66.
Nota-se forte correlação entre a resistividade elétrica e o período de
iniciação da corrosão para as amostras contendo sílica ativa e metacaulim.
Quanto maior for a resistividade elétrica do concreto, mais tempo demorará
120
para que agentes contaminantes penetrem e alcancem a armadura de aço,
conforme esperado.
A Figura 67 mostra as correlações entre resisitividade elétrica e taxa de
corrosão, para as misturas contendo (A) sílica ativa, (B) metacaulim e (C) cinza
de eucalipto. Observa-se uma correlação inversamente proporcional entre a
resistividade elétrica e a taxa de corrosão, indicando que quanto maior for a
resistividade elétrica do concreto, menor será a taxa de corrosão.
Vale salientar que medidas de potencial de corrosão, apesar de um
método efetivo para caracterização qualitativa do estágio de iniciação do
processo corrosivo, não é suficiente, por si só, para avaliar o processo
corrosivo como um todo, principalmente no que diz respeito à taxa com que o
processo ocorre [72].
(A)
(B)
121
(C)
Figura 66. Correlação entre a resistividade elétrica e o período de iniciação da
corrosão, para misturas contendo (A) sílica ativa, (B) metacaulim e (C)
cinza de eucalipto.
(A)
(B)
122
(C)
Figura 67. Correlação entre resistividade elétrica e taxa de corrosão para as misturas
contendo (A) sílica ativa, (B) metacaulim e (C) cinza de eucalipto.
123
5 CONCLUSÕES
Com base nos resultados obtidos neste trabalho, pode-se concluir que:
o A adição de sílica ativa e metacaulim proporcionou a compactação
da microestrutura do concreto, promovendo melhoria nas suas características
físicas. Quanto maior a quantidade adicionada destes materiais (entre os
teores de 5%, 10% e 15%), maior a durabilidade observada.
o A adição de cinza de eucalipto promoveu melhoria nas
propriedades físicas do concreto, porém com menor intensidade que a sílica
ativa e o metacaulim, apresentando comportamente muito próximo à
referência. Observou-se que a variação do teor adicionado, entre 5% e 15% da
massa de cimento, não demonstrou efeito significativo sobre as características
do concreto avaliadas.
o A adição de sílica ativa incrementou a resistividade elétrica do
concreto em maior intensidade que o metacaulim e a cinza de eucalipto e,
quanto maior o teor de adição, maior o incremento observado.
o A presença de metacaulim se mostrou mais eficiente que a sílica
ativa e que a cinza de eucalipto em retardar o avanço da frente de cloretos no
concreto, aumentando o período necessário para a iniciação da corrosão, e
reduzindo a taxa de corrosão.
o A resistividade elétrica é uma propriedade diretamente influenciada
pelas características microestruturais da matriz cimentícias.
o A resistividade elétrica é diretamente proporcional ao período de
iniciação da corrosão, e inversamente proporcional à taxa de corrosão.
124
125
6 SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS
a) Estudar o efeito da adição de maiores teores (acima de 15%) dos
materais utilizados.
b) Avaliar os efeitos da substituição de parte do cimento pelas adições
pozolânicas.
c) Realizar análise química da pasta de cimento quanto à quantidade de
íons cloro livres na estrutura porosa.
d) Utilizar outras técnicas eletroquímicas, que sejam capazes de
mensurar a intensidade do processo corrosivo, para avaliar as alterações
provocadas pela adição de materiais pozolânicos nas propriedades de
corrosibilidade do concreto.
126
127
7 REFERÊNCIAS
[1] JIN, M. et al. Electrochemical Characterization of a Solid Embeddable
Ag/AgCl Reference Electrode for Corrosion Monitoring in Reinforced
Concrete. Electrochemistry, v. 82, p. 1040-1046, 2014.
[2] CHEN, E.; LEUNG, C.K.Y. Finite element modeling of concrete cover
cracking due to non-uniform steel corrosion. Engineering Fracture
Mechanics, v. 134, p. 61–78, 2015.
[3] CALLISTER JR, W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e engenharia de
materiais: uma introdução. 8. ed, Rio de Janeiro : LTC, 2013.
[4] SIMČIČ, T. et al. Chloride ion penetration into fly ash modified concrete
during wetting–drying cycles. Construction and Building Materials, v.
93, p. 1216–1223, 2015.
[5] PECH-CANUL, M.A.; CASTRO, P. Corrosion measurements of steel
reinforcement in concrete exposed to a tropical marine atmosphere.
Cement and Concrete Research, v. 32, p. 491–498, 2002.
[6] VIEIRA, F. P.; KULAKOWSKI, M. P.; DAL MOLIN, D.; VILELA, A. C. F.;
Estudos de durabilidade em concretos e argamassas com adição de
microssílica. Porto Alegre, 2007. Universidade Federal do Rio Grande do
Sul.
[7] FIGUEIREDO, C.P. et al. O papel do metacaulim na proteção dos
concretos contra a ação deletéria dos cloretos. Revista IBRACON de
Estruturas e Materiais, v. 7, n. 4, p. 685-708, 2014.
128
[8] LACERDA, C.S.; HELENE, P. A durabilidade de concretos de alto
desempenho com metacaulim frente à penetração de íons cloreto,
São Paulo, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.
[9] BARATA, M.S. Concreto de alto desempenho no estado do Pará:
estudo de viabilidade técnica e econômica de produção de concreto
de alto desempenho com os materiais disponíveis em Belém através
do emprego de adições de sílica ativa e metacaulim. Porto Alegre,
1998. 188p. Dissertação (Mestrado), Universidade Federal do Rio Grande
do Sul.
[10] MADANI, H.; BAGHERI, A.; PARHIZKAR, T.; RAISGHASEMI, A. Chloride
penetration and electrical resistivity of concretes containing nanosilica
hydrosols with different specific surface areas. Cement & Concrete
Composites, v.53, p.18–24, 2014.
[11] KESSLER, R.J.; POWERS, R.G.; VIVAS, E.; PAREDES, M.A.; VIRMANI,
Y.P. Surface Resistivity as an Indicator of Concrete Chloride Penetration
Resistance. Concrete Bridge Conference, St. Louis Anais... 2008. 18p.
[12] RAMEZANIAMPOUR, A.A.; PILVAR, A.; MAHDIKHANI, M.; MOODI, F.
Practical evaluation of relationship between concrete resistivity, water
penetration, rapid chloride penetration and compressive strength.
Construction and Building Materials, v. 25, p. 2472–2479, 2011.
[13] RIBEIRO, D. V. Influência da adição da lama vermelha nas
propriedades e na corrosibilidade do concreto armado. São Carlos,
2010. 222p. Tese (Doutorado), Universidade Federal de São Carlos.
129
[14] FIGUEIREDO, E. P., Inspeção e Diagnóstico de Estruturas de Concreto
com Problemas de Resistência, Fissuras e Deformações. In: Concreto:
Ensino, Pesquisa e Realizações, v. 2, cap. 33, p. 985-1015. ISAIA, G. C.
(Editor), São Paulo: IBRACON, 2005.
[15] TUUTTI, K. Corrosion of steel in concrete. Stockholm, Swedish Cement
and Concrete Research Institute, 1982, 469 p.
[16] HELENE, P.R.L. Contribuição ao estudo da corrosão em armaduras
de concreto armado. São Paulo: USP, 1993. Tese (Livre Docência).
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, 1993. 271 p.
[17] ROUGEAU, P.; GUIRAUD, P. A durabilidade no contexto normativo
europeu. In: Durabilidade do concreto: bases científicas para a
formulação de concretos duráveis de acordo com o ambiente. 1. ed,
cap. 7. Ed. J.P. OLLIVIER e A. VICHOT, Tradução: O. Cascudo e H.
Carasek. São Paulo: IBRACOM, 2014.
[18] MEHTA P.K.; MONTEIRO P.J.M. Concreto: estrutura, propriedades e
materiais. PINI, São Paulo-SP, 1994.
[19] BATTAGIN, A.F. Cimento Portland. In: Concreto: ciência e tecnologia.
1. ed, v.1, cap. 06, ed. G.C. Isaia, São Paulo: Ibracon, 2011.
[20] CASCUDO, O. O controle da corrosão de estruturas em concreto:
inspeções e técnicas eletroquímicas. São Paulo : Pini; Goiânia, GO :
Editora UFG, 1997.
[21] NEVILLE, A.M. Propriedades do concreto. Traduzido por Salvador E.
Giammusso. São Paulo: PINI, 1982. 495 p.
130
[22] SONG, G. Equivalent circuit model for SAC electrochemical impedance
spectroscopy of concrete. Cement and Concrete Research, v. 30, n.11,
p. 1723-1730, 2000.
[23] RIBEIRO, D.V. Estrutura dos poros e mecanismos de transporte no
concreto. In: Corrosão em estruturas de concreto armado: teoria
controle e métodos de análise. cap.5, ed. Campus, coordenado por D.V.
RIBEIRO, Rio de Janeiro, 2014.
[24] GENTIL, V. Corrosão, LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora, 3ª ed.
Rio de Janeiro, 1996.
[25] FIGUEIREDO, E. J. P.; MEIRA, G. R. Corrosão das armaduras das
estruturas de concreto. In: Concreto: ciência e tecnologia. 1. ed, v.1,
cap. 26, ed. G.C. Isaia, São Paulo : Ibracon, 2011.
[26] PONTE, H.A. Fundamentos da corrosão. Paraná, 2000. Universidade
Federal do Paraná.
[27] PANNONI, F. D. Princípios da proteção de estruturas metálicas em
situações de corrosão e incêndio. In: Coletânea do Uso do Aço. 4. ed,
v.2. Minas Gerais: Gerdau Açominas, 2004.
[28] HELENE, P. R. L. Corrosão de armaduras para concreto armado. 4.
ed. São Paulo: PINI, 1999.
[29] RIBEIRO, D.V.; CUNHA, M.P.T. Deterioração das Estruturas de Concreto
Armado. In: Corrosão em estruturas de concreto armado: teoria
controle e métodos de análise. cap.6, ed. Campus, coordenado por
RIBEIRO, D.V., Rio de Janeiro, 2014.
131
[30] ZHANG, J.; LOUNIS, Z. Sensitivity Analysis of Simplified Diffusion-Based
Corrosion Initiation Model of Concrete Structures Exposed to Chlorides.
Cement and Concrete Research, v. 36, n. 7, p. 1312-1323, 2006.
[31] BOUNY, V.B.; CUSSIGH, F.; ROUGEAU, P. Durabilidade do concreto.
Bases científicas para a formulação de concretos duráveis de acordo
com o ambiente. cap.9, 1. ed, São Paulo : IBRACOM, 2014.
[32] ALONSO, C.; ANDRADE, C.; GONZÁLEZ, J.A. Relation between
resistivity and corrosion rate of reinforcements in carbonated mortar made
with several cement types. Cement and Concrete Research, v.18,
p.687–698, 1988.
[33] ANDRADE, C. Manual para diagnóstico de obras deterioradas por
corrosão de armaduras. Tradução e adaptação de Antonio Carmona e
Paulo Helene. São Paulo, PINI, 1992. 104p.
[34] ALMEIDA, F.C.R.; SALES, A. Efeito da ação do meio ambiente sobre as
estruturas de concreto. In: Corrosão em estruturas de concreto
armado: teoria controle e métodos de análise. cap.4, ed. Campus,
Elsevier, coordenado por RIBEIRO, D.V. Rio de Janeiro, 2014.
[35] PRUNCKNER, F., GJORV, O.E., Effect of CaCl2 and NaCl additions on
concrete corrosivity. Cement & Concrete Research. v.34, p.1209–1217,
2004.
[36] SOUSA, C.A.C. Princípios da corrosão eletroquímica. In: Corrosão em
estruturas de concreto armado: teoria controle e métodos de análise.
cap.2, ed. Campus, coordenado por D.V. RIBEIRO, Rio de Janeiro, 2014.
[37] DAL MOLIN, D. C. C.; Concreto: Ciência e Tecnologia. v. 1, cap. 8. São
Paulo: Instituto Brasileiro do Concreto – IBRACON, 2011.
132
[38] AGHABAGLOU, A.M.; SEZER, G.I.; RAMYAR, K. Comparison of fly ash,
silica fume and metakaolin from mechanical, Construction and Building
Materials, v.70, p.17–25, 2014.
[39] ZHANG, M.H.; MALHOTRA, V.M. Characteristics of a thermally activated
alumino-silicate pozzolanic material and its use in concrete, Cement and
Concrete Research, v. 25. n. 8. p. 1713-1725, 1995.
[40] FU, X.; WANG, Z.; TAO, W.; YANG, C.; HOW, W.; DONG, Y.; WU, X.
Studies on blended cement with a larg amount of fly ash. Cement and
Concret Research, v.32, p.1153–1159, 2002.
[41] JUENGER, M.C.G.; SIDDIQUE, R. Recent advances in understanding the
role of supplementary cementitious materials in concrete, Cement and
Concrete Research, v. 78, p. 71-80, 2015.
[42] HOPPE Filho, J. Sistemas cimento, cinza volante e cal hidratada:
mecanismo de hidratação, microestrutura e carbonatação de
concreto. São Paulo, 2008. Tese (Doutorado) - Escola Politécnica,
Universidade de São Paulo.
[43] RICHARDSON, I.G.Tobermorite/jennite- and tobermorite/calcium
hydroxide-based models for the structure of C-S-H: applicability to
hardened pastes of tricalcium silicate, ß-dicalcium silicate, Portland
cement, and blends of Portland cement with blast-furnace slag,
metakaolin, or silica fume, Cement and Concrete Research, v.34,
p.1733-1777, 2004.
[44] ZHANG, Z.; ZHANG, B.; YAN, P. Comparative study of effect of raw and
densified silica fume in the paste, mortar and concrete. Construction and
Building Materials, v. 105, p. 82–93, 2016.
133
[45] VIEIRA, F. P.; KULAKOWSKI, M. P.; DAL MOLIN, D.; VILELA, A. C. F.;
Estudos de durabilidade em concretos e argamassas com adição de
microssílica. Porto Alegre, 2007. Universidade Federal do Rio Grande do
Sul.
[46] KULAKOWSKI, M.P.; PEREIRA, F.M.; DAL MOLIN, D.C.C. Carbonation-
induced reinforcement corrosion in silica fume concrete, Construction
and Building Materials, v. 23, p. 1189–1195, 2009.
[47] AÏTCIN, P.C. High-Performance Concrete, Université de Sherbrooke,
Québec, Canada, 1998.
[48] CARMO, J. B. M.; PORTELLA, K. F.; Estudo comparativo do desempenho
mecânico da sílica ativa e do metacaulim como adições químicas minerais
em estruturas de concreto. Cerâmica, v. 54, p. 309-318, 2008.
[49] SIDDIQUE, R.; KLAUS, J. Influence of metakaolin on the properties of
mortar and concrete: A review. Applied Clay Science, v. 43, Issues 3–4,
p. 392–400, 2009.
[50] POON, C.S.; LAM, L.; KOU, S.C.; WONG, Y.L.; WONG, R. Rate of
pozzolanic reaction of metakaolin in high-performance cement pastes,
Cement and Concrete Research, v. 31, Issue 9, p. 1301–1306, 2001.
[51] DAL MOLIN, D.C.C. Adições minerais para concreto estrutural. In:
Concreto: ensino, pesquisa e realizações. 1. ed, v.1, cap. 12. Ed. G.C.
Isaia, São Paulo : Ibracon, 2005.
[52] CARASEK, H.; CASCUDO, O.; FERREIRA, R. B.; YSSORCHE
CUBAYNES M-P.; OLLIVIER, J-P. L’essai AASHTO T277 et la protection
des bétons contre la corrosion des armatures. European Journal of
Environmental and Civil Engineering - EJECE, v. 15, p. 49-75, 2011.
134
[53] GRUBER, K. A.; RAMLOCHAN, T.; BODDY, A.; HOOTON, R. D.;
THOMAS, M. D. A. Increasing concrete durability with high-reactivity
metakaolin. Cement and Concrete Composites, v. 23, p. 479-84, 2001.
[54] VASKE, N. R. Estudo preliminar da viabilidade do aproveitamento da
cinza proveniente de filtro multiciclone pela combustão de lenha de
eucalipto em caldeira fumotubular como adição ao concreto. Porto
Alegre, 2012. 325p. Tese (Doutorado), Universidade Federal do Rio
Grande do Sul.
[55] CAMPOS, R.N. Avaliação da durabilidade em concretos com adição
de cinza de biomassa com elevado teor de álcalis. Feira de Santana,
2015. 114p. Dissertação (Mestrado), Universidade Estadual de Feira de
Santana.
[56] GLUITZ, A.C.; MARAFÃO, D. Utilização da cinza da madeira de
eucalipto na substituição parcial do cimento Portland em argamassa.
Pato Branco, 2013. 53p. Trabalho de conclusão de curso (TCC),
Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
[57] TRINDADE, G.H. Influência da incorporação de cinza da casca do
arroz e sílica ativa no cimento Portland frente à reação álcali-sílica:
desenvolvimento de uma nova proposta de método para avaliação da
RAS em materiais suplementares ao cimento Portland. Porto Alegre,
2015, 178 p. Tese (Doutorado), Universidade Federal do Rio Grande do
Sul. Escola de Engenharia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia
Civil.
[58] BEZERRA, I.M.T. et al. Aplicacao da cinza da casca do arroz em
argamassas de assentamento. Revista Brasileira de Engenharia
Agricola e Ambiental. v. 15.6, 2011.
135
[59] ICHIKAWA, M.K.; WILLRICH, F.L.; LOPES, J.B.O.; DIAS, C.G.;
BERNARDI, N.; FRANCO, M.B.M. Estudo da mitigação da RAA com
utilização de cinza de casca de arroz e agregados empregados na
construção da Usina Hidrelétrica de Itaipu e da região oeste do Paraná.
Iº Encontro Luso-Brasileiro de Degradação em Estruturas de Concreto
Armado, Salvador. Anais... Salvador: 2014. 13p.
[60] CORDEIRO, G. C., TOLEDO FILHO, R. D.; TAVARES, L. M.; FAIRBAIN,
E.M.R. Experimental characterization of binary and ternary blended-
cement concretes containing ultrafine residual rice husk and sugar cane
bagasse ashes. Cement and Concrete Research, n. 29, p. 641-646,
2012.
[61] PEREIRA, M.F. Efeito da temperatura de calcinação nas propriedades
físicas e pozolânicas da cinza do bagaço de cana-de-açúcar.
Salvador, 2013. 70p. Trabalho de conclusão de curso (TCC),
Universidade Federal da Bahia.
[62] CHUSILP, N.; JATURAPITAKKUL, C.; KIATTIKOMOL, K. Utilization of
bagasse ash as a pozzolanic material in concrete. Construction and
Building Materials, v. 23, p. 3352-3358, 2009.
[63] LIMA, S.A.; ROSSIGNOLO, J.A. Análise da pozolanicidade da cinza da
casca da castanha do caju pelo método de difratometria de raios X.
Revista Matéria, v. 14, n. 1, p. 680-688, 2009.
[64] NAKANISH, E. Y.; FRÍAS, M.; MARTÍNEZ-RAMÍREZ, S.; SANTOS, S. F.;
RODRIGUES, M. S.; RODRÍGUEZ, O.; SAVASTANO JR., H.
Characterization and properties of elephant grass ashes as supplementary
cementing material in pozzolan/Ca(OH)2 pastes. Construction and
Building Materials, v. 73, p. 397-398, 2014.
136
[65] FIDALGO, V.I.A. Estudo de Argamassas com Cinza de Casca de
Amêndoa, Porto, 2015, 108p., Dissertação (Mestrado), Instituto Superior
de Engenharia do Porto.
[66] ANDRADE , P. S.; ANDRADE, J. S. JR.; ARAGÃO J. C.; MEDEIROS, R.
S. Estudo das propriedades reológicas de pastas de cimento com adição
de cinzas de casca de amendoim. Iº Encontro Luso-Brasileiro de
Degradação em Estruturas de Concreto Armado, Salvador. Anais...
Salvador: 2014. 14p.
[67] BALANÇO ENERGÉTICO NACIONAL. Relatório Final 2014. Disponível
em: < https://ben.epe.gov.br/downloads/Relatorio_Final_BEN_2015.pdf>
Acesso em: 30 abr. 2016.
[68] FOELKEL, C. Resíduos Sólidos Industriais do Processo de Fabricação de
Celulose Kraft de Eucalipto: Resíduos Minerais. Eucalyptus Online Book.
São Paulo, v. 25, n. 5, out. 2011. Disponível em:
<http://www.eucalyptus.com.br/eucaliptos/PT25_ResiduosMinerais.pdf>
Acesso em 29 jul. 2015.
[69] RIBEIRO, D.V.; CUNHA, M.P.T. Técnicas de avaliação e monitoramento
da corrosão em estruturas de concreto armado. In: Corrosão em
estruturas de concreto armado: teoria controle e métodos de análise.
cap.8, ed. Campus, coordenado por D.V. RIBEIRO, Rio de Janeiro, 2014.
[70] GIROTTO, E.M.; SANTOS, I.A. Medidas de resistividade elétrica DC em
sólidos: como efetuá-las corretamente. Quimica Nova, v. 25, n. 4, p. 639-
647, 2002.
[71] POLDER, R.B. Test methods for on site measurement of resistivity of
concrete - a RILEM TC-154 technical recommendation. Construction and
Building Materials, v.15, p.125-131, 2001.
137
[72] SANTOS, L. Avaliação da resistividade elétrica do concreto como
parâmetro para a previsão da iniciação da corrosão induzida por
cloretos em estruturas de concreto. Brasília, 2006. 178p. Dissertação
(Mestrado), Universidade de Brasília.
[73] SALEEM, M.;SHAMEEM, M.,HUSSAIN, S.E.; MASLEHUDDIN, M. Effect
of moisture, chloride and sulphate contamination on the electrical
resistivity Portland cement concrete, Construction and Building
Materials, v. 10, p. 209-214, 1996.
[74] PLOOY, R; LOPES, S.P.; VILLAIN, G.; DÉROBERT, X. Development of a
multi-ring resistivity cell and multi-electrode resistivity probe for
investigation of cover concrete condition, NDT&E International, v. 54, p.
27–36, 2013.
[75] HORNBOSTEL, K.; LARSEN C.K.; GEIKER, M.R. Relationship between
concrete resistivity and corrosion rate – A literature review, Cement &
Concrete Composites, v. 39, p. 60–72, 2013.
[76] CAVALIER, P.G.; VASSIE, P.R. Investigation and repair of reinforcement
corrosion in a bridge deck. Institution of Civil Engineers, Proceedings, Pt
1. Londres. Anais... 1981. p. 461–480.
[77] HOPE, B.B.; IP, A.K.C.; MANNIG, D.G. Corrosion and electrical -
impedance in concrete, Cement and Concrete Research, v.15, p.525–
534, 1985.
[78] LÓPEZ, W.; GONZÁLEZ, J.A. Influence of the degree of pore saturation
on the resistivity of concrete and the corrosion rate of steel reinforcement,
Cement and Concrete Research, v. 23, p. 368–376, 1993.
138
[79] MORRIS, W.; VICO, A.; VAZQUEZ, M.; SANCHEZ, S.R. Corrosion of
reinforcing steel evaluated by means of concrete resistivity measurements.
Corrosion Science, v. 44, p. 81–99, 2002.
[80] GONZALEZ, J.A.; MIRANDA, J.M.; FELIU, S. Considerations on
reproducibility of potential and corrosion rate measurements in reinforced
concrete. Corrosion Science, v. 46, p. 2467–2485, 2004.
[81] ELKEY, W.; SELLEVOLD, E.J. Electrical resistivity of concrete.
Publication No. 80. Oslo: Norwegian Road Research Laboratory; 1995.
[82] ANDRADE, C.; ALONSO, C. Corrosion rate monitoring in the laboratory
and on-site. Construction and Building Materials, v. 10, p. 315–328,
1996.
[83] BROOMFIELD, J.; MILLARD, S. Measuring concrete resistivity to assess
corrosion rates. Concrete. Berkshire, n. 128, p. 37-39, 2002.
[84] SMITH, K.M.; SCHOKKER, A.J.; TIKALSKY, P.J. Performance of
supplementary cementitious materials in concrete resistivity and corrosion
monitoring evaluations. ACI Materials Journal, v. 101, p. 385–390, 2004.
[85] SENGUL, O. Use of electrical resistivity as an indicator for durability.
Construction and Building Materials, v. 73, p. 434–441, 2014.
[86] RUPNOW ,T. D.; ICENOGLE, P. J. Evaluation of Surface Resistivity
Measurements as an Alternative to the Rapid Chloride Permeability Test
for Quality Assurance and Acceptance. Transportation Research Board
(TRB) 91st Annual Meeting, Washington. Anais... Washington: 2012. 15p.
139
[87] MADANI, H.; BAGHERI, A.; PARHIZKAR, T.; RAISGHASEMI, A. Chloride
penetration and electrical resistivity of concretes containing nanosilica
hydrosols with different specific surface áreas, Cement & Concrete
Composites, v. 53, p. 18–24, 2014.
[88] DOTTO J.M.R.; ABREU, A.G.; DAL MOLIN, D.C.C.; MULLER, I.L.
Influence of silica fume addition on concretes physical properties and on
corrosion behaviour of reinforcement bars, Cement & Concrete
Composites, v. 26, p. 31–39, 2004.
[89] ROCHA, F.C. Leituras de potencial de corrosão em estruturas de
concreto armado: influência da relação água/cimento, da
temperatura, da contaminação por cloretos, da espessura de
cobrimento e do teor de umidade do concreto. Curitiba, 2012. 135p.
Dissertação (Mestrado), Universidade Federal do Paraná.
[90] GJORV, O.E. Projeto da durabilidade de estruturas de concreto em
ambientes de severa agressividade. Revisão técnica: FIGUEIREDO,
E.P.; HELENE, P. Tradução: BECK, L.M.M.D., ed. Oficina de Textos, São
Paulo, 2015.
[91] ARAUJO, A.; ZEHBOUR, P.; OLIVEIRA, K.J.; PEREIRA FILHO, M. L.
Resistividade elétrica do concreto na avaliação do estado de conservação
de estruturas atmosféricas. Iº Encontro Luso-Brasileiro de Degradação em
Estruturas de Concreto Armado, Salvador. Anais... Salvador: 2014. 14p.
[92] MORENO, F.P.; WU, Y.Y.; LIU, Y. Effect of curing regime on concrete
resistivity and aging factor over time. Construction and Building
Materials, v. 48, p. 874–882, 2013.
140
[93] PEREIRA, V.C.O.; ALMEIDA, K.; MONTEIRO, E.C.B. Avaliação da
corrosão em argamassas de cimento portland utilizando a técnica de
potencial de corrosão. Construindo, v. 4, n. 1, p. 6-22, 2012.
[94] BAUER, L.A.F. Materiais de construção 1. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC.
1994. 435 p.
[95] LUXÁN, M.P.; MADRUGA, F.; SAAVEDRA, J. Rapid evaluation of
pozzolanic activity of natural products by conductivity measurement.
Cement and Concrete Research, v. 19, p. 63-68, 1989.
[96] PAYÁ, J.; BORRACHERO, M.V.; MONZÓ, J.; PERIS-MORA, E.;
AMAHJOUR, F. Enhanced conductivity measurement techniques for
evaluation of fly ash pozzolanic activity. Cement and Concrete
Research, v. 31, p. 41-49, 2001.
[97] PEREIRA, E.; MEDEIROS, M. H. F. Ensaio de "Pull Off" para avaliar a
resistência à compressão do concreto: uma alternativa aos ensaios
normalizados no Brasil, Rev. IBRACON Estrut. Mater. vol.5 n.6 São
Paulo, 2012.
[98] SHARMA, R. C.; JAIN, N. K.; GHOSH, S. N. Semi-theoretical method for
assessment of reactivity of fly ash. Cement and Concrete Research, v.
23, p. 41-45, 1993.
[99] ZIBARA, H.; HOOTON, R. D.; THOMAS, M. D. A; STANISH, K. Influence
of the C/S and C/A ratios of hydration products on the chloride ion binding
capacity of lime-SF and lime-MK mixtures. Cement and Concrete
Research, v. 38, p. 422-6, 2008.
141
[100] WILD, S.; KHATIB, J.M.; JONES, A. Relative strength, pozzolanic activity
and cement hydration in superplasticised metakaolin concrete. Cement
and Concrete Research, v. 26, p. 1537-1544, 1996.
[101] CHOUSIDIS, N.; RAKANTA, E.; IOANNOU, I.; BATIS, G. Mechanical
properties and durability performance of reinforced concrete containing fly
ash. Construction and Building Materials, v. 101, p. 810-817, 2015.
[102] PINTO, S.A. Correlações entre ensaios de penetração de cloretos e
análise da influência do uso da microssílica na durabilidade do
concreto armado. Salvador, 2016. 119p. Dissertação (Mestrado),
Universidade Federal da Bahia.
[103] RAISDORFER, J.W. Influência da adição ou substituição de adições
minerais ao cimento portland: efeitos na carbonatação, absorção
capilar e resistividade de concretos. Curitiba, 2015. 151p. Dissertação
(Mestrado), Universidade Federal do Paraná.
[104] BAUER, E. Avaliação comparative da influência da adição de escória
de alto-forno na corrosão das armaduras através de técnicas
eletroquímicas. São Paulo, 1995. 236 p. Tese (Doutorado) – Escola
Politécnica, Universidade de São Paulo.
