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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL
CHRISTIAN MOREIRA
REALCALINIZAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO
CARBONATADO COM UTILIZAÇÃO DE GEL SATURADO DE SOLUÇÃO ALCALINA
Goiânia
2006
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL
CURSO DE MESTRADO EM ENGENHARIA CIVIL
CHRISTIAN MOREIRA
REALCALINIZAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO
CARBONATADO COM UTILIZAÇÃO DE GEL SATURADO DE SOLUÇÃO ALCALINA
Goiânia
2006
Dissertação apresentada ao Curso de Mestrado em Engenharia Civil da Escola de Engenharia Civil da Universidade Federal de Goiás para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil
Área de Concentração:
Estruturas e Materiais
Orientador:
Prof. Dr. Enio J. Pazini Figueiredo
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CHRISTIAN MOREIRA
REALCALINIZAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO CARBONATADO COM UTILIZAÇÃO DE GEL SATURADO DE
SOLUÇÃO ALCALINA
Dissertação defendida no Curso de Mestrado em Engenharia Civil da Universidade
Federal de Goiás para obtenção do grau de mestre, aprovada em 21 de setembro de 2006,
pela Banca Examinadora constituída pelos seguintes professores:
___________________________________________________
Enio José Pazini Figueiredo, Dr. (UFG)
(ORIENTADOR)
___________________________________________________
João Henrique Rego, Dr. (UFG/PRODOC)
(EXAMINADOR INTERNO)
___________________________________________________
José Dafico Alves, Not. Saber (UFG/UEG)
(CONVIDADO)
___________________________________________________
Eliana Barreto Monteiro, Dra. (UPE)
(EXAMINADOR EXTERNO)
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A Fabiana e Pedro Henrique, os amores de minha vida.
AGRADECIMENTOS
As coisas às vezes ocorrem sem a nossa total compreensão e Deus tem caminhos
insondáveis ao homem. Dedico este trabalho inicialmente a Ele, o arquiteto do Universo, que
jamais nos deixa entregue à nossa indigência.
Agradeço, muito especialmente e com muito carinho ao professor Enio, meu
orientador e amigo, pela sua inestimável contribuição, seus conselhos, suas iniciativas de
corrigenda e alerta e principalmente pelo tempo a mim despendido. Ele foi uma figura vital
para a conclusão deste trabalho e deixou uma marca em minha vida pela qual lhe serei
eternamente grato.
Agradeço à Anelizabete, uma amiga também muito querida pela convivência, o apoio
e por seu carisma, alegria e otimismo inesgotáveis.
Agradeço ao Danniel Cestari, que fabricou o produto estudado, por seu esforço,
confiança e sua contribuição inestimável no desenvolvimento da metodologia de aplicação do
gel.
Agradeço aos colegas de mestrado, especialmente o Rodrigo, o Lucius, a Karla e o
Alberto, pelos meses de auxílio mútuo, troca de experiências e amizade compartilhadas.
Agradeço à Universidade Federal de Goiás, universidade na qual me graduei que me
recebeu como aluno de mestrado, e à CAPES, pelo apoio financeiro oferecido na forma da
bolsa que muito me auxiliou ao longo do trabalho.
Agradeço aos meus familiares queridos, meus pais, irmãos e especialmente minha
esposa Fabiana que muito me apoiou e sem a qual não conseguiria ser o homem melhor que
sou hoje em relação aos dias passados.
Agradeço por fim ao meu filhinho Pedro Henrique, cuja existência encheu nossas
vidas de alegria.
Agradeço sinceramente a Deus pela honra da convivência com todos essas pessoas
citadas.
Christian Moreira
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RESUMO
O concreto é o material mais utilizado na construção civil mundial. Isso se deve ao fato de ser um material extremamente resistente, economicamente viável e, por ser moldável nas primeiras idades, flexível quanto à forma. O concreto armado possui um desempenho mecânico notável, já que o aço absorve os esforços de tração das peças, e auxilia nos esforços de flexo-compressão, possibilitando a execução de estruturas mais arrojadas. A ampla utilização do concreto armado no século XX, o envelhecimento das estruturas existentes e o acréscimo significativo nos índices de poluição ambiental, resultaram em um aumento importante de manifestações patológicas, deixando claro que as estruturas de concreto não são perenes e salientando a importância dos estudos sobre prevenção e das técnicas de reparo. No Centro Oeste brasileiro a principal causadora de problemas de durabilidade em estruturas de concreto armado é a carbonatação do concreto. As técnicas de reparo convencionais prevêem a remoção do concreto carbonatado, a reconstituição da seção original da peça e a proteção do concreto superficial da estrutura para se evitar o avanço da frente de carbonatação e o novo ingresso de CO2 nas regiões reparadas das peças. O objetivo principal deste trabalho é estudar uma técnica de reparo não destrutiva que permita o ingresso de uma solução de alta alcalinidade no concreto, por meio dos mecanismos de absorção e difusão, em um curto espaço de tempo, sem o emprego de campo elétrico e que garanta a elevação do pH do concreto aos níveis encontrados antes da carbonatação. Para isto foi desenvolvido um material, denominado gel alcalino, o qual foi aplicado sobre peças de concreto e que serviu de veículo para que a solução alcalina penetrasse no concreto. O gel alcalino permitiu a recuperação do níveis originais de alcalinidade por um processo de “recarga” que consiste na aspersão de certa quantidade de solução sobre o gel aplicado sobre a superfície do concreto. Os resultados obtidos mostram que o gel é eficiente para os fins a que se destina, tendo sido comprovado, após alguns dias de aplicação da técnica, um aumento dos níveis do pH do concreto ao longo de toda a região carbonatada.
Palavras chave: carbonatação; reparo; realcalinização; corrosão; concreto.
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ABSTRACT
Concrete is the most common material used in the civil construction throughout the world because it is extremely resistant, economically feasible, moldable during the earlier ages and flexible in terms of shape. Reinforced concrete shows a remarkable mechanical performance since the steel is able to absorb the tensile efforts of the pieces, allowing the design of more challenging structures. The extensive use of reinforced concrete in the 20th century, the aging process of the existing structures and the significant increase of the environmental pollution have resulted in a relevant increase of pathological manifestations, showing that the structures made of concrete are not everlasting and emphasizing the importance of the studies about repair prevention and techniques. The carbonation of the concrete is the main cause of durability problems showed by reinforced concrete structures in the Center-West region of Brazil. The conventional repair techniques prevent the removal of the carbonated concrete, the reconstitution of the original part of the piece and the protection of the superficial concrete of the structure in order to avoid the spreading of carbonation and a new penetration of CO2 in the repaired areas of the pieces. The main purpose of this investigation is to study a non-destructive repair technique that allows the penetration of a high alkaline solution in the concrete, through mechanisms of absorption and diffusion in a short period of time, without using an electrical field, ensuring the increase of the concrete pH to the original levels found before the carbonation. In order to do that, a material called alkaline gel was developed and applied over the concrete pieces, working as a vehicle to allow the penetration of the alkaline solution in the concrete. This alkaline gel allowed the recovery of the original levels of alkalinity through a process of “recharge” that consists in the sprinkling of a certain amount of the solution over the gel applied on the concrete surface. The results showed that the gel is effective for the determined purposes, showing after some days that the technique resulted in an increase of the concrete pH level through the entire carbonated region.
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LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 Conceituação da vida útil das estruturas de concreto com relação à corrosão das armaduras de TUUTI (1982).................................................................................. 21
Figura 2.2 Lei da evolução dos custos das intervenções, Lei de SITTER, (1984) apud HELENE&FIGUEIREDO (2003).......................................................................... 24
Figura 2.3 Distribuição relativa à incidência das manifestações patológicas de concreto Armado(HELENE &FIGUEIREDO, 2003)........................................................... 26
Figura 3.1 Intervalo dimensional de sólidos e poros em uma pasta endurecida (MEHTA & MONTEIRO, 1994)................................................................................................ 36
Figura 3.2 Representação diagramática da zona de transição e da matriz da pasta de cimento do concreto (MEHTA & MONTEIRO, 1994).......................................... 37
Figura 3.3 Diagrama de equilíbrio termodinâmico de Pourbaix. Potencial x pH para o sistema H2O a 25oC(NEPOMUCENO, 1992)........................................................ 38
Figura 3.4 Célula simplificada de corrosão (PORRERO, 1975 APUD HELENE, 1986)....................................................................................................................... 40
Figura 3.5 Avanço do Processo de Carbonatação (CEB-BI 152, 1984).................................. 44 Figura 3.6 Grau de carbonatação em função da umidade relativa do ambiente
(VERBECK,1950 apud CANOVAS, 1988)......................................................... 46 Figura 3.7 Representação esquemática da carbonatação parcial do concreto, com poros
totalmente secos (BAKKER, 1988)........................................................................ 46 Figura 3.8 Representação esquemática da carbonatação parcial do concreto saturado com
água(BAKKER, 1988)............................................................................................ 46 Figura 3.9 Representação esquemática da carbonatação parcial do concreto com poros
parcialmente preenchidos com água (BAKKER, 1988)......................................... 48 Figura 3.10 Profundidade de carbonatação medida em cinco pontos diferentes dos corpos-
de-prova (AZEVEDO, 2001).................................................................................. 49 Figura 3.11 Influência do tipo de cimento e sua quantidade sobre a profundidade de
carbonatação (HO & LEWIS, 1987 apud FIGUEIREDO et al., 1993).................. 51 Figura 3.12 Influência da relação água-cimento sobre a profundidade de carbonatação para
um concreto com 350 kg por cm2 de cimento e igual composição após três anos (VENUAT, 1977 apud FIGUEIREDO et al. 1993)............................................... 51
Figura 3.13 Representação esquemática da carbonatação no interior de uma fissura (CEB/BI 152, 1984)................................................................................................ 53
Figura 3.14 Representação esquemática da evolução da carbonatação com o tempo (HELENE, 1993).................................................................................................... 54
Figura 3.15 Registro da profundidade carbonatada (CPC 18/RILEM, 1988 apud FIGUEIREDO, 2005)............................................................................................. 57
Figura 4.1 Origens das manifestações patológicas com relação às etapas de produção e uso das obras civis de concreto armado (HELENE & FIGUEIREDO, 2003)....... 59
Figura 4.2 Fluxograma de atuação para resolução de problemas patológicos (HELENE, 1988)....................................................................................................................... 62
Figura 4.3 Estrutura do método para resolução de problemas patológicos (LICHTENSTEIN, 1985)....................................................................................... 63
Figura 4.4 Método de proteção direta da armadura (HELENE, 1997).................................... 64 Figura 4.5 Método de proteção indireta da armadura, aplicados no concreto ou na sua
superfície (HELENE, 1997)................................................................................... 65 Figura 4.6 Ações e fenômenos que devem ser considerados para reduzir os riscos de
falhas em uma intervenção (HELENE, 1997)........................................................ 66 Figura 4.7 Esquema de um sistema completo de reparo localizado (ANDRADE et al., 68
8
1997)....................................................................................................................... Figura 4.8 Esquema simplificado de proteção catódica por corrente impressa (TULA &
HELENE, 2001)..................................................................................................... 70 Figura 4.9 Esquema simplificado de proteção catódica por ânodo de sacrifício (TULA &
HELENE, 2001)..................................................................................................... 71 Figura 4.10 Princípio da extração eletroquímica de cloretos (MIETZ, 1998)........................... 72 Figura 4.11 Princípio da realcalinização passiva (MATTILA & PENTTI, 1996).................... 74 Figura 4.12 Princípio da realcalinização eletroquímica............................................................ 75 Figura 4.13 Realcalinização por absorção/difusão para realção água cimento 0,4
(TEIXEIRA, 2002)................................................................................................. 76 Figura 4.14 Esquema da realcalinização por absorção/difusão................................................. 76 Figura 5.1 Formas plastificadas............................................................................................... 82 Figura 5.2 Aparelho GECOR 6 para realização de medidas eletroquímicas e de resistência
ôhmica..................................................................................................................... 83 Figura 5.3 Medidor de resistividade superficial do concreto (Método de WENNER)............ 86 Figura 5.4 Esquema da medida da resistividade através do método dos quatro eletrodos
(BUNGEY & MILLARD, 1996)............................................................................ 87 Figura 5.5 Esquema (a) e foto (b) da câmara de carbonatação utilizada para a carbonatação
dos corpos-de-prova................................................................................................ 88 Figura 5.6 Medidas Eletroquímicas......................................................................................... 89 Figura 5.7 Corpo de prova totalmente carbonatado................................................................. 90 Figura 5.8 Corpos-de-prova na Solução Alcalina.................................................................... 92 Figura 5.9 Consistência ideal de aplicação do gel................................................................... 94 Figura 5.10 Teste de flow-table do gel...................................................................................... 95 Figura 5.11 Gel aplicado nos Corpos-de-prova após 24 horas – sala climatizada.................... 96 Figura 5.12 Gel aplicado nos Corpos-de-prova após 24 horas – ao tempo............................... 97 Figura 5.13 Preparação do Gel para Aplicação......................................................................... 98 Figura 5.14 Corpos-de-prova cobertos de gel............................................................................ 99 Figura 5.15 Pórtico de concreto onde foi aplicado o gel alcalino.............................................. 100 Figura 5.16 Aplicação do gel em estrutura real......................................................................... 101 Figura 5.17 Gel aplicado em estrutura real................................................................................ 102 Figura 6.1 Comportamento do potencial de corrosão versus tempo durante o período de
passivação e carbonatação...................................................................................... 103 Figura 6.2 Comportamento da velocidade de corrosão versus tempo durante o período de
passivação e carbonatação...................................................................................... 104 Figura 6.3 Penetração da frente de realcalinização.................................................................. 106 Figura 6.4 Gráfico de Variação de Peso da Amostra x Tempo................................................ 108 Figura 6.5 Perda de solução por absorção e evaporação.......................................................... 109 Figura 6.6 Penetração da frente de realcalinização por dia...................................................... 111 Figura 6.7 Penetração da frente de realcalinização por dia...................................................... 113
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LISTA DE TABELAS Tabela 2.1 Classes de agressividade ambiental (HELENE, 1995).......................................... 18 Tabela 2.2 Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento
nominal para ∆c=10 mm (ABNT – NBR 6118:2003)........................................... 19 Tabela 2.3 Abertura máxima das fissuras em estruturas de concreto armado e protendido
em função da classe de agressividade ambiental (ABNT-NBR 6118:2003)......... 19 Tabela 2.4 Alterações no concreto com o aumento da temperatura (O’REILLY &
FIGUEIREDO, 2003)............................................................................................. 28 Tabela 2.5 Risco do ataque por sulfatos em função da concentração dos sais no solo e na
água (O’REILLY & FIGUEIREDO, 2003)........................................................... 30 Tabela 3.1 Valores da condutuvidade iônica de diversos íons à diluição infinita e à 25oC
(BANFILL, 1994).................................................................................................. 42 Tabela 3.2 Principais fatores que determinam a velocidade de penetração da frente de
carbonatação (KAZMIERCZAK, 1995)............................................................... 45 Tabela 3.3 Classificação de agressividade ambiental (HELENE, 1995)................................. 46 Tabela 3.4 Métodos utilizados para a determinação das propriedades da estrutura de poros
(HAYES, 1978 apud KULAKOWSKI, 2002)...................................................... 52 Tabela 3.5 Pesquisas conduzidas ao longo de 10 anos com concretos submetidos a
diferentes condições de composição, cura e exposição (ISAIA, 1995 apud KULAKOWSKI, 2002)......................................................................................... 55
Tabela 3.6 Mudanças de cor e intervalos de pH dos principais indicadores usados para observação visual da área carbonatada (BASSET et. al, 1981)............................. 56
Tabela 4.1 Métodos para avaliação das estruturas de concreto armado (BUNGEY & MILLARD, 1996; FIGUEIREDO, 2001).............................................................. 61
Tabela 5.1 Procedimentos experimentais realizados com cada corpo de prova..................... 81 Tabela 5.2 Critérios para avaliar os resultados de velocidade de corrosão (CYTED, 1997) 85 Tabela 5.3 Critérios para avaliar a corrosão através de medidas de potencial de corrosão
(ASTM C 876:1991).............................................................................................. 85 Tabela 5.4 Composição química da solução alcalina (ARAÚJO, 2004)................................. 91 Tabela 5.5 Concentrações de algumas soluções utilizadas na realcalinização de corpos-de-
prova de concreto (ARAÚJO, 2004)...................................................................... 91 Tabela 5.6 Solubilidade dos compostos em gramas/ml (WEAST et al., 1964)....................... 92 Tabela 6.1 Tabela de pesos dos corpos-de-prova dia a dia na sala climatizada....................... 105 Tabela 6.2 Penetração da frente de realcalinização por dia..................................................... 105 Tabela 6.3 Variação do peso da amostra de 100 g de gel na estufa a 50oC durante período
de 24 horas............................................................................................................. 107 Tabela 6.4 Perda de massa de solução versus tempo............................................................... 109 Tabela 6.5 Perda de umidade versus tempo............................................................................. 111 Tabela 6.6 Massa de gel aplicada em cada corpo-de-prova e massa de solução aspergida
diariamente inicialmente........................................................................................ 111 Tabela 6.7 Profundidade média de carbonatação.................................................................... 112 Tabela 6.8 Penetração da frente de realcalinização por dia..................................................... 114
10
SUMÁRIO
RESUMO................................................................................................................. 5 ABSTRACT............................................................................................................ 6 LISTA DE FIGURAS............................................................................................ 7 LISTA DE TABELAS........................................................................................... 9 1 INTRODUÇÃO...................................................................................................... 13 1.1 JUSTIFICATIVA E IMPORTÂNCIA DO TEMA................................................. 13 1.2 OBJETIVOS GERAIS............................................................................................. 15 1.3 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO....................................................................... 15 2 DURABILIDADE DO CONCRETO................................................................... 17 2.1 CONCEITOS GERAIS............................................................................................ 17 2.2 CONCEITOS DE VIDA ÚTIL DAS ESTRUTURAS............................................ 20 2.3 INFLUÊNCIA DO CLIMA NA DURABILIDADE DAS ESTRUTURAS............ 22 2.4 DURABILIDADE E CUSTO.................................................................................. 23 2.5 MECANISMOS DE DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS............................. 25 2.5.1 Causas da deterioração do concreto..................................................................... 26 2.5.1.1 Ação do gelo e degelo.............................................................................................. 26 2.5.1.2 Variações térmicas................................................................................................... 26 2.5.1.3 Movimentação térmica ambiental............................................................................ 27 2.5.1.4 Retração hidráulica e térmica.................................................................................. 27 2.5.1.5 Retração hidráulica.................................................................................................. 27 2.5.1.6 Dessecação superficial............................................................................................. 27 2.5.1.7 Ação do fogo............................................................................................................ 28 2.5.1.8 Ação das águas puras................................................................................................ 29 2.5.1.9 Reação álcali-agregado............................................................................................. 29 2.5.1.10 Ataque por sulfatos................................................................................................... 29 2.5.1.11 Ataque por soluções ácidas...................................................................................... 30 2.5.1.12 Ação da água do mar................................................................................................ 31 2.5.1.13 Ataque por soluções alcalinas.................................................................................. 31 2.5.1.14 Eflorescências........................................................................................................... 31 2.5.1.15 Deterioração por desgaste superficial....................................................................... 31 2.5.1.16 Ações biológicas....................................................................................................... 33 2.5.1.17 Cristalização de sais nos poros do concreto............................................................. 34 2.5.1.18 Ação das cargas na estrutura.................................................................................... 34 3 CORROSÃO DAS ARMADURAS DEVIDO À CARBONATAÇÃO..... ......... 35 3.1 ESTRUTURA DO CONCRETO ARMADO.......................................................... 35 3.1.1 Concreto – fase sólida............................................................................................. 35 3.1.2 Concreto – vazios.................................................................................................... 36 3.1.3 Concreto – zona de transição................................................................................. 37 3.2 FORMAÇÃO DA PELÍCULA PASSIVADORA................................................... 37 3.3 MECANISMO DE CORROSÃO DAS ARMADURAS......................................... 39 3.4 CARBONATAÇÃO DO CONCRETO................................................................... 41 3.4.1 Mecanismos de Transporte do gás CO2............................................................... 41 3.4.1.1 Absorção capilar....................................................................................................... 41 3.4.1.2 Permeabilidade.......................................................................................................... 42 3.4.1.3 Difusão iônica........................................................................................................... 42 3.4.1.4 Eletro migração......................................................................................................... 43 3.4.2 Mecanismo da Carbonatação................................................................................ 43
11
3.4.3 Fatores que Influenciam a Velocidade e a Profundidade de Carbonatação..... 44 3.4.3.1 Condições de exposição da estrutura........................................................................ 45 3.4.3.2 Concentração de CO2................................................................................................................................................ 45 3.4.3.3 Umidade relativa e saturação dos poros................................................................... 46 3.4.3.4 Tipo e quantidade de cimento................................................................................... 48 3.4.3.5 Relação água/aglomerante........................................................................................ 50 3.4.3.6 Condições de cura..................................................................................................... 51 3.4.3.7 Fissuras..................................................................................................................... 53 3.4.4 Velocidade de penetração do CO2 no concreto.................................................... 53 3.4.5 Medidas de profundidade de carbonatação......................................................... 55 4 REABILITAÇÃO DE ESTRUTURAS COM CORROSÃO DE
ARMADURAS........................................................................................................ 58 4.1 ESTRATÉGIAS DE INTERVENÇÃO EM ESTRUTURAS COM CORROSÃO
DAS ARMADURAS................................................................................................ 59 4.2 TIPOS DE REPARO................................................................................................ 67 4.2.1 Reparo localizado e generalizado.......................................................................... 67 4.2.2 Inibidores de corrosão............................................................................................ 68 4.2.2.1 Inibidores inorgânicos............................................................................................... 69 4.2.2.2 Inibidores orgânicos.................................................................................................. 69 4.2.3 Proteção catódica.................................................................................................... 69 4.2.3.1 Proteção catódica por corrente impressa.................................................................. 70 4.2.3.2 Proteção catódica por ânodo de sacrifício (proteção galvânica).............................. 71 4.2.4 Extração eletroquímica de cloretos...................................................................... 72 4.2.5 Realcalinização do concreto carbonatado............................................................ 73 4.2.5.1 Realcalinização passiva............................................................................................ 73 4.2.5.2 Realcalinização eletroquímica.................................................................................. 74 4.2.5.3 Realcalinização por absorção / difusão..................................................................... 75 4.2.6 Efeitos colaterais da realcalinização eletroquímica............................................. 76 4.2.7 Avaliação da eficiência da técnica de realcalinização.......................................... 77 4.2.8 Durabilidade da realcalinização............................................................................ 77 4.2.9 Custos de diversos métodos de reparo.................................................................. 77 5 METODOLOGIA EXPERIMENTAL................................................................. 79 5.1 VARIÁVEIS DEPENDENTES E INDEPENDENTES........................................... 79 5.1.1 Variáveis independentes......................................................................................... 79 5.1.2 Variáveis dependentes............................................................................................ 79 5.2 MATERIAIS E CORPOS-DE-PROVA................................................................... 80 5.3 EQUIPAMENTOS EMPREGADOS NOS PROCEDIMENTOS
EXPERIMENTAIS................................................................................................... 82 5.3.1 Medidor de intensidade de corrente de corrosão, potencial de corrosão e
resistência ôhmica (GECOR 6)............................................................................. 82 5.3.1.1 Intensidade de corrente de corrosão (icorr).............................................................. 83 5.3.1.2 Potencial de corrosão (Ecorr)................................................................................... 85 5.3.1.3 Resistência ohmica (Rohm)...................................................................................... 85 5.3.2 Medidor de resistividade (WENNER).................................................................. 86 5.3.3 Câmara de carbonatação....................................................................................... 87 5.4 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS................................................................ 88 5.4.1 Passivação das armaduras..................................................................................... 88 5.4.2 Carbonatação dos corpos-de-prova...................................................................... 89 5.4.3 Realcalinização dos corpos-de-prova com a utilização da solução alcalina...... 90 5.4.4 Realcalinização dos corpos-de-prova com gel alcalino........................................ 93
12
5.4.4.1 Composição do gel................................................................................................... 93 5.4.4.2 Avaliação da consistência (Flow-Table) e quantidade de solução no gel com
consistência ideal...................................................................................................... 93 5.4.4.3 Adesividade natural do gel....................................................................................... 95 5.4.4.4 Determinação da quantidade de reposição da solução no gel................................... 97 5.4.4.5 Realcalinização com o gel........................................................................................ 99 5.5 APLICAÇÃO DO GEL EM ESTRUTURA REAL................................................. 100 6 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS..................................... 103 6.1 PASSIVAÇÃO DAS ARMADURAS..................................................................... 103 6.2 CARBONATAÇÃO DO CONCRETO E DESPASSIVAÇÃO DA
ARMADURA........................................................................................................... 104 6.3 REALCALINIZAÇÃO DO CONCRETO UTILIZANDO SOLUÇÃO
ALCALINA.............................................................................................................. 104 6.4 REALCALINIZAÇÃO DO CONCRETO COM GEL ALCALINO....................... 107 6.4.1 Determinação da consistência ideal e da quantidade de solução no gel com
consistência ideal..................................................................................................... 107 6.4.2 Ensaio de adesividade do gel.................................................................................. 108 6.4.3 Obtenção da quantidade de solução no gel e rendimento do gel........................ 109 6.4.4 Realcalinização dos corpos-de-prova utilizando gel alcalino.............................. 110 6.5 REALCALINIZAÇÃO DE ESTRUTURA REAL.................................................. 112 7 CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS................................................ 115 7.1 SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS...................................................... 116 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 117
13
1 INTRODUÇÃO
1.1 JUSTIFICATIVA E IMPORTÂNCIA DO TEMA
A combinação harmônica do concreto e do aço fez do concreto armado o material
mais utilizado na construção civil em todo o mundo. Os motivos para tamanho sucesso são o
baixo custo do material, já que se pode fabricar concreto armado a custos competitivos
praticamente em qualquer lugar do mundo, a capacidade que o concreto tem de se moldar,
proporcionando a produção das mais diversas formas arquitetônicas, e a durabilidade, já que o
material tem uma boa resistência ao intemperismo e à ação da água (MEHTA &
MONTEIRO, 1994).
No entanto, a falta de conhecimento a respeito de seu desempenho, a longo prazo,
principalmente sob condições ambientais de severa agressividade, pode causar sérios
problemas. O concreto era visto, até a pouco tempo, como um material quase indestrutível,
uma “pedra moldável”, e que não teria jamais problemas relacionados com durabilidade. O
desenvolvimento da tecnologia para análise de materiais, por exemplo a microscopia
eletrônica de varredura, mostra que o concreto é um sólido poroso, e bem poroso, e que está
sujeito ao ataque físico e químico de elementos deletérios presentes no meio ambiente. O
aumento da agressividade ambiental decorrente da poluição, entre outros fatores, tem causado
sérios problemas de durabilidade.
São muitas as causas da deterioração das estruturas de concreto armado, tais como a
corrosão das armaduras, devida à carbonatação ou ao ingresso de cloretos, ataque por sulfatos,
reações álcali agregados, ataque por ácidos, etc. A utilização de materiais de baixa qualidade,
cobrimento insuficiente, cura inadequada, dentre outros, são fatores que podem reduzir a vida
útil de estruturas de concreto armado ou forçar a realização de reparos prematuros extensivos
de alto custo.
Dentre as manifestações patológicas citadas, cabe destacar a corrosão das armaduras.
A corrosão das armaduras, juntamente com as fissuras, manchas superficiais e ninhos de
concretagem, ocupam posição de destaque na distribuição relativa da incidência de
manifestações patológicas em estruturas de concreto armado, no Brasil, com um percentual de
20% dos problemas incidentes (HELENE & FIGUEIREDO, 2003).
A corrosão das armaduras é uma das manifestações patológicas de maior gravidade
nas obras civis de todo o mundo. Isto se justifica por este fenômeno implicar em altos custos
14
de reparo, redução da capacidade portante e comprometimento estrutural, e na incidência e
reincidência do fenômeno, que é relativamente alta.
A incidência desta manifestação patológica vem crescendo nos últimos anos, fato este
que pode ser atribuído ao aumento da agressividade do meio ambiente, envelhecimento das
estruturas de concreto armado e aumento da esbeltez das peças estruturais sem o devido
cobrimento das armaduras.
A incidência do problema de corrosão de armaduras foi estimada em 30%, sendo que
nas grandes cidades o problema é ainda mais freqüente devido à poluição, que induz à
carbonatação do concreto, levando à corrosão das armaduras (DAL MOLIN, 1988; NINCE,
1996).
Levy & Helene (2000 apud Carmona, 2005), mostraram que 96% das escolas
públicas, de uma amostragem de 27 escolas da cidade de São Paulo, apresentavam danos
relacionados com a carbonatação do concreto.
Segundo Figueiredo (1994), um sistema completo de reparo localizado compreende as
seguintes etapas:
• remoção do concreto atingido e exposição da armadura corroída;
• preparo da superfície da armadura e do concreto base;
• aplicação de revestimento para proteção da armadura contra corrosão;
• aplicação de adesivo de ponte de aderência sobre o concreto base;
• reconstituição da seção do concreto danificado com argamassa ou graute de
reparo;
• cura; e
• aplicação de pintura superficial sobre a estrutura reparada.
Vê-se que a corrosão das armaduras demanda um processo de reparo complexo e caro.
O desenvolvimento de mecanismos que previnam a corrosão, mesmo em concreto expostos a
condições adversas, baixaria bastante estes custos.
A corrosão das armaduras do concreto é um processo gerado pela perda da película
passivadora das armaduras, o qual se inicia essencialmente por dois motivos. O primeiro é a
diminuição da alcalinidade do concreto, ocasionado principalmente pela carbonatação do
concreto, e o segundo a presença de cloretos livres no concreto. Ambos os mecanismos
desestabilizam a película de óxidos que constitui a proteção química das armaduras. A
despassivação torna as armaduras vulneráveis ao processo corrosivo, desde que exista,
15
concomitantemente, a presença de água e de oxigênio, os quais geralmente estão presentes no
concreto em quantidades suficientes para o desenvolvimento da corrosão.
Por tudo que foi exposto, torna-se importante o desenvolvimento de um processo que
controle ou previna a corrosão. Em estruturas carbonatadas já se sabe que a aplicação de
soluções alcalinas sobre o concreto carbonatado promove a elevação do pH das regiões
carbonatadas, evitando a corrosão (ARAÚJO, 2004).
A presente dissertação visa contribuir para tornar o processo de realcalinização mais
viável para casos reais, avaliando, ao invés de soluções líquidas, a eficiência de um gel
alcalino na realcalinização do concreto carbonatado.
1.2 OBJETIVOS
Constitui objetivo deste trabalho avaliar o método de realcalinização do concreto
utilizando gel saturado em solução alcalina, desenvolvendo metodologia de utilização e
avaliação de desempenho do produto, visando, com isso, tornar viável o processo de
realcalinização do concreto por absorção/ difusão.
Constituem objetivos específicos:
a) Desenvolver um gel alcalino recarregável;
b) Realizar processo de carbonatação e posterior realcalinização, utilizando gel
alcalino em corpos-de-prova de concreto armado;
c) Desenvolver metodologia de aplicação e avaliação do desempenho do gel em
estruturas reais; e
d) Aplicar o gel em uma estrutura real e avaliar os efeitos sobre o concreto.
1.3 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO
A presente dissertação se encontra estruturada em sete capítulos.
O Capítulo 2 apresenta os conceitos gerais de durabilidade e degradação do concreto.
O Capítulo 3 disserta sobre corrosão das armaduras, seus mecanismos, fatores
desencadeantes e os efeitos da corrosão sobre as estruturas de concreto armado.
O Capítulo 4 discute as técnicas mais usuais de reparo para estruturas com corrosão de
armaduras.
16
O Capítulo 5 apresenta a metodologia de desenvolvimento, aplicação e avaliação do
gel alcalino e o Capítulo 6 apresenta e discute os resultados obtidos.
O Capítulo 7 traz as considerações finais do trabalho.
17
2 DURABILIDADE DO CONCRETO
2.1 CONCEITOS GERAIS
A discussão da durabilidade das estruturas de concreto armado passa pelo
conhecimento do conceito de durabilidade. Considera-se durável o concreto que tem
capacidade de resistir ao intemperismo, ataque químico, desgaste por abrasão ou qualquer
outro processo de deterioração, retendo a sua forma original, qualidade e capacidade de
utilização, quando exposto ao ambiente de trabalho.
Afirma-se que a estrutura de concreto deve manter a sua segurança, estabilidade e
aptidão de serviço ao longo de toda vida útil, apesar de não definir qual deve ser esta vida útil.
A ausência da variável tempo, que se nota também no conceito anterior, deve-se ao fato de
que os fenômenos que envolvem a deterioração das estruturas de concreto são extremamente
complexos (ABNT-NBR 6118, 2003).
No caso do fenômeno da carbonatação do concreto, o desempenho do material
dependerá do nível de alcalinidade no interior da estrutura, alcalinidade esta que garante a
passivação das armaduras e evita o fenômeno de corrosão.
Apesar da carbonatação não influenciar diretamente o desempenho mecânico do
material, o concreto só será considerado satisfatório ao nível de durabilidade se, num tempo
estipulado em projeto e sob a ação agressiva do CO2 , a alcalinidade do concreto ainda for
capaz de proteger a armadura.
A indústria da construção e a comunidade acadêmica começaram a se preocupar mais
com os problemas de durabilidade do concreto a partir da segunda metade do século XX.
Com o fim da segunda guerra mundial, o concreto foi largamente usado na reconstrução dos
países arrasados. Com isso foram desenvolvidos novos métodos de cálculo e sistemas
construtivos que aumentaram drasticamente a esbeltez das estruturas, diminuindo as
dimensões das peças e o cobrimento das armaduras. Essas mudanças refletiram na
durabilidade das estruturas de concreto armado, favorecendo os processos de fissuração e o
ingresso de elementos agressivos no interior do concreto, diminuindo, desse modo, a proteção
das armaduras (ANDRADE, 2005).
O aumento da agressividade ambiental, decorrente da poluição, também tem sua
parcela de contribuição, já que o incremento na concentração de gases na atmosfera
(especificamente o CO2 ), causado pela atividade industrial e pela queima de combustíveis, é
18
um fator desencadeante da carbonatação do concreto, podendo levar à corrosão das
armaduras. Além disso as estruturas estão envelhecendo, chegando, algumas, ao limite de sua
vida útil. É natural, portanto, que as patologias do concreto causadas por problemas de
durabilidade encontrassem um acréscimo significativo nas últimas duas décadas do século
XX.
Sabe-se que um grande número dessas estruturas, que foram construídas nos anos 70 e
80, foram executadas com concreto entre 15 e 25 MPa, com cobrimentos de armadura abaixo
do ideal, em parte por deficiências das normas. Essas estruturas atualmente vem apresentando
problemas de durabilidade.
Do ponto de vista normativo houve um grande avanço com a adoção de critérios de
durabilidade na recente revisão da norma NBR 6118 (ABNT, 2003), que introduziu dois
capítulos relativos à durabilidade, nos quais se definem parâmetros de projeto em função da
agressividade ambiental, como cobrimentos nominais mínimos da armadura para cada caso,
resistência do concreto em função da agressividade do meio, correspondência entre classe de
agressividade e qualidade do concreto e exigências quanto à fissuração.
A Tabela 2.1 traz as classes de agressividade ambiental.
Tabela 2.1 - Classes de agressividade ambiental (HELENE, 1995)
A Tabela 2.2 mostra a correspondência entre classe de agressividade ambiental e
cobrimento nominal para ∆c= 10 mm.
19
Tabela 2.2 – Correspondência entre classe de agressividade ambiental e
cobrimento nominal para ∆c=10 mm (ABNT – NBR 6118:2003)
Nota-se que a norma estabelece cobrimentos maiores para uma classe ambiental mais
severa, aumentando a proteção das armaduras no caso de ambientes mais agressivos.
A Tabela 2.3 traz a abertura máxima de fissuras para concreto armado e protendido,
incorporando o conceito da agressividade ambiental. Concretos submetidos a ambientes mais
agressivos permitem fissuras menores
Tabela 2.3 – Abertura máxima das fissuras em estruturas de concreto armado e
protendido em função da classe de agressividade ambiental (ABNT-NBR 6118:2003)
Tipo de concreto Classe de agressividade Exigências relativas à estrutural ambiental (CAA) fissuração
Concreto simples CAA I a CAA IV Não há
CAA I 0,4 mm
CAA II e CAA III 0,3 mm Concreto armado
CAA IV 0,2 mm
Concreto protendido CAA I a CAA IV 0,2 mm
20
2.2 CONCEITOS DE VIDA ÚTIL DAS ESTRUTURAS
Os conceitos de vida útil das armaduras, para o caso de corrosão, vem sendo estudados
desde a década de 80. Na ocasião foram definidos pela primeira vez os períodos de iniciação e
de propagação da corrosão das armaduras de concreto (TUUTTI, 1982).
Vida útil pode ser definida como o período de tempo no qual a estrutura ou
componente estrutural pode cumprir sua função sem custos importantes de manutenção, o que
quer dizer que a estrutura deverá estar sob manutenção preventiva, porém sem sofrer
manutenção corretiva neste período (CEB, 1990; BS, 1992; ACI, 2000).
De acordo com o modelo proposto por Tuutti (1982), a deterioração por corrosão das
armaduras pode ser modelada como um processo de dois estágios. O primeiro estágio,
vinculado a um tempo to é denominado período de iniciação, ou despassivação das
armaduras. Esse estágio corresponde ao período de tempo que os agentes agressivos levam
para alcançar a armadura. O segundo estágio, t, é o período de tempo, chamado de período de
propagação, no processo de corrosão causará deterioração significativa na armadura, seja do
ponto de vista estético, seja do ponto de vista da segurança. O significado, objetivamente, de
uma deterioração significativa não pode ser determinado, pois depende do nível de
deterioração aceitável, tal como presença de manchas, fissuras superficiais e destacamento do
concreto.
O período de vida útil das estruturas é, portanto, igual a to+t, sendo que t é definido
arbitrariamente em função da importância da obra e seu estado em construções novas,
existentes e deterioradas (CARMONA, 2005), sendo possível distinguir os tipos de vida útil
como vida útil de projeto, vida útil de serviço, vida útil total e vida útil residual. A Figura 2.1
mostra a conceituação da vida útil das estruturas de concreto com relação à corrosão das
armaduras.
21
Figura 2.1 – Conceituação da vida útil das estruturas de concreto com relação à corrosão das armaduras de TUUTI (1982), ampliado por HELENE (1993)
Na definição da vida útil de uma estrutura deveriam ser levados em conta os seguintes
aspectos:
• Natureza da agressividade ambiental a que o concreto estará sujeito;
• Mecanismos de degradação do concreto;
• Descrição de sua evolução com o tempo; e
• Quantificação do grau inaceitável de degradação.
A vida útil pode ser estimada de acordo com um dos métodos seguintes.
22
• Empiricamente, observando as experiências anteriores de estruturas não deterioradas e
procurando repetir os critérios.
• Através de ensaios acelerados .
• Modelos numéricos e deterministas, os quais baseiam-se nos mecanismos físicos
relacionados à deterioração do concreto e podem considerar particularmente a corrosão das
armaduras ou a deterioração do concreto
• Modelos probabilísticos mais modernos para análise de durabilidade do projeto
estrutural, sendo que os seus fundamentos são similares aos dos princípios de introdução da
segurança no projeto das estruturas de concreto (HELENE, 1997; IZQUIERDO, 2003 apud
CARMONA, 2005).
2.3 INFLUÊNCIA DO CLIMA NA DURABILIDADE DAS ESTRUTURAS
É importante compreender que o conhecimento do meio ambiente em que a estrutura
está inserida é um fator de fundamental importância na determinação da vida útil da mesma.
O meio influencia determinantemente o processo de deterioração de uma estrutura,
sendo que meios mais agressivos determinam condições mais severas de durabilidade (LIMA,
2005).
Inúmeras variáveis diretamente ligadas ao processo de degradação do concreto são
determinadas pelo clima. A primeira delas é a temperatura. O Brasil está localizado, em
praticamente toda sua extensão, numa região de climas tropical ou equatorial, portanto de
climas quentes, com temperaturas médias bem maiores do que os países norte americanos ou
europeus. A influência da temperatura é muito grande nos processos de degradação do
concreto, já que as reações químicas de degradação são aceleradas com o aumento da
temperatura. GEHO-CEB (1993) diz que um aumento de temperatura de 10ºC dobra a
velocidade das reações. Além disso, a temperatura também influencia a velocidade de
corrosão das armaduras, que cresce com o aumento da temperatura (LIMA, 2005).
O concreto de cimento portland é também muito sensível às variações térmicas, de
forma que quando existem acentuadas variações de temperatura (acima de 15º C anuais) a
norma brasileira ABNT - NBR 6118 (2003) recomenda que sejam tomados cuidados especiais
no dimensionamento das estruturas. O efeito mais importante das variações térmicas está
relacionado com a retração e dilatação térmicas, representando um esforço de tração sobre o
concreto, com possibilidade de fissuração dependendo da sua intensidade. No Brasil, e mais
23
ainda no Centro Oeste, existem variações térmicas anuais da ordem de 25º C a 35º C. As
estruturas situadas nesta região são, portanto, altamente sujeitas às fissuras provocadas por
retração ou dilatação térmicas.
Chuva, umidade relativa e tempo de superfície úmida são fatores relacionados à
disponibilidade de água no interior do concreto. A água livre nos poros do concreto está
associada aos mecanismos de transporte que regem as trocas com meio ambiente, inclusive o
ingresso de elementos agressivos até as armaduras, e a velocidade de corrosão das armaduras.
Portanto, os fatores climáticos ligados à disponibilidade e contato de água com o concreto são
determinantes nos fenômenos de degradação.
Alguns ambientes específicos atuam de forma excepcionalmente deletéria sobre o
concreto. É o caso de tubulações de esgoto, que expõe o concreto a ação de inúmeras
bácterias, além da ação natural do ambiente. Nesse caso a deterioração do concreto ocorre
principalmente devido à formação do sulfato de cálcio que provoca reações cujos produtos
finais tem um volume que pode chegar a até 1000 vezes o volume inicial, provocando assim a
fissuração e degradação do concreto (LIMA, 2005).
O meio ambiente industrial é outro que, em determinados casos, impõe uma
agressividade acima do comum, devida ás emissões de gases poluentes e, em alguns casos, à
utilização de sais diversos no processo produtivo. A proteção das armaduras no caso de
ambientes industriais é prevista, de forma geral, na Norma Brasileira ABNT-NBR 6118
(2003), através da utilização de cobrimentos nominais maiores, maior qualidade e menor
relação água/cimento o que realmente protege no caso de corrosão.
Já as garagens de edifícios residenciais ou comerciais representam um caso de
microclima extremamente agressivo por causa do CO2 em que medidas adicionais de proteção
não estão previstas na norma. A situação nesse caso é ainda mais preocupante já que, por
razões econômicas ou de puro e simples desconhecimento, as estruturas de concreto nas
garagens de edifícios muitas vezes não são revestidas e nem sequer pintadas.
2.4 DURABILIDADE E CUSTO
Quanto custa à sociedade, proprietários e usuários das estruturas de concreto armado
os problemas com a durabilidade?
Mehta & Monteiro (1994) estimaram que mais de 40% dos recursos destinados à
construção civil, nos países desenvolvidos são destinados à manutenção das estruturas.
24
Avaliações feitas por organizações e comitês formados por especialistas em corrosão e
proteção contra a corrosão estimaram que as perdas causadas pela corrosão estariam entre
1,25 % e 3,50 % do PNB (Produto Nacional Bruto) de países em vias de desenvolvimento e
desenvolvidos (FIGUEIREDO, 1994).
Castro (1998) afirma que o custo da corrosão atinge de 2 a 5% do PNB de cada país,
podendo ser reduzido de 15 a 25% deste valor, se fossem aplicados métodos preventivos.
Tomando-se por base os dois estudos, aplicando-se o valor médio de 2,50 % do PNB
do Brasil no ano de 2005, que segundo o IBGE foi de aproximadamente 840 bilhões de
dólares, chega-se à conclusão que neste ano os custos com a corrosão no país foram da ordem
de 21 bilhões de dólares.
Quando se fala em durabilidade e custos não se pode deixar de citar a lei dos cinco, de
Sitter (1984) que mostra o brutal acréscimo no custo corretivo, em relação aos custos de
prevenção à corrosão nas etapas de projeto e execução da estrutura, sendo que os custos
crescem na progressão geométrica de ordem cinco, sendo que se gastaria 125 vezes mais com
uma intervenção na fase mais avançada da corrosão, do que se houvessem sido tomadas
medidas preventivas ainda na fase de projeto. A Figura 2.2 mostra a lei de evolução dos
custos das intervenções com o tempo.
Figura 2.2 – Lei da evolução dos custos das intervenções (SITTER, 1984)
25
2.5 MECANISMOS DE DETERIORAÇÃO DAS ESTRUTURAS
São muitas as causas da deterioração das estruturas de concreto armado, tais como: a
corrosão das armaduras devido à carbonatação ou ao ingresso de cloretos, ataque por sulfatos,
reações álcali agregados, etc. A utilização de materiais de baixa qualidade, detalhamento
insuficiente, cura inadequada, dentre outros, são fatores que podem reduzir a vida útil de
estruturas de concreto armado ou forçar a realização de reparos extensivos de alto custo
(FERREIRA, 2003).
Dentre as manifestações patológicas citadas, cabe-nos destacar, em especial, a
corrosão das armaduras que é uma das manifestações patológicas de maior gravidade nas
obras civis de todo o mundo.
Isto justifica-se por este fenômeno implicar em altos custos de reparo e correção;
redução da capacidade portante e comprometimento estrutural, e na incidência e reincidência
do fenômeno que é relativamente alta, podendo-se inclusive afirmar que a maioria dos
problemas de durabilidade que atingem as estruturas de concreto armado, provocando fissuras
e entrada de agentes agressivos, tem como resultado final a corrosão das armaduras.
A corrosão das armaduras, juntamente com as fissuras, manchas superficiais e ninhos
de concretagem, ocupa posição de destaque na distribuição relativa da incidência de
manifestações patológicas em estruturas de concreto armado, com um percentual de 20% dos
problemas incidentes (HELENE, 1993).
Os processos de deterioração do concreto dificilmente tem uma única causa, sendo que
vários fatores se somam e se sobrepõe causando os efeitos deletérios no concreto.
As ações físicas normalmente fragilizam o concreto, tornando-o mais poroso ou
abrindo fissuras em sua superfície. A partir daí se iniciarão os processos químicos que
causarão a deterioração do material.
A Figura 2.3 mostra uma distribuição percentual da incidência de manifestações
patológicas do concreto armado no caso.
26
Figura 2.3 – Distribuição relativa à incidência das manifestações patológicas de concreto
armado (HELENE & FIGUEIREDO, 2003)
2.5.1. Causas da deterioração do concreto
Figueiredo & O’Reilly (2003) apresentam um abrangente trabalho que trata, além das
causas, os mecanismos e conseqüências de cada processo de degradação. Segundo os dois
autores, existem os processos a seguir.
2.5.1.1 Ação do gelo e degelo
Comum nos países de clima frio, essa patologia se deve às tensões criadas pelo
aumento de volume da água aprisionada nos poros do concreto por efeito do congelamento.
As peças mais sujeitas ao fenômeno são as expostas, especialmente lajes de cobertura,
marquises, pavimentos de rodovias, tabuleiros de pontes e estruturas semi submersas.
Os principais fatores que determinam a resistência do concreto ao congelamento são o
grau de saturação, a estrutura dos poros da pasta de cimento endurecida, a resistência
mecânica e as propriedades elásticas e viscoelásticas do concreto (ANDRADE, 2005).
As tensões criadas no interior do concreto provocam aumento da porosidade do
concreto, escamação e desagregação superficial.
2.5.1.2 Ação das variações térmicas
As ações térmicas às quais o concreto está sujeito geram dilatações e retrações no
concreto, causando tensões de tração que formam fissuras ativas nas peças.
27
As variações térmicas atingem com mais severidade lajes, marquises e paredes cortina.
As fissuras resultantes movimentam-se, servem de facilitadores para o ingresso de elementos
deletérios no interior do concreto, propiciando a carbonatação do concreto com conseqüente
corrosão das armaduras.
2.5.1.3 Movimentação térmica ambiental
Os gradientes de temperatura no interior e no exterior do concreto geram dilatações e
contrações nos elementos expostos e fissuração nos elementos que não se dilatam com o
aumento da temperatura.
Esse fenômeno ocorre principalmente em pórticos. As fissuras resultantes são
caminhos preferenciais aos elementos deletérios causadoras da corrosão das armaduras.
2.5.1.4 Retração hidráulica e térmica
Este fenômeno é causado por altas relações água/cimento, altas temperaturas de
hidratação, excesso de vibração e cura mal feitas, as retrações hidráulicas e térmicas podem
atingir pilares, vigas, lajes e pilares-parede. O resultado é o aumento da porosidade, a
possibilidade de transporte de agentes agressivos.
2.5.1.5 Retração hidráulica
Causa fissuras que surgem nas primeiras horas após a concretagem da peça,
principalmente devido a altas relações água/cimento, excesso de finos, excesso de vibração, e
quando a evaporação da água de emassamento é muito rápida, por exemplo em peças expostas
ao sol.
Uma vez formadas as fissuras, os agentes agressivos penetrarão o concreto causando
os fenômenos patológicos.
2.5.1.5 Dessecação superficial
Acontece em elementos que possuem alta relação água/cimento, peças expostas a
excesso de vibração, evaporação rápida da água de emassamento, ou no caso de exagerada
absorção de água pelos agregados.
28
As fissuras geradas são passivas e superficiais mas são caminhos preferenciais
aos elementos deletérios causadoras da corrosão das armaduras.
2.5.1.7. Ação do Fogo
O concreto resiste bem ao fogo, porém a alta temperatura pode causar, inicialmente,
lascamento no concreto e, se a temperatura for subindo, desidratação do hidróxido de cálcio e
decomposição completa do C-S-H (MEHTA & MONTEIRO, 1994).
A armadura de aço possui condutibilidade térmica em torno de 30 vezes maior que o
do concreto, o que gera rápida uniformização da temperatura nas armaduras. Além disso as
propriedades mecânicas do aço são muito mais sensíveis a elevação de temperatura do que as
do concreto.
A Tabela 2.4 mostra as alterações no concreto com o aumento da temperatura.
Tabela 2.4 – Alterações no concreto com o aumento da temperatura (CÁNOVAS, 1988)
Temp em oC
Perda de água, reações
químicas e danos Cor do concreto
Resistência
residual em % da
resistência inicial
Módulo de
deformação
residual em % do
módulo de
deformação inicial
20 100 100
200
Evaporação da Água
Capilar Cinza
70
300 95
50
400
Perda de água de gel;
aparecimento das primeiras
fissuras superficiais,
Ca(OH) se transforma em
CaO.
88 38
500
Rosa
75 35
600
Concreto começa a se
desagregar Vermelho 55 20
900 10
1000
O concreto se desagrega
sem nenhuma resistência Amarelo-
Alaranjado 0
0
Com a exposição ao calor, o aço diminui seu limite elástico e limite de resistência e,
quando se aproxima de 500º C, chega à fase crítica, próximo à ruptura (CANOVAS, 1988).
29
2.5.1.8 Ação das águas puras
As água puras (chuva, degelo, condensação de vapores industriais ou destiladas)
causam a lixiviação do hidróxido de cálcio, a dissolução dos silicatos, aluminatos e ferritos
hidratados que são estáveis em solução de Ca(OH)2. Isso faz com que a alcalinidade do
concreto diminua, a porosidade aumente pela remoção da pasta de cimento, e provoca
exposição dos agregados e penetração de agentes agressivos.
No caso de água correntes, ocorre hidrólise continuamente, o que, além de fazer com
que o concreto perca resistência, causa a formação de crostas brancas na superfície do mesmo
(eflorescência).
2.5.1.9 Reação álcali agregado
A reação álcali – agregado é um processo químico em que constituintes mineralógicos
do agregado reagem com hidróxidos alcalinos presentes no concreto e que estão dissolvidos
nos poros.
O fenômeno causa a formação de um gel higroscópico expansivo, que pode gerar
danos na estrutura, fissuração, pipocamentos, exsudação de gel e redução das resistências de
tração e compressão do concreto.
Existem catalogados três tipos de reação álcali-agregado:
• Reação álcali-sílica: se dá entre a sílica amorfa, ou certos tipos de vidro vulcânico, e
íons hidroxila provenientes da dissociação dos hidróxidos alcalinos;
• Reação álcali-silicato: é da mesma natureza da reação álcali-sílica, porém mais lenta, e
envolve alguns silicatos presentes nos feldspatos, folhetos, argilosos, certas rochas
sedimentares, metamórficas magmáticas e a presença do quartzo tensionado e minerais
expansivos; e
• Reação álcali-carbonato: ocorre em concretos preparados com agregados calcário
dolomíticos (PRISZKULNIK, 2005).
2.5.1.10. Ataque por sulfatos
Presente em solos ou águas subterrâneas, em galerias de esgoto ou em ambientes
industriais, os sulfatos podem causar reações extremamente deletérias ao concreto. Os sulfatos
30
interagem com os hidróxidos de cálcio livres presentes no concreto e com os aluminatos de
cálcio hidratados formando gipsita e etringita secundária.
Os produtos das reações possuem grande volume, aumentando as tensões internas no
concreto e causando uma fissuração intensa e contínua, esfoliação superficial do concreto,
redução significativa da dureza e da resistência superficial do concreto, redução do pH no
interior do concreto, perda de coesão da pasta de cimento, perda de aderência entre a pasta de
cimento e a superfície dos agregados, diminuição da resistência do concreto e corrosão das
armaduras.
A Tabela 2.5 traz o risco do ataque por sulfatos em função da concentração dos sais no
solo e na água.
Tabela 2.5 – Risco do ataque por sulfatos em função da concentração dos sais no
solo e na água (ACI 201, 2001)
Concentração de Sulfatos Exposição
No Solo (%) Na Água (ppm)
Leve < 0,1 < 150
Moderada 0,1 a 0,2 150 a 1500
Severa 0,2 a 2,0 1500 a 10000
Muito Severa > 2,0 > 10000
2.5.1.11 Ataque por soluções ácidas
Acontece principalmente em tanques, galerias de efluentes, canais e pisos. Existindo
no meio ácidos orgânicos ou inorgânicos, acontecerá a dissolução da camada superficial
carbonatada do concreto, a formação de sais (CaCl2, AlCl3, FeCl3), que são mais solúveis que
o CaCO3.
Além disso acontece a reação entre os ácidos e o hidróxido de cálcio, formando sais de
cálcio solúveis em água. Esses sais são lixiviados, expondo os agregados, aumentando a
porosidade do concreto, diminuindo, conseqüentemente, o pH do concreto o que leva à
corrosão das armaduras.
31
2.5.1.12 Ação da água do mar
As estruturas sujeitas ao contato com a água do mar sofrem a ação mecânica de
impacto das ondas e o contato direto com a água rica em sais agressivos.
As ondas provocam erosão e abrasão superficial com conseqüente fissuração. As
fissuras servem de caminho preferencial ao ingresso dos sais agressivos (cloretos e sulfatos),
o que pode levar à instalação do processo corrosivo.
2.5.1.13 Ação de soluções alcalinas
Em estruturas sujeitas a ação de soluções alcalinas, especialmente canais industriais,
canaletas e pisos, ocorrem trocas iônicas entre os agentes alcalinos e os compostos de cimento
formando sais mais solúveis (C3A + Na(OH)2 → aluminato de sódio)
Isso causa lixiviação da pasta de cimento, fissuração superficial, expansões,
cristalização dos subprodutos que se acumulam nos poros, perda de aderência entre a pasta e
os agregados, deslocamento de partes superficiais do concreto e corrosão das armaduras.
2.5.1.14 Eflorescências
Manifestação patológica extremamente comum, atinge principalmente lajes, muros de
arrimos, silos e tanques. Caracteriza-se pela formação de manchas brancas (eflorescências)
por acúmulo de carbonatos na superfície do concreto. Posteriormente pode haver a formação
de estalactites em zonas de maior porosidade, diminuição do pH do concreto com
conseqüente corrosão das armaduras.
O fenômeno ocorre pela infiltração de água pelo concreto através de poros ou fissuras.
Ca(OH)2 + CO2 (H2O) → Ca CO3 + H2O
2.5.1.15 Deterioração por desgaste superficial – abrasão, erosão e cavitação
Ocorre quando a superfície do concreto é solicitada por algum agente que provoque o
desgaste em sua superfície. Estão sujeitos a ela principalmente pisos industriais, pontes,
pavimentos rodoviários, calçadas, obras hidráulicas, dentre outros.
32
A perda de massa na superfície do concreto pode ocorrer por três processos básicos: a
abrasão (pisos e pavimentos), a erosão e a cavitação (obras hidráulicas ou estruturas que
estejam em contato com fluidos em movimento).
A abrasão normalmente se refere à perda de massa por atrito seco, como acontece em
pavimentos para trânsito de veículos. A abrasão, em si, se relaciona mais com a perda de
funcionalidade da estrutura do que à diminuição de seu desempenho mecânico, e causa a
desagregação da pasta de cimento e dos agregados, formação de grandes falhas e exposição
das armaduras.
O fator que mais influencia na abrasão é a qualidade da camada superficial do
concreto, que deve ser maximizada com a utilização de dosagens adequadas (com quantidade
suficiente de finos), concretos com boa coesão, cuidado com a exsudação e segregação dos
agregados e execução adequada, de preferência, no caso de pisos, utilizando-se
desempenadeiras metálicas acopladas a equipamentos motorizados, o que melhora muito a
compactação e o acabamento superficial (ANDRADE, 2005).
A erosão é a ação danosa de fluidos contendo sólidos em suspensão, o que pode
ocorrer muito em obras hidráulicas como pilares de pontes, paredes de contenção e pisos de
canais. Essas partículas se chocam com o concreto podendo causar desgaste por colisão,
escorregamento ou rolagem. Quanto maior a resistência a compressão do concreto maiores os
efeitos das colisões.
Os efeitos da erosão são o desgaste do concreto, a exposição dos agregados, a perda de
resistência e a exposição das armaduras.
Os princípios do desgaste por erosão são os mesmos da abrasão mas as solicitações
podem ser ainda mais severas, dependendo da velocidade da água e do tipo das partículas
transportadas.
A cavitação, também freqüente em obras hidráulicas, é a perda de massa de concreto
pela formação de bolhas de vapor e sua conseqüente explosão. No caso de fluxos de água em
elevada velocidade as explosões das bolhas geram uma pressão elevada em pequena área e
nem sempre concretos resistentes possuem capacidade para resistir a tal fenômeno.
A cavitação causa desgaste superficial, a desagregação do concreto e dos agregados, a
formação de falhas no concreto e a exposição das armaduras, sujeitas assim, a processos
corrosivos.
De acordo com Mehta & Monteiro (1994), a cavitação ocorre somente em fluxos de
água com velocidade superior a 12 m/s, podendo ocorrer com velocidade de 7 m/s em
condutos forçados.
33
Para se prevenir a erosão e a abrasão, Mehta & Monteiro (1994) recomendam
uma série de medidas:
• Utilizar concreto de no mínimo 28 MPa;
• Utilizar agregados de alta dureza (em casos de condições severas);
• Utilizar concreto com, no mínimo, 41 MPa, pelo menos na superfície, que
é onde ocorre a perda de massa;
• Pelo menos 7 dias de cura úmida depois do lançamento do concreto; e
• Postergar o desempenamento, até que o concreto tenha perdido a água de
exsudação superficial reduzindo a formação de nata superficial.
No caso do desgaste por cavitação, a forma mais eficiente de se prevenir é eliminar
as causas da própria cavitação, como os desalinhamentos nas superfícies ou mudanças bruscas
de declividade, o que pode ter elevado custo. É mais viável o uso de concretos de altas
resistências, com agregados de maior dureza (ANDRADE, 2005).
2.5.1.16 Ações biológicas no concreto
O concreto é considerado um material bioreceptivo. Suas características quanto à
porosidade, rugosidade, umidade, e composição química, aliadas a condições ambientais
como umidade, temperatura e luminosidade, podem promover a proliferação de
microorganismos no concreto (SILVA & PINHEIRO, 2005).
Além do aspecto estético, os microorganismos podem atuar de forma deletéria sobre a
matriz do concreto reduzindo a sua durabilidade.
Kumar & Kumar (1999 apud SILVA & PINHEIRO, 2005) afirmam que existem
quatro categorias de biodeterioração do concreto. A primeira, biodeterioração estética torna o
aspecto estético inaceitável e é causada pelo acúmulo de microorganismos sobre o material.
A biodeterioração física, ou mecânica, se dá quando ocorre o rompimento do concreto
devido ao crescimento de microorganismos em seu interior.
A biodeterioração química assimilatória acontece quando o material serve de nutriente
para os microorganismos, o que acaba por alterar sua microestrutura, apresentando déficit de
compostos vitais para a integridade do concreto.
A biodeterioração química não assimilatória acontece quando ocorre a reação dos
produtos metabólicos sobre os componentes do concreto, formando substâncias deletérias.
34
2.5.1.17 Deterioração pela cristalização de sais nos poros do concreto
Pode ocorrer, na presença de soluções salinas, cristalização de sais nos poros do
concreto, pela evaporação de água e posterior rehidratação, com novo ciclo de umedecimento
Essas cristalizações geram tensões consideráveis, que dependem do tipo de sal
envolvido, podendo chegar à fissuração do concreto (MEHTA & MONTEIRO, 1994).
2.5.1.18 Cargas na estrutura
A ação de cargas diversas na estrutura pode provocar fissuras acima das recomendadas
por normas. Essas fissuras serão os caminhos preferenciais de entrada dos agentes agressivos
no concreto.
Assim, esforços de tração, compressão, cisalhamento, torção oriundas de cargas de
peso próprio, de utilização ou acidentais devem ser adequadamente previstas para que a
utilização da estrutura não abrevie sua vida útil.
35
3 CORROSÃO DAS ARMADURAS DEVIDA À CARBONATAÇÃO DO C ONCRETO
Uma grande ameaça para a durabilidade das estruturas de concreto é a corrosão da
armadura. A corrosão das armaduras pode causar o rompimento do cobrimento de concreto e
a perda da seção da armadura, podendo levar ao colapso da estrutura. As avarias disformes
resultantes são difíceis e caras para se reparar. Por exemplo, em maio de 1980, o telhado da
Sala de Congressos de Berlim entrou em colapso como resultado da corrosão e fadiga de
barras de aço.
Para que se entenda em profundidade o processo de corrosão faz-se necessário um
estudo das características do concreto, bem com dos mecanismos envolvidos no processo de
corrosão, propriamente dito.
3.1 ESTRUTURA DO CONCRETO ARMADO
De acordo com Mehta & Monteiro (1994) a estrutura do concreto pode ser dividida em
macro e micro estrutura. A macro estrutura, composta por elementos de dimensões acima de
200 µm (0,2 mm), pode ser facilmente vista a olho nú. A micro estrutura só pode ser
visualizada com o auxílio da microscopia ótica ou eletrônica.
Embora o concreto seja conhecido como um elemento de alta compacidade e solidez,
o que se observa na microscopia é uma estrutura bastante complexa e heterogênea. Além das
duas fases observadas a olho nú (agregados e matriz de cimento) pode-se observar no
microscópio a rede de poros capilares que se espalha pelo concreto, fazendo dele um material
altamente poroso, e uma terceira fase, que existe entre os agregados e a pasta, denominada de
zona de transição. Esta é geralmente a mais fraca do concreto, sendo a que, em concretos
convencionais, determina a sua ruptura.
3.1.1 Concreto - fase sólida
Quando começam a ocorrer as reações de hidratação do cimento no interior do
concreto, o primeiro produto que aparece é o sulfaluminato de cálcio hidratado (etringita), que
corresponde de 15 a 20% do volume total de sólidos na pasta endurecida. A seguir aparece o
hidróxido de cálcio correspondendo de 20 a 25% do volume final dos sólidos, e o silicato de
cálcio hidratado, correspondendo de 50 a 60% do volume final de sólidos da pasta. Além
36
disso, há uma parcela dos grãos de clínquer que não se hidrata, denominados de anidros, que
permanecem na pasta de cimento endurecida (MEHTA & MONTEIRO, 1994).
3.1.2 Concreto – vazios
O concreto possui também uma rede de vazios de diferentes tipos, que podem ser
classificados em interlamelares no C-S-H, capilares e de ar incorporado.
Vazios interlamelares de C-S-H são de menor tamanho e são desconsiderados no
estudo da resistência e permeabilidade da pasta. Eles têm influência nos fenômenos de
retração por secagem e fluência.
Os vazios capilares são formados pelos espaços não preenchidos pelos componentes
sólidos das pasta, ou seja o cimento anidro ou produtos de hidratação. O volume e o tamanho
dos vazios capilares dependem da relação água/cimento do concreto e do grau de hidratação
do cimento, já que a densidade média dos produtos de hidratação é menor que a do cimento
anidro. A Figura 3.1 mostra o intervalo dimensional de sólidos e poros em uma pasta
endurecida.
Figura 3.1 – Intervalo dimensional de sólidos e poros em uma pasta endurecida
(MEHTA & MONTEIRO, 1994)
Vazios de ar incorporado têm a forma esférica e são formados pelas bolhas de ar
aprisionadas pelo processo de produção do concreto ou propositalmente, pela adição de
incorporadores de ar (MEHTA & MONTEIRO, 1994).
37
Além dos vazios mencionados, por deficiência de dosagem ou de produção, o concreto
pode apresentar ninhos de concretagem e fissuras, os quais, em função de suas dimensões,
seriam classificados como macro vazios.
3.1.3 Concreto – zona de transição
A zona de transição é uma região situada em torno dos agregados graúdos que possui
uma relação água /cimento maior do que no restante da pasta.
Esta região é mais porosa, já que os cristais de etringita e hidróxido de cálcio são
relativamente grandes devido à alta relação água/cimento. Com a formação do C-S-H é que os
espaços da zona de transição vão sendo preenchidos, aumentando assim sua resistência. A
Figura 3.2 mostra uma representação diagramática da zona de transição e da matriz da pasta
de cimento do concreto.
Figura 3.2 – Representação diagramática da zona de transição e da matriz da pasta de
cimento do concreto (MEHTA & MONTEIRO, 1994)
3.2 FORMAÇÃO DA PELÍCULA PASSIVADORA NAS ARMADURAS
O concreto representa um meio altamente alcalino, com pH variando de 12,5 a 13,5.
Esta alcalinidade é devida à presença de hidróxidos alcalinos e íons OH- na fase líquida
presente nos poros do concreto.
38
A solução do poro, mesmo após poucas semanas de cura, já é essencialmente uma
solução mista de hidróxido de sódio e hidróxido de potássio originários dos álcalis do cimento
(PAGE & TREADAWAY, 1982).
Pourbaix (1974 apud Nepomuceno, 1992) afirma que nessa faixa de elevado pH do
concreto as reações de eletrodo verificadas são reações de passivação, de acordo com o
Diagrama de Pourbaix (1974) que avaliou as reações termodinamicamente possíveis de
ocorrer em diversos sistemas metal/solução. O sistema ferro-água a 25º C, que pode ser
extrapolado para o caso do aço no interior do concreto, desenvolve uma reação em que se
forma uma capa de óxidos de caráter protetor, chamada película de passivação.
.
Figura 3.3 – Diagrama de equilíbrio termodinâmico de Pourbaix. Potencial versus pH
para o sistema H2O a 25oC (POURBAIX, 1974)
Helene (1993) explica da seguinte forma as três distintas regiões do Diagrama de
Pourbaix:
1. Imunidade: região onde o potencial do eletrodo é menor que -0,6 V em relação ao
eletrodo padrão de Hidrogênio. Nestas condições em hipótese nenhuma a armadura
reagirá com o meio.
2. Passividade: região de formação das películas passivadoras. As duas retas
tracejadas e oblíquas representam a região de estabilidade da água. Acima delas
está o domínio do oxigênio e abaixo o do hidrogênio.
3. Corrosão: representa as situações onde pode ocorrer a corrosão do aço.
39
A deposição da camada de óxidos na armadura gera um efeito extremamente protetor,
impedindo, por barreira o contato de agentes agressivos do meio na superfície metálica. O
filme passivo tem por características ser muito aderente ao aço, delgado, invisível, compacto e
insolúvel, apresentando espessuras que variam de 10-3 a 10-1 µm (SATO, 1978 apud
HELENE, 1993), e é composto por óxido de ferro, formado a partir das reações de oxidação
do ferro e redução do oxigênio inicialmente presentes da fase líquida dos poros do concreto.
Os mesmos autores apresentam ainda o estado de semipassivação, que representa
melhor o estado real da maioria das estruturas de concreto, no qual a proteção química do aço
apresenta uma dupla cobertura, sendo que a externa é formada por goetita [α-FeO(OH)] e de
óxido de ferro e a interna formada somente por óxido de ferro (KRUGER, 1989 apud
HELENE, 1993).
A película passivadora pode ser classificada como uma barreira química de proteção
das armaduras, sendo o próprio concreto de cobrimento uma barreira física de proteção das
armaduras.
3.3 MECANISMOS DE CORROSÃO DAS ARMADURAS
A despassivação das armaduras é o fator determinante para o início do processo de
corrosão. A despassivação se dá devido a presença de uma quantidade suficiente de cloretos
próximo à armadura ou diminuição da alcalinidade do concreto, geralmente causada pela
carbonatação do concreto.
Nota-se que existem aspectos na tecnologia de fabricação do concreto que podem
influenciar sobremaneira os fenômenos corrosivos. Os elementos deletérios são conduzidos ao
interior do concreto pelos poros naturalmente existentes na pasta ou pela fissuração. Assim, o
uso de concretos menos porosos, com menor relação a/c e maior compacidade proporciona
um menor risco à entrada de agentes agressivos e, conseqüentemente, para o
desencadeamento da corrosão.
As reações de corrosão são de natureza eletroquímica. Uma área da armadura atua
como ânodo, e é nela que ocorre a corrosão do aço, com o ferro sendo transformado em íons
ferrosos e elétrons que ficam circulando na armadura.
Outras áreas da armadura, que tem um potencial eletroquímico mais positivo, atuam
como cátodos, reduzindo oxigênio e consumindo os elétrons provenientes das áreas anódicas,
em presença de água, para formar íons hidroxila. Na célula eletroquímica formada, as barras
atuam como condutores elétricos e a água dos poros do concreto atua como o eletrólito por
40
onde os íons se movimentam (FIGUEIREDO, 1994). A Figura 3.4 ilustra o mecanismo
descrito.
No ânodo e no cátodo ocorrem, respectivamente, as seguintes reações:
Reação anódica: Fe Fe2+ + 2e-
Reação Catódica: H2O + ½ O2 + 2e- 2OH- ou
2H- + 2e- H2
As regiões anódicas ou catódicas surgem de diferenças de potencial geradas nas
armaduras.
Figura 3.4 – Célula de corrosão eletroquímica no concreto armado (PORRERO,
1975 apud HELENE 1986)
Uma vez que a passividade da armadura vai sendo destruída pela carbonatação do
concreto ou pela presença de cloretos, a corrosão se iniciará e a vida restante da estrutura
dependerá de quão rápido a corrosão se processará. A taxa de corrosão depende do quão
eficientemente a célula eletroquímica poderá operar. Na maioria das situações, como já foi
dito, serão a resistividade elétrica do concreto e a disponibilidade de oxigênio no cátodo que
irão controlar a taxa de corrosão.
Se a resistividade elétrica do concreto for suficientemente alta não haverá suficiente
corrente iônica fluindo no eletrólito para gerar uma corrosão significante. Portanto, a
qualidade do concreto influenciará a sua resistividade, mas é a umidade contida no concreto o
parâmetro mais importante para determinar a sua resistividade. Se o nível de saturação do
41
concreto for menor que 40%, a resistividade será alta o suficiente para controlar a velocidade
da corrosão.
Acontece corrosão significante na armadura apenas após a abertura de microfissuras
permitir o acesso do oxigênio a grandes áreas da armadura, isso porque a permeabilidade dos
concretos adequadamente executados é muito baixa. (MEHTA & MONTEIRO, 1994).
3.4 CARBONATAÇÃO DO CONCRETO
A carbonatação do concreto, juntamente com o ataque por cloretos, é um dos
mecanismos que promovem a despassivação das armaduras e sua posterior corrosão. Como já
anteriormente citado, as condições mais agressivas do meio, conjugadas a uma série de outros
fatores, vêm fazendo o fenômeno da corrosão da corrosão tomar graves proporções.
3.4.1 Mecanismos de transporte do gás CO2
O concreto tendo uma estrutura porosa e altamente complexa, permite o ingresso de
agentes agressivos em seu interior através dos poros ou através de fissuras. Poros grandes e
interconectados promovem uma maior movimentação de fluidos no interior do concreto.
Destaca-se, neste contexto, a água como principal agente de transporte dos elementos
deletérios ao interior do concreto, sejam elas íons cloreto, íons sulfato, oxigênio ou CO2. Os
elementos nocivos ao concreto e à armadura penetram no concreto por meio de gradientes de
temperatura, pressão, concentração, densidade, sucção capilar ou potencial elétrico
(NEPOMUCENO, 2005).
Os principais mecanismos de transporte no interior do concreto são explicados na
sequência.
3.4.1.1 Absorção capilar
É o transporte de um líquido que ocorre devido à tensão superficial atuante nos poros
do concreto. Depende de uma série de características do sólido, tais como a distribuição e
continuidade dos poros, além do seu diâmetro, e algumas características do líquido, tais como
a viscosidade, a densidade e a tensão superficial.
42
3.4.1.2 Permeabilidade
É o fluxo de um fluido devido ao gradiente de pressão. É influenciada por todos os
fatores que aumentam a quantidade ou o tamanho e a conectividade dos poros capilares, tais
como a idade e o grau de saturação do concreto, o tipo de cura, o consumo de cimento, a
relação água/aglomerante, a dimensão dos agregados e a utilização ou não de finos
(NEPOMUCENO, 1992). Neville (1997) declara que os poros importantes para a
permeabilidade são aqueles com diâmetros de pelo menos 120 a 160 nm, devendo ser
contínuos. Os poros dos agregados e aqueles formados pelas bolhas de ar incorporado não
contribuem para o aumento da permeabilidade do concreto.
3.4.1.3 Difusão iônica
É o fluxo de massa através de um fluido por gradiente de concentração, em busca do
equilíbrio iônico (NEVILLE, 1997). A difusão depende das características microestruturais do
material e das substâncias presentes no fluido. Depende de um contato íntimo da solução
presente nos poros com o meio ambiente, o que torna as peças expostas e não revestidas bem
mais sujeitas a ela do que peças de alguma forma protegidas. A diminuição da quantidade e
tamanho dos poros também leva à diminuição da difusão iônica. Além da difusão dos gases
que levam à carbonatação do concreto, também ocorrem por difusão o ingresso de O2 e vapor
d´água, vitais na propagação do processo corrosivo (NEPOMUCENO, 2005).
A Tabela 3.1 mostra os valores de condutividade iônica de diversos íons à diluição
infinita e à 25oC.
Tabela 3.1 – Valores da condutividade iônica de diversos íons à diluição infinita e à 25oC
(BANFILL, 1994)
Íons H+ Na+ K+ Ca2+ OH- Cl- ½ SO42- ½ CO3
2- HCO3-
Condutividade iônica (ohm-1.
cm-2.eq-1 ou 10-4.ohm-1.m-2.eq-1) 349 50,1 73,5 59,5 198 75,2 79,8 69,3 44,5
3.4.1.4 Eletro-migração
43
É a migração iônica que ocorre devido a um gradiente elétrico, que gera uma diferença
de potencial, como no caso de estruturas de concreto com proteção catódica por corrente
impressa, estruturas submetidas a extração de cloretos por aplicação de potencial e estruturas
realcalinizadas da mesma forma (NEPOMUCENO, 2005). No caso da formação de um
campo elétrico, os íons positivos presentes na solução se deslocam para o pólo negativo e
vice-versa.
3.4.2 Mecanismo da carbonatação
O processo de carbonatação é um processo físico-químico de neutralização da fase
líquida intersticial do concreto, saturada principalmente de hidróxido de cálcio e outros
compostos alcalinos. O fenômeno promove a diminuição do pH do concreto, que inicialmente
é de 12,5 a 13,5, e se dá devido ao ingresso do gás carbônico (CO2), dióxido de enxofre (SO2)
e gás sulfídrico (H2S), chamando-se carbonatação porque o CO2 e o Ca(OH)2 são os gases
com maior incidência no processo.
A carbonatação reduz o pH do concreto para valores inferiores a 9, sendo que os
compostos hidratados mais sujeitos à carbonatação são o hidróxido de cálcio, o hidróxido de
sódio, o hidróxido de potássio e os silicatos alcalinos, conforme mostram as Equações 3.1 e
3.2 (SCHÖDER; SMOLCZYK, 1969 apud FIGUEIREDO, 2005).
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O Equação 3.1
CO2 + 2 Na, KOH Na2, K2CO3 + H2O Equação 3.2
Na verdade, para que ocorra a carbonatação, é necessário que o CO2 se difunda na fase
aquosa dos poros do concreto, o Ca(OH)2 se dissocie (Equação 3.3), depois o dióxido de
carbono se combina gerando formas de carbonato de cálcio (Equações 3.4 e 3.5)
(FIGUEIREDO, 2005).
Ca(OH)2 Ca2+ + 2OH- Equação 3.3 (na fase aquosa)
CO2 + 2OH- CO2-3 +H2O Equação 3.4 (solubilização do CO2)
Ca2+ + CO32- CaCO3 Equação 3.5 (carbonatação)
44
Os íons Ca2+ e OH- são obtidos pela dissolução do C-H e decomposição das fases
hidratadas de silicatos e aluminatos (FIGUEIREDO, 2005). O mesmo autor assegura que os
agentes agressivos penetram no concreto através de sua estrutura de poros e que esta
penetração pode se dar por um ou mais mecanismos de transporte. Além disso a frente de
carbonatação avança a partir da superfície, que separa duas zonas de pH muito distintas, uma
superior a 12 e outra próxima de 8, conforme indicado na Figura 3.5 (FIGUEIREDO, 1994).
Seguindo os princípios da termodinâmica e considerando uma situação de equilíbrio
ideal, teoricamente o concreto poderia ser completamente carbonatado. Contudo, o processo
de carbonatação no concreto está sujeito a uma barreira física, constituída pela rede de poros,
modificada ao longo do tempo em função da precipitação de carbonatos, e assim a
carbonatação, ou o avanço da frente carbonatação, ocorre sob uma velocidade decrescente
(NEVILLE, 1997), desenvolvendo-se sob uma determinada taxa, que sofre a influência de
diversos fatores (KULAKOWSKI, 2002).
Figura 3.5 – Avanço do Processo de Carbonatação (CEB-BI 152, 1984)
3.4.3 Fatores que influenciam na velocidade e profundidade de carbonatação
Os fatores que influenciam a velocidade e a profundidade da carbonatação podem ser
relativos ao meio ambiente ou ao concreto. A Tabela 3.2 mostra os principais fatores que
determinam a velocidade de penetração da frente de carbonatação.
45
Tabela 3.2 – Principais fatores que determinam a velocidade de penetração da frente de carbonatação (KAZMIERCZAK, 1995)
Fatores condicionantes Características influenciadas Concentração de CO2
- Mecanismo físico-químico - Velocidade de carbonatação
Umidade relativa do ambiente - Grau de saturação do poros - Velocidade de carbonatação
Condições de exposição
Temperatura - Velocidade de carbonatação Composição química do cimento: - Características do clínquer - Teor de adições
- Porosidade da pasta carbonada - Reserva alcalina
- Traço - Porosidade Características do concreto
Qualidade da execução: - Defeitos - Cuidados com a cura
- Porosidade - Grau de hidratação
3.4.3.1 Condições de exposição da estrutura
A condição de exposição da estrutura é classificada de acordo com a agressividade
ambiental e leva em conta o macro e o micro clima atuantes, conforme mostrado na Tabela
2.1. A norma ABNT - NBR 6118 (2003) leva em conta as condições de exposição da
estrutura na definição do tipo de concreto a ser utilizado.
3.4.3.2 Concentração de CO2
Kazmierczak (1995) afirma que, de acordo com a Lei de Fick, a difusão do CO2 se dá
na razão direta da concentração do gás na atmosfera. A velocidade do processo também é
maior em ambientes mais ricos de CO2, principalmente para concretos de alta relação
água/aglomerante (FIGUEIREDO, 1993).
Considera-se, normalmente, que a concentração de CO2 no ar pode variar de 0,03 a
0,05% em atmosferas rurais, de 0,1 a 1,2% em atmosferas de tráfego intenso e até 1,8% em
atmosferas viciadas (HELENE, 1986). A Tabela 3.3 apresenta a seguinte classificação de
agressividade ambiental.
46
Tabela 3.3 – Classificação do risco de deterioração da estrutura em função da agressividade do ambiente (HELENE, 1995)
Figueiredo (2005) afirma que em ambientes específicos (garagens, túneis e indústrias)
os valores de concentração podem ser superiores aos anteriormente apresentados. O
interessante é que as estruturas inseridas nestes ambientes são justamente as que,
normalmente, não recebem revestimentos, o que acelera o processo de carbonatação.
3.4.3.3 Umidade relativa do ambiente e saturação dos poros
A umidade relativa do ambiente exerce influência sobre a quantidade de água existente
nos poros de concreto e, por conseguinte, nos processos de transporte dos elementos
agressivos no interior do concreto e também no processo de corrosão em si.
A Figura 3.6 classifica a agressividade dos ambiente em função da umidade relativa do
ar.
Figura 3.6 – Grau de carbonatação em função da umidade relativa do ambiente
(VERBECK, 1950, apud CANOVAS, 1988)
47
Observam-se as maiores taxas de carbonatação entre 50 e 60%. Com unidades
relativas abaixo de 20% ou acima de 95% a carbonatação não ocorre ou ocorre muito
lentamente. Quando os poros estão secos o CO2 difunde sem dificuldade até o interior do
concreto. Porém, a ausência de água impedirá a reação de carbonatação. Quando os poros
estão saturados a frente de carbonatação não avança devido à baixa velocidade de difusão do
CO2 na água. Quando os poros estão parcialmente preenchidos a frente avançará dada
existência conjunta dos dois fatores, possibilidade de difusão do CO2 e água para as reações
de carbonatação (FIGUEIREDO, 2005).
Segundo Bakker (1988) a difusão do dióxido da carbono na fase líquida é em torno de
104 vezes mais lenta do que na fase gasosa. As Figuras 3.7, 3.8 e 3.9 mostram,
respectivamente, a representação esquemática da carbonatação parcial do concreto, com poros
totalmente secos, a representação esquemática da carbonatação parcial do concreto saturado
com água e a representação esquemática da carbonatação parcial do concreto com poros
parcialmente preenchidos com água.
Figura 3.7 – Representação esquemática da carbonatação parcial do concreto, com
poros totalmente secos (BAKKER, 1988)
Figura 3.8 – Representação esquemática da carbonatação parcial do concreto saturado
com água (BAKKER, 1988)
48
Figura 3.9 – Representação esquemática da carbonatação parcial do concreto com poros
parcialmente preenchidos com água (BAKKER, 1988)
3.4.3.4 Tipo e quantidade de cimento
O tipo de cimento empregado na fabricação do concreto tem uma influência capital na
carbonatação, já que a quantidade de compostos alcalinos para reagir com o gás carbônico é
função do tipo de cimento empregado na fabricação do concreto (KAZMIERCZAK, 1995).
Helene (1993) denomina de reserva alcalina este teor de álcalis disponível para
carbonatação e coloca que quanto maior a concentração de hidróxido de cálcio na solução
intersticial dos poros menor será a velocidade de penetração do CO2. Portanto, para a frente
de carbonatação avançar, primeiro é necessário que o CO2 rebaixe o pH dos poros e reaja com
todo o hidróxido de cálcio disponível para, então, continuar penetrando e precipitar o
carbonato de cálcio. Segundo o autor, cimentos com maior teor de C3S (tri-silicato de cálcio),
uma vez que liberam mais Ca(OH)2, apresentam espessura carbonatada menor quando
comparados aos demais cimentos, mantidas as mesmas condições de traço e exposição ao
ambiente.
É em função do conceito de reserva alcalina que alguns autores afirmam que concretos
com adições pozolânicas apresentam profundidades de carbonatação maiores do que a
profundidade de carbonatação obtida em concretos de cimento Portland comum, pois ocorre
uma diminuição no teor de álcalis quando a sílica reage com o Ca(OH)2, na reação pozolânica
(KULAKOWSKI, 2002).
Figueiredo et al., (1993) afirmam que os cimentos com adições apresentam
desempenho inferior ao cimento portland comum, no que se refere à carbonatação, afirmação
que Castro (2003) comprovou ser válida apenas para escória de alto forno, cinza de casca de
arroz e cinza volante, já que a sílica ativa e a metacaulinita mostraram maiores ganhos no
49
desempenho do concreto frente á carbonatação. Esse efeito, provavelmente, se dá pelo
refinamento da estrutura porosa no concreto com essas adições mais reativas.
Vaghetti e Isaia (1999) afirmam que ainda que com quantidades consideráveis de
adição pozolânica, o grau de carbonatação é inferior quando comparado a um concreto de
referência sem pozolana, para a mesma resistência. Os autores concluíram que existe
diferença de acordo com o tipo de pozolana e que a pozolana mais eficiente para inibição da
carbonatação foi a cinza de casca de arroz.
Azevedo (2001) observou em sua pesquisa que o concreto com cinza de casca de arroz
foi o que apresentou maiores profundidades de carbonatação, fazendo uma média dos valores
coletados em vários pontos do corpo-de-prova, seguido pelo concreto de escória de aciaria LD
e pelo de sílica ativa. Observou-se também que o concreto de referência apresentou menores
profundidades de carbonatação do que os concretos com adições. A Figura 3.10 traz um
gráfico com as profundidades de carbonatação para diferentes tipos de cimento.
Figura 3.10 – Profundidade de carbonatação medida em cinco pontos diferentes dos
corpos-de-prova (AZEVEDO, 2001)
A Figura 3.11 mostra a comparação entre a carbonatação do cimento comum e do
cimento com adição de cinza volante. Vê-se que a adição de cinza volante ao cimento fez com
que se aumentasse a carbonatação, o mesmo ocorrendo quando acontece um aumento, por
metro cúbico, da quantidade de cimento.
50
Figura 3.11 – Influência do tipo de cimento e sua quantidade sobre a profundidade de carbonatação (HO & LEWIS, 1987 apud FIGUEIREDO et al., 1993)
3.4.3.5 Relação água/aglomerante
A composição do traço está ligada ao tipo, quantidade e tamanho dos poros do
concreto, portanto, influencia na difusão do dióxido de carbono no interior do concreto.
(POWERS et al., 1974; POPOVICS, 1985 apud FIGUEIREDO et. al, 1993).
A relação a/c e a porosidade estão intimamente relacionadas. Papadakis et al. (1991
apud Pauletti 2004), colocam que, para um mesmo tipo de cimento, a distribuição de poros
depende primeiramente da relação a/c. O aumento da relação a/c aumenta a porosidade, que
aumenta a difusão, que aumenta a velocidade de carbonatação.
Conforme o ACI (1991), comitê 222, a baixa relação a/c diminui a difusão do CO2, do
O2, dos cloretos e aumenta a resistência mecânica, e, em conseqüência, o tempo para o ataque.
A Figura 3.12 mostra que quanto maior for a relação água/aglomerante, maior será a
facilidade do CO2 penetrar no concreto.
51
Figura 3.12 – Influência da relação água-cimento sobre a profundidade de carbonatação
para um concreto com 350 kg por cm2 de cimento e igual composição após três anos
(VENUAT, 1977 apud FIGUEIREDO et al., 1993)
3.4.3.6 Condições de cura
Métodos de cura eficientes melhoram a hidratação do cimento, produzindo concretos
menos porosos e menos permeáveis, portanto menos sujeitos à carbonatação. Quanto maior
for o grau de hidratação do cimento maior será a densificação da matriz e menor a taxa de
penetração de agentes agressivos. Em concretos com adições pozolânicas a cura é de
fundamental importância, sendo que de acordo com Helene (1993), uma boa e prolongada
cura úmida pode minimizar a aparente desvantagens de cimentos com adições, que possuem
menores reservas alcalinas.
Com relação à porosidade, Kulakowski (2002) afirma que os poros do concreto podem
ser classificados tanto em relação ao seu tamanho quanto em relação a sua capacidade de
impedir a percolação de fluidos, genericamente denominada permeabilidade. O tamanho dos
poros pode variar de mm a dimensões inferiores ao nm e, em ordem crescente, são
classificados como poros de gel, poros capilares e macroporos, estes últimos oriundos da
incorporação de ar. Em relação a sua permeabilidade, são classificados como poros abertos ou
fechados. Vários são os métodos para determinar as propriedades dos poros. A Tabela 3.4 traz
alguns métodos utilizados para a determinação das propriedades da estrutura de poros.
52
Tabela 3.4 – Métodos utilizados para a determinação das propriedades da estrutura de
poros (HAYES, 1978 apud KULAKOWSKI, 2002)
Estudos conduzidos para aferir a resistência à carbonatação em função das condições
de cura, normalmente utilizam períodos distintos de cura ou fazem uso de diferentes técnicas
de cura para estudo (FIGUEIREDO, 2005).
Kulakowski (2002) afirma que estudando o efeito do tempo de cura na carbonatação
de concretos com e sem escória de alto forno, empregando consumos de cimento entre 300 e
420kg/m³ e períodos de cura úmida de 1, 3 e 28 dias, Balayssac et al. (1995) constataram que
concretos com menor consumo de cimento, ou relação água/cimento mais elevada, são mais
sensíveis ao tempo de cura, sendo que a cura úmida por três dias mostrou-se mais indicada
para concretos com consumo de cimento acima de 380 kg/m³.
53
Constatou-se ainda que para concretos com consumo de cimento em torno de 350
kg/m³ aumentar o período de cura de 1 para 28 dias diminui pela metade a profundidade de
carbonatação, bem como que o incremento no período de cura é de fundamental importância
para assegurar a durabilidade em termos de carbonatação de concretos com escória de alto
forno.
3.4.3.7 Fissuras
Todos os processos anteriores válidos para os poros do concreto são também válidos
para as fissuras, sendo que através delas a frente de carbonatação poderá avançar mais
rapidamente pelo concreto (FIGUEIREDO, 2005).
A Figura 3.13 mostra um esquema do processo de penetração e difusão do CO2 através
de uma fissura e a reação de carbonatação do concreto.
Figura 3.13 – Representação esquemática da carbonatação no interior de uma fissura
(CEB/BI 152, 1984)
3.4.4 Velocidade de penetração do CO2 no concreto
Dada complexidade do processo de carbonatação, é muito difícil estabelecer um
modelo que leve em consideração todas variáveis envolvidas. O modelo clássico é o seguinte
mostrado na Equação 3.6.
54
e co = K CO2 √t Equação 3.6 onde:
eco2 é a profundidade de penetração do CO2 em mm;
K CO2 é a constante que depende das características do concreto; t é o tempo em anos.
Smolczyk (1968 apud Figueiredo, 2005) afirma que essa equação oferece pouca
divergência entre os dados teóricos e experimentais no intervalo de 5 a 30 anos. No entanto,
esta equação pode não ser tão eficiente em situações onde haja a influência de fatores
mutáveis com o tempo, tais quais a variação de porosidade em relação ao grau de hidratação e
ao conteúdo de umidade do concreto.
A Figura 3.14 mostra um esquema da evolução da carbonatação com o tempo.
Figura 3.14 – Representação esquemática da evolução da carbonatação com o tempo
(HELENE, 1993)
As peças de concreto umedecem muito mais rápido que secam em períodos de seca.
Pode-se notar que existe uma diferença, para um mesmo tipo de concreto, entre ambientes
internos e ambientes externos. Isso porque os concretos no exterior, submetidos a ciclos de
molhagem e secagem, permanecem mais tempo úmidos, condição na qual há uma
significativa redução da difusão do gás carbônico, reduzindo a velocidade de carbonatação
(HELENE, 1993).
55
Isaia (1995 apud Kulakowski, 2002), apresenta, na Tabela 3.5 um resumo de algumas
pesquisas conduzidas em um período de 10 anos, contendo relação água/cimento, período de
cura, concentração de CO2, umidade relativa, temperatura, período de exposição ao CO2 e
profundidade carbonatada.
Tabela 3.5 – Pesquisas conduzidas ao longo de 10 anos com concretos submetidos a
diferentes condições de composição, cura e exposição (ISAIA, 1995 apud
KULAKOWSKI, 2002)
Autores Ano a/c Cura (dias)
CO2 (%)
U.R. (%)
t (°C)
Tempo Exposição (semanas)
ec (mm)
Ho, Lewis 1983 0,53 7 4 50 20 8 7,1 Ho, Lewis 1987 0,50 7 4 50 23 1 e 16 2,8 e 11,2 Dhiretal 1989 0,50 6 4 50 20 20 11,2
Ohga, Nagataki 1989 0,50 7 7 50 40 1,4 e 9 4,9; 9,6 e 13,8
Kobayashi, Uno 1990 0,50 7 10 60 20 2,4,8 e 16 6,1; 7,7; 10,3 e
12,7
Papadakiset al. 1991 0,50 90 50 65 30 0,1; 0,4; 0,7; 1,4; 2,1
e 2,9
3,0;5,0; 8,0; 10,0; 12,0 e
15,0 Roper, Baweja 1991 0,49 1 12 50 - 4,3 6,0
Branca et al. 1992 0,50 7 30 75 20 4,3; 8, 6 e 17, 15 12,5; 19,3 e
25,8 Levy 1992 0,51 2 10 50-70 - 5,14 8,3
Nagataki, Ohga 1992 0,50 7 7 50 40 1;2;4;8 e 20 3,2; 4,1; 5,5;
7,2 e 13,4
Isaia 1994 0,50 7 10 60-70 24-28 4; 8; 12 e 16 7,1; 10; 13,5 e
16,5
3.4.5. Medida da profundidade de carbonatação
A comprovação ou não de áreas carbonatadas pode ser feita por ensaios qualitativos
tais como a microscopia, análise térmica diferencial ou difração de raios X, ou ensaios
qualitativos, tais como a termogravimetria, permitindo a identificação de diversos compostos
carbonatados ou não na pasta através da identificação de picos característicos de cada
decomposição (KAZMIERCZAK, 1995).
Mais comumente se utiliza a inspeção visual através de indicadores químicos de pH,
entre os quais se destacam a fenolftaleína, a timolftaleína e o amarelo de alisarina R, sendo a
fenolftaleína o indicador mais utilizado.
56
Procede-se a quebra de um pedaço da peça de concreto a ser analisada e faz-se a
aspersão do indicador, constatando visualmente a mudança de cor e a alteração ou não do pH
do concreto.
Na Tabela 3.6 estão mostrados as mudanças de cor, bem como os intervalos de pH em
que age cada um dos indicadores citados.
Tabela 3.6 – Mudanças de cor e intervalos de pH dos principais indicadores usados para
observação visual da área carbonatada (BASSET et. al, 1981)
INTERVALO DE MUDANÇA DE COR INDICADOR QUÍMICO
INTERVALO DE Ph MUDANÇA DE COR* SOLUÇÃO
FENOLFTALEÍNA [C6H4COOC(C6H4OH)2]
8,3 – 10,0 Incolor / vermelho
carmin
Dissolver 1g do reagente em 50 cm³ de etanol e diluir com
água até 100 cm³
TIMOLFTALEÍNA [C6H4COOC(C10H14O)2]
9,3 – 10,5 Incolor / azul Dissolver 0,4 g do reagente em 600 cm³ de etanol e diluir com
água até 1000 cm³ AMARELO DE ALIZARINA R
[ácido aranitrobenzeno-azosalicílico]
10,1 – 12,0 Amarelo / vermelho-
alaranjado
Dissolver 0,5 g do indicador em um litro de etanol a 80 por
cento
* os indicadores em solução assumem as cores citadas quando submetidos a ambientes cujo pH seja inferior ou superior ao intervalo de mudança de pH, respectivamente.
A avaliação da carbonatação pode também ser feita pela difração de raios-X,
análise térmica diferencial (ensaios qualitativos), variação de massa, termogravimetria
(análise quantitativa) e observação microscópica. A Figura 3.15 traz um esquema de registro
da profundidade carbonatada.
57
Figura 3.15 – Registro da profundidade carbonatada (CPC18/RILEM, 1988 apud
FIGUEIREDO, 2005)
58
4 REABILITAÇÃO DE ESTRUTURAS COM CORROSÃO NAS ARMAD URAS
Patologia é um termo emprestado da medicina para a engenharia e que quer dizer
estudo das doenças, seus sintomas e modificações que elas provocam no organismo.
No caso das estruturas de concreto armado, em função dos fatores já expostos, as
manifestações patológicas tiveram um acréscimo de casos registrados nos últimos anos, fato
que acabou impulsionando a pesquisa do tema.
Um sintoma é considerado patológico numa estrutura se ele compromete algumas
exigências da construção, sejam elas mecânicas, estéticas ou funcionais. Existe, portanto, uma
grande relação entre a patologia e o desempenho, já que a avaliação da manifestação
patológica é dependente do comportamento da estrutura em uso (ANDRADE & COSTA E
SILVA, 2005).
É importante, também, compreender a diferença entre sintoma, defeito e falha, e entre
reparo, reabilitação e reforço.
De acordo com Andrade & Costa e Silva (2005), enquanto sintoma é a indicação da
ocorrência de um defeito, defeito é a não conformidade da característica do material com sua
especificação e falha é qualquer irregularidade que possa impedir o normal funcionamento da
estrutura. Terapia é o conjunto de ações engendradas para solucionar a manifestação
patológica incidente.
O reparo é toda ação que visa devolver à estrutura sua condição de utilização prevista
no projeto original e perdida ao longo de sua vida útil. Nesse caso a estrutura não perde sua
capacidade portante e o reparo é realizado para restituir à estrutura parte da seção da armadura
ou do concreto perdidos devido à manifestações patológicas.
No caso da estrutura perder parte ou toda sua capacidade portante, realiza-se uma
recuperação, intervenção que restitui a capacidade portante original da estrutura, como por
exemplo a injeção de adesivo de base epóxi em fissuras. O reforço é empregado quando se
quer dar à estrutura uma capacidade portante maior do que aquela para qual ela foi projetada.
A origem das manifestações patológicas das estruturas pode estar relacionada à
existência de projetos fora de norma, avaliação insuficiente das condições de exposição da
estruturas, não previsão de problemas futuros e detalhes inexeqüíveis ou mal avaliados. As
manifestações patológicas também podem estar relacionadas, com problemas referentes aos
materiais com que o concreto armado foi executado, com a execução da estrutura, com a
59
utilização e com a manutenção da estrutura (PROPSTER, 1981 apud ANDRADE & COSTA
E SILVA, 2005).
A Figura 4.1 mostra que uma elevada porcentagem dos problemas patológicos que
acometem as estruturas de concreto armado ao longo de sua vida útil tem origem ou no
período de projeto ou no período de execução da estrutura sendo notados na etapa de
utilização das mesmas. As falhas de projeto e execução são em geral mais graves do que a má
qualidade do material ou o mau planejamento da execução. Do ponto de vista de custo é mais
compensador, portanto, investir-se no projeto para se evitar problemas futuros.
Figura 4.1 – Origens das manifestações patológicas com relação às etapas de produção e uso das obras civis de concreto armado (HELENE & FIGUEIREDO, 2003)
Os problemas patológicos em geral são evolutivos e tendem a se agravar, sendo que é muito
mais econômico investir-se na prevenção do que na correção das patologias das estruturas
(ARAÚJO, 2004).
4.1 ESTRATÉGIAS DE INTERVENÇÃO EM ESTRUTURAS COM CORROSÃO DAS
ARMADURAS
Para um correto diagnóstico da corrosão das armaduras, que muito facilitará a etapa
seguinte de definição da estratégia de intervenção, fazem-se necessários alguns
procedimentos.
Lichtenstein (1985) e Helene (1988) afirmam serem necessárias uma inspeção
preliminar, que se processa através de um exame visual a fim de caracterizar todos os
sintomas e uma série de pequenos ensaios que tem por objetivos demarcar o problema e traçar
uma estratégia para a segunda inspeção, detalhada, na qual se quantifica a extensão da
60
deterioração e se caracterizam os elementos da estrutura, e para cujo desenvolvimento são
requeridos uma ampla gama de ensaios.
Os métodos visuais indicam o problema e dão informações como a presença de
manchas e produtos de corrosão, cor desses produtos, se a corrosão é localizada ou
generalizada e presença de fissuras.
Os métodos eletroquímicos de diagnóstico são interessantes, já que muitos deles
podem ser realizados in situ e fornecem informações quanto ao estado superficial do aço, a
velocidade e o potencial de corrosão das armaduras.
Seguindo as inspeções vêm o diagnóstico, em que se define qual a manifestação
patológica em questão, suas origens, e mecanismo de ocorrência e depois o prognóstico, com
a definição das alternativas de intervenção (HELENE,1988).
A Tabela 4.1 apresenta um conjunto de ensaios que podem fornecer informações
necessárias para o diagnóstico preciso de casos de corrosão.
61
Tabela 4.1 – Métodos para avaliação das estruturas de concreto armado
(FIGUEIREDO, 1997)
Método/Norma Classificação Custo Velocidade do Resultado
Dano à Estrutura
Local de Realização de
Ensaio
Aplicação
Prova de Carga/NBR9607
Ensaio não destrutivo
Alto Moderada Nenhum In Loco Deformações
Detecção eletromagnética da posição da armadura e
avaliação do cobrimento
Ensaio não destrutivo
Baixo Rápida Nenhum In Loco
Profundidade de carbonatação
Ensaio Semi destrutivo
Baixo Rápida Pequeno In Loco
Causa e risco de corroção
Conteúdo e profundidade de
alcance de cloretos
Ensaio Semi destrutivo
Baixo Moderada Pequeno Laboratório Causa e risco de
corroção
Potencial de Corrosão
Ensaio Semi destrutivo
Moderado Rápida Pequeno In Loco Risco de corroção
Resistividade Ensaio Semi destrutivo
Moderado Rápida Pequeno-nenhum
In Loco Risco de corroção
Resistência de Polarização
Ensaio Semi destrutivo
Moderado-Alto Rápida Pequeno In Loco
Impedância Ensaio Semi destrutivo
Alto Lenta Pequeno Laboratório
Intensidade Galvânica
Ensaio Semi destrutivo
Moderado-Alto Rápida Pequeno Laboratório
Ruído Eletroquímico
Ensaio Semi destrutivo
Moderado-Alto Lenta Pequeno Laboratório
Velocidade de corrosão
Absorção Ensaio Semi destrutivo
Alto Lenta Moderado-pequeno
Laboratório
Permeabilidade a água e gases
Ensaio Semi destrutivo
Moderado Lenta Moderado-pequeno
Laboratório-In loco
Teor de umidade Ensaio Semi destrutivo
Baixo Moderada-lenta Pequeno Em Loco
Conteúdo de sulfatos
Ensaio Semi destrutivo
Baixo-moderado Moderada-lenta Moderado-pequeno
Laboratório
Radiográficos Ensaio não destrutivo
Alto Lenta Nenhum Laboratório
Causa e risco de deterioração do concreto e de
corrosão
Antes de qualquer intervenção em uma estrutura afetada é essencial determinar qual a
melhor estratégia a ser utilizada no caso estudado. O tipo da intervenção vai depender de
como a manifestação patológica está evoluindo.
Para cada caso estabelece-se uma alternativa de intervenção, que pode ser a proteção,
no caso de estruturas onde processo de corrosão ainda não se iniciou. A proteção retardará o
processo ingresso de agentes agressivos no interior do concreto, aumentando a vida útil das
estruturas.
Quando o processo corrosivo se encontra estabelecido, faz-se necessária uma
intervenção de reabilitação da mesma, que pode requerer tanto a execução de reparos
localizados, como uma recuperação completa da estrutura, ou mesmo reforço.
O projeto final de reabilitação de uma estrutura passa pela decisão entre reparar,
recuperar ou reforçar a mesma, e deve levar em conta fatores como a capacidade estrutural, a
62
durabilidade, a construtibilidade, a compatibilidade com a estrutura existente e com o meio e
o custo da intervenção.
Os reparos realizados muitas vezes não oferecem características de durabilidade de
compensem o custo da intervenção (HELENE, 1997) além do que podem apresentar vida útil
curta, inferior à da estrutura original. Isso se deve, em parte, e ao desconhecimento das
técnicas existentes, dos materiais e da forma adequada de se realizar o reparo (CÂNOVAS,
1988).
O esquema da Figura 4.2 elaborado por Helene (1988), abrange de condutas
necessárias diante de um caso de manifestação patológica.
Figura 4.2 – Fluxograma de atuação para resolução de problemas patológicos
(HELENE, 1988)
PROBLEMA PATOLÓGICO
VISTORIA NO LOCAL • Utilização dos sentidos humanos • utilização de instrumentos
ANAMNESE • Informações Gerais • Informações Normalizadas
EXAMES COMPLEMENTARES
• In Loco • Em laboratório
PESQUISA • Bibliográfica • Tecnológica • Científica
É possível diagnosticar?
É possível diagnosticar?
É possível diagnosticar?
DIAGNÓSTICO • Origens • Causas • Mecanismos de Ocorrência
PROGNÓSTICO22
ALTERNATIVAS DE INTERVENÇÃO
DEFINIÇÃO DE CONDUTA
• Colapso • Deterioração • Desempenho Insatisfatório
TERAPIA •Proteção • Reparo • Restrição de Uso
PESQUISA
EXECUÇÃO
AVALIAÇÃO
REGISTRO DO CASO
DESCONHECIDA
INSATISFATÓRIO
SATISFATÓRIO
CONHECIDA
INTERVIR NÃO INTERVIR
N N N
S S S
63
A Figura 4.3 mostra que a estratégia de intervenção pode ser dividida em três partes,
sendo que a primeira é o levantamento de subsídios, que consiste numa vistoria do problema e
anamnese específica. Nessa fase se levanta os dados básicos sobre a estrutura em si, como a
idade, os tipos de materiais empregados na execução e o processo construtivo e avalia-se os
problemas que possam estar contribuindo para a ocorrência dos problemas patológicos.
A segunda fase é a do diagnóstico, que é uma análise das causas e efeitos do fenômeno
estudado. Com base nos dados colhidos, passa-se à análise das possíveis causas do problema e
a realização de ensaios que possam fornecer outros subsídios.
Após o diagnóstico vem a definição de conduta que levanta as alternativas de intervenção
e prognósticos. De posse dos dados anteriormente levantados, define-se a estratégia de reparo,
ou não, da estrutura.
Figura 4.3 – Estrutura do método para resolução de problemas patológicos
(LICHTENSTEIN, 1985)
PROBLEMAS
VISTORIA NO LOCAL
ANAMNESE (história do edifício e do problema)
ENSAIO DE LABORATÓRIO
DIAGNÓSTICO
ALTERNATIVA DE INTERVENÇÃO - PROGNÓSTICO
DECISÃO DA TERAPIA
RESOLUÇÃO DO PROBLEMA
Levantamento De
Subsídios
Diagnóstico
Definição de Conduta
64
Existem formas de se proteger a armadura e o concreto antes do início do processo de
corrosão seja no caso de estruturas novas ou reabilitadas. As Figuras 4.4 e 4.5 exibem, de
acordo com as características de cada estrutura, os vários métodos de proteção existentes.
Essa proteção pode ser aplicada sobre a armadura (proteção direta) ou sobre o concreto
(proteção indireta).
Figura 4.4 – Método de proteção direta da armadura (HELENE, 1997)
Pode-se dividir os tipos de proteção direta em proteção catódica e barreiras físicas. As
proteções catódicas evitam eletroquimicamente a corrosão das armaduras e as barreiras físicas
são pinturas que criam uma película de proteção em torno das armaduras.
Para execução da proteção catódica não é necessária a retirada do concreto
contaminado, podendo-se utilizar o método para qualquer estrutura. São métodos, porém, que
PROTEÇÃO DIRETA
Catódica por corrente impressa
Catódica por ânodo de sacrifício
Barreira Física • Epóxi • PVC
Barreira Galvânica • Epóxi • PVC
CAMPO DE APLICAÇÃO
Qualquer estrutura desde que a armadura
esteja conectada e sem barreira física tipo PVC
ou epóxi
Estruturas em
ambiente úmido e com cloretos
Qualquer estrutura
Estruturas Novas
VANTAGENS Nenhuma
remoção de concreto
contaminado
Nenhuma remoção de
concreto contaminado
• Pouco efetiva
Método Tradicional
(obra)
Muito Efetiva
DESVANTAGENS Manutenção Permanente
Manutenção Permanente
• Obter a superfície do aço em condição de metal branco e seco • Redução da aderância aço-concreto • Não protege região não reparada
Difícil aplicação em obra de curto prazo
de execução
65
exigem permanente manutenção. As barreiras exigem a retirada da camada de cobrimento do
concreto, ou servem pra se utilizadas em estruturas novas.
Os métodos de proteção indireta podem ser divididos em métodos de repassivação,
inibidores de corrosão e revestimentos para superfície do concreto. Os métodos de
repassivação visam recuperar a película passivadora das armaduras perdida nos processos de
carbonatação ou ataque por cloretos.
Os inibidores de corrosão são incorporados à água de emassamento do concreto
visando evitar o desencadeamento do processo e os revestimento protegem a superfície,
tamponando poros e fissuras que são os caminhos de entrada do agentes agressivos.
Figura 4.5 – Método de proteção indireta da armadura, aplicados no concreto ou na sua
superfície (HELENE, 1997)
PROTEÇÃO INDIRETA
Argamassa e concreto de base
cimentícia
Realcalinização Eletroquímica
Extração Eletroquímica de
Cloretos
Inibidores de Corrosão
CAMPO DE APLICAÇÃO
Qualquer estrutura
Estruturas em
ambiente úmido e carbonatado
Estruturas em ambiente úmido e com cloretos
VANTAGENS Nenhuma
remoção de concreto
contaminado
Nenhuma remoção de
concreto contaminado
Método Tradicional
(obra)
São incorporados à
argamassa e adequados para
elevadas concentrações
de Cl -
DESVANTAGENS Remoção do concreto
contaminado (pode acelerar a
corrosão quando o agente agressivo não é
eliminado)
Dificuldade de Aplicação na
Obra
• Atuam Localmente • Efetividade duvidosa a longo prazo
REPASSIVAÇÃO
Revestimentos para a superfície
do concreto
Estruturas em ambiente úmido e com cloretos
Qualquer estrutura
• Renovação do aspecto Estético • Proteção Superficial
Dificuldade de Aplicação na
Obra
• Necessidade de manutenção. • A corrosão pode voltar se o agente agressivo não for eliminado
66
Na Figura 4.6, Helene (1997) apresenta os agentes que poderão causar problemas
patológicos durante ou após a intervenção corretiva e que devem ser considerados quando da
definição da estratégia de reparo a ser utilizada.
Figura 4.6 – Ações e fenômenos que devem ser considerados para reduzir os riscos de
falhas em uma intervenção (HELENE, 1997)
Os agentes agressivos continuarão a agir sobre a estrutura após sua reabilitação.
Alguns fatores são de difícil alteração como a ação das cargas em estruturas existentes. Os
sistemas a serem utilizados na reabilitação devem levar em conta a reincidência desses fatores
e outros como o efeito do envelhecimento da estrutura e a incompatibilidade que às vezes
acontece entre as três fases do sistema de reparo.
67
4.2 TIPOS DE REABILITAÇÕES
4.2.1 Reparo localizado e generalizado
Das técnicas existentes é a mais utilizada, consistindo em reparar ou recompor uma
determinada estrutura apenas em pontos ou regiões que apresentem problemas.
Um grande risco de se executar um reparo localizado é o de se inverter ou alterar a
polaridade da armadura. Regiões anódicas, antes do reparo, passam a ser catódicas e vice
versa. Neste caso ocorre um rápido e intenso processo de corrosão nessas novas regiões
anódicas nas primeiras idades após o reparo. A região anódica é a que sofre corrosão.
Esquema de Reparo Localizado de acordo com ANDRADE et. al, (1997):
• Remoção do concreto deteriorado e contaminado (marreta, ponteiro, maquita, etc)
• Exposição da armadura
• Limpeza da armadura – carbonatação: escova de aço, jato de areia. Cloretos:
Jateamento com água fria e depois água quente. Caso tenha havido mais de 10%
de perda de seção transversal da armadura deve-se substitui-la.
• Imprimação da Armadura (epóxi, argamassa com polímero)
• Execução de ponte de aderência (epóxi, SBR, acrílico)
• Aplicação de material de reparo (graute, argamassa com polímero e aditivo,
argamassa com inibidores de corrosão)
• Cura
• Aplicação de pintura protetora
A Figura 4.7 mostra um esquema de um sistema completo de reparo localizado.
68
Figura 4.7 – Esquema de um sistema completo de reparo localizado (ANDRADE et al.,
1997)
4.2.2 Inibidores de corrosão
São substâncias químicas que ao se dissolverem no eletrólito em concentrações
adequadas reduzem a velocidade de corrosão ou até eliminam a corrosão através do bloqueio
da atividade anódica, catódica ou ambas. Os inibidores de corrosão podem ser de natureza
orgânica ou inorgânica.
Aos inibidores é possível atribuir, algumas vezes, a função de manutenção da capa
passiva, impedindo a dissolução dos íons metálicos na água intersticial do concreto. Neste
caso, diz-se que os inibidores se adsorvem na superfície da armadura, reagindo e formando
uma capa protetora de óxidos. Logo, acredita-se que o mecanismo de ação dos inibidores é
mais atribuído à adsorção de seus íons sobre o metal do que a influencia dos compostos
provenientes das reações (PAZINI et al., 1998).
O uso dos inibidores está fundamentado nas vantagens fornecidas por estas
substâncias, como a relativa facilidade de utilização, podendo ser empregados tanto na água
de amassamento quanto diretamente na superfície do concreto, e a manutenção ínfima,
quando comparados à outras técnicas de reparo, ou em alguns casos nenhuma manutenção.
69
4.2.2.1 Inibidores inorgânicos
São sais utilizados incorporados à água de amassamento. Os mais comuns são o nitrito
de sódio, nitrito de cálcio, cromato de potássio e o molibnato de sódio.
Os inibidores inorgânicos mais utilizados são os nitritos, que possuem propriedades
anódicas oxidando o ferro e formando uma película protetora e aderente na armadura (LIMA,
1996).
4.2.2.2 Inibidores orgânicos
São utilizados inibidores à base de amina e ésteres.
Também formam uma película na armadura evitando sua corrosão. Os inibidores
podem ser empregados na prevenção ou reparo da corrosão.
Como prevenção os inibidores são adicionados na água de amassamento no momento
da fabricação do concreto sendo dosados, em geral, em função da massa de cimento.
Como reparo, os inibidores são pouco utilizados com essa finalidade. São adicionados
à argamassa de reparo, ou podem ser aplicados diretamente sobre o concreto endurecido, mas,
neste caso, não apresentam-se muito eficazes (GONÇALVES, 2003).
4.2.3 Proteção catódica
PANOSSIAN (1993) define a corrosão como “a transformação de um material pela
sua interação química ou eletroquímica com o meio em que se encontra”, definição que se
ajusta perfeitamente ao caso da proteção catódica, contrariando a falsa idéia de que corrosão é
sempre um fenômeno indesejável. Este é o único sistema real de controle da corrosão, a
corrosão não é totalmente interrompida, mas reduzida a níveis que garantam a vida útil da
estrutura de concreto armado (CYTED, 2000). No caso da proteção catódica, o fato do ânodo
de sacrifício oxidar, preferencialmente, é o que o torna adequado para o uso.
A técnica consiste na autopolarização dos metais do par galvânico através do contato
elétrico, tendendo a assumir um mesmo potencial. O potencial do metal mais nobre diminui
enquanto o do metal menos nobre aumenta. Em meios menos condutores, como o concreto, os
potenciais nunca se igualam, gerando uma diferença de potencial. Assim, se a polarização for
suficiente para fazer reduzir o potencial do metal mais nobre a valores abaixo do potencial de
70
“proteção” a proteção catódica estará funcionando. Teoricamente esse potencial poderia ser o
potencial de imunidade do ferro, condição que não irá ocorrer de forma natural (TULA &
OLIVEIRA, 2001).
4.2.3.1 Proteção catódica por corrente impressa
A malha utilizada deve ser de um material mais nobre que o aço. Quanto mais nobre
for o material, mais lenta será a corrosão e menos expansivo será o produto de corrosão. Ex:
titânio, aço inoxidável. A Figura 4.8 mostra um esquema simplificado de proteção catódica
por corrente impressa.
Figura 4.8 – Esquema simplificado de proteção catódica por corrente impressa (TULA
& HELENE, 2001)
O sistema consiste numa malha que é colocada sobre as peças de concreto a serem
protegidas. A malha é coberta por um material cimentício e ligada a uma fonte retificadora
que emite correntes de 3 a 20 mA/m2. Ocorre a oxidação da malha, que funciona como ânodo.
Oxidar significa perder elétrons, conseqüentemente massa. No cátodo ocorre a reação a
seguir.
Cátodo: 2H2O + O2 + 4e- 4 OH-
O sistema tem como características favoráveis o fato dos ânodos terem grande vida
útil, não há para o método limitação de tensão e o processo pode ser aplicados em grandes
71
áreas. Os custos, porém, são elevados, tanto o de instalação quanto o de manutenção, existe a
necessidade de uma fonte externa de corrente e trata-se de um sistema relativamente
complexo.
4.2.3.2 Proteção catódica por ânodo de sacrifício (proteção galvânica)
Neste caso, ao contrário da proteção por corrente impressa, utiliza-se um metal menos
nobre que o aço (zinco, alumínio) e não se utiliza uma fonte externa. Conecta-se, então, os
metais na armadura, de forma que se dê apenas no metal de sacrifício.
Esta técnica tem uma importante utilização e reparos localizados, juntamente com
inibidores de corrosão. Após a exposição das armaduras, conecta-se a ela mini ânodos de
sacrifício, evitando-se tanto a corrosão das armaduras, que já vinha ocorrendo, como a
inversão nas polaridades da armadura. A Figura 4.9 mostra um esquema simplificado do
método.
Figura 4.9 – Esquema simplificado de proteção catódica por ânodo de sacrifício (TULA
& HELENE, 2001)
O sistema apresenta um baixo custo de instalação e manutenção, não necessita de
fonte externa de corrente e é relativamente simples. Apresenta, porém, limitadas capacidades
de corrente e polarização e área de atuação também limitada.
72
4.2.4 Extração eletroquímica de cloretos
Também conhecida como dessalinização. A técnica consiste na remoção dos íons
cloreto do interior do concreto por migração e pode durar de 04 a 10 semanas. Antes do
tratamento deve-se remover qualquer tipo de pintura ou revestimento do concreto, além de se
reparar previamente áreas da estrutura que estejam danificadas, fissuradas ou com ninhos de
concretagem.
O processo de extração eletroquímica se assemelha ao de proteção catódica. Durante o
processo ocorre a migração de cátions do eletrólito para a armadura, e de ânions para o
eletrólito metálico (fluxo eletro osmótico), além da produção de hidroxilas na superfície da
armadura decorrente da eletrólise da água.
Para se verificar a eficiência do processo, deve-se fazer medidas de potencial de
corrosão antes e depois do processo. São vários os fatores que influem no tempo de
tratamento, como tipo de contaminação (de fora para dentro ou de dentro para fora), tipo de
sal, concentração do sal, qualidade do concreto, cobrimento, espessura de carbonatação,
temperatura, fluxo de corrente aplicado, resistividade do concreto (melhor quando a
resistividade for mais baixa).
Monteiro (2002) confirmou que as técnicas eletroquímicas de verificação do fim da
corrosão são eficazes quanto maior o tempo de “descanso” da armadura, já que os potenciais
ficam negativos (<-350 mV, Cu-CuSO4) após a realização do tratamento mesmo que os teores
de cloreto estejam baixos.
A Figura 4.10 mostra um esquema da extração eletroquímica de cloretos.
Figura 4.10 – Princípio da extração eletroquímica de cloretos (MIETZ, 1998)
73
4.2.5 Realcalinização do concreto carbonatado
A técnica de realcalinização tem por objetivo devolver ao concreto seu pH elevado,
em torno de 13,5. Quando isso acontece, a tendência à corrosão das armaduras ou o processo
que já se encontra instalado são interrompidos.
Assim, a realcalinização tanto pode ser utilizada como processo preventivo como
corretivo.
De acordo com Araújo (2004), existem três processos principais para o
restabelecimento da alcalinidade do concreto. O primeiro é através de absorção e difusão de
solução alcalina pelos poros do concreto, por ação capilar e de forças hidráulicas. A segunda é
através de reação catódica na superfície das armaduras, através de campo elétrico formado por
corrente elétrica induzida, e a terceira é através do transporte de solução alcalina para o
interior do concreto através do fluxo elétro-osmótico.
Mietz (1998) coloca que a forma mais eficaz de se restaurar a película passivadora das
armaduras é pela realcalinização eletroquímica, sendo que a formação da película depende
dos íons alcalinos introduzidos no concreto pelo processo.
Não existe ainda na literatura comprovação de que a realcalinização por absorção-
difusão leve à formação da película passivadora das armaduras, o que não inviabiliza sua
utilização no caso da prevenção da corrosão.
O tipo de eletrólito utilizado tem muita importância no resultado da técnica de
realcalinização, sendo que o carbonato de sódio é a substância tida como a mais vantajosa por
pesquisadores como Mietz (1998), Eggers & Oliveira (1997) e Banfill (1997).
4.2.5.1 Realcalinização passiva
Consiste na aplicação de um material cimentício, rico em álcalis, sobre a superfície do
concreto carbonatado. Os íons alcalinos migram por difusão para o interior do concreto até
atingir a armadura. O processo é lento, podendo levar anos para atravessar a frente de
carbonatação.
A técnica está baseada na elevada mobilidade dos íons hidroxila e em sua capacidade
de se movimentar de regiões de maior pH para regiões de menor pH, garantindo a
realcalinização até 2 cm (ANDRADE et al, 1997). A Figura 4.11 mostra o princípio da
realcalinização passiva.
74
Figura 4.11 – Princípio da realcalinização passiva (MATTILA & PENTTI, 1996)
Matilla & Pentti (1996) acreditam que o concreto realcalinizado por esse processo chegará
a ser tão perfeito quanto o não carbonatado, embora para isso não exista comprovação.
4.2.5.2 Realcalinização eletroquímica
Para compreensão da técnica é necessário esclarecer o mecanismo eletro-osmótico que
acontece no interior dos poros do concreto. Nos poros capilares existe uma camada dupla de
água aderidas ás paredes, sendo a camada interna fortemente aderida e a camada mais externa
não tão aderida. Quando aplica-se o campo elétrico, a água da camada menos aderida move-se
para o pólo, extraindo desta forma a água livre dos poros.
Como a concentração iônica da água contida nos capilares é baixa e o coeficiente
eletro-osmótico é inversamente proporcional à concentração iônica, o transporte eletro
osmótico tende a elevar a alcalinidade do concreto carbonatado (GONÇALVES et al., 2003).
O mecanismo da realcalinização eletroquímica assemelha-se à proteção catódica e à
EEC, sendo que o ânodo se constitui de uma malha condutora, geralmente de titânio, imersa
em eletrólito, normalmente polpa de celulose saturada de solução alcalina.
O tempo de aplicação do processo é de uma a duas semanas, e a corrente aplicada é de
0,2 a 8 A/m2, através de uma fonte retificadora. A Figura 4.12 mostra o princípio da
realcalinização eletroquímica.
75
Os íons alcalinos são transportados para o interior do concreto por meio do fluxo
eletroquímico osmótico, elevando o pH do concreto. A corrente é suspensa quando se atinge a
profundidade de realcalinização desejada, geralmente uma semana após iniciado o tratamento
com verificação através de indicadores químicos.
Para a eficácia do processo é necessário remover toda pintura ou revestimento
existente, bem como reparar o concreto danificado, fissurado ou com ninhos de concretagem .
Isso é feito para que não se comprometa a passagem uniforme do fluxo de corrente
(ANDRADE et. al, 2003).
4.2.5.3 Realcalinização por absorção / difusão
Consiste na introdução de uma substância alcalina para o interior do concreto por
absorção / difusão da solução, com participação das forças capilares e hidráulicas atuantes nos
poros do concreto. Não depende da aplicação de fluxo elétrico.
Teixeira (2002) realizou um estudo sobre a técnica, que se mostrou bastante eficiente
para realcalinizar o concreto carbonatado. A Figura 4.13 mostra o gráfico de realcalinização
por absorção/difusão em função do tempo para um concreto de relação água/cimento 0,4.
76
Figura 4.13 – Realcalinização por absorção/difusão para relação água cimento 0,4
(TEIXEIRA, 2002)
É uma metodologia ainda com pouca aplicação prática mas que pesquisas recentes
indicam ser muito eficiente (ARAÚJO, 2004), sendo que hoje são realizados estudos para
viabilizar o método (utilização de géis alcalinos). A Figura 4.14 traz um esquema de
realcalinização por absorção/difusão.
Sá (2006) concluiu que a realcalinização por absorção/difusão não leva à repassivação
das armaduras.
Figura 4.14 – Esquema da realcalinização por absorção/difusão
4.2.6 Efeitos colaterais da realcalinização eletroquímica
A realcalinização eletroquímica pode apresentar alguns efeitos colaterais.
77
A realcalinização eletroquímica aumenta a potencialidade da reação álcali agregado, já
que se está introduzindo álcalis no concreto, o que pode gerar problemas no caso de
agregados reativos.
Como a reação ocorre na armadura (reação catódica) leva à formação de gás
hidrogênio que, devido ao seu pequeno raio atômico, penetra na estrutura da armadura,
alterando as suas propriedades mecânicas, fazendo-a ficar quebradiça.
A aplicação de grandes densidades de corrente pode levar a este enfraquecimento
devido ao desprendimento de gás hidrogênio gerando pressões na zona de transição entre o
concreto e a armadura. O gás tem dificuldade de escapar pela porosidade do concreto, se
concentrando ao redor da armadura.
Pode acontecer perda de aderência entre o revestimento e o substrato (concreto
realcalinizado): esta possível perda se dá sobretudo devida à formação de eflorescências na
superfície do concreto realcalinizado.
Alterações nas propriedades físicas e químicas do concreto podem acontecer devidas à
introdução de nova substância no concreto.
A absorção capilar diminui devido à disposição de materiais nos poros do concreto.
4.2.7 Avaliação da eficiência da técnica de realcalinização
Para esta avaliação utilizam-se os parâmetros eletroquímicos (potencial de corrosão e
intensidade de corrente). O monitoramento contínuo mostra se o concreto voltou ou não à
condição de pouco risco de corrosão.
4.2.8. Durabilidade da realcalinização
Depende da durabilidade da passivação da armadura. Depende também do meio em
que a estrutura está inserida, se mais ou menos agressivo.
4.2.9. Custos de diversos métodos de reparo
Gonçalves (2003) fez uma estimativa aproximada de custos para diversos métodos de
reparo em euros. Os reparos localizados custam entre 50,00 a 500,00 euros por metro
quadrado de estrutura reparada. A realcalinização eletroquímica custa em torno de 100,00
euros por metro quadrado de estrutura realcalinizada. O custo da extração eletroquímica de
78
cloretos é de cerca de 150,00 euros por metro quadrado de estrutura trabalhada e a proteção
catódica de 100,00 a 300,00 euros por metro quadrado de estrutura reparada.
79
5 METODOLOGIA EXPERIMENTAL
No presente trabalho foi testado um produto, denominado Gel, saturado de solução
alcalina e quando colocado em contato com o concreto carbonatado serve de veículo para que
a solução penetre no concreto e elevando seu pH.
O gel foi caracterizado, teve suas propriedades analisadas e foi aplicado sobre alguns
corpos-de-prova e sobre uma estrutura carbonatada, sendo que os resultados de penetração da
solução nos concretos foram coletados, compilados e analisados.
5.1 VARIÁVEIS DEPENDENTES E INDEPENDENTES
5.1.1 Variáveis independentes
As variáveis independentes da pesquisa são o tipo de cimento, no caso o Cimento
Portland tipo CP II-Z, classe 32, por ser o cimento mais utilizado na região, o tipo de
agregado graúdo e miúdo, respectivamente, brita de origem micaxisto e do tipo 1 e a areia
média de leito de rio, a água potável, que foi fornecida pela companhia de distribuição de
água da região, e a relação água/cimento de 0,70. Foi escolhida esta relação água cimento
para seguir a relação água cimento utilizado por ARAÚJO (2004), facilitando a compreensão
dos resultados e porque a maioria das estruturas que necessitam intervenções de reabilitação
possuem elevadas relações água/cimento.
Outras características para os corpos-de-prova de concreto foram o teor de
argamassa, que ficou definido em torno de 57%, o abatimento de tronco de cone de 7 ± 1 cm
e, por último, a cura, que foi de 7 dias em câmara úmida para todos os corpos-de-prova
moldados no Laboratório de Materiais de Construção da Universidade Federal de Goiás
(LMC-UFG).
5.1.2 Variáveis dependentes
Nesta dissertação empregou-se, no que se refere ao desenvolvimento do gel, como
variáveis dependentes a perda de massa de solução do gel por evaporação em estufa, a massa
total de solução contida no gel a ser absorvida pelo concreto, a quantidade de solução aplicada
80
para “recarga” do gel durante o processo de realcalinização e a profundidade e velocidade de
realcalinização alcançada após a aplicação do gel.
No que se refere à realcalinização de concreto carbonatado, no caso dos corpos-
de-prova e da estrutura real, as variáveis dependentes foram a profundidade de carbonatação e
a profundidade e velocidade de penetração da frente de realcalinização
As variáveis mencionadas permitem a discussão técnica do produto testado como
forma de viabilizar a técnica de realcalinização por absorção/difusão para estruturas reais.
5.2 MATERIAIS E CORPOS-DE-PROVA
Foram moldados 16 corpos-de-prova prismáticos de 20x20x4cm, armados cada um
com uma barra de aço de 10 mm, com cobrimento de armadura de 1,50 cm, adequados à
utilização do equipamento GECOR 6 existente no LMC da UFG, o qual mede os parâmetros
eletroquímicos (Ecorr e icorr) das armaduras embebidas nos corpos-de-prova e a resistência
ôhmica. As dimensões dos corpos de prova foram escolhidas em função do aparelho GECOR
6 (diâmetro do anel 20 cm) e a espessura foi escolhida de forma a propiciar uma rápida
carbonatação e reabilitação do concreto.
O mesmo traço foi utilizado na moldagem de todos os corpos-de-prova, sendo este
traço, para efeito de comparação, o mesmo utilizado por Araújo (2004) para a moldagem de
seus corpos-de-prova. O traço em massa foi de 1:2,38:3,05:0,7. Os corpos-de-prova foram
monitorados por meio das medidas eletroquímicas de Ecorr (potencial de corrosão), icorr
(velocidade de corrosão) e Rohm (resistência ôhmica do concreto).
Foram moldados três corpos-de-prova cilíndricos para caracterização do concreto
quanto à resistência à compressão, tendo sido rompidos aos 7, 14 e 28 dias. As resistências
foram, respectivamente de 15,75 MPa, 18,22 MPa e 19,89 MPa.
A Tabela 5.1 apresenta a relação de todos os corpos-de-prova que foram moldados e
os procedimentos experimentais aplicados com cada um deles.
Tabela 5.1 – Procedimentos experimentais realizados com cada corpo-de-prova
PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS Resistência à Compressão Corpos-de-Prova
7d 14d 28d Passivação Carbonatação Realcalinização
Solução Realcalinização
Gel Adesividade
Natural
Reposição da Solução no
Gel
Carbonatação da Viga
Realcalinização da Viga
CP A x
CP B
CP
'S Ø
15
x30
cm
CP C x
CP 1 x x x x
CP 2 x x
CP 3 x x
CP 4 x
CP 5 x x x x
CP 6 x x
CP 7 x x
CP 8 x
CP 9 x x x x
CP 10 x
CP 11 x x x x
CP 12 x x x x
CP 13 x x x x
CP 14 x x x x (rompido)
CP 15 x
CP
'S 2
0X4X
4 cm
CP 16 x x x x (rompido)
7 pontos x
Vig
a
150 cm x
Dos dezesseis corpos-de-prova moldados, oito foram carbonatados. Dentre esses
oito, quatro foram realcalinizados com solução aquosa e quatro foram realcalinizados com
gel alcalino e os resultados de profundidade de realcalinização foram medidos para cada
corpo-de-prova.
Os corpos-de-prova prismáticos foram moldados em formas plastificadas, conforme
mostra a Figura 5.1.
Figura 5.1 – Formas plastificadas
5.3 EQUIPAMENTOS EMPREGADOS NOS PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
5.3.1 Medidor de intensidade de corrente de corrosão, potencial de corrosão e
resistência ôhmica (GECOR 6)
GECOR 6, fabricado pela James Instruments, é um equipamento que mede
os parâmetros eletroquímicos ligados à corrosão da armadura no concreto, por meio da
técnica de resistência de polarização ou da polarização linear, além da resistência ôhmica
superficial do concreto. É uma técnica não destrutiva que trabalha aplicando uma pequena
corrente na armadura e medindo as mudanças da célula de potencial com o auxílio de um
anel de guarda que delimita a área de estudo (GEOCISA, 1993).
Este equipamento possibilita medir, na área definida pelo anel de guarda, a
intensidade de corrente de corrosão (icorr), em µA/cm2, o potencial de corrosão (Ecorr) em
83
relação ao eletrodo cobre/sulfato de cobre, em mV, e a resistência elétrica do eletrólito
(Rohm), em kohm.
A Figura 5.2 mostra uma foto do equipamento.
Figura 5.2 – Aparelho GECOR 6 para realização de medidas eletroquímicas e de resistência ôhmica
5.3.1.1 Intensidade de corrente de corrosão (icorr)
Na superfície do metal em corrosão surgem duas regiões, uma anódica, onde
ocorre a oxidação, e outra catódica, de consumo dos elétrons, onde ocorre a redução de
alguma substância em meio aquoso, normalmente o oxigênio.
A icorr é obtida pela aplicação de uma pequena corrente na armadura, a fim de
quantificar a resistência à polarização (Rp) do metal.
A resistência de polarização é obtida da inclinação de uma rampa
potenciodinâmica (∆E/∆I) decorrente da imposição de uma polarização catódica inicial de
10 mV/minuto em torno do potencial de corrosão (ANDRADE et al., 1986). A Resistência
de polarização é obtida da pendente da curva formada pela variação da corrente (∆I) em
função da variação de potencial (∆E).
Rp = ∆E/ ∆I
84
A velocidade ou intensidade instantânea de corrosão (Icorr) é obtida a partir da
Resistência de Polarização e da aplicação da fórmula de STERN & GEARY (1957).
Icorr = B/Rp
B é a constante que varia em função das características do sistema metal/meio
e que dificilmente abandona o intervalo entre 13 e 52 mV.
Para o caso de armaduras embebidas no concreto ou em argamassa,
ANDRADE & GONZÁLEZ (1978) encontraram experimentalmente valores para “B”, que
levaram à obtenção de uma aceitável concordância entre as perdas de massa gravimétricas
e eletroquímicas. As discordâncias encontradas foram normalmente menores do que o
fator 2 sugerido por STERN & WEISET (1959).
Ao dividir a intensidade de corrosão, Icorr, pela área efetiva de estudo “A”,
obtem-se a densidade de corrosão icorr.
icorr = B/Rp.A
A densidade de corrosão, icorr, é obtida em µA/cm2, B é dado em mV, Rp é
dado em kΩ e A é dado em cm2.
A compensação da resistência ôhmica do concreto deve ser feita sob pena de
obter-se um valor de Resistência de Polarização superestimado e, em conseqüência,
valores de Icorr inferiores aos reais (ANDRADE et al., 1986).
Rp medida = Rohm + Rp real
A Tabela 5.2 mostra os critérios para avaliação dos resultados de velocidade de
corrosão.
85
Tabela 5.2 – Critérios para avaliar os resultados de velocidade de corrosão (CYTED, 1997)
5.3.1.2 Potencial de corrosão (Ecorr)
Trata-se de uma técnica de fácil aplicação, que dispensa o emprego de
aparelhos caros e sofisticados. Porém, apresenta a desvantagem de apenas fornecer uma
idéia relativa e aproximada do processo de corrosão instalado sobre a armadura, ou seja do
seu registro não se obtém nenhum dado quantitativo da cinética da corrosão
(FIGUEIREDO, 1999).
A medida do potencial de corrosão da armadura consiste no registro da
diferença de voltagem entre a armadura e um eletrodo de referência, sobre a superfície do
concreto. (FIGUEIREDO, 1999).
A Tabela 5.3 mostra os critérios para avaliação dos resultados de Ecorr.
Tabela 5.3 – Critérios para avaliar a corrosão através de medidas de
potencial de corrosão (ASTM C 876:1991)
5.3.1.3 Resistência ohmica (Rohm)
A resistência ôhmica é influenciada pela umidade contida nos poros do
concreto e serve como parâmetro de controle da velocidade de corrosão do aço no
86
concreto. A Equação 5.1 mostra a relação entre a resistência ôhmica e a resistividade do
concreto.
Rohm = (ρ.L) ⁄ A Equação 5.1
Onde,
Rohm é a resistência elétrica (ohm);
ρ é a resistividade elétrica (ohm.cm);
L é o comprimento do componente (cm); e
A é a área da seção transversal do componente (cm2).
5.3.2 Medidor de resistividade (WENNER)
Resistividade é um parâmetro, característico do concreto, importante na
avaliação da corrosão das armaduras das estruturas de concreto. Concretos com alta
resistividade oferecerão resistência ao fluxo de íons, mesmo em casos de despassivação
das armaduras, controlando a cinética da corrosão.
O Método dos Quatro Eletrodos, ou Método de WENNER, estabelece valores
que indicam o risco de corrosão da armadura devido à resistência que o eletrólito, no caso
o cobrimento do concreto, impõe à movimentação iônica necessária para o fechamento da
pilha de corrosão.
Para medida da resistividade usa-se um equipamento que utiliza o Método de
WENNER . A Figura 5.3 mostra uma foto do aparelho, modelo RM MKII da CNS Farnell.
Figura 5.3 - Medidor de resistividade superficial do concreto (Método de WENNER)
87
A Figura 5.4 mostra o esquema da medida de resistividade através do método dos
quatro eletrodos. A resistividade é obtida pelo emprego da equação 5.2.
ρ = 2 x π x l x V Equação 5.2
I Onde,
ρ é a resistividade elétrica (ohm.cm);
l é a distância entre os eletrodos (cm);
V é a voltagem medida entre os eletrodos centrais (volts); e
I é a corrente (Ampere).
Figura 5.4 – Esquema da medida da resistividade através do método dos quatro eletrodos (BUNGEY & MILLARD, 1996)
5.3.3 Câmara de carbonatação
Para o procedimento da carbonatação acelerada dos corpos-de-prova, foi utilizada a
câmara de carbonatação existente no LMC-UFG.
A concentração do gás carbônico no interior da câmara é de 100%, a umidade no
interior da câmara é de 60 ± 10% e a temperatura de 25 ± 5º C.
A câmara de carbonatação é de acrílico, com tampa e com um orifício em cada uma
das extremidades. Faz-se a renovação do gás carbônico no interior da câmara, através dos
orifícios, controlando-se a saída do gás com auxílio de uma solução alcalina, contendo
E L E T R O D O S P O N T E IR A S D E A Ç O
D
L L L
i
V
A
88
fenolftaleína, colocada em um recipiente incolor. Inicialmente a solução apresenta
coloração vermelho carmim.
Coloca-se a mangueira de saída de gás no interior do recipiente e injeta-se o gás
carbônico na outra extremidade. A carbonatação da solução alcalina é comprovada com a
mudança de cor da solução com fenolftaleína e é o indicativo de que a câmara de
carbonatação está saturada de CO2. O ácido sulfúrico serve para corrigir a umidade da
câmara que tende a subir no decorrer do processo. A Figura 5.5 traz uma foto e um
esquema e uma foto da câmara de carbonatação empregada.
Figura 5.5 – Esquema (a) e foto (b) da câmara de carbonatação utilizada para a carbonatação dos corpos-de-prova
5.4 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
5.4.1 Passivação das armaduras
Num primeiro momento da pesquisa aferiu-se a passivação das armaduras, ou seja,
a formação da película passivadora na armadura imersa no concreto. Sabe-se que a solução
contida nos poros do concreto contém íons OH-, Ca++, Na+, K+ e SO4-. Sua alta
alcalinidade deve-se aos íons OH-, Ca++, Na+, K+. A alcalinidade gerada apresenta um pH
entre 12,7 e 13,8 (LONGUET et al., 1973), sendo responsável pela formação da película
de passivação da armadura.
89
Sato (1978 apud Helene, 1993), afirma que a película passivadora é constituída por
um filme transparente, fino, aderente e estável, e que é composto por duas camadas de
óxidos, uma interna, onde predomina o Fe3O4 e outra externa de γ-Fe2O3.
Foi feita a monitoração dos critérios eletroquímicos das armaduras de oito dos
corpos-de-prova prismáticos. As medidas de intensidade de corrente de corrosão (icorr),
potencial de corrosão (Ecorr) e resistência ôhmica foram feitas com o equipamento
GECOR 6 e a resistividade foi obtida com o equipamento RM MKII da CNS Farnnel, até
concluir-se que a película passivadora das armaduras fora formada. A Figura 5.6 mostra
um dos momentos de realização de uma medida feita com o GECOR 6.
Os resultados obtidos encontram-se no Item 6.1 do Capítulo 6.
Figura 5.6 - Medidas Eletroquímicas
5.4.2 Carbonatação dos corpos-de-prova
Após a comprovação da passivação das armaduras (Item 6.1) os oito corpos-de-
prova prismáticos mencionados no Item 5.2, que tiveram a passivação de suas armaduras
comprovadas, por meio de parâmetros eletroquímicos, e os outros oito corpos-de-prova
que não foram eletroquimicamente monitorados foram submetidos à carbonatação
acelerada na câmara de carbonatação.
90
Para tal, os corpos-de-prova foram colocados no interior da câmara de
carbonatação mostrada no Item 5.3.3, que teve seu volume preenchido com gás carbônico.
De acordo com a pesquisa de Araújo (2004), que utilizou corpos-de-prova
moldados com concreto de mesmo traço, porém com uma espessura maior (6,00 cm) , após
120 dias na câmara pode-se considerar a total carbonatação dos mesmos. Utilizou-se esse
parâmetro como referência para o prazo de carbonatação dos corpos-de-prova. Além desse
parâmetro para controle do processo de carbonatação, também comprovou-se a
carbonatação pela aspersão da fenolftaleína.
A Figura 5.7 mostra um dos momentos da realização do ensaio.
Figura 5.7 - Corpo-de-prova totalmente carbonatado
Após comprovada a carbonatação, os 16 corpos-de-prova foram colocados na
câmara úmida, para favorecer a corrosão das armaduras e lá permaneceram por 180 dias a
fim de dar prosseguimento ao processo de corrosão das armaduras.
5.4.3 Realcalinização dos corpos-de-prova com a utilização da solução alcalina
Quatro dos corpos-de-prova prismáticos, anteriormente descritos, foram
submetidos ao processo de realcalinização com a utilização de solução alcalina.
91
Antes de ser realcalinizados, os corpos-de-prova foram retirados da câmara úmida e
levados de volta para a sala climatizada e deixados em repouso por alguns dias para efeito
de estabilização de massa e equilíbrio da umidade interna dos corpos-de-prova com a
umidade do meio ambiente. O Item 6.3 mostra a evolução da massa dos corpos-de-prova à
medida que eles iam perdendo umidade.
A realcalinização foi feita através da imersão dos corpos-de-prova em solução rica
em álcalis, de forma a permitir a absorção e a difusão destes elemento através do concreto.
A solução alcalina utilizada possui a composição mostrada na Tabela 5.4.
Tabela 5.4 – Composição química da solução alcalina (ARAÚJO, 2004)
Solução Alcalina Na2CO3 NaOH KOH pH
1g / 100 ml 1,5 g / ml 5 g / ml 13
A definição da solução empregada foi baseada nas dissertações de TEIXEIRA
(2002) e ARAÙJO (2004), sendo a solução que apresentava uma tendência mais acentuada
à repassivação das armaduras nos corpos de prova testados pela autora.
ARAÚJO (2004) trabalhou com três soluções, mostradas na Tabela 5.5. São todas
soluções altamente alcalinas, de pH 12 ou 13, de grande mobilidade iônica e que, nas
concentrações sugeridas, não apresentaram cristalizações de sais nos poros do concreto.
Tabela 5.5 – Concentrações de algumas soluções utilizadas na realcalinização de
corpos-de-prova de concreto (ARAÚJO, 2004)
A concentração adotada baseou-se na solubilidade dos compostos, mostrada na
Tabela 5.6.
92
Tabela 5.6 – Solubilidade dos compostos em gramas/ml (WEAST et al. 1964)
Para averiguação da realcalinização do concreto carbonatado um dos quatro
corpos-de-prova teve seus cantos fraturados, sendo aspergida uma solução alcoólica de
timolftaleína na seção fraturada e medida a profundidade de penetração da solução. A
timolftaleína foi utilizada para averiguar a realcalinização porque seu ponto de viragem é
mais alto (pH de 9,3 a 10,5) o que configura com certeza a realcalinização do concreto.
Com os resultados obtidos durante o processo de realcalinização foi traçada uma curva de
penetração da solução nos poros do concreto, diariamente, denominada frente de avanço
de realcalinização. A Figura 5.8 mostra os corpos-de-prova imersos em solução alcalina.
Figura 5.8 - Corpos-de-prova na solução alcalina
Os resultados obtidos estão no Item 6.3.
93
5.4.4 Realcalinização dos corpos-de-prova com gel alcalino
5.4.4.1 Desenvolvimento e composição do gel
O gel utilizado é composto por uma massa à base de polímeros e vermiculita, o que
lhe confere características semelhantes à argamassa de cimento e areia, no que tange à
aplicabilidade, sendo um material aderente e plástico.
Utilizou-se o gel como um veículo de contato entre a solução alcalina e a superfície
porosa do concreto, de forma que, diariamente, renovava-se a concentração da solução
alcalina no gel. O Item 6.4.3 mostra como foi determinada a quantidade de reposição de
solução alcalina no gel.
A solução utilizada para saturar o gel é a mesma solução empregada na
realcalinização por imersão em solução alcalina (Item 5.4.3).
Antes da aplicação do gel nos concretos carbonatados foi realizada uma série de
avaliações iniciais para determinar alguns parâmetros de utilização do produto.
5.4.4.2 Avaliação da consistência (Flow-Table) e quantidade de solução no gel com
consistência ideal
A avaliação a seguir apresentada teve por objetivos determinar a consistência ideal
de aplicação do gel e o percentual de solução presente no gel com a consistência ideal de
aplicação. Inicialmente separou-se uma amostra de 1000 g do gel que se encontrava
embalado com a consistência inicial do balde. O teste foi um teste de desenvolvimento. O
gel se encontrava embalado numa consistência aleatória.
Paulatinamente foi se acrescentando solução ao gel, até que ele adquirisse uma
consistência com as características ideais para aplicação. Verificou-se que o gel com a
consistência ideal, ao ser aplicado sobre uma espátula metálica em uma camada de 1,00
cm, permanecia aderido à parede da ferramenta. Essa característica é importante uma vez
que o gel deve ficar aderido ao concreto durante o processo de realcalinização. A Figura
5.9 mostra o gel aderido sobre uma espátula metálica.
94
Figura 5.9 - Consistência ideal de aplicação do gel
A consistência acima foi considerada ideal para utilização na prática, já que,
aderindo à superfície metálica, muito mais lisa do que uma superfície de concreto, o gel
certamente aderiria a qualquer peça de concreto armado.
Com o gel nesta condição foi realizado o ensaio da “flow-table” com o volume de
gel correspondente a uma massa de 1000 g, resultando uma área circular de 23 cm de
diâmetro, conforme ilustra a Figura 5.10.
95
Figura 5.10 - Teste de flow-table do gel
A seguir uma amostra de 100 g de gel na consistência acima mostrada, considerada
ideal de utilização, foi separada para realização do ensaio de determinação da quantidade
de solução presente no gel com tal consistência.
As 100 g de gel preparados foram colocados na estufa, à temperatura de 50o C, e
pesados de hora em hora, até estabilização da massa. Dessa forma foi determinada a
porcentagem de solução presente em uma amostra na consistência ideal de utilização.
Os resultados da avaliação descritas encontram-se no Item 6.4.1.
5.4.4.3 Adesividade natural do gel
Para este ensaio foi preparada uma amostra de gel com a consistência ideal que
cobrisse a superfície de um corpo-de-prova prismático de concreto de dimensões 20x20x4
cm. O corpo-de-prova se encontrava completamente carbonatado e com suas faces lisas.
Foram utilizados dois corpos-de-prova carbonatados, sendo que um ficou
submetido às condições de laboratório e o outro ficou sujeito às intempéries.
O gel foi retirado do balde, corrigido para que atingisse a consistência ideal e
imediatamente aplicado, estando o corpo-de-prova na posição vertical, com o auxílio de
uma espátula metálica, até atingir uma espessura de aproximadamente 1 cm.
23cm
96
Foram aferidas as condições de adesão do gel aos corpos-de-prova com 24, 48 e 72
horas. A Figura 5.11 mostra o gel aderido aos corpos-de-prova após 24 horas de aplicação
na sala climatizada. A Figura 5.12 mostra o gel exposto às intempéries após 24 horas de
aplicação.
Figura 5.11 - Gel aplicado nos corpos-de-prova após 24 horas na sala climatizada
97
Figura 5.12 - Gel aplicado no corpo-de-prova após 24 horas exposto à intempérie
5.4.4.4 Determinação da quantidade de reposição da solução no gel
Foram preparados dois corpos-de-prova, prismáticos, com a superfície carbonatada,
e com dimensões de 20x20x4 cm. Um dos corpos-de-prova foi envolvido com o gel na
consistência ideal de aplicação e deixado no ambiente do laboratório (corpo-de-prova cp6
– Tabela 5.1). O outro corpo-de-prova (corpo-de-prova cp7 – Tabela 5.1) foi envolvido
com o gel e em seguida envolvido em um filme plástico para evitar a evaporação da
solução alcalina contida no gel.
Inicialmente o gel foi retirado da embalagem e preparado para ficar com a
consistência ideal para a aplicação . Foi separada uma amostra de gel suficiente para cobrir
cada uma das faces de cada corpo-de-prova com uma camada de 1,00 cm, consumindo,
aproximadamente, 500 gramas de produto. A Figura 5.13 mostra a preparação do gel para
aplicação.
98
Figura 5.13 - Preparação do gel para aplicação
A seguir os dois corpos-de-prova foram cobertos com o gel, com auxílio de colher
de pedreiro de aço e guias de madeira, de modo que uma das faces de cada corpo-de-prova
ficou coberta por uma camada de 1,00 cm do produto. Desta forma, obteve-se a quantidade
necessária de gel necessária para cobrir com uma camada de 1,00 cm a superfície dos
corpos-de-prova. Estes resultados são importantes para a obtenção do rendimento do
produto, facilitando a obtenção de quantitativos de material a ser aplicado por unidade de
área.
A seguir, essa quantidade de gel foi removida e pesada, aferindo-se, assim, a massa
necessária de gel a ser aplicada. O gel foi reaplicado e os corpos foram deixados em
repouso por uma hora, sendo novamente removido com colher de pedreiro metálica,
pesado e reaplicado.
Este procedimento foi realizado de hora em hora durante 12 horas, e depois o gel
foi deixado em descanso por mais 12 horas, sendo removido e pesado ao final de 24 horas.
Os corpos-de-prova absorveram uma parte da solução contida no gel e outra parte foi
perdida por evaporação. A diferença de massa entre o gel aplicado inicialmente e
removido ao final do experimento é a quantidade perdida de solução. Desta forma, aferiu-
se a quantidade de solução absorvida pelos corpos-de-prova e perdida por evaporação nas
primeiras 24 horas de aplicação do produto, uma vez que um dos corpos-de-prova, por
99
estar envolvido com um filme plástico, não permitia a evaporação da solução mas somente
a absorção pelo concreto.
Os resultados desta avaliação encontram-se no Item 6.4.3.
5.4.4.5 Realcalinização com o gel
O gel foi aplicado em corpos-de-prova prismáticos carbonatados de 20x20x4 cm.
Inicialmente, os corpos-de-prova se encontravam na câmara úmida, de onde foram
retirados para a realização dos ensaios.
Esperou-se alguns dias até a estabilização da massa, com a qual foi iniciado o
processo de realcalinização dos mesmos.
Os corpos-de-prova, num total de quatro unidades, receberam uma camada de gel
alcalino de 1,00 cm, devidamente preparado na consistência ideal, nas suas duas faces de
maior área e na sua face superior, conforme mostra a Figura 5.14.
Figura 5.14 - Corpos-de-prova cobertos de gel
A aplicação foi feita com colher de pedreiro, da mesma forma que se aplica
argamassa, com movimento de compactação da massa de encontro à parede do corpo-de-
prova, combinado com movimento giratório da colher metálica de pedreiro. Foram
utilizadas guias de madeira como taliscas para garantir a espessura de 1,00 cm.
100
Após a aplicação, com uma espessura de camada de 1,00 cm, o gel foi removido,
pesado e preparado, com acréscimo de solução, conforme já mostrado no Item 5.4.4.2,
para atingir sua consistência ideal. Não se conhecia a massa de gel que geraria uma
espessura de 1,00 cm, por isso o gel foi removido, pesado e reaplicado.
Os corpos-de-prova foram mantidos de pé e de 24 em 24 horas o gel recebeu
aspersão de metade de sua massa inicial na forma de solução alcalina, uma vez que
constatou-se que ele perde aproximadamente esta quantidade de solução em 24 horas para
o corpo-de-prova e para o ambiente, em quantidades proporcionais à massa de solução
alcalina aplicada em cada face dos corpos-de-prova.
Diariamente, um dos corpos-de-prova teve seus cantos quebrados para o
monitoramento da penetração da solução alcalina, por meio de medição de profundidade
de realcalinização com auxílio de solução alcoólica de timolftaleína.
Os resultados do avanço da frente de realcalinização encontram-se no Item 6.4.4.
5.5 APLICAÇÃO DO GEL EM ESTRUTURA REAL
Uma estrutura real foi escolhida para aplicação do gel alcalino. Essa estrutura
consiste em um pórtico localizado no próprio terreno da UFG, composto por vigas e
pilares de concreto. A Figura 5.15 mostra o pórtico onde o gel foi aplicado.
Figura 5.15 - Pórtico de concreto onde foi aplicado o gel alcalino
101
Uma das vigas do pórtico, de seção 30x20 cm, foi escolhida para os ensaios. A
viga foi caracterizada, apresentando uma resistência a 28 dias de 15 MPa (PRADO, 2006).
Essa viga foi inicialmente fraturada em sete lugares para constatação da carbonatação do
concreto. A profundidade de carbonatação foi medida com auxílio de solução alcoólica de
fenolftaleína, que tem um ponto de viragem mais baixo que a timolftaleína (pH 8,3 a 10,0)
e foi feita uma média aritmética da profundidade da frente de carbonatação. Os resultados
encontram-se no Item 6.5.
Em seguida a viga foi coberta ao longo de metade de sua extensão (150 cm), em
duas de suas faces, a face superior e uma das laterais por uma camada de 1,00 cm de gel
alcalino, perfazendo uma área de aplicação de 0,90 m2. A espessura de 1,00 cm foi
alcançada com o auxílio de vergalhões de aço de 10 mm usados como taliscas. A Figura
5.16 mostra a aplicação do gel na estrutura.
Figura 5.16 – Aplicação do gel em estrutura real
A aplicação foi feita com colher de pedreiro, da mesma forma que se aplica
argamassa, com movimento de compactação da massa de encontro à parede do corpo-de-
prova, combinado com movimento giratório da colher metálica.
102
Após o cobrimento total da região estudada, o gel foi retirado, pesado, conforme o
anteriormente descrito, com acréscimo de solução para se alcançar a consistência ideal do
produto, sendo novamente aplicado.
De 24 em 24 horas, o gel aderido recebeu aspersão de uma massa de solução
alcalina igual à metade da massa inicial do gel e foi feita uma leitura da profundidade de
realcalinização, quebrando-se as quinas da viga, com cuidado para não haver
contaminação, e medindo-se a profundidade da realcalinização com auxílio de uma
solução alcoólica de timolftaleína. A Figura 5.17 mostra a viga coberta pelo gel alcalino.
Figura 5.17 – Gel aplicado em estrutura real
Os resultados do avanço da frente de realcalinização na estrutura encontram-se no
Item 6.5.
103
6 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS
6.1 PASSIVAÇÃO DAS ARMADURAS
A formação da película passivadora não se dá imediatamente após a concretagem.
É necessário algum tempo para a formação do filme de óxidos ao redor da armadura. No
caso do concreto aqui estudado foram necessários 45 dias para constatação da formação da
película passivadora.
Essa constatação foi conseguida através do monitoramento das medidas
eletroquímicas de potencial de corrosão (Ecorr > -200 mV) e dos valores baixos de
intensidade de corrente de corrosão (icorr < 0,1 µA/cm2).
Constatada a formação da película passivadora foi dado início ao processo de
carbonatação acelerada. A Figuras 6.1 e 6.2 mostram, respectivamente, o comportamento
dos parâmetros eletroquímicos do concreto (Ecorr e icorr).
-500,0
-450,0
-400,0
-350,0
-300,0
-250,0
-200,0
-150,0
-100,0
-50,0
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
Tempo (dias)
Eco
rr (
mV
)
cp16
cp13
cp9
cp1
cp5
cp11
cp12
cp14
Figura 6.1 – Comportamento do potencial de corrosão versus tempo durante o período de passivação e carbonatação
Passivação Câmara Úmida
Prob. de corrosão <5%
Prob. de corrosão 50%
Prob. de corrosão >95%
7 29 45 55 73 95 115 121
Carbonatação
104
0,001
0,010
0,100
1,000
10,000
7 29 45 55 73 89 103 121
Tempo (dias)
icor
r(µ
A/c
m2)
cp16
cp13
cp9
cp1
cp5
cp11
cp12
cp14
Velocidade de corrosão muito elevada (> 1,0µA/cm2)
Velocidade de corrosão elevada ( 0,5 - 1,0µA/cm2)
Velocidade de corrosão moderada ( 0,1-0,5µA/cm2)
PassivaçãoCâmara Úmida
Carbonatação
Figura 6.2 – Comportamento da velocidade de corrosão versus tempo durante o período de passivação e carbonatação
6.2 CARBONATAÇÃO DOS CORPOS-DE-PROVA E DESPASSIVAÇÃO DA
ARMADURA
Com 71 dias de moldagem e 24 dias na câmara de carbonatação, de acordo com o
Item 5.4.2, foi escolhido um dos corpos-de-prova que teve um de seus cantos fraturado e
neste canto foi aspergida solução alcoólica de fenolftaleína. Assim, se constatou-se a
diminuição do pH do concreto a nível das armaduras, caracterizando a carbonatação da
peça.
Os corpos-de-prova foram então colocados na câmara úmida para prosseguimento
do processo de corrosão.
6.3 REALCALINIZAÇÃO DO CONCRETO UTILIZANDO SOLUÇÃO ALCALINA
Dos oito corpos-de-prova carbonatados retirados da câmara úmida, quatro foram
submetidos à realcalinização utilizando solução alcalina. Após serem retirados da câmara
úmida, os corpos-de-prova foram colocados em uma sala climatizada (temperatura 25º C ±
5º C e umidade 50% ± 10%).
Velocidade de corrosão desprezível (<0,1µA⁄cm2)
Carbonatação
Sala Climatizada
105
Para comprovar a secagem dos corpos-de-prova e o equilíbrio com a umidade da
sala climatizada, os corpos-de-prova foram diariamente pesados até obter-se a
estabilização de massa, de acordo com a Tabela 6.1.
Tabela 6.1 - Tabela de pesos dos corpos-de-prova dia a dia na sala climatizada
CP DIA
1 3 6 8 11 14 16 18 22 26
01 445 441 438 435 433 432 432 432 432 432 05 425 424 420 417 415 414 414 414 414 414 09 419 418 416 414 412 412 412 412 412 412 11 427 424 420 417 414 413 413 413 413 413 12 431 428 423 420 415 413 410 410 410 410 13 417 413 411 407 406 406 406 406 406 406 14 419 418 415 412 408 405 404 404 404 404 16 410 408 405 401 399 395 394 394 394 394
Após a obtenção de pelo menos quatro medidas seguidas iguais, considerou-se que
a massa dos corpos-de-prova estava estabilizada.
Após a estabilização de massa, quatro dos corpos-de-prova foram colocados em
uma solução alcalina composta por hidróxido de potássio, carbonato de cálcio e hidróxido
de cálcio. Os corpos-de-prova foram sendo fraturados para medição, com timolftaleína, da
penetração da solução alcalina. A Tabela 6.2 e a Figura 6.3 mostram o avanço da frente de
realcalinização obtida no ensaio.
Tabela 6.2 - Penetração da frente de realcalinização por dia
PENETRAÇÃO DA SOLUÇÃO
ALCALINA (CM) DIA 1 0,40 DIA 2 0,70 DIA 3 1,00 DIA 4 1,20 DIA 5 1,50
106
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1 2 3 4 5
dias
cm Penetração por Dia
Figura 6.3 - Penetração da frente de realcalinização
O gel mostrou uma penetração de 1,50 cm em 5 dias, ou seja 0,30 cm por dia.
Utilizando-se a Equação 6.1, que é utilizada para representar o avanço da frente de
carbonatação, tem-se o seguinte resultado:
Crealcalinização = k √t (Equação 6.1)
onde:
Crealcalinização é a profundidade de realcalinização em mm
t é o tempo em anos
k = 128,20
Um cobrimento de 25 mm, o mínimo previsto pela Norma Brasileira NBR 6118-
2003 (ABNT, 2003), resultaria, utilizando a constante k = 128,20, um tempo de
realcalinização de 13,90 dias.
107
6.4 REALCALINIZAÇÃO DOS CORPOS-DE-PROVA COM GEL ALCALINO
6.4.1 Determinação da consistência ideal e da quantidade de solução no gel com
consistência ideal
Para que a massa de 1000 g de gel adquirisse a consistência ideal de aplicação, foi
necessário adicionar 335 g de solução alcalina composta por 1g/100ml de Na2CO3, 1,5
g/100ml de NaOH e 5 g/100 ml de KOH. Dessa forma o gel resultante ficou com a
consistência requerida, apresentando flow-table de 23 cm e ficando aderida na parede da
colher metálica (Figuras 5.11 e 5.12) Esses resultados apresentam relevante importância no
controle de qualidade do gel alcalino.
A seguir, do gel resultante foi retirada uma amostra de 100 g que foi colocada na
estufa a 50o C e teve sua massa medida, até a estabilização da mesma, durante 12 horas, o
que gerou uma massa seca constante de 20,8 g.
Acrescentando-se novamente a solução e misturando-se até atingir 100 g de gel
obteve-se um produto com a mesma consistência do produto inicial, mostrando a
capacidade de recarga do gel alcalino.
A Tabela 6.3 e a Figura 6.4 mostram os resultados obtidos.
Tabela 6.3 – Variação do peso da amostra de 100 g de gel na estufa a 50oC durante período de 12 horas
Hora Peso da Amostra (g) 0 100 1 88,4 2 81,3 3 75,05 4 69,9 5 61,2 6 53,9 7 45,5 8 37,2 9 28,7 10 20,8 11 20,8 12 20,8
108
100
88,481,3
75,0569,9
61,253,9
45,537,2
28,7
20,7820,8 20,76
0
20
40
60
80
100
120
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
horas
gram
as
Variação de Peso
Figura 6.4 - Gráfico de Variação de Peso da Amostra x Tempo
A estabilização de massa se deu após 12 horas de secagem. A amostra seca pesou
20,8 g. O gráfico de perda de solução está expresso na Figura 6.4.
Conseguiu-se com este experimento um parâmetro muito importante de utilização
do gel, já que espera-se um produto que possa ser reaproveitado. Sabendo-se a quantidade
total de solução existente no gel é possível quantificar a quantidade de solução a ser
reaplicada.
6.4.2 Ensaio de adesividade do gel
O gel alcalino foi aplicado em dois corpos-de-prova, da forma como foi retirado da
embalagem, em camadas de 1,00 cm. Um destes corpos-de-prova foi deixado no ambiente
controlado do laboratório (temperatura 25º C ± 5º C, umidade 50% ± 10%) e o outro foi
deixado em ambiente externo, sujeito às intempéries.
Nos dois casos o gel apresentou uma boa adesividade, sem escoar ou se despregar
do corpo-de-prova quando aplicado com a espessura de 1,00 cm.
Com 24 e 48 horas de observação, estando o gel mais seco, a adesividade se
mostrou ainda mais alta.
109
6.4.3 Determinação da quantidade de reposição de solução no gel e rendimento do gel A Tabela 6.4 e a Figura 6.5 mostram a perda de massa de solução pelo gel para cada corpo-de-prova.
Tabela 6.4 - Perda de massa de solução contida no gel versus tempo
Horário(h) Peso do gel no CP6 sem
envolvimento de plástico (gramas) Peso do gel CP7 com envolvimento de
plástico (gramas) 0 233,9 221,21 193,3 190,12 190 1773 181,5 168,64 167,7 158,75 160,2 154,26 156,8 152,57 148,7 146,28 142,9 142,99 137,4 139,310 132,2 135,811 128,4 131,424 110,2 106,0
0
50
100
150
200
250
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
horas
gram
as Com Evaporação
Sem Evaporação
Figura 6.5 – Perda de solução por absorção e evaporação
110
Os resultados mostram que o gel perde cerca da metade de sua massa total nas
primeiras 24 horas de aplicação, preponderantemente por absorção do concreto. Isto
mostra o rendimento do gel e a possibilidade de sua utilização comercial, já que,
conhecendo-se a massa total aplicada sobre qualquer estrutura pode-se dimensionar a
recarga do gel durante o prazo requerido para a realcalinização da estrutura.
A baixa perda por evaporação mostra que o gel apresenta um elevado desempenho,
visto que a maior parte da solução contida no produto é absorvida pelo concreto, sendo
consumida no processo de realcalinização.
6.4.4 Realcalinização dos corpos-de-prova utilizando gel alcalino
Após a carbonatação dos corpos-de-prova eles foram colocados na câmara úmida
para prosseguimento do processo de corrosão. Após um período (já descrito no Item 5.4.2)
os corpos-de-prova foram retirados da câmara úmida e levados para sala climatizada 76
dias para efeito de estabilização de massa e equilíbrio da umidade interna dos corpos-de-
prova com a umidade do meio ambiente.
Após a estabilização de massa, quatro dos corpos-de-prova foram cobertos com gel
alcalino em 04 de suas faces, excetuando a face de apoio e a face que expõe a barra de aço.
Antes de ser aplicado, o gel alcalino teve sua consistência corrigida, sendo que foi
utilizada a seguinte massa do produto:
Massa retirada do balde: 817,20 g
Massa de solução acrescentada para correção de conscistência: 287,80 g
Massa total do gel aplicado: 1105,00 g
A Tabela 6.5 mostra a massa de solução diariamente aspergida inicialmente em cada corpo-de-prova.
Tabela 6.5 - Massa de gel aplicada em cada corpo-de-prova e massa de solução
aspergida diariamente
Massa de Gel Aplicada (em Gramas) Massa de Solução Diariamente Aspergida (em Gramas)
CP 12 275,00 137,50 CP 13 282,00 141,00 CP 14 278,00 138,00 CP 16 270,00 135,00
Os corpos-de-prova foram sendo diariamente aspergidos com solução alcalina de
forma a manter sempre a mesma concentração no gel, recompondo as perdas.
111
Os corpos-de-prova foram sendo fraturados para leitura de profundidade de
realcalinização, feita com uma solução alcoólica de timolftaleína. A medida que os
corpos-de-prova perdiam massa pelo processo de fraturamento, a quantidade de gel
aplicada era proporcionalmente diminuída, porém sempre cobrindo cada face com uma
espessura de 1,00 cm de gel. Os resultados são expressos na Tabela 6.6 e na Figura 6.6.
Tabela 6.6 - Penetração da frente de realcalinização por dia
DIAS PENETRAÇÃO(CM) DIA 1 0,20 DIA 2 0,50 DIA 3 0,70 DIA 4 0,90 DIA 5 1,00 DIA 6 1,30 DIA 7 1,50
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1 2 3 4 5 6 7
dias
cm Penetração por dia
Figura 6.6 - Penetração da frente de realcalinização por dia
112
O gel mostrou uma penetração de 1,50 cm em 7 dias, ou seja 0,21 cm por dia.
Utilizando-se a Equação 6.1, que é utilizada para representar o avanço da frente de
carbonatação, tem-se o seguinte resultado:
Crealcalinização = k √t (Equação 6.1)
onde:
Crealcalinização é a profundidade de realcalinização em mm
t é o tempo em anos
k = 106,08
Simulando a penetração da frente de realcalinização, com o auxílio da Equação 6.1,
para uma peça de concreto com cobrimento de 25 mm e utilizando a constante k = 106,08,
calculada em função dos resultados experimentais, encontrar-se-ia um tempo de
realcalinização de 20,30 dias, o que pode ser considerado, em comparação com os outros
métodos de realcalinização, um tempo pequeno.
A realcalinização por meio do gel levou um tempo 46% maior do que a
realcalinização com solução alcalina nos corpos-de-prova
6.5 REALCALINIZAÇÃO DE ESTRUTURA REAL
A viga escolhida foi inicialmente caracterizada quanto à profundidade de
carbonatação. A Tabela 6.7 mostra a profundidade média de carbonatação em sete
pontos da viga e a profundidade média.
Tabela 6.7 - Profundidade média de carbonatação
Fratura Profundidade de Carbonatação (cm)
01 0,90
02 0,90
03 0,85
04 1,20
05 1,10
06 1,00
07 1,00
Média 0,9925
113
O gel foi aplicado ao longo de metade do comprimento da viga e era diariamente
recarregado por meio de aspersão de solução alcalina. A Figura 6.7 e a Tabela 6.8 mostram
o avanço da frente de realcalinização na viga. Os dados a seguir mostram a quantidade de
gel e de solução utilizadas no processo de realcalinização da viga.
Massa retirada do balde: 7660,00 g
Massa de solução acrescentada para correção de consistência: 2697,68 g
Massa total do gel aplicado: 10357,68 g
Massa de Gel aspergida diariamente em gramas: 5178,84 g
Utilizou-se uma massa total de 10357,68 g de gel para aplicação em uma área de
0,90 m2 (item 5.8), sendo o rendimento do gel de 11508,50 g por m2, e da solução 5754,26
g por m2, por dia.
Pode-se, com esses dados, determinar o rendimento do gel num caso de aplicação
em estrutura real. O gel é recarregável, de forma que pode ser várias vezes reutilizado. O
que vai, portanto, determinar a quantidade de gel a se utilizar é a área que se quer
realicalinizar ao mesmo tempo.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1 2 3 4 5 6 7
cm
dias Penetração por dia
Figura 6.7 - Penetração da frente de realcalinização por dia
Tabela 6.8- Penetração da frente de realcalinização por dia
PENETRAÇÃO(CM) DIA 1 0,15
114
DIA 2 0,35 DIA 3 0,50 DIA 4 0,60 DIA 5 0,75 DIA 6 0,80 DIA 7 0,90 DIA 8 1,00
Os resultados mostram que o gel realcalinizou 1,00 cm em 8 dias, ou seja, 0,125
cm por dia. Portanto, a velocidade de realcalinização foi menor do que nos corpos-de-
prova, o que se explica pelo fato de que a viga está exposta às intempéries, já que sua
resistência é bem próxima da resistência apresentada pelos corpos-de-prova. O sol e o
vento provavelmente aumentaram a perda de solução no gel por evaporação. Utilizando-se
a Equação 6.1, que é utilizada para representar o avanço da frente de carbonatação, tem-se
o seguinte resultado:
Crealcalinização = k √t (Equação 6.1)
onde:
Crealcalinização é a profundidade de realcalinização em mm
t é o tempo em anos
k = 67,56
Utilizando a constante k = 67,56, chega-se à conclusão que seriam necessários 50
dias para realcalinizar uma profundidade de 25 mm, para uma peça com estas
características de resistência e exposição, o que pode ser considerado um tempo viável na
prática, maior que o da realcalinização eletroquímica e menor que o da realcalinização
passiva em comparação aos outros métodos e vale como parâmetro de avaliação do
rendimento do gel já que com ele pode se calcular o quanto de solução será necessário
para se realcalinizar o concreto.
115
7 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os resultados mostram que a realcalinização por absorção / difusão com a
utilização de gel é um processo que pode ser utilizado na prática para a realização de
reparos em estruturas reais com concreto carbonatado.
O gel funciona muito bem como veículo para levar a solução alcalina ao interior do
concreto e promove sua absorção e difusão em prazos razoáveis para a utilização prática.
Além disso, o produto tem boa adesividade, podendo ser utilizado ao ar livre, sujeito ao
intemperismo.
A realcalinização por meio do gel levou um tempo 46% maior do que a
realcalinização com solução alcalina nos corpos-de-prova, certamente devido ao fato de
que a solução diretamente em contato com o concreto tem uma maior penetração nos poros
do que através do gel.
No caso de realcalinizar estruturas reais, constatou-se que o gel levaria um tempo
ainda maior para agir do que sobre os corpos-de-prova. O concreto da estrutura testada,
apresentou uma resistência muito próxima da do concreto dos corpos-de-prova sendo estas
resistências em torno de 19 MPa para os corpos-de-prova e 17 MPa para a estrutura. A
estrutura real estudada se encontrava diretamente sob o sol e exposta a vento e umidade.
Os corpos-de-prova se encontravam no ambiente do laboratório, abrigados das
intempéries. Caso a estrutura apresentasse a mesma condição de exposição da dos corpos-
de-prova, provalvelmente a velocidade de penetração do gel seria maior, já que a perda por
evaporação da solução seria reduzida.
Para o concreto de 19 MPa dos corpos-de-prova o gel levaria em torno de 20 dias
(Item 6.4.4) para realcalinizar uma profundidade de 25 mm, que é o mínimo cobrimento
das armaduras previsto pela NBR 6118-2003 (ABNT, 2003). Levando-se em conta que o
tempo requerido para a realcalinização eletroquímica é em torno de duas semanas, conclui-
se que a técnica é de aplicação prática não apenas possível, como altamente viável, em
função do custo da realcalinização eletroquímica.
O gel mostrou alta capacidade de reaproveitamento, sendo que a solução era
continuamente recarregada sem que o gel perdesse suas capacidades de aderência e de
absorção da solução.
116
No Brasil, porém, só se atenta para a necessidade de reparar as estruturas quando a
corrosão das armaduras já se encontra em estágio avançado, tendo a frente de carbonatação
já alcançado as armaduras e o processo se estabelecido.
Não existe ainda, na literatura, comprovação de que a realcalinização do concreto
leve à repassivação das armaduras, portanto não se pode garantir que o aumento do pH do
concreto, promovido pela realcalinização, controle a corrosão ou passive as armaduras.
Estudos desenvolvidos por Sá (2006), mostram que após carbonatação, realcalinização por
absorção/difusão em corpos-de-prova, utilizando soluções alcalinas, e 8 meses de
monitoramento através de parâmetros eletroquímicos, o concreto ainda não mostrou
resultados que indiquem repassivação das armaduras.
Pode-se, no entanto, garantir que a realcalinização reverte a queda do pH do
concreto, que leva à despassivação das armaduras. Assim, como estratégia preventiva, em
casos de carbonatação sem que as armaduras tenham sido despassivadas, o processo de
realcalinização por absorção/difusão com utilização de gel, mostra-se de grande valia.
7.1 SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS
Como sugestões para pesquisas futuras pode-se colocar a melhoria das soluções de
realcalinização, pesquisando com mais profundidade as concentrações de cada uma das
soluções, visando principalmente aumentar a velocidade do processo.
Fez-se também necessário o acompanhamento mais prolongado do processo para
determinar se há a passivação das armaduras com a utilização do gel, já que não existe
nenhuma pesquisa nesse sentido.
Seria também ideal um trabalho com uma estrutura de edifício em escala natural para
acompanhamento dos resultados e determinação de quantitativos e custos do processo com
o objetivo de aferir sua viabilidade econômica, inclusive com outras condições de
exposição da estrutura, utilizando testes com jateamento do gel, como se faz com
argamassa, para aprimorar sua aplicação.
Outra sugestão é repetir a metodologia de ensaio para relação água/cimento de 0,60.
117
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