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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL
CURSO DE MESTRADO EM ENGENHARIA CIVIL
RODRIGO RESENDE DE SÁ
INFLUÊNCIA DA REALCALINIZAÇÃO POR MEIO DA ABSORÇÃO/DIFUSÃO
DE SOLUÇÕES ALCALINAS NA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO
CONCRETO, NA ADERÊNCIA DE TINTAS E VERNIZES E NA
REPASSIVAÇÃO DA ARMADURA.
Dissertação apresentada ao curso de
Mestrado em Engenharia Civil da
Universidade Federal de Goiás para
a obtenção do título de Mestre em
Engenharia Civil.
Goiânia
2006
Livros Grátis
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL
CURSO DE MESTRADO EM ENGENHARIA CIVIL
RODRIGO RESENDE DE SÁ
INFLUÊNCIA DA REALCALINIZAÇÃO POR MEIO DA ABSORÇÃO/DIFUSÃO
DE SOLUÇÕES ALCALINAS NA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO
CONCRETO, NA ADERÊNCIA DE TINTAS E VERNIZES E NA
REPASSIVAÇÃO DA ARMADURA.
Dissertação apresentada ao curso de
Mestrado em Engenharia Civil da
Universidade Federal de Goiás para a
obtenção do título de Mestre em
Engenharia Civil.
Área de Concentração:
Estruturas e Materiais de Construção
Orientador:
Prof. Dr. Enio José Pazini Figueiredo
Goiânia
2006
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À minha Família, com amor,
carinho e gratidão.
3
AGRADECIMENTOS
Primeiramente agradeço a Deus pelo privilégio de ter tido a oportunidade de
desenvolver um trabalho tão interessante e que sem dúvida me deu muito prazer, além de
ter podido aumentar o meu universo de conhecimento sobre o concreto.
Aos meus pais Dauro e Helena e à minha querida irmã Letícia que me deram
amor, carinho e apoio nos momentos mais difíceis desta empreitada, sempre me
incentivando e nunca me deixando desanimar. Pai, mãe, Letícia, essa vitória também é de
vocês.
À minha namorada, amiga, companheira e confidente Ana Carolina pelo amor
e principalmente pela paciência nesta importante fase da minha vida. Gatinha, esse
importante passo é nosso.
Ao professor, orientador e amigo Enio José Pazini Figueiredo agradeço pela
orientação, apoio, dedicação e, sobretudo, paciência ao longo desses meses de trabalho e
convivência. Obrigado também pelos valiosos ensinamentos adquiridos, seja durante suas
aulas, seja durante uma simples conversa informal.
Ao amigo e também professor André Geyer pelo convívio e pelos conselhos ao
longo do curso. Muito mais que um docente, um exemplo e uma referência na minha vida
profissional.
Ao professor Edgar Bacarji que com certeza foi um dos meus maiores
incentivadores a fazer o curso de mestrado no CMEC-UFG.
De uma forma geral, não poderia deixar de agradecer a todos os professores do
Curso de Mestrado em Engenharia Civil da Universidade Federal de Goiás (CMEC-UFG),
pelos valiosos ensinamentos transmitidos.
Aos “meninos” do Laboratório de Materiais de Construção da Universidade
Federal de Goiás, em especial ao laboratorista Agnaldo pela ajuda e apoio na realização de
meus ensaios.
Ao colega e professor Osvaldo Valinote pela amizade e pelos conselhos
sempre pertinentes e adequados.
Ao meu grande amigo, companheiro e irmão LUCIUS pelo prazer de sua
convivência. Ele que é a pessoa mais íntegra e transparente que conheço, sempre alegre
positivo e confiante.
4
Ao amigo e parceiro Alberto, a quem admiro e torço muito pelo seu sucesso e
felicidade. Aos colegas de mestrado Christian e Karla pelas dúvidas e descobertas
compartilhadas nesses meses de mestrado e também ao amigo nordestino de Natal,
Raphael, sempre muito prestativo, interessado e companheiro.
À Indústria de Cimento Tocantins – Votorantin pela doação de parte dos
materiais empregados nesta pesquisa, em especial ao Sr. José Eduardo Martinho Júnior,
Coordenador de Produção – Cimentos e Argamassas.
À IMPERCIA, em nome do Sr. Richelieu Costa Miranda, pela atenção e
gentileza na doação de parte dos produtos utilizados na pesquisa.
À FURNAS Centrais Elétricas pela realização de parte dos ensaios desta
dissertação.
À UFG pela bolsa a mim concedida.
A todos que de forma direta ou indireta fizeram parte deste trabalho e que por
ventura tenha esquecido de mencionar, o meu mais sincero agradecimento.
RODRIGO RESENDE DE SÁ
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SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS.......................................................................................................... 8 LISTA DE TABELAS....................................................................................................... 11 RESUMO............................................................................................................................ 13 ABSTRACT ....................................................................................................................... 14 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 15
1.1. JUSTIFICATIVA E IMPORTÂNCIA DO TEMA.................................................. 15 1.2. OBJETIVOS............................................................................................................. 16
1.2.1. Gerais ................................................................................................................ 16 1.2.2. Específicos ........................................................................................................ 16
1.3. ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO ....................................................................... 17 2. PASSIVAÇÃO E CORROSÃO DAS ARMADURAS ............................................... 19
2.1. INTRODUÇÃO........................................................................................................ 19 2.2. PASSIVAÇÃO DAS ARMADURAS ..................................................................... 22 2.3. CORROSÃO DAS ARMADURAS......................................................................... 26
2.3.1. Mecanismo de corrosão das armaduras do concreto ................................... 27 2.3.2. Mecanismos de transporte de substâncias para o interior do concreto...... 31
2.3.2.1. Absorção capilar ......................................................................................... 33 2.3.2.2. Difusão iônica............................................................................................. 33 2.3.2.3. Permeabilidade ........................................................................................... 34 2.3.2.4. Migração iônica .......................................................................................... 35
2.3.3. Vida útil das estruturas de concreto .............................................................. 36 2.4. AVALIAÇÃO DA CORROSÃO DE ARMADURAS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO.................................................................................................................... 38 2.5. AVALIAÇÃO QUALITATIVA E QUANTITATIVA DA CORROSÃO.............. 41
2.5.1. Potencial de eletrodo ou de corrosão ............................................................. 41 2.5.2. Resistência de polarização .............................................................................. 42 2.5.3. Resistividade elétrica....................................................................................... 44
3. CARBONATAÇÃO EM ESTRUTURAS DE CONCRETO .................................... 47 3.1. INTRODUÇÃO........................................................................................................ 47 3.2. MECANISMO DE OCORRÊNCIA E CONSEQÜÊNCIAS DA CARBONATAÇÃO........................................................................................................ 49 3.3. FATORES DETERMINANTES DA VELOCIDADE E PROFUNDIDADE DE CARBONATAÇÃO........................................................................................................ 53
3.3.1. Concentração de CO2 ...................................................................................... 53 3.3.2. Umidade relativa do ambiente ....................................................................... 55 3.3.3 - Temperatura ................................................................................................... 57 3.3.4 - Pressão............................................................................................................. 57 3.3.5 – Tipo de cimento.............................................................................................. 57 3.3.6 – Relação água/cimento.................................................................................... 60 3.3.7 – Qualidade do concreto .................................................................................. 61 3.3.8 – Fissuras ........................................................................................................... 61
3.4. ESTIMATIVA DA PROFUNDIDADE DE CARBONATAÇÃO DO CONCRETO......................................................................................................................................... 63 3.5. DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DE CARBONATAÇÃO................... 65
3.5.1. Aspersão de indicadores químicos ................................................................. 66 3.5.2. Outras técnicas de avaliação da carbonatação ............................................. 68
6
3.6. INTERAÇÃO DO CO2 COM OS ÍONS CLORETO .............................................. 69 4. REALCALINIZAÇÃO DO CONCRETO CARBONATADO ................................. 71
4.1. INTRODUÇÃO........................................................................................................ 71 4.2. MECANISMOS DE REALCALINIZAÇÃO .......................................................... 74
4.2.1. Realcalinização passiva ................................................................................... 74 4.2.2. Realcalinização Eletroquímica ....................................................................... 75
4.2.2.1. Possíveis efeitos colaterais com o uso da realcalinização eletroquímica ... 79 4.2.2.2. Avaliação da eficiência da técnica de realcalinização eletroquímica......... 84 4.2.2.3. Durabilidade da realcalinização eletroquímica........................................... 85
4.2.3. Realcalinização por absorção/difusão de soluções alcalinas........................ 86 4.2.3.1. Possíveis efeitos colaterais com o uso da realcalinização por absorção/difusão de soluções alcalinas.................................................................... 89
5. METODOLOGIA EXPERIMENTAL........................................................................ 92 5.1. VARIÁVEIS............................................................................................................. 92
5.1.1. Variáveis independentes ................................................................................. 92 5.1.2. Variáveis dependentes..................................................................................... 93
5.2. DEFINIÇÃO DAS SOLUÇÕES ALCALINAS EMPREGADAS .......................... 93 5.3. EQUIPAMENTOS EMPREGADOS NA PESQUISA ............................................ 94
5.3.1. Câmara de Carbonatação ............................................................................... 94 5.3.2. Equipamentos para a determinação da frente de carbonatação e realcalinização............................................................................................................ 95 5.3.3. Medidor de resistividade (WENNER) ........................................................... 96 5.3.4. Medidor de densidade de corrente de corrosão, potencial de corrosão e resistência ôhmica (GECOR 6) ................................................................................ 98
5.3.4.1. Velocidade de corrosão (icorr) ................................................................... 98 5.3.4.2. Potencial de corrosão (Ecorr) ..................................................................... 99 5.3.4.3. Resistência ôhmica (Rohm)........................................................................ 99
5.3.5. Prensa hidráulica........................................................................................... 100 5.4. DEFINIÇÃO DA METODOLOGIA DE ENSAIO ............................................... 100
5.4.1. Caracterização dos materiais empregados na pesquisa ............................. 100 5.4.2. Definição dos corpos-de-prova e traços ....................................................... 101 5.4.3. Ensaios realizados.......................................................................................... 105
5.4.3.1. Avaliação da eficiência das soluções alcalinas na realcalinização do concreto e na repassivação da armadura................................................................ 105 5.4.3.2. Avaliação da influência das soluções alcalinas sobre a resistência à compressão ............................................................................................................ 108 5.4.3.3. Ensaio de aderência de tintas e vernizes sobre o substrato realcalinizado110
6. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS .......................................... 111 6.1. INTRODUÇÃO...................................................................................................... 111 6.2. ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO ................................................................... 111
6.2.1. Caracterização do cimento ........................................................................... 111 6.2.2. Caracterização do agregado graúdo ............................................................ 113 6.2.3. Caracterização do agregado miúdo ............................................................. 113 6.2.4. Água ................................................................................................................ 114 6.2.5. Concreto Moldado ......................................................................................... 114
6.3. AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA DAS SOLUÇÕES ALCALINAS NA REPASSIVAÇÃO DAS ARMADURAS ..................................................................... 115
6.3.1. Passivação da armadura ............................................................................... 120 6.3.2. Despassivação da armadura ......................................................................... 121
7
6.3.3. Realcalinização e repassivação da armadura dos corpos-de-prova.......... 121 6.4. AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DAS SOLUÇÕES ALCALINAS SOBRE A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO CONCRETO................................................. 125
6.4.1. Carbonatação acelerada................................................................................ 125 6.4.2. Realcalinização .............................................................................................. 126 6.4.3. Resistência à compressão .............................................................................. 128
6.5. AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA REALCALINIZAÇÃO NA ADERÊNCIA DE TINTAS E VERNIZES........................................................................................... 132
7. CONSIDERAÇÕES FINAIS...................................................................................... 140 7.1. SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS .................................................... 142
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................... 143 ANEXO A – Projeto de Norma 02:115.29-008 ............................................................. 154 ANEXO B – Dados Técnicos das Tintas e Verniz Utilizados ...................................... 162
8
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 – Distribuição relativa à incidência das manifestações patológicas em estruturas de concreto armado (HELENE & FIGUEIREDO, 2003). .................................................. 21 Figura 2.2 – Diagrama de Pourbaix modificado para o sistema ferro/água a 25°C (FIGUEIREDO, 1994). ....................................................................................................... 24 Figura 2.3 – Célula ou pilha de corrosão galvânica formada a partir de dois metais de eletronegatividade distintas. ................................................................................................ 27 Figura 2.4 – Pilha ou célula de corrosão eletroquímica no concreto armado (PORRERO, 1975, apud HELENE, 1986). .............................................................................................. 28 Figura 2.5 – Modelo de vida útil proposto por TUUTTI (1982)......................................... 29 Figura 2.6 – Rede de poros da pasta de cimento (MOPT, 1991, apud FIGUEIREDO, 1994).................................................................................................................................... 31 Figura 2.7 – Distribuição do tamanho dos poros na pasta de cimento endurecida (ROSTAM, 1993)................................................................................................................ 32 Figura 2.8 – Diferentes desempenhos de uma estrutura com o tempo em função de diferentes fenômenos patológicos (SOUZA & RIPPER, 1998).......................................... 37 Figura 2.9 – Esquema básico do método de determinação do potencial de corrosão da armadura. ............................................................................................................................. 41 Figura 2.10 – Representação gráfica da resistência de polarização a partir dos valores de E e I (WOLYNEC & ESCALANTE, 1980). .......................................................................... 43 Figura 2.11 – Esquema da medida da resistividade através do método dos quatro eletrodos (FIGUEIREDO, 1999). ....................................................................................................... 46 Figura 3.1 – Avanço do processo de carbonatação (CEB/BI 152, 1984)............................ 50 Figura 3.2 – Influência da umidade do ambiente no grau de carbonatação (VERBECK, 1950, apud CÁNOVAS, 1988)............................................................................................ 55 Figura 3.3 – Representação esquemática da carbonatação parcial do concreto, com poros totalmente secos (BAKKER, 1988). ................................................................................... 56 Figura 3.4 – Representação esquemática da carbonatação parcial do concreto saturado com água (BAKKER, 1988). ...................................................................................................... 56 Figura 3.5 – Representação esquemática da carbonatação parcial do concreto com poros parcialmente preenchidos com água (BAKKER, 1988)...................................................... 56 Figura 3.6 – Influência do tipo de cimento e sua quantidade por m³ de concreto sobre a profundidade de carbonatação (HO & LEWIS, 1987). ....................................................... 58 Figura 3.7 – Profundidade de carbonatação medida em cinco pontos diferentes dos corpos-de-prova (AZEVEDO, 2001). ............................................................................................. 59 Figura 3.8 – Coeficiente de carbonatação médios, para cada relação água/aglomerante e adição utilizada, para concretos que passaram por cura úmida (CASTRO, 2003). ............ 60 Figura 3.9 – Representação esquemática da carbonatação no interior de uma fissura (CEB/BI 152, 1984)............................................................................................................. 62 Figura 3.10 – Representação esquemática da evolução da carbonatação com o tempo (HELENE, 1993). ................................................................................................................ 64 Figura 3.11 – Registro da profundidade carbonatada (CPC 18/RILEM, 1988, apud FIGUEIREDO, 2005).......................................................................................................... 66 Figura 3.12 – Medida da profundidade de carbonatação de uma estrutura de concreto parcialmente carbonatada. ................................................................................................... 67 Figura 3.13 – Modelo esquemático da corrosão generalizada e por “pites” (ICCET, 1989).............................................................................................................................................. 69
9
Figura 4.1 – Fluxograma proposto por LICHTENSTEIN (1985) para resolução de problemas patológicos. ........................................................................................................ 72 Figura 4.2 - Princípio da realcalinização passiva (MATILLA & PENTTI, 1996).............. 75 Figura 4.3 – Princípio da Realcalinização Eletroquímica (BALDWIN & KING, 2003).... 76 Figura 4.4 – Evolução do processo de realcalinização eletroquímica (REHABCON, 2000).............................................................................................................................................. 78 Figura 4.5 – Desenho esquemático do ataque alcalino sobre sílicas bem cristalizadas (a) e mal cristalizadas (b) (FERRARIS, 1995, apud LOPES, 2004). .......................................... 80 Figura 4.6 – Esquema da realcalinização por absorção/difusão (ARAÚJO, 2004). ........... 86 Figura 4.7 – Avanço da frente de realcalinização em corpos-de-prova carbonatados (ARAÚJO, 2004)................................................................................................................. 87 Figura 4.8 – Comparativo da resistência à compressão dos corpos-de-prova de referência, carbonatados e realcalinizados (ARAÚJO, 2004)............................................................... 88 Figura 4.9 – Comparativo da resistência à compressão dos corpos-de-prova de referência, carbonatados e realcalinizados (TEIXEIRA, 2002). ........................................................... 89 Figura 5.1 – Esquema da câmara de carbonatação utilizada (a). Câmara de carbonatação do LMC-UFG (b). .................................................................................................................... 95 Figura 5.2 – Materiais empregados para a determinação da profundidade de carbonatação e realcalinização (marreta, talhadeira e solução de fenolftaleína e timolftaleína). ................ 96 Figura 5.3 – Equipamento empregado para medir a resistividade superficial do concreto (Método de WENNER) ....................................................................................................... 97 Figura 5.4 – Aparelho GECOR 6 para medidas eletroquímicas ligadas à corrosão da armadura do concreto .......................................................................................................... 98 Figura 5.5 – Prensa hidráulica do LMC-UFG. .................................................................. 100 Figura 5.6 – Corpos-de-prova cilíndricos (5 x 10 cm) para a realização dos ensaios de resistência à compressão.................................................................................................... 101 Figura 5.7 – Detalhe dos corpos-de-prova prismáticos. .................................................... 102 Figura 5.8 – Corpos-de-prova prismáticos moldados para ensaios de carbonatação acelerada e repassivação da armadura por realcalinização................................................ 103 Figura 5.9 – Placas de substrato padrão utilizadas nos ensaios de aderência.................... 103 Figuras 5.10 – Tintas utilizadas nos ensaios de aderência. ............................................... 104 Figura 5.11 – Verniz utilizado nos ensaios de aderência. ................................................. 104 Figuras 5.12 – Medidas eletroquímicas por meio do GECOR 6. ...................................... 106 Figura 5.13 – Medidas de resistividade pelo método de WENNER. ................................ 106 Figura 5.14 – Visão geral do ensaio de avaliação da eficiência das soluções alcalinas na realcalinização do concreto e na repassivação da armadura.............................................. 107 Figura 5.15 – Verificação da estabilização de massa dos corpos-de-prova. ..................... 108 Figura 6.1 – Valores de resistividade obtidos por meio do WENNER: Corpos-de-prova realcalinizados pela solução 1 (a); pela solução 2 (b); pela solução 3 (c)......................... 116 Figura 6.2 – Valores de densidade de corrente de corrosão obtidos pelo GECOR 6: Corpos-de-prova realcalinizados pela solução 1 (a); pela solução 2 (b); pela solução 3 (c).......... 117 Figura 6.3 – Valores de Potencial de Corrosão obtidos pelo GECOR 6: Corpos-de-prova realcalinizados pela solução 1 (a); pela solução 2 (b); pela solução 3 (c)......................... 118 Figura 6.4 – Valores de Resistência Ôhmica obtidos pelo GECOR 6: Corpos-de-prova realcalinizados pela solução 1 (a); pela solução 2 (b); pela solução 3 (c)......................... 119 Figura 6.5 – Medidas das profundidades de realcalinização com indicador químico de timolftaleína (no corpo-de-prova) e fenolftaleína (na amostra fraturada): Corpos-de-prova realcalinizados pela solução 1 (a); Corpos-de-prova realcalinizados pela solução 2 (b) e Corpos-de-prova realcalinizados pela solução 3 (c).......................................................... 122
10
Figura 6.6 –Comprovação da profundidade de carbonatação acelerada. .......................... 125 Figura 6.7 – Medida intermediária da profundidade de carbonatação do corpo-de-prova 5 x 10 cm. ................................................................................................................................ 126 Figura 6.8 – Avanço da frente de realcalinização nos corpos-de-prova carbonatados...... 127 Figura 6.9 – Realcalinização parcial dos corpos-de-prova observada através da utilização do indicador de timolftaleína............................................................................................. 128 Figura 6.10 – Comparativo da resistência à compressão dos corpos-de-prova de referência, carbonatados e realcalinizados. ......................................................................................... 129 Figura 6.11 – Grupos formados pelo Método de Duncan para o ensaio de resistência à compressão com corpos-de-prova de referência, carbonatados e realcalinizados............. 131 Figura 6.12 – Placas de concreto pintadas com as tintas e os vernizes utilizados nos ensaios de aderência. ...................................................................................................................... 133 Figura 6.13 – Materiais empregados para a realização do ensaio de aderência. ............... 134 Figura 6.14 – Placa de concreto pintada com o verniz, com os cortes paralelos já executados (grades), pronta para a realização do ensaio de aderência. ............................. 135 Figura 6.15 – Detalhe dos cortes paralelos (grades), antes da realização do ensaio de aderência............................................................................................................................ 135 Figura 6.16 – Destacamento total da pintura protetora das placas realcalinizadas quando utilizada a tinta T 2 (a) e o verniz (b). ............................................................................... 139
11
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 – Reações de equilíbrio do sistema ferro/água, relativas ao Diagrama de Pourbaix (JÚNIOR, 2001)................................................................................................... 25 Tabela 2.2 – Valores da condutividade iônica de diversos íons à diluição infinita e à 25°C (BANFILL, 1994)................................................................................................................ 35 Tabela 3.1 – Classificação da agressividade do ambiente sobre as armaduras (HELENE, 1995).................................................................................................................................... 54 Tabela 3.2 – Abertura máxima das fissuras em estruturas de concreto armado e protendido em função da classe de agressividade ambiental (ABNT-NBR 6118:2003)....................... 62 Tabela 3.3 – Classificação dos concretos com base no coeficiente de carbonatação, KCO2 (HELENE, 1993). ................................................................................................................ 65 Tabela 3.4 – Mudanças de cor e intervalos de pH dos principais indicadores usados para a observação visual da área carbonatada (BASSET et al, apud KAZMIERCZAK, 1995).... 68 Tabela 4.1 – Resultados da análise de variância da resistência à compressão dos corpos de prova de referência, carbonatados e realcalinizados (ARAÚJO, 2004). ............................. 90 Tabela 5.1 – Tipo, concentração e pH das soluções utilizadas na realcalinização dos corpos-de-prova de argamassa. ........................................................................................... 93 Tabela 5.2 - Tipo, concentração e pH das soluções utilizadas na realcalinização dos corpos-de-prova de concreto. .......................................................................................................... 94 Tabela 5.3 – Critérios de avaliação da resistividade (CEB Bulletin n° 192) ...................... 97 Tabela 5.4 – Tabela para avaliar os resultados de velocidade de corrosão (CYTED, 1997)............................................................................................................................................. 99 Tabela 5.5 – Critérios para avaliação da probabilidade de corrosão em função do Potencial de corrosão, segundo a ASTM C-876:1991. ....................................................................... 99 Tabela 5.6 –Composição dos produtos utilizados nos ensaios de aderência..................... 104 Tabela 5.7 – Formatos, dimensões e traços dos corpos-de-prova de cada ensaio............. 105 Tabela 5.8 – Número de corpos-de-prova utilizados para o ensaio de realcalinização/repassivação da armadura, soluções alcalinas empregadas e nomenclatura adotada............................................................................................................................... 108 Tabela 5.9 – Definição do número de corpos-de-prova para o ensaio de resistência à compressão. ....................................................................................................................... 109 Tabela 5.10 – Nomenclatura dos corpos-de-prova para cada sistema de ensaio de aderência............................................................................................................................ 110 Tabela 6.1 – Análise das propriedades físicas do cimento utilizado. ................................ 112 Tabela 6.2 – Análise das propriedades químicas do cimento utilizado............................. 112 Tabela 6.3 – Caracterização do agregado graúdo empregado nos ensaios........................ 113 Tabela 6.4 - Caracterização do agregado miúdo empregado nos ensaios. ........................ 114 Tabela 6.5 – Resistência à compressão aos 28 dias do concreto utilizado nos ensaios..... 114 Tabela 6.6 – Resultados das medidas de profundidade de realcalinização dos corpos-de-prova cilíndricos de argamassa.......................................................................................... 127 Tabela 6.7 – Resultados da análise de variância da resistência à compressão dos corpos-de-prova de referência, carbonatados e realcalinizados. ........................................................ 130 Tabela 6.8 – Resultados da análise de variância da resistência à compressão dos corpos-de-prova carbonatados e realcalinizados. ............................................................................... 131 Tabela 6.9 – Resultados da profundidade de carbonatação das placas pré-moldadas de substrato padrão................................................................................................................. 132
12
Tabela 6.10 – Resultados da profundidade de realcalinização nas placas pré-moldadas de substrato padrão................................................................................................................. 133 Tabela 6.11 – Resultados de aderência obtidas nas placas de referência para cada um dos produtos utilizados............................................................................................................. 136 Tabela 6.12 – Resultados de aderência obtidas nas placas carbonatadas para cada um dos produtos utilizados............................................................................................................. 137 Tabela 6.13 – Resultados de aderência obtidas nas placas realcalinizadas para cada um dos produtos utilizados............................................................................................................. 138
13
RESUMO
O concreto armado é um dos materiais mais utilizados na construção civil. Sua difusão pelo mundo está relacionada à excelente resistência à água, à facilidade com que elementos estruturais de concreto podem ser executados, numa grande variedade de formas e tamanhos, à estabilidade dimensional, ao baixo custo em relação a outros materiais e, principalmente, devido à excelente interação entre o concreto e a armadura, aumentando a resistência à tração do conjunto. Como principais agentes agressivos do concreto armado e, consequentemente, possíveis iniciadores do processo de corrosão, destacam-se a carbonatação e os íons cloreto, sendo a carbonatação o fenômeno que ocorre com maior freqüência.
O processo de carbonatação consiste, principalmente, na reação entre o hidróxido de cálcio e o dióxido de carbono (CO2), na presença de umidade, gerando como sub-produto de menor solubilidade, o carbonato de cálcio, o qual promove a redução do pH do concreto e leva à destruição da camada passivadora que envolve e protege a armadura. Técnicas visando a criação de barreiras contra a carbonatação, como o uso de pinturas anti-carbonatação, não são eficazes para estruturas onde a frente de carbonatação já atingiu a armadura. Neste caso, tradicionalmente, adota-se a técnica de reparo que remove toda a camada carbonatada e restabelece o pH da estrutura de concreto, por meio do uso de uma argamassa, concreto ou graute de base cimento.
A pesquisa teve como objetivo principal o estudo e desenvolvimento da técnica de realcalinização por absorção/difusão de soluções alcalinas no concreto carbonatado, fazendo com que este readquira sua condição alcalina e restabeleça a camada passivadora que envolve e protege a armadura. Foram empregadas três diferentes soluções alcalinas, sendo uma com carbonato de sódio, outra com hidróxido de potássio e uma terceira, misturando estas duas com o hidróxido de sódio, aplicadas em corpos-de-prova prismáticos de concreto carbonatado, sem o uso de corrente elétrica. Simultaneamente aos ensaios principais de realcalinização, foram realizados ensaios complementares de resistência à compressão e de aderência de tintas e vernizes em substratos realcalinizados. Os resultados obtidos na pesquisa demonstraram que a realcalinização por absorção/difusão de soluções alcalinas foi bastante eficiente no restabelecimento do pH elevado do concreto, mas não na restauração da camada passivante da armadura, influiu de forma significativa no aumento da resistência à compressão em relação ao concreto de referência e prejudicou a aderência de tintas e vernizes aos substratos de concreto realcalinizado. Palavras Chaves: concreto; carbonatação; corrosão; realcalinização; absorção/difusão; repassivação
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ABSTRACT
One of the most commonly used material in the world is the reinforced concrete. Its dissemination by the world is related to the excellent resistance to the water, to the facility that structural elements of concrete can be executed, in a large variety of shapes and sizes, to the dimensional stability, to the low cost in relation to other materials and, mainly, due to the excellent interaction between the concrete and the reinforcement, increasing the traction strength of the group. As the main aggressive agents of the reinforced concrete and, consequently, possible initiators of the corrosion process, stand out the carbonation and the chloride ions, being the carbonation the phenomenon that occurs more frequently.
The carbonation process consists, mainly, in the reaction between the calcium hydroxide and the carbon dioxide, in the humidity presence, generating as by-product of low solubility, the calcium carbonate, which promotes the reduction of the pH of the concrete and leads to the destruction of the passivation layer that involves and protects the reinforcement. Techniques aiming the creation of barriers against the carbonation, such as anti-carbonation coating, are not effective for structures where the carbonation front has already reached the reinforcement. In this case, the procedure often adopted is the repair technique, which includes the entire removal of the carbonated layer and the reestablishment of the pH of the concrete structure, through the use of a mortar, concrete or grout of cement base.
The research had as main objective the study and development of the realkalisation technique by the absorption and diffusion of alkaline solutions in the carbonated concrete, that reacquires its alkaline condition and reestablish the passivation layer that involves and protects the reinforcement. Three different alkaline solutions had been used, being one with sodium carbonate, other with potassium hydroxide and a third, mixing these two with the sodium hydroxide, applied in prismatic carbonated concrete specimens, without using an electrical current. Besides the main realkalisation testing, some additional essays such as compressive strength and coating adherence on realkalised substrates, were performed.
The results obtained in the research showed that the realkalisation by the absorption and diffusion of alkaline solutions was very efficient in the reestablishment of the high pH of the concrete, but not in the restoration of the passivation layer of the reinforcement, influenced in a significant way on the increase of the compressive strength in relation to the reference concrete and harmed the coating adherence on realkalised concrete substrates. Key Words: concrete; carbonation; corrosion; realkalisation; absorption and diffusion; repassivation.
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1. INTRODUÇÃO
1.1. JUSTIFICATIVA E IMPORTÂNCIA DO TEMA
O concreto armado é um dos materiais mais utilizados na construção civil. Sua
difusão e disseminação pelo mundo está relacionada à excelente resistência à água, à
facilidade com que elementos estruturais de concreto podem ser executados, numa grande
variedade de formas e tamanhos, à estabilidade dimensional, ao baixo custo em relação a
outros materiais e, principalmente, devido à excelente interação entre o concreto e a
armadura, aumentando a resistência à tração e compressão do conjunto.
Com o passar do tempo um número cada vez maior de manifestações
patológicas vêm ocorrendo no concreto, e a tradicional idéia de que se trata de um material
altamente resistente e durável vem sendo modificada. Neste contexto, nos dias atuais, a
consciência em relação ao processo de deterioração das estruturas de concreto vem sendo
um tema muito discutido, levando engenheiros e pesquisadores a estudarem a falta de
durabilidade em muitas construções.
Dentre as manifestações patológicas mais importantes que afetam o bom
comportamento e funcionamento das estruturas de concreto, destaca-se a corrosão das
armaduras como a de maior gravidade e ocorrência. A corrosão das armaduras corresponde
a um processo eletroquímico, que conduz à formação de óxidos e hidróxidos de ferro com
volume muito superior ao volume do metal de origem, gerando tensões internas no
concreto que levam ao aparecimento de efeitos degenerativos como manchas superficiais
causadas pelos produtos de corrosão, fissuras, destacamento do cobrimento, perda da
aderência entre o concreto e a armadura, além da redução de seção da armadura com
freqüente seccionamento de estribos que podem levar a um comprometimento da
segurança da edificação.
É notório que a ação dos agentes agressivos, entre eles os íons cloreto (Cl-) e o
dióxido de carbono (CO2), sobre as estruturas de concreto armado reduzem a sua vida útil,
fazendo com que seja necessário realizar intervenções no sentido de evitar acidentes,
corrigir imperfeições e manter a sua funcionalidade.
Várias são as técnicas utilizadas para restabelecer as condições iniciais
oferecidas pelo concreto. Algumas destas técnicas disponíveis são o reparo localizado, o
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reparo generalizado, a proteção catódica, a extração eletroquímica dos íons cloreto, a
realcalinização, além do emprego de inibidores de corrosão.
Alguns procedimentos baseados em princípios eletroquímicos foram
desenvolvidos e aplicados com êxito para reparar estruturas de concreto. Para as estruturas
que sofrem carbonatação e ataque por íons cloreto, a realcalinização eletroquímica e a
extração eletroquímica do íon cloreto, respectivamente, têm se mostrado bastante
eficientes, evitando assim os altos custos de reparos de construções e estruturas.
Dessa forma, a dissertação em questão visa o estudo e o desenvolvimento de
uma técnica adicional de realcalinização e repassivação do concreto por absorção/difusão
de soluções alcalinas e suas implicações na resistência à compressão do concreto e na
aderência de tintas e vernizes ao concreto realcalinizado. A técnica de realcalinização por
absorção/difusão de solução alcalina foi desenvolvida sem a indução de campo elétrico
entre a armadura e a superfície do concreto, procurando-se evitar os eventuais efeitos
danosos que a corrente aplicada na armadura possa provocar no concreto.
1.2. OBJETIVOS
1.2.1. Gerais
Este trabalho tem como objetivo geral o estudo e o desenvolvimento da técnica
de realcalinização por absorção/difusão de soluções alcalinas do concreto carbonatado,
fazendo com que este readquira sua condição alcalina e restabeleça a camada passivadora
que envolve e protege a armadura contra a corrosão.
1.2.2. Específicos
A técnica de realcalinização por absorção/difusão de soluções alcalinas,
empregada nesta pesquisa, utilizou soluções alcalinas de carbonato de sódio (Na2CO3), de
hidróxido de potássio (KOH) e uma mistura destas duas soluções com o hidróxido de sódio
(NaOH), sem o emprego de correntes elétricas. As concentrações de cada solução foram
definidas de maneira a não ocorrer o acúmulo de cristais do sal ou das bases na superfície
do concreto.
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Como objetivos específicos, a dissertação priorizou o estudo da realcalinização
de concretos de relação água/cimento 0,7 e da repassivação da armadura no interior do
concreto realcalinizado por meio da absorção/difusão de soluções alcalinas. Neste estudo,
avaliou-se o tempo gasto para a realcalinização do concreto e se discutiu a repassivação
das armaduras imersas em concreto realcalinizado, utilizando-se as distintas soluções
alcalinas, bem como, qual das soluções apresentaria o melhor desempenho quanto à
velocidade de realcalinização e repassivação. Concomitantemente, também se estudou a
influência da realcalinização na aderência de tintas e vernizes aplicados sobre substratos de
concreto realcalinizados, já que é recomendável, após uma prática de reparo, seja
destrutiva ou não destrutiva, a aplicação de uma pintura protetora com o intuito de se
proteger e evitar que ocorra um novo ingresso de agente agressivo. Finalmente, foi
verificada a influência da realcalinização na resistência à compressão do concreto, de
modo a obter explicações sobre o comportamento mecânico do concreto após a utilização
das substâncias alcalinas.
1.3. ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO
A presente dissertação está estruturada em sete capítulos que visam apresentar,
desenvolver e aprofundar o estudo da realcalinização e repassivação do concreto
realcalinizado por absorção/difusão de soluções alcalinas, bem como fornecer subsídios
para o futuro emprego da técnica em estruturas reais.
O Capítulo 2 desta dissertação tem como objetivo contribuir para um melhor
entendimento da corrosão das armaduras no concreto, apresentando os mecanismos e
princípios que regem este fenômeno, desde a formação da película de passivação até o
início dos processos eletroquímicos de corrosão. Apresentam-se, também, os principais
procedimentos de avaliação do processo corrosivo.
O Capítulo 3 apresenta uma revisão sobre a carbonatação, discutindo os
mecanismos envolvidos nas reações do dióxido de carbono com os compostos alcalinos
hidratados do cimento, os fatores intervenientes neste processo, bem como a estimativa e
determinação da profundidade da frente carbonatação.
A realcalinização, tanto eletroquímica, quanto por absorção/difusão de
soluções alcalinas é apresentada no Capítulo 4. Neste capítulo, a maior parte das
18
observações foi feita sobre a realcalinização eletroquímica, onde a maior parte dos estudos
se concentra. Apesar disso, o capítulo forneceu as principais considerações sobre os
estudos já realizados sobre a realcalinização por absorção/difusão de solução alcalina.
O Capítulo 5 expõe o desenvolvimento, o planejamento e a descrição de todas
as etapas da metodologia experimental. São apresentados os métodos utilizados na
realização do trabalho experimental, bem como a sistemática adotada para a moldagem,
cura, rompimento e realização dos ensaios nos corpos-de-prova.
O Capítulo 6 apresenta os resultados obtidos durante a pesquisa, com as suas
respectivas análises e considerações. A apresentação dos resultados seguiu a seqüência do
Capítulo 5.
No Capítulo 7 tem-se uma síntese dos resultados obtidos e as considerações
finais relacionadas aos objetivos da dissertação, assim como as sugestões para futuras
pesquisas.
19
2. PASSIVAÇÃO E CORROSÃO DAS ARMADURAS
2.1. INTRODUÇÃO
O concreto armado é um material de construção de ampla e diversificada
utilização, sendo sua durabilidade um fator importante na avaliação de um projeto. As
estruturas de concreto são projetadas e executadas para manter condições mínimas de
segurança, estabilidade e funcionamento durante o tempo de vida útil, sem custos
adicionais não previstos de manutenção e de reparo. Dessa forma, um concreto de boa
qualidade, transportado, lançado, adensado e curado corretamente é fundamental para se
evitar problemas futuros de resistência mecânica, de corrosão das armaduras e de
durabilidade nas edificações.
Várias são as vezes em que o profissional de engenharia civil se vê diante de
um problema de corrosão de armaduras nas estruturas de concreto armado e protendido.
Devido a complexidade do processo, em muitas situações, não é fácil nem rápido justificar
o porquê de uma estrutura corroída quando tantas outras, em tudo semelhantes e similares,
não apresentam problemas (HELENE, 1993).
A corrosão do aço do concreto é um fenômeno que deve ser cuidadosamente
analisado, pois provoca não somente a sua deterioração, mas também pode afetar a
estabilidade e a durabilidade das estruturas. A armadura não é suscetível de sofrer
corrosão, a não ser que ocorra a contaminação e deterioração do concreto. Os constituintes
do concreto inibem bem a corrosão da armadura e se opõem à entrada de agentes
agressivos. Daí se poder afirmar que quanto mais o concreto se mantiver inalterado, mais
protegida estará a armadura. Na maioria dos casos, a armadura permanece por um longo
tempo resistindo aos agentes corrosivos, podendo esse tempo ser praticamente indefinido.
Todavia, ocorrem alguns casos no qual a corrosão é bastante rápida e progressiva.
A armadura encontra-se no interior do concreto em um meio altamente alcalino
(pH superior a 12,5). Esta alcalinidade provém da fase líquida constituinte dos poros do
concreto, o qual, nas primeiras idades é basicamente uma solução saturada de hidróxido de
cálcio – Ca(OH)2 (portlandita), sendo esta oriunda das reações de hidratação do cimento.
Em idades avançadas o concreto continua, via de regra, propiciando um meio alcalino,
sendo que sua fase líquida, neste caso, é uma solução composta principalmente por
20
hidróxido de cálcio (Ca(OH)2), hidróxido de sódio (NaOH) e hidróxido de potássio (KOH)
originários dos álcalis do cimento (MIRANDA et al., 1990).
Segundo Gentil (1996), a corrosão da armadura e a deterioração do concreto
podem estar associadas a fatores mecânicos, físicos, biológicos ou químicos, entre os quais
podem ser citados como exemplos:
• Mecânicos: vibrações e erosão;
• Físicos: variações de temperatura;
• Biológicos: bactérias;
• Químicos: produtos químicos como ácidos e sais.
Entre os fatores mecânicos, as vibrações podem ocasionar fissuras no concreto,
possibilitando o contato da armadura com o meio corrosivo. Líquidos em movimento,
principalmente contendo partículas em suspensão, podem ocasionar a erosão do concreto,
com o seu conseqüente desgaste. Se esses líquidos contiverem substâncias químicas
agressivas ao concreto, tem-se uma ação combinada, ou seja, erosão-corrosão, que é
evidentemente mais prejudicial e rápida do que as ações isoladas. A erosão é mais
acentuada quando o fluido em movimento contém partículas em suspensão na forma de
sólidos, que funcionam como abrasivos, ou mesmo na forma de vapor como no caso da
cavitação. A cavitação é observada quando bolhas de vapor d’água arrastadas pela água em
movimento entram em regiões de pressão mais elevadas, sofrendo implosão e transmitindo
uma grande onda de choque para os materiais presentes. Essa formação de bolhas de vapor
e a subseqüente implosão são responsáveis por grandes danos no concreto, como no caso
de vertedouros de barragens (GENTIL, 1996; FIGUEIREDO & O’ REILLY, 2003).
Os fatores físicos, como variações de temperatura, podem ocasionar gradientes
térmicos com reflexos na integridade das estruturas. Variações de temperatura entre os
diferentes componentes do concreto (pasta de cimento, agregados e armadura), com
características térmicas diferentes, podem ocasionar microfissuras no concreto que
possibilitam a penetração de agentes agressivos. Os fatores biológicos, como a presença de
microorganismos, podem criar meios corrosivos para o concreto e a armadura, como
aqueles criados pelas bactérias oxidantes de enxofre ou de sulfetos, que aceleram a
oxidação dessas substâncias, transformando-as em ácido sulfúrico. Os fatores químicos
estão relacionados com a presença de substâncias químicas nos diferentes ambientes,
21
normalmente, água, solo e atmosfera. Entre as substâncias químicas mais agressivas
destacam-se os ácidos, tais como o sulfúrico e o clorídrico. Os fatores químicos podem agir
na pasta de cimento, no agregado e na armadura de aço-carbono (GENTIL, 2006).
De acordo com a Figura 2.1, a corrosão das armaduras encontra-se entre as
manifestações patológicas de maior incidência, juntamente com as manchas superficiais, as
fissuras e os ninhos de concretagem. Excetuando-se esta última manifestação, as demais
podem ocorrer devido aos produtos de corrosão formados durante a oxidação da armadura.
A degradação química, as flechas excessivas, os ninhos de concretagem e as fissuras, se
não tratados, podem levar à corrosão das armaduras.
Ninhos de concretagem20%
Manchas superficiais22%
Degradação química7%
Corrosão das armaduras
20%
Fissuras ativas ou passivas
21%
Flechas excessivas10%
Figura 2.1 – Distribuição relativa à incidência das manifestações patológicas em
estruturas de concreto armado (HELENE & FIGUEIREDO, 2003).
Toda corrosão metálica à temperatura ambiente e em meio aquoso é de
natureza eletroquímica, ou seja, pressupõe a existência de uma reação de óxido-redução e a
circulação de íons em um eletrólito. Essa corrosão eletroquímica, no caso das armaduras de
concreto, conduz à formação de óxidos e hidróxidos de ferro, com volume muito superior
ao volume do metal de origem, de cor predominantemente amarronzada com constituição
gelatinosa e porosa denominada ferrugem (HELENE, 1993).
A princípio, as armaduras inseridas no concreto encontram-se protegidas e
passivadas contra a corrosão. Esta proteção é garantida pelo concreto de cobrimento que
funciona como uma barreira física contra o ingresso de agentes externos e, principalmente,
22
por uma proteção química em virtude da elevada alcalinidade da solução aquosa presente
nos poros do concreto.
A perda ou ruptura dessa proteção (despassivação da armadura), ainda que
localizada, pode desencadear um processo de deterioração, na maioria das vezes,
progressivo e auto-acelerante. Essa perda se dá principalmente pelo fenômeno da
carbonatação e da contaminação por cloretos no concreto de cobrimento da armadura.
2.2. PASSIVAÇÃO DAS ARMADURAS
O concreto é um dos materiais de construção mais utilizados na engenharia
civil. A sua correta aplicação, aliada ao emprego de matérias-primas de boa qualidade
através de um procedimento de dosagem racional e criterioso, pode fazer deste compósito
um material extremamente durável. Entretanto, como o processo de fabricação, em muitos
casos é sem controle, surgem inúmeros problemas construtivos, estruturais e de
durabilidade que vão desde pequenas fissuras e ninhos de concretagem até à total
exposição da armadura do concreto.
A estrutura do concreto está dividida em macro e microestrutura, onde na
primeira divisão estão os elementos que podem ser vistos a olho nu, por possuírem
dimensões acima de 1/5 de milímetro (200 µm). Na segunda divisão estão as estruturas que
somente podem ser visualizadas com o uso de microscópios, como por exemplo, o
microscópio eletrônico de transmissão ou de varredura. Embora o concreto seja um
material estrutural aparentemente bifásico e simples, na realidade ele é uma estrutura
altamente heterogênea e complexa (MEHTA & MONTEIRO, 1994).
A pasta de cimento hidratada possui uma alta alcalinidade em função da
presença de grandes concentrações de íons Na+, K+ e OH- que são os responsáveis pela
manutenção do pH numa faixa de 12,5 a 13,5 (LONGUET et al, 1973). Neste ambiente
alcalino ocorre a formação de uma película fina, transparente, submicroscópica e protetora
que envolve a superfície da armadura, denominada de película ou camada de passivação.
Este fenômeno, segundo Uhlig (1978), apud Helene (1993) pode ser entendido como a
resistência à corrosão proporcionada por uma película fina de um filme de óxidos estável e
aderente formado na superfície do metal. Este filme seria formado a partir de uma reação
eletroquímica intensa e de curta duração que confere proteção ao metal através de um
23
processo de corrosão benéfico. O assunto tem sido tema de pesquisas e tem despertado a
curiosidade do meio técnico há mais de 150 anos, quando em 1836, o pesquisador alemão
Schonbein empregou pela primeira vez a palavra passivação. Entretanto, o que se pode
observar das inúmeras pesquisas relacionadas com este tema é que, embora o fenômeno da
passivação seja estudado desde o século XIX, ainda não se sabe a sua composição de
forma precisa.
A teoria de formação do filme de passivação mais aceita é a proposta por Sato
(1978), apud Helene (1993), na qual esta película seria um filme transparente, fino,
submicroscópico, aderente e estável composto de duas camadas de óxidos. Uma interna
onde predomina o Fe3O4 e outra externa de γ-Fe2O3. Segundo Kruger (1989), apud Helene
(1993) esse filme pode ser formado por moléculas arranjadas de forma bi ou tridimensional
(2 ou 3 camadas de moléculas), ou seja, praticamente moléculas individuais adsorvidas na
superfície do aço, com espessura total da ordem de 1 a 5x10-3 µm. O mesmo autor declara,
ainda, que o filme é transparente, de difícil determinação e que ainda não há consenso
sobre a estrutura do mesmo, se efetivamente cristalina ou parcialmente amorfa. Esses
filmes são altamente polarizados anodicamente, o que protege o metal da corrosão
eletroquímica.
No estado de passivação a corrosão não é exatamente nula. Rosenberg et al.
(1989) destacam que a taxa de corrosão passiva do aço no concreto é equivalente à
dissolução ou oxidação de cerca de 0,1 µm/ano da superfície do aço, o que é considerada
desprezível em termos de vida útil para as estruturas de concreto. Pode-se, portanto,
afirmar sem receios que, enquanto a armadura estiver passivada, não haverá corrosão,
posto que a película impede o acesso de umidade e oxigênio à superfície do aço, bem como
dificulta a dissolução do ferro.
Um instrumento interessante para o entendimento do processo de corrosão da
armadura do concreto é o Diagrama de Pourbaix (Figura 2.2). Pourbaix construiu um atlas
de equilíbrio eletroquímico para a maioria dos metais e suas ligas, indicando, entre outras
coisas, as condições em que esses filmes passivantes podem ser formados. Pourbaix
demonstrou através de um diagrama de potencial de corrosão (expresso em mV) versus pH
do sistema ferro/água a 25°C, que para a ordem de grandeza do pH no concreto
(aproximadamente 12,5) e para uma faixa usual de potencial de corrosão, também no
concreto, da ordem de +100 mV a -400 mV em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio,
as reações de eletrodo verificadas são de passivação. O Diagrama de Pourbaix do sistema
24
ferro/água é muito utilizado para explicar sob que condições se encontra a armadura no
interior do concreto.
Figura 2.2 – Diagrama de Pourbaix modificado para o sistema ferro/água a 25°C
(FIGUEIREDO, 1994).
As duas retas tracejadas “a” e “b” de inclinação -0,0591 V/pH, apresentadas no
diagrama da Figura 2.2, delimitam a região de equilíbrio termodinâmico da água, os quais
são apresentados pelas seguintes reações:
2H+ + 2e- ⇔ H2 ou 2H2O + 2e- ⇔ H2 + 2OH- (reta a)
2H2O ⇔ 4e- + O2 + 4H+ ou 4OH- ⇔ 4e- + O2 + 2H2O (reta b)
Abaixo da reta “a”, a água apresenta a tendência de se decompor por redução
segundo as reações:
2H+ + 2e- → H2 (meio neutro ou ácido desaerado).
ou
2H2O + 2e- → H2 + 2OH- (meio neutro ou básico desaerado).
1
23
4 5
7
6
25
Acima da reta “b”, a água apresenta a tendência de se decompor por oxidação
segundo as reações:
2H2O → 4e- + O2 + 4H+ (meio ácido aerado).
ou
4OH- → 4e- + O2 + 2H2O (meio básico aerado).
As linhas cheias representam o equilíbrio entre as espécies do metal ferro. A
Tabela 2.1 indica a reação de equilíbrio de cada uma dessas linhas.
Tabela 2.1 – Reações de equilíbrio do sistema ferro/água, relativas ao Diagrama de
Pourbaix (JÚNIOR, 2001).
Linha 1 Fe2O3 + 6H+ + 2e- ⇔ 2Fe2+ + 3H2O
Linha 2 3Fe2O3 + 2H+ 2e- ⇔ 2Fe3O4 H2O
Linha 3 Fe3O4 + 8H+ + 2e- ⇔3Fe2+ + 4H2O
Linha 4 Fe2+ +2e- ⇔Fe
Linha 5 Fe3O4 + 8H+ + 8e- ⇔3 Fe + 4H2O
Linha 6 3Fe3O4 + 2H2O + 2e- ⇔ 3HFeO-2 + H+
Linha 7 3HFeO-2 + 3H+ +2e- ⇔ Fe 2H2O
O deslocamento das condições de equilíbrio fará com que as reações
apresentem a tendência de acontecerem em um determinado sentido. Por exemplo, imagine
que se tenha condições de pH e potencial que façam com que o equilíbrio se situe sobre a
linha 1. Desde que não ocorram mudanças das condições do sistema, esse equilíbrio tende
a permanecer indefinidamente. No entanto, se houver uma diminuição do pH e o potencial
for mantido fixo, haverá a tendência de formação do íon Fe2+ de acordo com a seguinte
reação:
Fe2O3 + 6H+ + 2e- → 2Fe2+ + 3H2O
26
Por outro lado, se ocorrer uma elevação do pH e o potencial não se alterar,
ocorrerá a tendência para a formação do óxido Fe2O3, com a reação de equilíbrio sendo
deslocada para o sentido da oxidação:
Fe2O3 + 6H+ + 2e- ← 2Fe2+ + 3H2O
No Diagrama de Pourbaix observa-se também a presença de três regiões bem
distintas. A primeira região seria uma zona de imunidade do metal, correspondendo à faixa
de potencial de corrosão inferior a -600 mV. Nestas condições, o aço não sofre corrosão,
independente da natureza do meio (ácida, neutra ou alcalina) em que ele se encontra.
Manter a armadura nestas condições corresponde ao que se denomina de proteção catódica.
A segunda região corresponde à passivação do aço, representando as condições em que são
formadas as películas passivantes de proteção. Finalmente, a terceira região representa as
situações onde pode ocorrer a corrosão do aço.
2.3. CORROSÃO DAS ARMADURAS
De uma maneira geral, o termo corrosão, segundo Gentil (1996), pode ser
definido como a deterioração de um material, geralmente metálico, por ação química ou
eletroquímica do meio ambiente aliada ou não a esforços mecânicos. A deterioração
causada pela interação físico-química entre o material e o seu meio operacional representa
alterações prejudiciais indesejáveis sofridas pelo material, tais como desgaste, variações
químicas ou modificações estruturais, tornando-o inadequado para o uso. Sendo a corrosão,
em geral, um processo espontâneo, está constantemente transformando os materiais
metálicos de modo que a durabilidade e desempenho dos mesmos deixam de satisfazer aos
fins a que se destinam.
Os problemas de corrosão são freqüentes e ocorrem nas mais variadas
atividades, como por exemplo, nas indústrias química, petrolífera, petroquímica, naval,
papel e celulose, alimentícia, de construção civil, automobilística, nos meios de transporte
aéreo, ferroviário, metroviário, marítimo, rodoviário e nos meios de comunicação, como
sistemas de telecomunicações, na odontologia (restaurações metálicas, aparelhos de
27
prótese), na medicina (ortopedia), em obras de arte como monumentos e esculturas, dentre
outras atividades (GENTIL, 1996).
2.3.1. Mecanismo de corrosão das armaduras do concreto
O mecanismo de corrosão das armaduras no concreto é de natureza
eletroquímica, assim como as reações de corrosão dos metais em presença de água ou
ambiente úmido, com umidade relativa (UR) superior a 60%. A corrosão eletroquímica se
dá pela dissolução do aço comum num meio aquoso, no qual os átomos do aço se
dissolvem como íons. O modelo mais simples e didático de corrosão eletroquímica é a
chamada célula ou pilha de corrosão galvânica, formada a partir de dois metais de
eletronegatividade distintas, imersos em uma solução aquosa e conectados eletricamente
conforme mostra a Figura 2.3.
Figura 2.3 – Célula ou pilha de corrosão galvânica formada a partir de dois metais de
eletronegatividade distintas.
A partir da Figura 2.3, observam-se duas regiões distintas, cada uma
caracterizada por uma reação diferente. No ânodo tem-se a reação de oxidação,
caracterizada pela corrosão do aço (Reação anódica) e no cátodo ocorre a reação de
Cátodo Ânodo
Reação de Oxidação
Reação de Redução
Voltímetro (mV)
28
redução do oxigênio ou do hidrogênio, que ocorre dependendo do meio em que se encontra
o metal (Reação catódica).
Fé → Fé++ + 2e- (Reação anódica)
H2O + 1/2 O2 + 2e- → 2OH- (Reação catódica)
A corrosão da armadura no concreto, considerada por vários pesquisadores
como a maior causa da deterioração das estruturas de concreto, é um caso típico de
corrosão eletroquímica, onde a armadura faz o papel de um eletrodo misto, na qual
ocorrem reações anódicas e catódicas, enquanto que a solução contida nos poros do
concreto funciona como eletrólito (FIGUEIREDO et al, 1993). A corrosão eletroquímica
das armaduras de concreto pode ser representada, genericamente, conforme mostra a
Figura 2.4.
Figura 2.4 – Pilha ou célula de corrosão eletroquímica no concreto armado
(PORRERO, 1975, apud HELENE, 1986).
Como qualquer outra célula de corrosão, a pilha ou célula de corrosão
eletroquímica no concreto armado é formada por um ânodo, um cátodo, um condutor
29
elétrico e um eletrólito. Diferenças de potencial de eletrodo entre regiões circunvizinhas,
geradas pela carbonatação ou íons cloreto dão origem ao aparecimento de corrente elétrica
entre zonas anódicas e zonas catódicas. Dependendo da magnitude dessa corrente, do
acesso de oxigênio e da resistividade do eletrólito, poderá haver ou não corrosão
significativa. Não há corrosão significativa em concretos secos, por insuficiência de
eletrólito, nem em concretos totalmente saturados, pois neste caso não haverá suficiente
acesso de oxigênio.
Durante a corrosão eletroquímica ocorre uma reação de oxidação, outra de
redução e a circulação de íons através do eletrólito. Na região anódica, onde acontece a
oxidação, os elétrons liberados migram através do metal até a região de caráter catódico,
onde reagem com alguma substância presente no eletrólito de forma a produzir uma reação
de redução. Em meios ácidos, os íons hidrogênio são reduzidos e em meios alcalinos e
neutros a redução do oxigênio dissolvido na água é a reação mais freqüente
(FIGUEIREDO, 1994).
A fim de expor todo o mecanismo da corrosão do aço no concreto, Tuutti
(1982) subdivide o processo corrosivo em duas fases: iniciação e propagação. A iniciação
corresponde ao período de tempo que vai desde a execução da estrutura até a ação do
agente agressivo em atravessar o concreto de cobrimento, alcançar a armadura e
despassivá-la. A propagação, por sua vez, consiste no desenvolvimento da corrosão até que
se alcance um grau inaceitável do processo. A Figura 2.5 representa o modelo proposto por
Tuutti (1982), onde é possível observar as duas fases expostas anteriormente.
Figura 2.5 – Modelo de vida útil proposto por Tuutti (1982).
30
Segundo Helene (1986), para que a corrosão das armaduras no interior do
concreto se desenvolva (propagação) são necessárias as seguintes condições:
• Presença de um eletrólito de baixa resistividade – Corresponde à
fase líquida presente nos poros do concreto. Basicamente é uma solução
saturada de Ca(OH)2, embora contenha também NaOH e KOH, além de
íons agressivos originários do meio externo. O eletrólito é essencial na
corrosão eletroquímica uma vez que, em todo processo corrosivo, há o
movimento de elétrons na armadura, da região anódica para a região
catódica, sendo o circuito eletroquímico fechado pelo movimento
iônico no eletrólito (concreto que envolve a armadura).
• Diferença de potencial (ddp) – A ddp é essencial ao processo porque
dela depende a formação da pilha eletroquímica. O ânodo e o cátodo se
estabelecem a partir de uma ddp entre duas regiões adjacentes ao longo
da armadura, que propicia o movimento eletrônico entre elas. A
referida ddp pode ter origem a partir de várias causas, entre as quais
destacam-se: a diferença de umidade, aeração e concentração salina,
tensão do concreto e/ou do aço, impurezas do metal e heterogeneidades
presentes no concreto pela carbonatação ou pela presença de íons. Na
maioria das vezes formam-se micropilhas de corrosão. Com o tempo
verifica-se o aumento dessas heterogeneidades e a intensificação das
diferenças de potencial de eletrodo entre regiões vizinhas, tendendo a
alterar o processo para macropilhas.
• Presença de oxigênio – Segundo Helene (1993) é necessário que haja
oxigênio para a formação da ferrugem (produto de corrosão), segundo a
reação:
2Fe + O2 + 2H2O → 2Fe(OH)2 (ferrugem)
Na realidade as reações são mais complexas e o produto da corrosão,
denominado ferrugem, nem sempre é o 2Fe(OH)2, mas sim uma gama
de óxidos e hidróxidos de ferro resultantes das reações de oxidação e
redução.
31
• Presença de agentes agressivos – Contribuem sensivelmente para
promover o processo de corrosão, uma vez que provocam a
despassivação da armadura. Os agentes agressivos podem ser: íons
sulfeto (S2-), íons cloreto (Cl-), o dióxido de carbono (CO2), os nitritos
(NO3-), o gás sulfídrico (H2S), o cátion amônio (NH4+), os óxidos de
enxofre (SO2 e SO3), etc.
2.3.2. Mecanismos de transporte de substâncias para o interior do concreto
O transporte de substâncias líquidas ou gasosas para o interior do concreto é
decisivamente influenciado pela estrutura porosa da pasta de cimento endurecida e pelo
grau de saturação dos poros (GUIMARÃES, 2000). Neste sentido, a interconexão dos
poros que determina a porosidade aberta e a distribuição do tamanho dos poros,
constituem-se fatores de suma importância. A porosidade aberta possibilita o transporte das
substâncias e caracteriza a permeabilidade da pasta. Por sua vez, o tamanho dos poros
interfere na velocidade de transporte.
Independente do tamanho, nem todos os poros permitem da mesma forma a
penetração dos agentes agressivos ao interior do concreto. A Figura 2.6 faz a distinção
entre poros abertos, fechados e superficiais sem continuidade (MOPT, 1991, apud
FIGUEIREDO, 1994).
Figura 2.6 – Rede de poros da pasta de cimento (MOPT, 1991, apud FIGUEIREDO,
1994).
32
Neville (1997) define porosidade como sendo a medida da proporção do
volume total do concreto ocupado pelos poros, geralmente expresso em porcentagem. Se a
porosidade for grande e os poros estiverem interligados, estes vão contribuir para a
movimentação dos fluidos no interior do concreto, caracterizando um concreto bastante
permeável. Por outro lado, se os poros forem descontínuos, este concreto está classificado
apenas como de alta porosidade, porém de baixa permeabilidade.
O tamanho dos poros na pasta de cimento varia segundo diversas ordens de
grandeza e eles podem ser classificados em poros de ar aprisionado (decorrentes do
processo de adensamento do concreto), poros de ar incorporado (obtidos quando do
emprego de aditivos incorporadores de ar), poros capilares (oriundos da saída de água livre
do concreto) e poros de gel (devido à água de gel), tendo os três primeiros tipos maior
relevância para a durabilidade. A Figura 2.7 ilustra a distribuição dos tamanhos dos poros
na pasta de cimento endurecida.
Figura 2.7 – Distribuição do tamanho dos poros na pasta de cimento endurecida
(ROSTAM, 1993).
A seguir serão apresentados os principais mecanismos de penetração e
transporte dos agentes agressivos para o interior das estruturas, que tem influência
significativa sobre a durabilidade do concreto armado.
33
2.3.2.1. Absorção capilar
A absorção capilar é um dos mecanismos de transporte que mais afeta a
durabilidade das edificações, especialmente aquelas expostas à chuva, sujeitas a ciclos de
umedecimento e secagem. A água por si só pode ser uma substância agressiva se ela
penetra em uma região de uma estrutura de concreto armado, cujas armaduras já estão
despassivadas pela ação da carbonatação ou de cloretos, provocando a redução da
resistividade do concreto. Por isso, além da quantidade de água absorvida, é importante
considerar a profundidade de penetração da água devido à absorção e à velocidade com
que esse fenômeno ocorre (NEPOMUCENO, 2005).
A absorção ou sucção capilar pode ser definida como o transporte do líquido
motivado por tensões capilares, ocorrendo imediatamente após o seu contato com o
substrato. A absorção capilar, portanto, depende da porosidade aberta, isto é, dos poros
capilares interconectados entre si, permitindo o transporte das substâncias líquidas
contaminadas para o interior do concreto. Depende também do diâmetro dos poros e
apresenta forças de sucção capilar tão mais intensas quanto menores forem os diâmetros
dos capilares. Esta estrutura de poros caracteriza o concreto como um material hidrófilo,
ou seja, um material ávido por água. Sendo assim, pode-se afirmar que as características
hidrófilas do concreto e sua condição de umidade (que em menor teor favorece uma maior
absorção) são aspectos de decisiva influência na capacidade absorvente do concreto. A
absorção depende também de características intrínsecas do líquido como a sua viscosidade
e tensão superficial. Líquidos de alta viscosidade apresentam grande dificuldade de
penetração nos poros do concreto. Por sua vez uma elevada tensão superficial no interior
dos poros significa uma maior profundidade ou ascensão capilar, embora a absorção total
deva ser menor porque o aumento da tensão superficial dificulta sobremaneira a
“molhabilidade” do líquido no substrato e sua posterior penetração para o interior do
concreto.
2.3.2.2. Difusão
A difusão é um mecanismo de transporte de fluidos no concreto, que busca o
equilíbrio das concentrações diferentes. Entre as principais substâncias gasosas que podem
comprometer a durabilidade do concreto destaca-se o CO2, que provoca a carbonatação dos
34
elementos alcalinos do concreto, o oxigênio, que é responsável pela reação catódica na
corrosão de armaduras e vários processos de biodegradação, e o vapor d’água, que também
é responsável pelo desenvolvimento da corrosão de armaduras, especialmente pela redução
da resistividade e por vários outros processos de degradação (NEPOMUCENO, 2005).
A difusão acontece devido a gradientes de concentração, seja entre o meio
externo e o interior do concreto, seja dentro do próprio concreto em busca do equilíbrio
iônico. Trata-se do mecanismo de transporte predominante dos cloretos (Cl-) e do dióxido
de carbono (CO2) dentro do concreto, caso é claro haja uma certa interconexão dos
capilares e a presença de um eletrólito de baixa resistividade, sem o qual a difusão iônica
não ocorre.
É de se esperar que quanto mais compacto for o concreto, menor será a difusão,
em virtude, justamente, da diminuição da porosidade e da conexão entre os poros capilares.
2.3.2.3. Permeabilidade
A permeabilidade é um dos principais parâmetros de qualidade do concreto e
representa a facilidade (ou dificuldade) com que certo fluido transpõe dado volume de
concreto sob pressão. Como ela está relacionada com a interconexão dos poros capilares,
constitui-se em um fator de fundamental importância para que haja o transporte via
penetração de fluidos, como a já mencionada absorção capilar.
É importante ressaltar que a permeabilidade a líquidos sob pressão será tanto
mais acentuada quanto maior for o diâmetro dos poros capilares, além obviamente da
comunicação entre eles. Isto, na prática, é obtido por meio de relações água/cimento
relativamente altas. Por sua vez, à medida que se diminui a relação água/cimento, vai se
obtendo estruturas cada vez mais compactas, com poros capilares mais “estreitos”. Isto,
apesar de favorecer uma maior absorção capilar, no sentido de ascensão capilar e não de
volume absorvido, em virtude da redução no diâmetro dos capilares, é desejável que
aconteça porque diminui de fato a absorção total (volume total absorvido) e a
permeabilidade. A justificativa deste fato é que com uma estrutura de pasta mais compacta,
a despeito do favorecimento no acréscimo das pressões capilares, haverá sempre uma
queda significativa na porosidade capilar e na intercomunicação ou comunicação entre os
poros.
35
De acordo com Neville (1997), os poros importantes para a permeabilidade são
aqueles com diâmetro de, pelo menos, 120 nm ou 160 nm, devendo estes, ainda, ser
contínuos. Os poros dos agregados não contribuem para o aumento da permeabilidade do
concreto, pois estão envolvidos pela pasta de cimento e não apresentam continuidade. Os
poros formados pelas bolhas de ar incorporado por meio de aditivo, também não
contribuem para o aumento da permeabilidade do concreto.
A permeabilidade do concreto aos gases não é um mecanismo de transporte
muito comum em estruturas reais, mas, por meio do ensaio de permeabilidade, tem-se
procurado caracterizar a sua porosidade e correlacioná-la a outros mecanismos de
transporte, como a difusão de oxigênio, difusão de CO2 e se estabelecerem parâmetros de
durabilidade (NEPOMUCENO, 2005).
2.3.2.4. Migração iônica
A migração iônica ocorre devido a um diferencial elétrico. Neste caso, diante
da formação de um campo elétrico, os íons no eletrólito tendem a se deslocar para a região
de polaridade contrária (ARAÚJO, 2004).
No tratamento eletroquímico todos os íons carregados negativamente irão
migrar para o ânodo externo e os carregados positivamente se deslocarão para o cátodo, ou
seja, para a armadura (BANFILL, 1994).
Na Tabela 2.2 é possível observar a condutividade iônica dos principais íons
estudados, segundo Banfill (1994). Porem o autor afirma que essa condutividade pode
mudar sensivelmente com o aumento da concentração das soluções.
Tabela 2.2 – Valores da condutividade iônica de diversos íons à diluição infinita e à
25°C (BANFILL, 1994).
Íons H+ Na+ K+ Ca2+ OH- Cl- 1/2 SO42- 1/2 CO3
2- HCO3-
Condutividade iônica (ohm-1.cm-2. 349 50,1 73,5 59,5 198 75,2 79,8 69,3 44,5
eq-1 ou 10-4.ohm-1.m-2.eq-1) 1° 8° 5° 7° 2° 4° 3° 6° 9°
A maior aplicação deste princípio ocorre no ensaio acelerado para determinar a
permeabilidade do concreto ao íon cloreto, em que se utiliza uma diferença de potencial
para forçar a sua movimentação.
36
2.3.3. Vida útil das estruturas de concreto
Uma estrutura de concreto deve ser projetada, construída e operada de tal
forma que, sob condições ambientais esperadas, ela mantenha sua segurança,
funcionalidade e aparência aceitável durante um período de tempo, implícito ou explícito,
sem a necessidade de elevados custos de manutenção e reparo (CEB, 1990). A partir de tal
definição, entende-se que a durabilidade de uma estrutura é função de certos parâmetros
básicos, tais como das características construtivas, que são traduzidas pelas diversas etapas
da execução de uma estrutura (planejamento/projeto, especificação e fabricação de
materiais, execução correta e estabelecimento de procedimentos de manutenção
específicos), da agressividade ambiental em que a estrutura estará inserida, dos critérios de
desempenho desejados para a construção, os quais dependem da sua finalidade e do tempo,
ou seja, da vida útil requerida para uma estrutura em particular (ANDRADE, 2005;
MESEGUER, 1991).
Por vida útil de um material entende-se o período durante o qual as suas
propriedades permanecem acima dos limites mínimos especificados. O conhecimento da
vida útil e da curva de deterioração de cada material ou estrutura são fatores de
fundamental importância para a confecção de orçamentos reais para a obra, assim como de
programas de manutenção adequados e realistas (SOUZA & RIPPER, 1998).
Os tempos modernos ditaram a certeza de que o concreto, como material de
construção, é instável ao longo do tempo, alterando suas propriedades físicas e químicas
em função das características de seus componentes e das respostas destes às condicionantes
do meio ambiente. Às conseqüências destes processos de alteração que venham a
comprometer o desempenho de uma estrutura, ou material, costuma-se chamar de
deterioração. Os elementos agressivos, em si, são denominados agentes de deterioração.
Cada material ou componente reage de uma forma particular aos agentes de deterioração a
que é submetido, sendo que a forma de deterioração e sua velocidade dependem da
natureza do material e das condições de exposição aos agentes agressivos (SOUZA &
RIPPER, 1998).
A Figura 2.8 representa, esquematicamente, três diferentes histórias de
desempenhos estruturais, ao longo das respectivas vidas úteis, em função da ocorrência de
fenômenos patológicos diversos.
37
Figura 2.8 – Diferentes desempenhos de uma estrutura com o tempo em função de
diferentes fenômenos patológicos (SOUZA & RIPPER, 1998).
No primeiro caso, representado pela curva traço-duplo ponto, está ilustrado o
fenômeno natural de desgaste de uma estrutura, material ou componente construtivo.
Quando há intervenção, a estrutura se recupera, ficando, novamente a linha de desempenho
acima do mínimo exigido para sua utilização. No segundo caso, representado por uma
linha cheia, trata-se de uma estrutura sujeita, em um dado momento, a um problema súbito,
como um acidente, por exemplo, que necessita de imediata intervenção corretiva para que
volte a comportar-se satisfatoriamente. No terceiro caso representado pela linha traço-
monoponto, tem-se uma estrutura com erros originais, de projeto, de materiais ou de
execução, ou ainda uma estrutura que tenha necessitado alterar seus propósitos funcionais,
situações em que se caracteriza a necessidade de reforço.
Em termos de durabilidade, é a quantidade de água no concreto e a sua relação
com a quantidade de material cimentício que irá reger características como densidade,
compacidade, porosidade, permeabilidade, capilaridade, fissuração do concreto, além de
sua resistência mecânica, que em resumo, são os indicadores de qualidade do material.
A questão da vida útil das estruturas de concreto é, portanto, um assunto
complexo e que merece ser tratado com bastante cuidado. É preciso aplicar todo
conhecimento disponível a respeito do tema, no sentido de tornar possível uma avaliação
coerente do comportamento das obras e dos custos envolvidos por um determinado período
38
de tempo, evitando, assim, gastos e intervenções desnecessários. Todavia no caso das
estruturas que já se encontram em processo de deterioração, é necessário tanto calcular o
seu tempo de vida sem risco de colapso, como decidir o momento adequado para se iniciar
os procedimentos de reparo, recuperação ou reforço (TINÔCO, 2001).
2.4. AVALIAÇÃO DA CORROSÃO DE ARMADURAS EM ESTRUTURAS DE
CONCRETO
Ao se verificar que uma estrutura de concreto armado ou protendido está
danificada isto é que apresenta problemas patológicos, torna-se necessário efetuar uma
vistoria detalhada e cuidadosamente planejada para que se possa determinar as reais
condições da estrutura, de forma a avaliar as anomalias existentes, suas causas,
providências a serem tomadas e os métodos a serem adotados para a reabilitação (SOUZA
& RIPPER, 1998).
De uma maneira geral, a avaliação completa de uma estrutura de concreto deve
considerar aspectos tanto de durabilidade quanto de resistência e estabilidade. Os aspectos
de durabilidade envolvem investigações sobre as condições da armadura, sobre as
condições de carbonatação do concreto, sobre a presença de agentes agressivos, tais como
cloretos e sulfatos no concreto, sobre a eventual presença de agregados reativos, etc. A
avaliação da resistência e estabilidade das estruturas de concreto emprega técnicas como o
ultra-som, a esclerometria, a extração de testemunhos de concreto, além da realização de
provas de carga na estrutura.
Sob a ótica específica da corrosão de armaduras, fazem parte de uma avaliação
sistemática do problema uma inspeção preliminar e, posteriormente, uma inspeção
detalhada. A primeira é constituída de um exame visual para caracterizar todos os
sintomas, assim como de uma série de pequenos ensaios que permitam analisar o problema
e preparar um plano mais detalhado para desenvolver uma inspeção pormenorizada.
Intrinsecamente relacionadas ao fenômeno da corrosão do aço no concreto, no que diz
respeito à sua identificação (em natureza e extensão) e sua quantificação, destacam-se,
entre outras, as técnicas visuais, dimensionais, gravimétricas e eletroquímicas.
A avaliação preliminar dá uma primeira indicação do problema de corrosão da
armadura, devendo ser realizada de forma cuidadosa e detalhada, buscando observar as
39
regiões com deterioração aparente e zonas onde há possibilidade de serem encontradas
anomalias. Nesta etapa é comum a realização de alguns procedimentos, tais como:
• Registro com croquis e fotografias das manifestações patológicas mais
importantes como a presença de manchas de produtos de corrosão, a
coloração desses produtos, aspectos morfológicos da corrosão (se a
corrosão é generalizada ou localizada), presença de fissuras (geometria,
abertura e localização em relação ao elemento estrutural), destacamento
do concreto de cobrimento e flechas;
• Classificação da agressividade ambiental ao qual a estrutura encontra-
se inserida;
• Percussão da superfície do concreto com martelo metálico,
identificando regiões com som “cavo”, indicativo de falhas de
concretagem e falta de aderência entre a armadura e o concreto devido
ao elevado grau de corrosão em concretos de elevada relação
água/cimento;
• Identificação de regiões de interesse para medir profundidade de
carbonatação e de alcance dos íons cloretos;
• Identificação de regiões de interesse para realizar ensaios de
caracterização das propriedades mecânicas do concreto;
• Identificação de regiões de interesse para a realização de ensaios
específicos relacionados com o fenômeno da corrosão (detecção
eletromagnética da posição da armadura, espessura de cobrimento,
diâmetro da armadura, resistividade do concreto, potencial de corrosão
e densidade de corrente de corrosão).
A avaliação propriamente dita da corrosão de armaduras (inspeção detalhada)
deve preferencialmente ser realizada mediante o emprego de técnicas eletroquímicas, haja
vista ser o fenômeno da corrosão um evento também desta natureza. Outro fator
extremamente importante e que merece destaque é o fato de se tratar de um método não
destrutivo de avaliação da corrosão, permitindo ao engenheiro e ao pesquisador avaliar a
cinética e a termodinâmica do processo corrosivo sem a destruição de parte da estrutura
analisada. As técnicas eletroquímicas podem ser utilizadas na avaliação, no controle e na
40
investigação da corrosão da armadura, independente do tipo de ataque corrosivo. Desta
forma, consegue-se analisar qualitativa e quantitativamente o processo destrutivo,
podendo-se de maneira precisa e eficiente determinar se uma dada estrutura necessita ou
não sofrer intervenção. Nesta avaliação também é fundamental a realização de alguns
procedimentos, tais como:
• Fazer detecção eletromagnética da posição das armaduras, evitando o
corte das mesmas durante a operação de extração de testemunhos de
concreto ou facilitando a ruptura do elemento exatamente na posição da
armadura para posterior contato elétrico, necessário para a realização
dos ensaios eletroquímicos;
• Romper o concreto, em região sã, até atingir a armadura, realizando
medidas de profundidade de carbonatação, espessura de cobrimento e
diâmetro da armadura;
• Retirar amostras de concreto para obter perfil de cloretos e
profundidade de alcance dos íons cloreto;
• Romper o concreto em regiões onde a corrosão da armadura encontra-
se em avançado processo de corrosão, deixando a armadura livre do
concreto; limpar a armadura e medir o diâmetro residual da mesma,
objetivando verificar a perda de seção do aço e a eventual necessidade
de reposição da armadura na operação de reabilitação do elemento
estrutural;
• Extrair amostras cilíndricas do concreto para caracterização das
propriedades mecânicas do concreto;
• Realizar medidas de resistividade do concreto;
• Realizar medidas de potencial e densidade de corrente de corrosão.
Os métodos gravimétricos são utilizados apenas em laboratório e tem o
objetivo de se obter dados suficientes e confiáveis para um diagnóstico correto e preciso.
Tal método visa basicamente a quantificação do processo corrosivo pela determinação da
perda de massa da armadura após o processo de corrosão. Trata-se de uma técnica bastante
confiável de se determinar a velocidade de corrosão, porém que apresenta a inconveniência
de destruir parte da estrutura para a obtenção da medida.
41
2.5. AVALIAÇÃO QUALITATIVA E QUANTITATIVA DA CORROSÃO
Os métodos eletroquímicos são os mais recomendados quando se necessita
avaliar o fenômeno corrosivo. Tais técnicas são as mais indicadas por sua sensibilidade,
rapidez e caráter não destrutivo. Muitas delas podem ser utilizadas “in situ”, fornecendo
informações tanto sobre o estado superficial da armadura (estado passivo ou ativo de
corrosão), quanto sobre a intensidade ou velocidade de corrosão. Neste sentido, as técnicas
de potenciais de corrosão e de resistência de polarização são as mais adequadas para
avaliar quadros corrosivos em estruturas de concreto, devido à importância das
informações obtidas e a praticidade envolvida em suas aplicações. Por se tratar de um
parâmetro controlador do processo eletroquímico, destaca-se também, a resistividade do
concreto como outra técnica de grande importância (ICCET, 1989; FIGUEIREDO, 1994;
BUNGEY & MILLARD, 1996).
2.5.1. Potencial de eletrodo ou de corrosão
O potencial de corrosão, ou potencial de eletrodo, ou mesmo potencial
eletroquímico é um método de ensaio padrão normalizado pela ASTM C 876 (1991). A
técnica consiste em se determinar a diferença de potencial (ddp) entre duas semicélulas: a
semicélula aço/concreto ou eletrólito e a semicélula estável de cobre/sulfato de cobre, que
é o eletrodo de referência. Um voltímetro de alta impedância é conectado entre a armadura
e o eletrodo de referência colocado em contato com a superfície de concreto (Figura 2.9).
O resultado obtido é conhecido por potencial eletroquímico ou potencial de corrosão da
armadura de concreto.
Figura 2.9 – Esquema básico do método de determinação do potencial de corrosão da
armadura.
42
Os equipamentos básicos para a medida dos potenciais eletroquímicos
consistem basicamente em um voltímetro de alta impedância, com resolução em milivolts,
um eletrodo de referência (os mais utilizados são os de calomelano saturado – ECS e o de
cobre/sulfato de cobre – ESC), uma esponja de alta condutividade, destinada a melhorar a
condutividade elétrica entre o eletrodo de referência e a superfície do concreto, além de
fios elétricos para realizar as devidas conexões. As ligações são extremamente simples,
apenas cuidando-se para que o pólo negativo do voltímetro seja conectado ao eletrodo de
referência e o pólo positivo a um ponto da armadura do concreto.
Com os valores obtidos de potencial de corrosão têm-se informações
qualitativas sobre o estado superficial da armadura, indicando se a mesma apresenta-se em
estado passivo ou ativo de corrosão. Com isso consegue-se realizar um mapeamento dos
potenciais eletroquímicos da estrutura e, dessa forma, descobrir as regiões com tendência
ou não de sofrer corrosão. A partir desses resultados, é possível o monitoramento desses
potenciais com o tempo, permitindo saber o momento no qual o aço perde a sua camada de
passivação.
Os potenciais eletroquímicos são parâmetros termodinâmicos que dependem de
inúmeras variáveis como umidade, tipo de cimento, resistividade, qualidade do concreto,
espessura do cobrimento, temperatura, frente de carbonatação, presença de cloretos, entre
outras. Seus valores numéricos indicam o balanço entre as reações anódicas e catódicas,
não fornecendo, entretanto, informações quantitativas sobre a velocidade ou intensidade de
corrosão da armadura. Os valores de potencial podem ser associados à probabilidade de
corrosão e, as faixas de potenciais associadas às suas respectivas probabilidades de
corrosão podem ser observadas na Tabela 5.5 da Metodologia Experimental.
Vale ressaltar que tais valores não devem ser tomados como absolutos, sendo
apenas aceitáveis como referência. Na realidade, essas faixas de potenciais foram
determinadas empiricamente após estudos de corrosão em tabuleiros de pontes sujeitas à
ação de cloretos, oriundas de casos norte-americanos, no início da década de setenta
(HELENE, 1993).
2.5.2. Resistência de polarização
A resistência de polarização pode ser entendida como a inércia que o sistema
possui em desenvolver um processo eletroquímico de corrosão, frente a uma polarização
43
imposta. Pode ser obtida a partir de uma diferença de potencial aplicada à armadura,
exercendo uma polarização ao redor do potencial de corrosão original. Aplicada a
diferença de potencial externa, ∆E, a variação de corrente, ∆I, pode ser medida por um
procedimento potenciostático ou potenciodinâmico. Aplicando-se uma corrente externa,
∆I, também é possível registrar a variação de potencial, ∆E, através de um procedimento
galvanostático. A resistência de polarização, Rp, é então obtida por IERp
∆∆
= , conforme
Figura 2.10.
Figura 2.10 – Representação gráfica da resistência de polarização a partir dos valores
de E e I (WOLYNEC & ESCALANTE, 1980).
Admite-se que a curva de polarização para pequenas sobretensões ao redor do
potencial original de equilíbrio obedece uma variação linear. Essa pequena sobretensão
pode ser da ordem de ±10 a 20 mV, ou seja, valores de sobretensão anódica de +10 mV ou
catódica de -10mV são usualmente empregados. Devem ser evitados valores muito
elevados para não comprometer a hipótese básica de linearidade da curva de polarização
(ANDRADE et al., 1986). A resistência de polarização pode então ser correlacionada à
taxa de corrosão pela equação proposta por Stern & Geary (1957) que no fim da década de
50 correlacionaram estudos teóricos com resultados de experimentos práticos realizados
por outros pesquisadores, encontrando que a corrente de corrosão pode ser obtida por:
pca
ca
pcorr R
BR
I =××
××=
)(3,21
ββββ
44
onde:
Icorr = corrente de corrosão em µA;
B = constante de Stern e Geary, sendo função das características do sistema metal/meio e
que dificilmente abandona o intervalo entre 13 e 52 mV.
Rp = Resistência de polarização;
βa e βc = constantes de Tafel, anódica e catódica respectivamente.
A metodologia tem sido amplamente empregada pela Drª. Carmen Andrade
(Espanha), Dr. C. Page (Reino Unido), Dr. Pedro Castro (México), Dr. Enio Pazini
Figueiredo, Dr. Antônio Nepomuceno e Dr. Paulo Helene (Brasil). A Drª. Carmen Andrade
e colaboradores, juntamente com a empresa GEOCISA desenvolveram um instrumento
denominado GECOR, atualmente comercializado pela James Instruments, para realizar
medidas de velocidade ou taxa instantânea de corrosão em obras, uma vez que até
recentemente a literatura registrava somente aplicações em laboratório e em condições
especiais, com corpos de prova de configuração limitada.
Ao se dividir a intensidade de corrosão, Icorr, pela área efetiva de estudo “S”,
obtém-se a densidade de corrosão, icorr.
SRBi
pcorr ×
=
Desta forma, pode-se obter a velocidade ou taxa instantânea de corrosão a cada
momento de um determinado ensaio, valores esses que representam a cinética da corrosão
da armadura. A Tabela 5.4 da Metodologia Experimental apresenta um critério de
avaliação da importância da corrosão em função da velocidade do processo.
2.5.3. Resistividade elétrica
A importância de se estudar a resistividade do concreto reside no fato de que
esta propriedade, juntamente com o acesso de oxigênio às barras metálicas, constituem os
dois elementos principais controladores da propagação da corrosão da armadura. Dessa
forma, a velocidade de corrosão do aço no concreto é, em muito, dependente da
45
resistividade elétrica ou, por outro lado, da condutividade iônica do eletrólito (fase líquida
do concreto).
Para a determinação da resistividade elétrica do concreto existem basicamente
duas metodologias a serem utilizadas. A primeira corresponde ao método dos “quatro
pontos” ou dos quatro eletrodos, também conhecido como método de Wenner (Figura
2.11). Trata-se de uma técnica normalizada pela ASTM G 57 (ASTM, 2001), que
originariamente foi empregada para medir resistividade de solos. Atualmente, existem
equipamentos comerciais adaptados para a aplicação em concreto como, por exemplo, o
modelo MK II da CNS Eletrinics Ltda, tendo como principais vantagens a facilidade de
utilização, a possibilidade de empregá-los “in loco”, diretamente nas estruturas de
concreto, além de ser uma técnica não destrutiva. O segundo método é o normalizado pela
ABNT - NBR 9204:1985 que emprega três eletrodos. Nesta pesquisa foi utilizado apenas o
método de Wenner por sua aplicabilidade e praticidade.
De acordo com a configuração da Figura 2.11, uma corrente elétrica é aplicada
entre os eletrodos externos e a diferença de potencial gerada entre os eletrodos internos
propicia a medida da resistividade através da seguinte equação:
IVa ⋅⋅⋅= πρ 2 , onde:
ρ = resistividade elétrica do concreto (ohm.cm);
a = espaçamento entre os eletrodos (cm);
V = voltagem (volts);
I = corrente (ampere).
46
Figura 2.11 – Esquema da medida da resistividade através do método dos quatro
eletrodos (FIGUEIREDO, 1999).
A resistividade é um dos fatores controladores do processo eletroquímico e
pode ser considerada uma técnica semiquantitativa para avaliação da corrosão. As
velocidades ou taxas de corrosão serão máximas em concretos com altos teores de umidade
(os que representam baixa resistividade), porém sem saturação dos poros para não
dificultar o acesso de oxigênio até a armadura. A Tabela 5.3 da Metodologia Experimental
apresenta critérios para a avaliação dos resultados obtidos de resistividade, levando-se em
consideração o risco de corrosão da armadura.
47
3. CARBONATAÇÃO EM ESTRUTURAS DE CONCRETO
3.1. INTRODUÇÃO
A tradicional concepção do concreto armado como um material de grande
durabilidade e resistência tem sido invariavelmente questionada devido ao surgimento de
um número cada vez maior de manifestações patológicas, destacando-se a corrosão das
armaduras de concreto como a de maior gravidade (KURTIS & MEHTA, 1997, apud
CUNHA & HELENE, 2001). As constantes mudanças atmosféricas, ressaltando-se o
elevado grau de poluição ambiental e os inúmeros agentes químicos lançados na atmosfera
ao longo dos últimos anos, levaram engenheiros e pesquisadores a constatarem um número
cada vez maior de problemas nas estruturas de concreto. Sendo assim, o estudo sistemático
destes problemas a partir de suas manifestações características permite um conhecimento
mais aprofundado de suas causas, facilitando os trabalhos de reparo e manutenção das
estruturas, minimizando a sua incidência.
As armaduras das estruturas de concreto normalmente encontram-se protegidas
da corrosão em decorrência da alta alcalinidade do material, que possui um pH da ordem
de 12 a 13. Esta elevada alcalinidade favorece a formação de um filme de óxidos
submicroscópico passivante, compacto, resistente e aderente sobre a superfície da
armadura. Esta camada protege indefinidamente a armadura da corrosão, enquanto o
concreto siga apresentando boa qualidade, ou seja, sem fissuras e com suas características
físicas e mecânicas inalteradas devido a ação de agentes agressivos. Para o caso das
armaduras de concreto, a carbonatação e os íons cloreto são os principais agentes
iniciadores da corrosão.
A carbonatação é um fenômeno que fatalmente acaba ocorrendo com o
concreto à medida que o tempo passa. A compreensão desse processo químico se faz
necessária à medida que a durabilidade passa a ser considerada, já que ela pode acarretar a
modificação da estrutura da pasta de cimento, alterando a resistência, provocando
pequenas retrações e, principalmente, reduzindo o pH do concreto (RILEM, 1988, apud
FIGUEIREDO & HELENE, 1994).
A carbonatação provoca uma alteração na alcalinidade do concreto,
promovendo uma redução generalizada do pH para valores menores que 10,5, deixando a
48
armadura susceptível à corrosão em virtude da quebra da estabilidade química do filme de
óxidos passivante (HELENE, 1981; PAGE, 1988; PARROT, 1990).
O principal dano decorrente do fenômeno da carbonatação não está diretamente
associado ao concreto e sim à armadura, conforme é explicado nos itens seguintes. Desta
forma, é imprescindível que este fenômeno não seja analisado sem estar associado ao
cobrimento da armadura. Nestes casos, o efeito da carbonatação é benéfico dado o
aumento da resistência, da dureza superficial e da impermeabilidade do concreto.
Haque & Kawamura (1992), apud Cunha & Helene (2001) descrevem em seus
estudos, que a principal causa da corrosão das armaduras em concretos é a perda da
eficiência do concreto de cobrimento, que deve promover a proteção necessária ao aço
contra a ação de agentes agressivos que possam vir a desencadear a sua despassivação.
Um bom cobrimento das armaduras, com um concreto de alta compacidade,
sem ninhos de concretagem, vazios ou excessos de exsudação e com um teor de argamassa
adequado e homogêneo, garante, por impermeabilidade, a proteção do aço contra o ataque
de agentes agressivos que possam vir a desencadear o processo de corrosão.
O cobrimento da armadura funciona como uma barreira física, interpondo-se
entre o meio corrosivo e a armadura, principalmente em se tratando de um concreto bem
dosado, pouco permeável, compacto e com uma espessura adequada. Além disso, é
responsável também por uma proteção química, conferida pela alta alcalinidade da solução
aquosa presente nos poros do concreto, que proporcionam um meio adequado às reações de
passivação. A durabilidade, portanto, no que se refere à corrosão da armadura, depende da
espessura, uniformidade e estanqueidade que o concreto de cobrimento deve proporcionar
ao longo do tempo às referidas armaduras e a apreciável reserva alcalina do concreto
responsável pela passivação das mesmas.
Utilizando-se concretos bem dosados, lançados e compactados, com baixas
relações água/cimento, que permitam a execução de estruturas pouco porosas e mais
compactas, além de cobrimentos adequados, a armadura provavelmente possuirá vários
anos de proteção.
No que diz respeito ao diagnóstico do fenômeno da corrosão do aço no
concreto, destaca-se, entre as técnicas de avaliação, a metodologia de medida da frente de
carbonatação do concreto por meio do emprego de indicadores químicos de pH (Item
3.5.1) que, em contato com a solução alcalina dos poros do concreto, rica em hidróxido de
cálcio, adquirem colorações típicas a partir de um determinado pH da solução. As
49
substâncias mais utilizadas são a fenolftaleína e a timolftaleína que permitem conhecer a
mudança do pH entre 8,3 e 10 e entre 9,3 e 10,5, respectivamente (BASSET et al., 1981).
O emprego de indicadores químicos apresenta como principal desvantagem o caráter
destrutivo do ensaio para a verificação da profundidade de carbonatação.
Outras formas de avaliar a carbonatação do concreto são apresentadas no Item
3.5.2.
3.2. MECANISMO DE OCORRÊNCIA E CONSEQÜÊNCIAS DA CARBONATAÇÃO
A carbonatação é um fenômeno físico-químico decorrente da reação entre o
dióxido de carbono (CO2) e os compostos alcalinos hidratados do cimento, entre eles
principalmente o hidróxido de cálcio que se encontra em maior quantidade, o hidróxido de
sódio e o hidróxido de potássio, na presença de umidade, gerando carbonatos como sub-
produtos de baixa solubilidade.
O processo ocorre por difusão do CO2 (existente na atmosfera) na fase aquosa
dos poros do concreto e pela posterior reação química do CO2 dissolvido com o hidróxido
de cálcio Ca(OH)2 e outros constituintes sólidos carbonatáveis do concreto, tais como o
NaOH e o KOH, encontrados em menor quantidades no cimento.
A Figura 3.1 mostra uma representação esquemática resumida do processo de
carbonatação, segundo o CEB/BI 152 (1984).
50
Figura 3.1 – Avanço do processo de carbonatação (CEB/BI 152, 1984).
Segundo Forrester (1976), apud Cunha & Helene (2001), para que a reação de
carbonatação se produza naturalmente é necessário que o anidrido carbônico (CO2) seja
solubilizado conforme apresentado na Equação 3.1.
−+−+ +⇔+⇔⇔+ 2
333222 2 COHHCOHCOHOHCO (3.1)
As equações simplificadas dos compostos básicos carbonatáveis do concreto
são:
(a). reação de carbonatação para os álcalis do cimento mais solúveis; hidróxido de potássio
(KOH) e hidróxido de sódio (NaOH), encontrados em menor quantidade na pasta de
cimento:
1ª Reação: −+ +⇒+ 322 HCOHOHCO (3.2)
2ª Reação: OHCOKHCOHOHKKOH 2323 2222 +⇒+++→ −+−+ (3.3)
1ª Reação: −+ +⇒+ 322 HCOHOHCO (3.4)
2ª Reação: OHCONaHCOHOHNaNaOH 2323 2222 +⇒+++→ −+−+ (3.5)
51
(b). Reação de carbonatação para o hidróxido de cálcio Ca(OH)2
1ª Reação: −+ +⇒+ 322 HCOHOHCO (3.6)
2ª Reação: ( ) OHCaCOHCOHOHCaOHCa 2332
2 22 +⇒+++→ −+−+ (3.7)
Já a reação simplificada pode ser descrita da seguinte forma:
OHCaCOOHCaCO 2322 )( +⇒+ (3.8)
Papadakis et al. (1991) mostram ainda que a carbonatação dos silicatos C3S e
C2S não hidratados na pasta de cimento endurecida pode ocorrer, de acordo com as
Equações 3.9 e 3.10.
322222 3.3.3 CaCOOHSiOOHCOSiOCaO +→++ νν (3.9)
322222 2.2.2 CaCOOHSiOOHCOSiOCaO +→++ νν (3.10)
A conversão do hidróxido de sódio em carbonato de sódio ocorre conforme
mostra a Equação 3.11. O NaOH consumido na reação com o gás carbônico (Equação
3.11) é liberado novamente após reagir com o hidróxido de cálcio (Equação 3.12), com o
C3S hidratado (Equação 3.13) e com o aluminato de cálcio hidratado (Equação 3.14),
podendo reagir novamente com o CO2, permitindo a seqüência do processo
(GUIMARÃES, 2000, apud FIGUEIREDO, 2005)
OHCONaNaOHCO OH2322
22 +⎯⎯ →⎯+ (3.11)
NaOHCaCOOHCaCONa OH 2)( 32322 +↓⎯⎯ →⎯+ (3.12)
OHNaOHSiOCaCOOHSiOCaOCONa OH2232232 66633.2.33 2 ++↓+↓⎯⎯ →⎯+ (3.13)
OHNaOHOHAlCaCOOHOAlCaOCONa OH23323232 42)(28..3 2 +++↓⎯⎯ →⎯+ (3.14)
Felizmente a velocidade com que esta reação ocorre é lenta e tende a diminuir
a sua intensidade com o tempo. Isto ocorre porque o carbonato de cálcio irá reduzir a
52
porosidade e a permeabilidade do concreto, colmatando os seus poros superficiais e
dificultando cada vez mais a entrada de CO2 para o interior do concreto.
Os principais efeitos da carbonatação, decorrentes da precipitação do carbonato
de cálcio são a redução do pH, redução da permeabilidade, um aumento da resistência
superficial e um incremento na resistividade elétrica, como efeito da neutralização da
solução nos poros do concreto e da saída da água do concreto na forma de subproduto da
carbonatação. Com a continuação do processo de carbonatação, percebe-se que a presença
do dióxido de carbono dissolvido continua reagindo com a estrutura de concreto. Com a
continuidade do processo, tendo a solução dos poros sido neutralizada, uma serie de
compostos do concreto começa a ser desestabilizada, produzindo, em muitos casos,
estágios amorfos de CaCO3, CaSO4, Al(OH)3, SiO2 e H2O (GUIMARÃES, 2000).
Outros gases ácidos, tais como o SO2 e o H2S, também levam à diminuição do
pH do concreto e, consequentemente, à despassivação da armadura.
A profundidade ou espessura de carbonatação inicia-se pela superfície da
estrutura e avança progressivamente para o interior do concreto, formando a chamada
“frente de carbonatação”, que na verdade separa duas regiões de pH bem distintas, uma
com pH próximo a 13 e outra com pH próximo a 8. Geralmente esta profundidade de
carbonatação é expressa em milímetros ou em centímetros e na maioria das vezes trata-se
de um valor médio, nem sempre muito uniforme em concretos contendo agregados graúdos
com dimensão máxima característica acima de 19 mm.
A carbonatação do concreto também influi de forma decisiva e marcante na
corrosão das armaduras por ataque de cloretos. Quando o concreto começa a carbonatar,
parte dos cloretos combinados quimicamente ao aluminato tricálcio (C3A), formando o
cloroaluminato de cálcio ou sal de Friedel, passam à condição de livres, podendo atingir o
limite crítico de rompimento da camada passiva. Segundo Bakker (1988), essa combinação
entre carbonatação e cloretos é normalmente a causa dos problemas mais severos de
corrosão. Os efeitos dessa combinação levam a uma aceleração da velocidade de corrosão
quando comparada com a ocorrência dos dois ataques observados de forma independente.
Os problemas gerados pela corrosão das armaduras por carbonatação
manifestam-se sob a forma de manchas superficiais causadas pelos produtos de corrosão,
fissuração e posterior lascamento do cobrimento, em virtude dos produtos finais de
corrosão possuírem um volume maior que o aço original, redução significativa da seção
resistente das armaduras, com freqüente seccionamento dos estribos, redução e eventual
53
perda de aderência das armaduras principiais com o concreto, reduzindo de forma
comprometedora a segurança estrutural da peça em questão.
3.3. FATORES DETERMINANTES DA VELOCIDADE E PROFUNDIDADE DE
CARBONATAÇÃO
A velocidade e a profundidade de carbonatação dependem de fatores
relacionados com o meio ambiente e com as características finais do concreto endurecido.
Os principais fatores que irão influenciar a carbonatação são a qualidade do
concreto e as condições que ele será submetido. Espera-se que um concreto de boa
qualidade, com baixa porosidade e permeabilidade dificultará a difusão dos gases, e um
cobrimento adequado não permitirá que a frente de carbonatação atinja a armadura.
Ao se mencionar um “concreto de boa qualidade” admite-se que as condições
de transporte, lançamento, adensamento e cura do concreto serão adequadas, bem como o
uso de uma relação água/cimento baixa. O fck do concreto, função da relação a/c, também
interferirá neste processo de carbonatação, que será tanto maior quanto menor for o valor
da resistência característica.
3.3.1. Concentração de CO2
Segundo Kazmierczak (1995), a velocidade de carbonatação aumenta quando o
ambiente possui uma maior concentração de CO2, principalmente para concretos de
elevadas relações água/cimento, em virtude de esta característica influenciar de forma
decisiva na porosidade e compacidade da matriz de pasta de cimento endurecida.
A concentração de CO2 na atmosfera varia de um ambiente para outro,
oscilando de 0,03% em meios rurais a 1,2% para zonas industriais (HELENE, 1986). A
Tabela 3.1 mostra a correlação entre a agressividade do meio e a concentração de gás
carbônico no ambiente.
54
Tabela 3.1 – Classificação da agressividade do ambiente sobre as armaduras
(HELENE, 1995).
CLASSIFICAÇÃO DA AGRESSIVIDADE DO AMBIENTE SOBRE AS ARMADURAS
Classe de agressividade Agressividade Macro-Clima Concentração de CO2
I Fraca Atmosfera Rural ≤ 0,3%
II Média Urbana ≤ 0,3%
III Forte Marinha ou Industrial ≥ 0,3%
IV Muito Forte Pólos Industriais > 0,3%
A concentração de CO2 adquire uma importância significativa quando
analisada em meios laboratoriais através da carbonatação acelerada. Em laboratórios a
concentração utilizada de gás carbônico é bem superior à encontrada em qualquer ambiente
vivido pelo homem, sendo desta forma um tema bastante polêmico e controverso.
Kazmierczak (1995) realizou um estudo comparativo entre a carbonatação acelerada e a
ocorrida naturalmente ao ar livre, sob uma umidade relativa controlada entre 70 e 80%
durante 18 meses. A comparação foi realizada utilizando-se dois ensaios: a aspersão de
indicadores químicos e o acompanhamento do ganho de massa. O estudo demonstrou que
há uma ótima correlação entre os ensaios acelerados e ao ar livre, sob umidade constante.
Papadakis et al. (1992), apud Teixeira (2002), também não constataram
alterações significativas no mecanismo físico-químico da carbonatação acelerada, sendo
possível correlacionar os resultados do ensaio acelerado e natural. Mehta & Monteiro
(1994), contudo, advertem quanto à possibilidade de alterações na microestrutura da pasta
carbonatada. Segundo esses pesquisadores, o CO2 em excesso poderia levar a formação do
bicarbonato de cálcio (solúvel) além do carbonato de cálcio (insolúvel). As Equações 3.15
e 3.16 ilustram as reações que podem ocorrer quando o concreto é submetido a elevadas
concentrações de dióxido de carbono (MEHTA & MONTEIRO, 1994).
OHCaCOCOHOHCa 23322 2)( +⇒+ (3.15)
23223 )(HCOCaOHCOCaCO ⇒++ (3.16)
A geração de compostos solúveis permitiria a migração do carbonato de cálcio
pelos poros da pasta de cimento, prejudicando a durabilidade do concreto, já que se
55
aumentaria a porosidade e permeabilidade do mesmo em virtude da solubilidade em água
do sal formado.
3.3.2. Umidade relativa do ambiente
A umidade contida nos poros do concreto exerce grande influência nas reações
de carbonatação. Segundo a maioria dos autores pesquisados, os valores ideais da umidade
relativa do ambiente para que a velocidade de carbonatação seja máxima variam entre 50 e
70% (Figura 3.2). Para teores acima do mencionado, os poros do concreto encontrar-se-
iam saturados e o CO2 encontraria dificuldades para se difundir no interior do concreto
(Figura 3.4). A difusão do dióxido de carbono na fase líquida é aproximadamente 104
vezes mais lenta que na fase gasosa, mas a presença de água é fundamental para a reação
(BAKKER, 1988). Já em regiões secas não existiria umidade suficiente para a dissolução
do CO2 e, conseqüente, para a formação do ácido carbônico, que é quem realmente reage
com o hidróxido de cálcio (Figura 3.3). Neste caso a carbonatação não ocorreria por falta
de água. Finalmente, se os poros estiverem apenas parcialmente preenchidos com água, a
frente de carbonatação avança até profundidades onde os poros do concreto apresentam
condições desfavoráveis (Figura 3.5).
Figura 3.2 – Influência da umidade do ambiente no grau de carbonatação
(VERBECK, 1950, apud CÁNOVAS, 1988).
56
Figura 3.3 – Representação esquemática da carbonatação parcial do concreto, com
poros totalmente secos (BAKKER, 1988).
Figura 3.4 – Representação esquemática da carbonatação parcial do concreto
saturado com água (BAKKER, 1988).
Figura 3.5 – Representação esquemática da carbonatação parcial do concreto com
poros parcialmente preenchidos com água (BAKKER, 1988).
57
3.3.3 - Temperatura
A influência da temperatura na velocidade de penetração da frente de
carbonatação não é muito significativa para os valores usuais encontrados em nossa região.
Kazmierczak (1995) citou resultados que não apresentavam mudanças significativas para
variações de temperatura entre 20 e 45°C, quando mantidas as demais condições de
exposição. Contudo a variação de temperatura não deve ser ignorada, já que exerce
influência significativa no fenômeno da corrosão das armaduras.
3.3.4 - Pressão
A pressão assim como a temperatura exerce pouca influência na velocidade de
penetração da frente de carbonatação para os valores comumente encontrados
(KAZMIERCZAK, 1995). A pressão não possui variações significativas nos casos reais
estudados. Os ensaios acelerados normalmente empregam variações de concentração de
CO2 e não variações de pressão.
3.3.5 – Tipo de cimento
A reserva alcalina é um dos principais fatores relacionados ao avanço da frente
de carbonatação. A quantidade de compostos alcalinos disponível para reagir com o CO2
depende do tipo de cimento empregado para a execução do concreto.
A bibliografia é praticamente unânime em afirmar que as adições minerais,
quando em igualdade de condições com o cimento puro, apresentam desempenho inferior
no que diz respeito à carbonatação, já que reduzem significativamente a reserva alcalina do
concreto.
Estudos sobre a influência da escória no fenômeno da carbonatação
demonstram o comprometimento das estruturas quanto ao ataque de gás carbônico, quando
a adição mineral é incorporada à mistura por substituição. Os resultados demonstram uma
significativa diminuição da reserva alcalina, que apesar do refinamento dos poros
promovido, resulta numa maior profundidade de carbonatação. Além disso, quanto mais
fina a escória, maior também será a frente de carbonatação, uma vez que a finura
representa um fator extremamente positivo na reatividade da mesma, reagindo mais
58
intensamente com o hidróxido de cálcio disponível e reduzindo, ainda mais a reserva de
compostos alcalinos no concreto.
Diversos autores explicam pelo conceito da reserva alcalina o aparente
paradoxo dos cimentos com adição possibilitarem uma maior velocidade de carbonatação,
uma vez que os cimentos pozolânicos refinam os poros do concreto, diminuindo sua
permeabilidade à medida que as reações pozolânicas se produzem. O fato é que as reações
pozolânicas consomem os álcalis livres resultantes da hidratação do clinquer, diminuindo
os teores de álcalis da pasta. Havendo menores teores de álcalis, a velocidade de
penetração da frente de carbonatação, devido às reações com o CO2 dissolvido na fase
aquosa dos capilares, será maior (KAZMIERCZAK, 1995).
A Figura 3.6 mostra que a adição de cinza volante ao concreto de cimento
portland fez com que aumentasse a carbonatação, o mesmo ocorrendo quando a quantidade
de cimento, ou cimento mais cinza volante, por metro cúbico, foi aumentada (HO &
LEWIS, 1987).
Figura 3.6 – Influência do tipo de cimento e sua quantidade por m³ de concreto sobre
a profundidade de carbonatação (HO & LEWIS, 1987).
Azevedo (2001) nos ensaios de carbonatação realizados em sua pesquisa com
corpos-de-prova de concreto sem adição, chamado de referência, e com adição mineral
observou dois aspectos diferentes. Primeiramente para o ensaio realizado em pontos
diferentes dos corpos-de-prova e, adotando-se a média dos valores encontrados, o concreto
com cinza de casca de arroz foi o que apresentou uma maior profundidade de
59
carbonatação, seguido pelo concreto de escória de aciaria LD e pela sílica ativa. Observou-
se também que pela média dos valores de profundidade de carbonatação, o concreto de
referência apresentou-se em melhores condições quando comparados aos concretos com
adições minerais, o que demonstra que os concretos com adições minerais apresentam
desempenhos inferiores ao concreto convencional, no que se refere à carbonatação. O outro
aspecto, foi que, adotando-se o ponto máximo da profundidade de carbonatação, o
concreto com sílica ativa apresentou melhores resultados que o concreto convencional,
ficando os outros concretos estudados na mesma situação anterior. A Figura 3.7 ilustra
esses dois aspectos observados pela pesquisadora.
Figura 3.7 – Profundidade de carbonatação medida em cinco pontos diferentes dos
corpos-de-prova (AZEVEDO, 2001).
Castro (2003) também realizou um estudo comparando o concreto sem adições,
chamado de referência (R), com o concreto com adição de escória de alto forno (E), sílica
ativa (S), cinza volante (V), cinza da casca de arroz (A) e metacaulinita (M), adições estas
utilizadas em substituição à quantidade de cimento empregada no concreto de referência.
Segundo o pesquisador a adição de sílica ativa e metacaulinita propiciaram os maiores
ganhos de desempenho ao concreto, demonstrando que as alterações micro-estruturais
proporcionadas por essas adições foram mais eficientes que as prováveis reduções da
reserva alcalina na proteção da frente de carbonatação. A Figura 3.8 ilustra esta afirmação.
60
Figura 3.8 – Coeficiente de carbonatação médios, para cada relação
água/aglomerante e adição utilizada, para concretos que passaram por cura úmida
(CASTRO, 2003).
3.3.6 – Relação água/cimento
Segundo Mehta & Monteiro (1994), a relação água/cimento e o grau de
hidratação determinam a porosidade capilar total, que diminui com o decréscimo da
relação a/c ou o aumento do grau de hidratação. Com o aumento do grau de hidratação,
embora haja um aumento considerável no volume de poros, devido aos espaços
interlamelares do C-S-H formado, a permeabilidade é acentuadamente reduzida, pois os
espaços originalmente ocupados pela água vão sendo progressivamente preenchidos pelos
produtos da hidratação.
Portanto, o cimento com maior grau de hidratação possui uma menor
porosidade e permeabilidade, fazendo com que a estrutura esteja menos suscetível ao
ataque de agentes agressivos, não permitindo a sua entrada e, conseqüentemente, a sua
propagação no interior do concreto.
A água adicionada é indiretamente responsável pela permeabilidade da pasta
endurecida de cimento porque o seu teor determina primeiramente o espaço total e
posteriormente o espaço vazio, quando a água for consumida pelas reações de hidratação
do cimento ou evaporação para o meio ambiente.
61
Em geral, quando a relação a/c é alta e o grau de hidratação é baixo, a pasta de
cimento terá alta porosidade capilar, contendo um número relativamente elevado de poros
grandes e bem conectados (maior permeabilidade). À medida que a hidratação prossegue, a
maioria dos poros será reduzida a um tamanho pequeno perdendo também as suas
interconexões. Logo, quanto mais água se adicionar (maior relação água /cimento), maior
será o número de vazios e maior será a porosidade da pasta, fazendo com que a mesma
tenha uma menor durabilidade e seja mais suscetível ao ataque de agentes agressivos.
3.3.7 – Qualidade do concreto
A qualidade do concreto está intimamente relacionada à sua durabilidade,
independente do ensaio realizado. A escolha adequada dos materiais a serem utilizados,
uma dosagem racional e bem executada, um transporte e lançamento adequados, além de
um adensamento e cura bem feitos são fundamentais para a obtenção de concretos
resistentes ao ingresso de agentes agressivos.
O controle de qualidade dessas operações evita a execução de estruturas com
concretos pouco resistentes, porosos, permeáveis, ou mesmo a formação de fissuras e
ninhos de concretagens que permitam a entrada e propagação de agentes nocivos,
favorecendo o fenômeno da carbonatação.
Neste contexto de durabilidade das estruturas, a qualidade do cobrimento da
armadura também é extremamente importante. Trata-se de uma barreira física contra o
avanço de substâncias deletérias. Dessa forma, concretagens bem executadas e espessuras
de cobrimentos respeitados são requisitos básicos para a obtenção de edificações com uma
longa vida útil.
3.3.8 – Fissuras
As fissuras geram caminhos preferências para o ingresso e proliferação de
agentes agressivos na estrutura. Através das fissuras o CO2 pode penetrar mais
rapidamente no interior do concreto, atingir a armadura, despassivá-la e, desta forma,
desencadear o processo de corrosão.
62
A Figura 3.9 apresenta esquematicamente o processo de penetração e difusão
do CO2 através de uma fissura e a reação de carbonatação do concreto na região
carbonatada.
Figura 3.9 – Representação esquemática da carbonatação no interior de uma fissura
(CEB/BI 152, 1984).
Dependendo da dimensão da abertura da fissura, da quantidade de íons OH- e
do fluxo de água do interior da fissura até a superfície, o processo de carbonatação pode
ser responsável pelo fenômeno de autocicatrização da fissura devido acúmulo de
carbonatos na superfície da fissura.
A Tabela 3.2, oriunda da ABNT-NBR 6118:2003, mostra as aberturas
máximas das fissuras, objetivando o aumento da durabilidade das estruturas de concreto
armado e protendido.
Tabela 3.2 – 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
63
3.4. ESTIMATIVA DA PROFUNDIDADE DE CARBONATAÇÃO DO CONCRETO
A penetração do gás carbônico no concreto dá-se preponderantemente por um
mecanismo de difusão. Os mecanismos de absorção capilar e migração de íons não se
aplicam ao caso. Dificilmente haverá casos de gradientes significativos de pressão que
justifiquem a ocorrência de mecanismos de transporte do tipo permeabilidade. Portanto, na
maioria dos casos trata-se de gradientes de concentração de CO2. Em poros saturados de
água a difusão será desprezível e em poros excessivamente secos faltará água para que a
reação de carbonatação ocorra (HELENE, 1993).
Devido ao elevado número de fatores que influenciam a carbonatação, seria
difícil e complexo utilizar uma fórmula que levasse em consideração todos os elementos
involucrados (FIGUEIREDO et al, 1993). O modelo matemático clássico (Equação 3.17)
que tem sido adotado para representar e prever a evolução da difusão do CO2 e,
consequentemente, da profundidade de carbonatação com o tempo é:
tKe COCO ×=22
(3.17)
Onde:
• eCO2 é a espessura ou profundidade carbonatada, expressa em milímetro;
• KCO2 é uma constante do meio e das características do concreto;
• t é o tempo, geralmente expresso em anos.
Para interiores de edificações ou locais protegidos, nos quais as condições
ambientais permanecem praticamente constantes, esse modelo tem representado bem a
realidade. No entanto, para ambientes exteriores a profundidade de carbonatação
efetivamente encontrada tem sido inferior ao previsto pelo modelo da Equação 3.17,
conforme Figura 3.10.
64
Figura 3.10 – Representação esquemática da evolução da carbonatação com o tempo
(HELENE, 1993).
Essa distinção do fenômeno para ambientes internos e externos foi proposta
por Schiessl com base em investigações experimentais nas quais observou que os concretos
umedecem muito mais rapidamente que secam por perda de água evaporada em períodos
de seca. O resultado disso é que 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).
Helene (1993) apresenta um critério preliminar de classificação dos concretos
em função do coeficiente de carbonatação KCO2. Os coeficientes de carbonatação
apresentados na Tabela 3.3 aplicam-se a concretos de Cimento Portland Comum,
submetidos a cura adequada durante período igual ou superior a 5 dias e, a partir daí,
mantidos em ambiente de umidade relativa entre 60 e 80% com temperaturas de 20 a 30°C
e concentração normal de gás carbônico no ar (0,03%).
65
Tabela 3.3 – Classificação dos concretos com base no coeficiente de carbonatação,
KCO2 (HELENE, 1993).
Classificação do Coeficiente de Resistência Característica Profundidade Carbonatada
provável Carbonatação do Concreto à compressão eco2 em mm
Concreto mm x ano1/2 em MPa em 15 anos em 50 anos
Durável ≤ 3 > 35 11 20 Normal 3 a 6 20 a 35 22 40
Deficiente ≥ 6 < 20 33 60
3.5. DETERMINAÇÃO DA PROFUNDIDADE DE CARBONATAÇÃO
A determinação da profundidade de carbonatação é muito importante, pois
permite verificar se a região carbonatada já ultrapassou o cobrimento, atingindo a
armadura e provocando efeitos danosos ao bom funcionamento do aço no interior do
concreto. A principal técnica utilizada neste caso é a observação visual da área
carbonatada, por meio da aspersão de indicadores químicos de pH sobre a região recém
fraturada. Recomenda-se nesse caso, que durante o registro dos valores de profundidade de
carbonatação, os valores mínimos e máximos sejam levados em consideração (Figura
3.11), embora o valor máximo seja o que mais se relacione com a corrosão da armadura.
Além dos indicadores químicos, a avaliação da carbonatação pode ser feita pela
difração de raios-X, análise térmica diferencial (ensaios qualitativos), variação de massa,
termogravimetria (análise quantitativa) e observação microscópica, na qual pode-se revelar
a existência ou não de cristais de carbonato de cálcio (CaCO3).
66
Figura 3.11 – Registro da profundidade carbonatada (CPC 18/RILEM, 1988, apud
FIGUEIREDO, 2005).
3.5.1. Aspersão de indicadores químicos
A carbonatação é um fenômeno cada vez mais corriqueiro nas estruturas de
concreto armado. Dependendo da velocidade com que o processo se desenvolve pode ser
extremamente prejudicial à edificação, podendo levar à corrosão das armaduras e,
dependendo da gravidade dos danos causados, ao colapso da estrutura. Neste contexto,
torna-se extremamente importante a determinação da profundidade de carbonatação.
Dentre as metodologias mais utilizadas para verificação e determinação desta
profundidade de carbonatação, a aspersão de indicadores químicos sobre a região recém
fraturada é o procedimento mais utilizado por ser relativamente simples e barato. A
fenolftaleína é o indicador mais empregado, mas a área carbonatada também pode ser
verificada com o uso da timolftaleína e do amarelo de alizarina R.
A fenolftaleína é o indicador mais utilizado sobretudo pela facilidade com que
pode ser encontrada no mercado. Sua coloração é incolor até um pH em torno de 8,5 (pH
de viragem), começando a alterar gradativamente a cor para o vermelho carmim, quando o
pH passa de 8,5, dirigindo-se a 10,0.
67
A técnica utilizada para a verificação da profundidade de carbonatação é muito
simples e consiste em fraturar uma parte da estrutura ou corpo-de-prova a ser analisado e,
rapidamente, aspergir a solução contendo o indicador. A partir da coloração encontrada na
peça, mede-se com o auxílio de um paquímetro a espessura carbonatada (Figura 3.11).
Kazmierczak (1995) alerta para alguns cuidados que devem ser tomados no processo de
execução do ensaio, visto que a superfície não pode ser serrada, molhada ou apresentar
excesso de poeira, pois estes fatores falseiam os resultados obtidos. A precisão da medida
depende dos equipamentos utilizados para medição, bem como da uniformidade do
concreto. A Figura 3.12 ilustra o processo de medição da profundidade de carbonatação.
Figura 3.12 – Medida da profundidade de carbonatação de uma estrutura de
concreto parcialmente carbonatada.
A Tabela 3.4 apresenta as características dos principais indicadores químicos,
tais como os pHs de viragem e a quantidade necessária de cada substância para a produção
da solução.
68
Tabela 3.4 – Mudanças de cor e intervalos de pH dos principais indicadores usados
para a observação visual da área carbonatada (BASSET et al, apud
KAZMIERCZAK, 1995).
Intervalo de mudança de cor Indicador
Intervalo de pH Mudança de cor Solução
Dissolver 1 g do reagente
em 50 cm³ de etanol e diluir Fenolftaleína 8,5 - 10,0 Incolor/Vermelho carmim
com água até 100 cm³.
Dissolver 0,4 g do reagente em
600 cm³ de etanol e diluir em Timolftaleína 9,3 - 10,5 Incolor/Azul
água até 1000 cm³
Dissolver 0,5 g do indicador
em 1 L de etanol Amarelo de Alizarina R 10,1 - 12,0 Amarelo/Vermelho
alaranjado a 80%.
3.5.2. Outras técnicas de avaliação da carbonatação
O processo de carbonatação promove a formação de compostos de estrutura
mais densa do que os compostos originais, acarretando o aumento da massa da estrutura ou
do corpo-de-prova, bem como a liberação de moléculas de água. A técnica gravimétrica
que mede o aumento de massa durante o ensaio acelerado de carbonatação, não apresenta
aplicação prática, em virtude da impossibilidade de se “pesar” uma estrutura. Em ensaios
de carbonatação acelerado de corpos-de-prova de pequena dimensão, o procedimento é
extremamente eficaz, além de se tratar de um ensaio não destrutivo, que mantém a
integridade da peça analisada.
O método da microscopia consiste na simples observação de seções extraídas
do objeto de estudo, utilizando-se para isso um microscópio ótico de lâminas. A maioria
das substâncias carbonatadas apresenta uma coloração escura quando observadas sobre o
feixe de luz. Seu uso permite uma clara visualização da interface entre as regiões
carbonatada e não carbonatada (KAZMIERCZAK, 1995).
69
Além das técnicas acima citadas, destaca-se também a difração de raios-X, a
análise térmica diferencial e a termogravimetria como procedimentos adotados para a
determinação da profundidade de carbonatação.
3.6. INTERAÇÃO DO CO2 COM OS ÍONS CLORETO
Os íons cloreto (Cl-) juntamente com o dióxido de carbono são os principais
agentes responsáveis pela corrosão das armaduras. Diferentemente do CO2, os cloretos,
mesmo em ambientes de elevada alcalinidade destroem a película passivadora que protege
o aço no interior do concreto, desencadeando o processo de corrosão. Essa destruição da
película passivadora ocorre de forma pontual, provocando a chamada corrosão por “pite”,
diferente da corrosão generalizada provocada pelo gás carbônico (Figura 3.13).
Figura 3.13 – Modelo esquemático da corrosão generalizada e por “pites” (ICCET,
1989).
Sabe-se que os cloretos se apresentam em três formas no concreto. Ligado
quimicamente aos aluminatos (C3A e C4AF), formando o cloroaluminato de cálcio,
também chamado de sal de Friedel, adsorvidos à superfície dos poros do concreto e sob a
forma de íons livres. Esses íons livres são os que efetivamente causam preocupação, pois
podem despassivar a armadura, promovendo assim a corrosão do aço do concreto.
Considere-se um concreto que possua uma certa quantidade de cloretos
combinados e outra livre, embora inferior à necessária para despassivar a armadura.
70
Quando esse concreto começa a carbonatar, parte dos cloretos combinados
(cloroaluminatos) se desestabilizam e passam à condição de livres em virtude do
decréscimo do pH do concreto. Desta forma a quantidade de íons livres pode atingir o
limite crítico de rompimento da camada passiva da armadura com uma quantidade de
cloretos totais mais baixa (TUUTTI, 1982). Como conseqüência tem-se o início do
processo de corrosão.
Segundo Bakker (1988), a combinação entre a carbonatação e os íons cloreto é
normalmente a causa dos problemas mais severos de corrosão das armaduras. Essa
interação leva a uma aceleração da velocidade de corrosão quando comparada com a
ocorrência dos dois ataques de forma independente.
71
4. REALCALINIZAÇÃO DO CONCRETO CARBONATADO
4.1. INTRODUÇÃO
Em estruturas danificadas, as recuperações têm como objetivo a devolução do
seu estado original, seja do ponto de vista da capacidade portante, seja sob a ótica da
durabilidade.
Antes de qualquer intervenção sobre uma estrutura de concreto degradada, é
fundamental a elaboração de uma estratégia de atuação. Inicialmente deve-se diagnosticar
o caso para que em seguida sejam definidas as técnicas de reparo mais adequadas e
eficientes.
Por diagnóstico entende-se a identificação e descrição precisa do mecanismo,
das origens e das causas efetivamente responsáveis pelo problema patológico, a partir da
existência de uma ou mais manifestações patológicas numa dada estrutura de concreto. A
constatação de uma manifestação patológica tanto pode decorrer do aparecimento de um
sintoma externo evidente, como por exemplo, da existência de manchas de produtos de
corrosão, fissuras, lascamento, deflexões excessivas, quanto decorrer de uma inspeção ou
vistoria cuidadosa efetuada dentro de um programa rotineiro de manutenção, observação e
monitoramento da estrutura (HELENE, 1993).
O Item 2.4 descreve as etapas que constituem a conduta de avaliação da
estrutura, até obter-se o diagnóstico preciso do caso de corrosão da armadura.
A definição da conduta será então o passo seguinte e natural, no qual deve-se
explicitar a técnica de atuação mais adequada, apresentando o projeto detalhado de
reabilitação e intervenção, com especificação de materiais, sistemas e técnicas construtivas
adotadas.
Com o crescente número de intervenções nas estruturas de concreto armado
para restabelecer as características e comportamento inicialmente previsto nas etapas de
concepção, planejamento e projeto, devido à ausência de um diagnóstico correto e preciso
da manifestação patológica existente, tem-se observado um grande número de falhas nas
intervenções, principalmente quando se trata de corrosão das armaduras (HELENE, 1993).
A maioria das reabilitações realizadas apresenta elevados gastos e uma vida útil curta,
muitas vezes inferior a da estrutura original. Segundo Canovas (1988), isto ocorre devido à
72
falta de conhecimento das técnicas existentes, dos materiais e suas características, bem
como da forma adequada de se realizar a reabilitação.
A Figura 4.1 apresenta um fluxograma proposto por Lichtenstein (1985), no
qual inicialmente é realizado o levantamento de subsídios para a identificação do
problema, seguido do diagnóstico da situação e da definição da conduta para a resolução
das manifestações patológicas encontradas nas edificações.
Figura 4.1 – Fluxograma proposto por LICHTENSTEIN (1985) para resolução de
problemas patológicos.
A intervenção em uma estrutura com problemas de corrosão das armaduras é
um fenômeno muito comum nos dias atuais. De uma maneira geral trata-se de uma
operação cara, delicada, que fica mais complexa com o passar do tempo e que requer um
conhecimento consistente e atualizado do assunto e de suas implicações estéticas,
estruturais e sociais.
As técnicas de prevenção e combate à corrosão se baseavam inicialmente na
criação de uma barreira que impedisse que a armadura ficasse exposta e tivesse um contato
com o meio. Já as técnicas de restabelecimento do pH, em virtude da diminuição da
basicidade do concreto, são técnicas bem mais recentes, sendo alvo de inúmeras pesquisas
em todo o meio científico.
73
O fenômeno da carbonatação é um processo que fatalmente acaba acontecendo
em todas as estruturas de concreto expostas, sendo juntamente com os íons cloreto (Cl-), os
principais causadores da corrosão do aço no interior do concreto.
Como alternativas para se evitar que a frente de carbonatação ultrapasse o
cobrimento do concreto e atinja a armadura, pode-se utilizar como métodos preventivos,
tintas e vernizes com o intuito de se impermeabilizar e conferir maior estanqueidade à
superfície do concreto. Entretanto, em uma estrutura onde a frente de carbonatação já tenha
atingido a armadura tais técnicas seriam inadequadas. Para estes casos específicos é
necessário que se restabeleça o pH do concreto com a intenção de se reconstituir a camada
passivadora das armaduras.
O emprego da técnica de realcalinização consiste em restabelecer o estado
passivo do aço através da elevação do pH do concreto. Existem três alternativas
fundamentais para o restabelecimento do pH do meio que rodeia a armadura. A primeira
alternativa é a realcalinização passiva que consiste na simples aplicação de material
cimentício sobre o concreto carbonatado. A segunda é a realcalinização eletroquímica que
promove a restauração do pH do cobrimento com o uso de corrente elétrica e a terceira,
alvo de estudo da presente pesquisa, é a realcalinização do concreto carbonatado com a
utilização de substâncias alcalinas, que penetram no concreto por absorção e difusão.
Portanto, a formação e manutenção da película repassivadora de óxidos e hidróxidos de
ferro que envolve e protege a armadura depende dos íons alcalinos introduzidos no
concreto pelo processo de realcalinização. Segundo Mietz (1998) a realcalinização
eletroquímica é o método mais eficaz para a restauração dessa camada protetora.
A primeira tentativa de utilização da técnica de realcalinização baseou-se no
princípio da difusão. Foi empregada a realcalinização passiva, no qual uma camada externa
de argamassa alcalina era aplicada sobre o concreto carbonatado e, por diferença ou
gradiente de concentração (difusão), os íons alcalinos entravam no concreto. Entretanto, os
resultados práticos nem sempre eram bem sucedidos devido principalmente à lentidão do
processo de difusão (HAARDT & HILSDORF, 1992, apud MIETZ, 1998).
Atualmente, a maior parte dos estudos existentes sobre as formas de
restabelecer o pH do concreto está centrada na realcalinização eletroquímica. A técnica
consiste na aplicação de uma corrente contínua na armadura e na utilização de um metal
externo como ânodo de sacrifício. Como eletrólito geralmente é utilizado o carbonato de
sódio (Na2CO3), que uma vez no concreto mantém o pH em torno de 11, sendo este valor
74
suficiente para a formação e manutenção da película protetora. Além do carbonato de sódio
também é utilizado como eletrólito o carbonato de potássio (K2CO3) e o hidróxido de lítio
(LiOH). Segundo Sergi et al. (1996), apud Mietz (1998) o hidróxido de lítio comparado
com o carbonato de sódio, possui o mesmo pH para a restauração da película de
passivação, porém com a vantagem de permanecer por mais tempo no interior da estrutura.
A técnica de realcalinização por absorção/difusão de soluções alcalinas no
interior do concreto carbonatado, diferentemente da realcalinização eletroquímica não faz
uso de corrente elétrica. Neste caso os íons alcalinos penetram no concreto por diferença
ou gradiente de concentração, restabelecendo o pH da estrutura e permitindo à armadura
reconstituir a camada passivadora.
4.2. MECANISMOS DE REALCALINIZAÇÃO
Qualquer técnica de realcalinização emprega substâncias alcalinas que de
alguma forma serão introduzidas no concreto através dos seus poros. Os mecanismos
podem ser os mais diversos, desde a simples difusão até a utilização de campo elétrico. Os
processos a seguir descritos e discutidos podem ser aplicados antes da chegada da frente de
carbonatação à armadura, evitando, assim, sua despassivação, ou após a chegada da frente
de carbonatação à armadura, permitindo o restabelecimento da alcalinidade do concreto ao
redor do aço e a formação da camada passiva que envolve e protege a armadura da
corrosão.
4.2.1. Realcalinização passiva
A realcalinização passiva é uma técnica que consiste na aplicação de um
revestimento de base cimentícia sobre sua superfície do concreto carbonatado. Neste caso,
os íons alcalinos se deslocam para o interior do concreto, realcalinizando-o, até atingir a
armadura, pelo processo de difusão ou gradiente de concentração (MATTILA & PENTTI,
1996). Essa técnica está baseada na elevada mobilidade dos íons hidroxilas (OH-) que
conseguem se difundir de regiões de elevado pH para outras de menor pH, promovendo a
realcalinização até profundidade de 2 cm (ANDRADE et al., 1997). A velocidade do
75
processo e a profundidade de realcalinização dependem da porosidade do concreto
analisado e do tempo de manutenção da umidade no revestimento de base cimentícia.
O objetivo deste método é permitir que o concreto carbonatado e de reduzida
basicidade adquira uma condição suficientemente alcalina para o restabelecimento e
manutenção da camada passivadora que protege a armadura. Apesar de ser um mecanismo
que independe do fluxo de corrente elétrica, essa técnica precedeu os estudos da
realcalinização eletroquímica. Sua aplicação está praticamente abandonada em virtude da
lentidão do processo de difusão.
O princípio esquematizado da realcalinização passiva do concreto carbonatado
está apresentado na Figura 4.2.
Figura 4.2 - Princípio da realcalinização passiva (MATILLA & PENTTI, 1996).
4.2.2. Realcalinização Eletroquímica
A realcalinização eletroquímica, diferentemente da realcalinização passiva,
envolve a aplicação de uma corrente elétrica entre um ânodo, que é colocado externamente
ao concreto, envolvido em um eletrólito rico em álcalis, e um cátodo que neste caso é a
armadura do concreto.
Quando o processo de reabilitação vai ser iniciado é importante que haja,
inicialmente, uma preparação do substrato de concreto, evitando-se assim que a existência
de fissuras e defeitos no concreto permitam a entrada de novos agentes agressivos e,
durante a recuperação da estrutura, resulte no surgimento de curtos-circuitos que possam
prejudicar a eficiência da técnica.
76
A realcalinização eletroquímica consiste em colocar sobre o concreto uma
malha metálica, em geral de titânio ou aço inoxidável, imersa em um eletrólito. O eletrólito
geralmente é uma polpa de celulose, projetada sobre o concreto carbonatado, saturada com
uma solução alcalina, que será transportada para o interior do concreto durante o processo.
Com a utilização de uma fonte retificadora, aplica-se uma corrente elétrica ao sistema,
ligando a malha metálica ao pólo positivo da fonte e a armadura do concreto ao pólo
negativo. Neste sistema, enquanto a solução alcalina é transportada para o interior do
concreto, promovendo a realcalinização do mesmo, a malha é quem sofre o processo de
corrosão, ficando a armadura protegida de qualquer ação destrutiva. A corrente elétrica
introduzida na armadura e o campo elétrico produzido no concreto de cobrimento são
cessados quando a realcalinização atinge a profundidade desejada. Essa verificação é feita
com a aspersão de indicadores químicos na superfície das amostras retiradas do local
tratado. A Figura 4.3 ilustra o processo de realcalinização eletroquímica.
Figura 4.3 – Princípio da Realcalinização Eletroquímica (BALDWIN & KING, 2003).
A técnica de realcalinização eletroquímica foi fundamentada através do
mecanismo eletro-osmótico no interior dos poros do concreto. Segundo Eggers & Oliveira
(1997), nas paredes dos poros capilares existe uma camada dupla de moléculas de água
ligadas por forças elétricas. A camada mais interna é fortemente aderida às paredes dos
poros, enquanto a externa é ligada menos intensamente. Quando um campo elétrico é
Fonte
Eletrólito alcalino
Malha externa (ânodo)
Concreto
Armadura (cátodo)
Íons OH- formados
Direção do álcali
77
gerado, parte da camada externa se move para um dos pólos, extraindo a água livre dos
poros.
Independente da diferença de potencial elétrico aplicado, o coeficiente de fluxo
eletro-osmótico é proporcional à espessura da camada dupla e decresce com o aumento da
concentração iônica da água no poro capilar. Como a concentração iônica da água contida
nos poros capilares do concreto carbonatado é baixa, o transporte eletro-osmótico é
considerado como um possível mecanismo para aumentar a sua alcalinidade (KENNEDY
et al., 1995).
Durante o procedimento, a solução alcalina é transportada para o interior da
estrutura por um fluxo eletro-osmótico, aumentando a alcalinidade do concreto e
propiciando um meio adequado para a repassivação da armadura. O período de tratamento
da estrutura carbonatada varia de 1 a 2 semanas e a corrente aplicada fica entre 0,8 e 2
A/m² (CYTED, 2003). A Figura 4.4 ilustra a evolução do processo de realcalinização
eletroquímica.
78
Figura 4.4 – Evolução do processo de realcalinização eletroquímica (REHABCON,
2000).
O processo de realcalinização eletroquímica transforma a armadura do
concreto em um cátodo e a malha externa em um ânodo. Durante o processo, também
existe a constatação de outros fenômenos eletroquímicos, evidenciados pela formação de
hidroxila ao redor da armadura. Este fenômeno ocorre devido à passagem de corrente
elétrica na água que envolve os poros do concreto, o que é mostrado nas Equações 4.1 e
4.2 (TEIXEIRA, 2002).
Armadura Cátodo
Fonte
Concreto
Eletrólito Alcalino
Ânodo
Na2CO3 & NaHCO3
+-
+ -
+-
+ -
Na2CO3 & NaHCO3 Na2CO3 & NaHCO3
Na2CO3 & NaHCO3 Na2CO3 & NaHCO3
OH-
OH- OH-
OH-
Cobrimento Realcalinizado
+ -
79
−+ ++→ eHOOH 2221
22 (4.1)
−− +→+ OHHeOH 222 22 (4.2)
Como eletrólito alcalino externo, o carbonato de sódio (Na2CO3) é a solução
mais utilizada, apesar do hidróxido de lítio (LiOH) estar apresentando resultados bastante
satisfatórios. Para a malha metálica, quanto mais nobre o metal, melhores são os
resultados, pois mais lentas serão as reações de oxidação e menos expansivos os produtos
de corrosão gerados. Além disso, antes de qualquer método eletroquímico de reabilitação,
é necessário realizar uma limpeza na superfície do concreto, bem como reparar a estrutura
caso esteja danificada, fissurada ou com ninhos de concretagem, para que não haja durante
o procedimento, fuga de corrente (curto-circuito). Antes de se realizar a realcalinização
eletroquímica deve-se conhecer a espessura do cobrimento, pois uma espessura uniforme
garantirá a homogeneidade do fluxo de corrente iônica durante o tratamento eletroquímico.
Terminado o processo é imprescindível que se realize uma pintura protetora para a
manutenção das condições de pH do concreto por mais tempo. Isso se dá em virtude da
continuidade das reações de carbonatação, uma vez que em todos os ambientes em maior
ou menor concentração, o CO2 continua existindo.
O processo de realcalinização eletroquímica é um método de reparo
desenvolvido há um pouco mais de uma década e que tem como principais vantagens a
restauração do ambiente de elevada alcalinidade do concreto, permitindo à armadura
reconstituir a camada de passivação formada por óxidos e hidróxidos de ferro. Além disso,
trata-se de um método não destrutivo de recuperação de estruturas, no qual não há a
necessidade de se escarificar mecanicamente a peça que está sendo reabilitada.
4.2.2.1. Possíveis efeitos colaterais com o uso da realcalinização eletroquímica
Dentre as técnicas de reparo disponíveis, a realcalinização eletroquímica é a
que menos produz efeitos colaterais na estrutura, uma vez que a duração da técnica e a
densidade de corrente aplicada são menores quando comparadas com a proteção catódica
(PC) e a extração eletroquímica de cloretos (EEC). Apesar disso, os efeitos colaterais são
80
provocados pela densidade de corrente aplicada, embora, alguns efeitos a seguir
dissertados, também possam surgir com o uso da realcalinização por absorção/difusão de
soluções alcalinas.
a) Reação álcali-agregado (RAA)
A reação álcali-agregado consiste na reação química entre os álcalis do
cimento, os íons hidroxila e certos constituintes silicosos (sílica reativa) que podem estar
presentes nos agregados, formando produtos gelatinosos, geralmente acompanhados de
grande expansão de volume, que provocam no concreto fissuração e perda de resistência e
de durabilidade.
Para que a RAA ocorra com maior ou menor intensidade, ou mesmo não
ocorra, alguns aspectos devem ser levados em consideração:
• Presença suficientemente alta de álcalis no cimento. Quanto maior a
presença de álcalis, maior a concentração de metais alcalinos e íons
hidroxila, que irão reagir com o agregado reativo;
• Presença suficientemente alta de sílica reativa no agregado. A RAA tem
mais chances de ocorrer em agregados com estruturas cristalinas pobres
por existirem mais pontos expostos ao ataque dos íons hidroxila. Dessa
forma, os agregados com estruturas bem cristalizadas são menos
reativos (Figura 4.5);
Figura 4.5 – Desenho esquemático do ataque alcalino sobre sílicas bem cristalizadas
(a) e mal cristalizadas (b) (FERRARIS, 1995, apud LOPES, 2004).
81
• Umidade suficientemente alta. Diversos trabalhos confirmam que a
presença da água é um requisito indispensável para a ocorrência da
RAA. Para que a reação se desencadeie a umidade relativa deve ser de
no mínimo 85%; e
• Elevada alcalinidade. Embora o pH exato necessário para a ocorrência
da RAA não seja conhecido, sabe-se que a reação só irá ocorrer em
valores de pH suficientemente altos.
O aumento na concentração de hidroxilas ao redor das armaduras tem efeitos
benéficos quanto à proteção contra a corrosão. Entretanto, caso o concreto contenha
agregados reativos, isto pode levar a reações danosas. Uma vez que a utilização da técnica
eletroquímica de realcalinização aumenta a alcalinidade do concreto, deve-se evitar tal
tratamento em concretos com agregados reativos. Como alternativa para a prevenção da
RAA pode-se utilizar como eletrólito, compostos à base de lítio, uma vez que seus
compostos formados (silicatos de lítio) são menos propensos à expansão.
Cabe salientar que estruturas com corrosão de armadura devido a carbonatação,
geralmente possuem mais de 10 anos. Se neste tempo a estrutura não apresentar sintomas
de RAA, ela também não apresentará RAA após a realcalinização (FIGUEIREDO, 2005).
b) Redução da aderência entre a armadura e o concreto
A aplicação de grandes densidades de correntes durante o emprego da técnica
de realcalinização eletroquímica leva à redução da aderência entre o concreto e a armadura.
Ihekwaba et al. (1996) constataram que estes efeitos são especialmente significativos no
processo de extração de cloretos. O desprendimento e acúmulo de gás hidrogênio ao redor
da armadura seria um dos principais responsáveis por essa redução percentual, devido à
geração de pressões na zona de transição entre o concreto e a armadura, ocasionadas
principalmente pela dificuldade do gás hidrogênio em escapar pela porosidade do concreto.
Page et al. (1994 e 1996), apud Mietz (1998) sugerem também que esta
redução da aderência se daria em virtude do enfraquecimento da matriz pasta de cimento
promovido principalmente pela modificação da estrutura do C-S-H. Essa modificação seria
fruto da entrada e acúmulo de íons sódio (Na+) e potássio (K+) no concreto. Apesar dessas
82
suposições, não se conseguiu provar experimentalmente esta hipótese, após a ruptura de
corpos-de-prova realcalinizados.
Apesar dos estudos que comprovam a redução da aderência entre a armadura e
o concreto, vale salientar que esta diminuição é provocada principalmente por elevadas
densidades de corrente. No caso da realcalinização eletroquímica, aqui abordada, não são
se aplicam correntes tão altas, sendo, no máximo, em torno de 0,8 a 2 A/m².
c) Enfraquecimento da armadura pelas reações de pontes de hidrogênio
A técnica de realcalinização eletroquímica transforma a armadura do concreto
em um cátodo e a malha metálica externa em ânodo. No ânodo ocorre a oxidação e a
conseqüente corrosão da malha, enquanto no cátodo tem-se a eletrólise da água (Equações
4.1 e 4.2), acompanhada da formação e liberação de gás hidrogênio (H2). Este fenômeno de
formação de H2 pode ocasionar uma série de efeitos negativos na estrutura, como a
pressão exercida pelo gás no concreto, podendo provocar fissuras e, sobretudo, o
perigo da fragilização da armadura pelas reações do tipo pontes de hidrogênio.
Essa fragilização ocorre em virtude da penetração do gás hidrogênio na
estrutura cristalina da armadura, difundindo-se rapidamente, mesmo em
temperaturas relativamente baixas, devido ao seu pequeno raio atômico. Como
desvantagem tem-se uma redução significativa na capacidade de alongamento do
aço, ou seja, uma redução de suas propriedades plásticas.
O concreto protendido é particularmente mais sensível ao fenômeno da
fragilização da armadura pelas reações de pontes de hidrogênio, sendo nesses casos
desaconselhável o uso de técnicas eletroquímicas. No entanto, não se tem indícios
de efeitos negativos em armaduras convencionais quando as densidades de corrente
recomendadas são utilizadas.
d) Perda da aderência de revestimentos aplicados sobre o substrato realcalinizado
eletroquimicamente
Após o tratamento do concreto carbonatado com a utilização de qualquer
técnica de realcalinização é usual e indispensável o emprego de mecanismos que impeçam
83
a “recarbonatação” ou acidificação da estrutura. Neste sentido é fundamental a utilização
de um revestimento de proteção, ou de uma pintura protetora com o intuito de se evitar, ou
pelo menos diminuir a reincidência de ingresso com conseqüente avanço do dióxido de
carbono para o interior do concreto.
Uma vez realizada essa proteção, o que se tem observado é o aparecimento de
problemas após dias ou semanas da aplicação do revestimento nas estruturas tratadas.
Dentre esses problemas destaca-se o empolamento, a fissuração e o destacamento dos
revestimentos de pintura, além da presença de eflorescência. Acredita-se que essas falhas
na pintura dos concretos realcalinizados ocorrem devido à fraca aderência da película de
tinta provocada pela elevada alcalinidade da superfície do concreto, pelo aumento da
pressão de vapor no interior do concreto e em virtude da presença de sal no interior da
estrutura que promove o acúmulo de água, devido a sua higroscopicidade (FOSROC, sd).
Uma possível solução para esses problemas seria identificar um outro
eletrólito, diferente do carbonato de sódio (Na2CO3), com a mesma capacidade de
repassivação da armadura, baixo custo e que evite a formação do sal na superfície do
concreto tratado. Como alternativas pode-se utilizar o carbonato de potássio (K2CO3), o
hidróxido de potássio (KOH) ou o hidróxido de lítio (LiOH), já que quando utilizados não
provocaram o aparecimento de eflorescência, mantendo a estrutura limpa. Outro recurso
seria a diminuição da concentração da solução de carbonato de sódio, com o intuito de se
evitar a formação de cristais do sal na superfície do concreto, prejudicando a aderência do
revestimento de proteção.
e) Alteração das propriedades físicas e mecânicas do concreto carbonatado
Pela análise da influência da realcalinização eletroquímica nas propriedades
mecânicas do concreto, Banfill (1997) observou um aumento significativo da resistência à
compressão, da resistência à flexão e do módulo de elasticidade dinâmico das amostras
carbonatadas e realcalinizadas em relação ao concreto de referência.
Outra característica do concreto influenciada pela realcalinização
eletroquímica, foi a diminuição do tamanho dos seus poros, que se tornaram menores e
menos interconectados em virtude da deposição de materiais (do eletrólito). Como
resultado desse fenômeno tem-se uma diminuição da absorção de água, da absorção capilar
e da absorção superficial do concreto (BANFILL, 1997).
84
4.2.2.2. Avaliação da eficiência da técnica de realcalinização eletroquímica
Os procedimentos para a realcalinização ainda não possuem uma normalização
própria e específica, estabelecendo critérios de aplicação, funcionamento e finalização da
reabilitação da estrutura. O que ocorre de fato é o emprego da técnica, levando-se em
consideração a experiência e o conhecimento de pesquisadores sem, no entanto, obedecer a
requisitos normativos pré-estabelecidos.
Ao se recuperar uma peça carbonatada, cabe ao engenheiro escolher a técnica
mais adequada para cada situação, de forma que o resultado final da intervenção seja a
reabilitação da estrutura, restabelecendo seu pleno funcionamento.
Em se tratando da realcalinização, o procedimento mais empregado para a
avaliação de sua eficiência é a aspersão de indicadores químicos de pH para verificar a
alcalinidade do concreto realcalinizado. Neste caso utiliza-se a fenolftaleína ou a
timolftaleína. Por meio da identificação da coloração do concreto recém fraturado e
aspergido com indicador químico, determina-se a profundidade da frente de
realcalinização. No entanto, em ambos os casos, os indicadores químicos não constatam o
real valor do pH nos poros do concreto e não indicam a ocorrência da repassivação das
armaduras. Desta forma, outras maneiras para a verificação da eficácia do tratamento
tornam-se necessárias.
Outra alternativa seria a utilização de parâmetros eletroquímicos juntamente
com indicadores químicos para a verificação da realcalinização do concreto e da
repassivação das armaduras. Por meio de medidas de intensidade de corrosão e potencial
de corrosão não consegue-se, logo após terminado o tratamento da estrutura, verificar se o
aço encontra-se ou não em processo de formação da película de repassivação, devido a
polarização da armadura ocorrida pela aplicação de corrente.
Sergi et al. (1996), apud Mietz (1998) desenvolveram uma técnica com dois
estágios para verificar a eficácia do tratamento. O primeiro estágio consiste em analisar a
alcalinidade do concreto das amostras recém fraturadas pela utilização de indicadores de
pH, com valores entre 10 e 13. O segundo estágio consiste em submeter as armaduras a
uma polarização anódica pelo galvanostato para descobrir o grau de repassivação das
armaduras. Assim, os testes eletroquímicos mostraram-se bastante eficientes nos vários
estágios da realcalinização.
85
Outro estudo que comprovou a eficácia da técnica pela polarização das
armaduras foi o de Mietz et al. (1994), apud Mietz (1998), no qual as amostras submetidas
ao tratamento de realcalinização eletroquímica (polarização de 500 mA/m²) aos 7 dias de
tratamento apresentaram valores de densidade de corrente próximos a zero, caracterizando
um comportamento passivo.
Odden (1994) avaliou a eficiência da técnica de realcalinização eletroquímica
durante os três primeiros anos, depois de finalizado o tratamento e verificou pelos mapas
de potencial e de medidas de intensidade de corrosão que as estruturas encontravam-se fora
da zona de probabilidade de corrosão em 100% das medidas realizadas.
A extensão da área tratada também deve ser levada em consideração para a
avaliação da eficácia da técnica de realcalinização. Como regra geral não é recomendada
que as zonas de tratamento tenham uma extensão maior que 100 m². Quanto maior a zona
tratada mais difícil é o controle do sistema e a comprovação da ausência de fugas de
corrente (curtos-circuitos) ocasionadas por eventuais fissuras ou falhas de concretagem na
estrutura (GONÇALVES et al., 2003).
4.2.2.3. Durabilidade da realcalinização eletroquímica
A durabilidade do tratamento pelo processo de realcalinização depende do
período em que o aço permanece repassivado. Assim, uma vez realcalinizado o concreto e
formada a nova película protetora de óxidos e hidróxidos de ferro sobre a armadura, a
estrutura estará protegida contra a corrosão por carbonatação, enquanto persistirem essas
condições.
Um aspecto que vem sendo verificado e analisado por pesquisadores e
estudiosos da técnica eletroquímica é que após alguns meses do término do tratamento vem
se observando um decréscimo no valor do pH encontrado imediatamente após a finalização
dos procedimentos de reparo. Segundo Kennedy et al. (1995), a redução do pH da estrutura
realcalinizada depois de um período é devido ao fato de a solução de carbonato de sódio
introduzida já ser um carbonato. Esta solução reage, posteriormente, com o dióxido de
carbono. Assim, o carbonato será convertido em bicarbonato de sódio (NaHCO3),
estabelecendo no concreto uma redução de pH. Mietz (1998) explica que essa diminuição
86
na alcalinidade do concreto é normal, pois trata-se de uma reação de equilíbrio com as
áreas não carbonatadas.
Outro aspecto importante com relação à durabilidade do processo de
realcalinização é a necessidade de, uma vez finalizado o tratamento, aplicar-se sobre a
estrutura uma camada de revestimento de proteção para evitar que um novo processo de
redução do pH do concreto, com a conseqüente perda da camada passivadora da armadura,
aconteça. Além disso, independente do sistema de proteção empregado, este deve possuir
uma boa resistência aos substratos alcalinos devido à ocorrência da saponificação que é
extremamente prejudicial ao revestimento. Para finalizar, são recomendadas inspeções
periódicas na estrutura para avaliações da resistividade do concreto e potencial e
velocidade de corrosão, permitindo, dessa forma, acompanhar o comportamento da peça
após o término dos procedimentos de realcalinização.
4.2.3. Realcalinização por absorção/difusão de soluções alcalinas
A realcalinização por absorção/difusão de soluções alcalinas consiste na
difusão e absorção de soluções ricas em álcalis, que penetram no concreto carbonatado por
ação capilar e de forças hidráulicas, independente de campo elétrico e de fluxo de corrente
aplicados sobre a estrutura a ser reabilitada. A Figura 4.6 ilustra o processo.
Figura 4.6 – Esquema da realcalinização por absorção/difusão (ARAÚJO, 2004).
O primeiro estudo registrado no Brasil foi realizado por Teixeira (2002), que
mostrou que esta técnica é tão eficiente quanto a realcalinização eletroquímica, com a
vantagem de não exigir equipamentos sofisticados e o acompanhamento de profissionais
especializados. No entanto, a eficiência mencionada é mais evidente em ambiente
87
laboratorial, com a utilização de corpos-de-prova de concreto e argamassa de dimensões
relativamente pequenas. Com relação a estruturas reais, a técnica ainda apresenta pouca
aplicabilidade prática, em virtude da dificuldade de se produzir o contato direto da solução
alcalina com a superfície do concreto. Dessa forma, tornam-se necessários maiores estudos
sobre a técnica no que se refere à sua aplicação em estruturas reais.
O objetivo deste método não destrutivo, assim como dos demais métodos de
realcalinização mencionados, é permitir que o concreto carbonatado readquira uma
condição suficientemente alcalina para o restabelecimento e manutenção da camada
passivadora de óxidos e hidróxidos de ferro sobre a superfície das armaduras. Como
grande atrativo, a realcalinização sem o emprego de corrente encontra vantagem na
redução dos custos e facilidade de aplicação.
A Figura 4.7 mostra o avanço da frente de realcalinização em corpos-de-prova
de argamassa de 5 x 10 cm com traço 1 : 3 : 0,5 estudados por Araújo (2004), empregando
três tipos de soluções alcalinas. Nesta figura é possível observar que a solução que obteve
o melhor desempenho em relação ao tempo de realcalinização foi a solução de hidróxido
de potássio (KOH), com 686 horas ou aproximadamente 28 dias.
Figura 4.7 – Avanço da frente de realcalinização em corpos-de-prova carbonatados
(ARAÚJO, 2004).
Com relação à resistência à compressão, estudos realizados por Araújo (2004)
não demonstram qualquer comprometimento do concreto após aplicação da técnica de
realcalinização por absorção/difusão de soluções alcalinas, podendo perfeitamente ser
utilizada sem que haja o comprometimento das propriedades físicas e mecânicas da
88
estrutura a ser reparada. A Figura 4.8 apresenta um comparativo da resistência à
compressão dos corpos-de-prova de referência, carbonatados e realcalinizados com
carbonato de sódio (Solução1), hidróxido de potássio (Solução 2) e uma solução tripla
contendo carbonato de sódio, hidróxido de sódio e hidróxido de potássio (Solução3).
Figura 4.8 – Comparativo da resistência à compressão dos corpos-de-prova de
referência, carbonatados e realcalinizados (ARAÚJO, 2004).
O processo de realcalinização por absorção/difusão de soluções alcalinas é um
método de reparo novo, pouco estudado, mas que, assim como as demais técnicas de
realcalinização, visa a restauração de elevada alcalinidade do concreto e da camada
passivadora da armadura através de uma metodologia não destrutiva. Terminado o
processo é indispensável a realização de uma pintura protetora para a manutenção das
condições de pH do concreto por mais tempo, uma vez que a técnica não modifica as
características de porosidade e permeabilidade do concreto realcalinizado em comparação
ao concreto original.
Os procedimentos empregados para a avaliação da eficiência da técnica de
realcalinização por absorção/difusão de soluções alcalinas no concreto carbonatado são os
mesmos adotados para a realcalinização eletroquímica. Inicialmente analisa-se a
alcalinidade do concreto das amostras recém fraturadas pela utilização de indicadores de
pH, com valores entre 10 e 13 e, posteriormente, submete-se a armadura do concreto a
ensaios eletroquímicos para descobrir o grau de repassivação das mesmas.
89
Vale ressaltar, que ainda não existe na literatura resultados contundentes e
expressivos de pesquisas que comprovem a eficiência da técnica de realcalinização por
absorção/difusão de soluções alcalinas, no que tange à repassivação da armadura. Trata-se
de uma técnica nova, em início de estudos e, que tem a presente pesquisa como pioneira
neste tema.
4.2.3.1. Possíveis efeitos colaterais com o uso da realcalinização por absorção/difusão de
soluções alcalinas
Teixeira (2002), empregando a técnica de realcalinização por absorção/difusão
de solução alcalina, registrou uma perda de resistência à compressão dos corpos-de-prova
analisados. Para os corpos-de-prova de referência (não carbonatados e não realcalinizados)
foi obtida uma resistência média de 18,74 MPa e para os realcalinizados de 17,04 MPa.
(Figura 4.9). Segundo o autor esse decréscimo na resistência foi de aproximadamente 10%,
sendo causado, provavelmente, devido aos novos produtos formados no interior da
estrutura realcalinizada, que são menos resistentes do que os da formação original do
concreto. Em sua pesquisa foi utilizado o carbonato de sódio como solução alcalina.
Resistência à Compressão
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
Referência Carbonatado Realcalinizado
Res
istê
ncia
(MPa
)
Figura 4.9 – Comparativo da resistência à compressão dos corpos-de-prova de
referência, carbonatados e realcalinizados (TEIXEIRA, 2002).
Araújo (2004), no entanto, como é possível observar na Figura 4.8, verificou,
diferentemente de Teixeira (2002), um acréscimo na resistência à compressão, quando se
90
comparam os resultados dos corpos-de-prova de referência com os realcalinizados. A
exceção se deu com a utilização da solução 2. Como soluções alcalinas, foram empregados
em sua pesquisa o carbonato de sódio (solução 1), o hidróxido de potássio (solução 2) e
uma mistura de três soluções alcalinas (solução 3).
Ao realizar uma análise estatística de variância (ANOVA) de seus resultados,
Araújo (2004) comprovou que essas diferenças de resistência, para cada um dos sistemas
analisados, não eram significativas entre si (Tabela 4.1).
Tabela 4.1 – Resultados da análise de variância da resistência à compressão dos
corpos de prova de referência, carbonatados e realcalinizados (ARAÚJO, 2004).
Vale salientar, que durante os ensaios de avaliação da influência da
realcalinização por absorção/difusão de soluções alcalinas na resistência à compressão do
concreto, realizados por Araújo (2004), os corpos-de-prova de referência e carbonatados
não permaneceram curando pelo mesmo tempo que os corpos-de-prova realcalinizados.
Com isso, não se pode afirmar com precisão, se o ganho de resistência mecânica obtido
pelos corpos-de-prova realcalinizados em relação aos corpos-de-prova de referência e
carbonatados foi devido à cura diferenciada dos corpos-de-prova quando imersos em
solução alcalina ou devido à ação benéfica das substâncias alcalinas no interior do
concreto.
Dessa forma, cabe à presente dissertação esclarecer esta divergência entre
Teixeira (2002) e Araújo (2004) quanto à influência da realcalinização por
absorção/difusão de soluções alcalinas na resistência à compressão do concreto.
Com relação à possível perda de aderência de revestimentos aplicados sobre o
concreto realcalinizado por meio da absorção difusão de soluções alcalinas, Araújo (2004)
realizou estudos que tiveram a finalidade de verificar a influência da realcalinização sobre
91
a aderência de argamassas industriais aplicadas em substratos realcalinizados. Neste caso,
os ensaios mostraram que a realcalinização do concreto não prejudicou tal aderência. Isso
se daria em função da semelhança entre o substrato realcalinizado e a camada de
argamassa industrial aplicada, que no caso, absorveria parte da alcalinidade e da umidade
do cobrimento de concreto, reduzindo os impactos negativos da realcalinização na
aderência de revestimentos. É objetivo da presente dissertação avaliar a aderência de tintas
e verniz aplicados em substratos realcalinizados por meio da absorção difusão de soluções
alcalinas.
Outro efeito colateral que também pode afetar o concreto realcalinizado por
meio da absorção/difusão de soluções alcalinas é a reação álcali-agregado (RAA). Em
virtude do aumento do pH do concreto obtido com a realcalinização e, consequentemente
do aumento da concentração de álcalis e de hidroxilas, caso o concreto contenha agregados
reativos, isto pode levar a reações extremamente danosas à estrutura.
A metodologia empregada para se avaliar a eficiência da técnica de
realcalinização por absorção/difusão segue os mesmos princípios utilizados na
realcalinização eletroquímica, ou seja, a utilização de parâmetros eletroquímicos
juntamente com indicadores químicos para a verificação da realcalinização do concreto e
da repassivação das armaduras.
Com relação à durabilidade da técnica, é indispensável após o termino dos
procedimentos de reabilitação da estrutura, aplicar-se sobre a mesma uma camada de
revestimento de proteção para evitar que um novo processo de redução do pH do concreto,
com a conseqüente perda da camada passivadora da armadura, aconteça.
92
5. METODOLOGIA EXPERIMENTAL
A metodologia experimental da presente dissertação compõe-se de uma série
de ensaios resultantes da avaliação de metodologias empregadas por diversos
pesquisadores da área, buscando, assim, atender aos objetivos desta dissertação, além de
alicerçar o desenvolvimento das técnicas de realcalinização.
5.1. VARIÁVEIS
5.1.1. Variáveis independentes
São as variáveis, que uma vez definidas, serão mantidas fixas e inalteradas até
o fim do experimento. Nesta pesquisa, são variáveis independentes o tipo de cimento que,
em virtude de ser o mais utilizado na região, foi o Cimento Portland tipo II-Z, classe 32, o
tipo de agregado graúdo e miúdo, respectivamente de origem Micaxisto, tipo brita 1, e
areia natural média de leito de rio, a água potável fornecida pela companhia de distribuição
de água da região, a relação água/cimento (a/c) igual a 0,7, sem a utilização de aditivos,
representando um concreto poroso, bastante utilizado em construções da região, e que tem
demandado a realização de reparos, muitas vezes de forma prematura. No caso das
argamassas empregadas nos ensaios, a relação água/cimento foi de 0,5.
Outras variáveis independentes da pesquisa foram o teor de argamassa dos
concretos, definido em torno de 57%, o abatimento de tronco de cone de 7 ± 1 cm e a cura
em câmara úmida por sete dias para todos os corpos-de-prova confeccionados no
Laboratório de Materiais de Construção da Universidade Federal de Goiás (LMC-UFG).
Os materiais empregados para a confecção de todos os corpos-de-prova foram
minuciosamente caracterizados, procurando, desta forma, diminuir ao máximo a influência
de variáveis que pudessem afetar a análise dos resultados. Os agregados graúdo e miúdo
foram caracterizados pelos ensaios de composição granulométrica (ABNT-NBR
7217:1987), massa unitária (ABNT-NBR 7251:1982), massa específica do agregado
graúdo (ABNT-NBR 9937:1987) e massa específica pelo Frasco de Chapman para
agregado miúdo (ABNT-NBR 9776:1986), todos realizados no LMC-UFG.
93
5.1.2. Variáveis dependentes
As variáveis dependentes ou intervenientes da pesquisa foram o tipo de solução
alcalina empregada, a profundidade de carbonatação e a profundidade de realcalinização
alcançada, a resistência à compressão dos corpos-de-prova de referência, carbonatados e
realcalinizados, a aderência de tintas e vernizes aplicados sobre substratos de concreto de
referência, carbonatados e realcalinizados, além dos parâmetros eletroquímicos de
corrosão, a velocidade de corrosão (icorr) e o potencial de corrosão (Ecorr), bem como a
resistência ôhmica (Rohm) e a resistividade do concreto.
5.2. DEFINIÇÃO DAS SOLUÇÕES ALCALINAS EMPREGADAS
A escolha das soluções alcalinas empregadas na pesquisa foi determinada
baseando-se nas dissertações de Teixeira (2002) e Araújo (2004), nas quais pretendia-se
determinar soluções que levassem a uma realcalinização rápida e sem o acúmulo de cristais
na superfície do concreto realcalinizado. Para isso os autores avaliaram o pH, a mobilidade
iônica e as concentrações mais indicadas para cada solução alcalina estudada.
As concentrações finais empregadas para cada tipo de solução alcalina, bem
como o pH de cada uma delas, tanto para os corpos-de-prova de argamassa como para os
de concreto são apresentados nas Tabelas 5.1 e 5.2.
Tabela 5.1 – Tipo, concentração e pH das soluções utilizadas na realcalinização dos
corpos-de-prova de argamassa.
- Na2CO3 NaOH KOH pH
Solução 1 10g/100mL - - 12
Solução 2 - - 15g/100mL 13
Solução 3 3g/100mL 1,5g/100mL 5g/100mL 13
94
Tabela 5.2 - Tipo, concentração e pH das soluções utilizadas na realcalinização dos
corpos-de-prova de concreto.
- Na2CO3 NaOH KOH pH
Solução 1 3g/100mL - - 12
Solução 2 - - 15g/100mL 13
Solução 3 1g/100mL 1,5g/100mL 5g/100mL 13
O motivo da utilização de concentrações diferentes para os corpos-de-prova de
argamassa e de concreto foi o acúmulo de cristais na superfície do corpo de prova de
concreto, quando utilizadas as soluções 1 e 3. Isto verificado, uma nova concentração de
carbonato de sódio foi utilizada.
5.3. EQUIPAMENTOS EMPREGADOS NA PESQUISA
Antes do início dos procedimentos experimentais, foram realizados testes
preliminares utilizando-se todos os equipamentos necessários para a pesquisa. Ensaios de
aderência de tintas e vernizes sobre substratos de concreto (Projeto de Norma 02:115.29-
008 da ABNT), de potencial de corrosão (Ecorr), de densidade de corrente de corrosão
(icorr) e de resistência ôhmica (Rohm), utilizando-se o GECOR 6 (GEOCISA, 1993), de
resistividade superficial do concreto pelo método de WENNER (ASTM G 57:2001), de
carbonatação acelerada e de realcalinização, com o objetivo de aferir, calibrar e conhecer
os equipamentos utilizados para a realização dos ensaios.
5.3.1. Câmara de Carbonatação
O equipamento utilizado para os ensaios de carbonatação acelerada foi a
câmara de carbonatação do LMC-UFG (Figuras 5.1a e b). O equipamento consiste de uma
caixa de acrílico com tampa hermeticamente fechada contendo dois orifícios: um inferior
ligado ao balão de gás carbônico (CO2), passando por um manômetro, e outro superior que
permanece livre para a saída do ar e verificação de que a câmara está totalmente
preenchida com o referido gás.
95
A averiguação do preenchimento total da câmara com gás carbônico é feita
pela colocação da mangueira de saída do ar da câmara em um recipiente contendo uma
solução alcalina com fenolftaleína. Devido à presença do indicador, esta solução torna-se
avermelhada. Como o gás carbônico é mais denso que o ar contido na câmara, sua entrada
pelo orifício inferior força a saída do ar pela passagem superior, até chegar o ponto de o
gás carbônico ter saturado a câmara e começar a ser expelido. Neste processo ele se
dissolve na água, formando ácido carbônico, reduzindo o pH da água do recipiente e
mudando a coloração da solução com indicador químico (fenolftaleína), de vermelho
carmim para incolor. Desta forma, ao mudar a coloração, existe a garantia de que a câmara
está repleta de gás carbônico.
O controle da umidade na câmara é feito através de uma solução de ácido
sulfúrico e água na proporção 1:1 depositada na parte inferior da câmara (ASTM E 104-
51:1971). Este controle é verificado através de um medidor de temperatura e umidade
mantido dentro da câmara, no qual se deve verificar valores estáveis de umidade de 60 ±
10%, antes e depois do início do processo de carbonatação.
(a) (b)
Figura 5.1 – Esquema da câmara de carbonatação utilizada (a). Câmara de
carbonatação do LMC-UFG (b).
5.3.2. Equipamentos para a determinação da frente de carbonatação e realcalinização
Para a determinação da frente de carbonatação, os corpos-de-prova tanto de
concreto quanto de argamassa foram periodicamente retirados da câmara de carbonatação,
96
fraturados e posteriormente aspergida fenolftaleína sobre a região recém fraturada. Tal
indicador foi escolhido devido o seu intervalo de pH encontrar-se entre 8,5 e 10,0,
garantindo a baixa alcalinidade do substrato estudado. As fraturas foram feitas com
marreta e talhadeira ou ponteiro.
Para a verificação da profundidade de realcalinização, o mesmo procedimento
foi adotado, sendo a timolftaleína, o indicador utilizado para a verificação do avanço da
frente de realcalinização. A mudança do indicador deve-se ao fato de que o intervalo de
viragem (mudança de cor) da timolftaleína se dá em um pH superior ao da fenolftaleína,
permitindo garantir com mais precisão que os poros dos corpos-de-prova encontravam-se
bastante alcalinos (pH entre 9,3 e 10,5).
A Figura 5.2 mostra as ferramentas e materiais empregados para determinar as
medidas de profundidade de carbonatação e realcalinização.
Figura 5.2 – Materiais empregados para a determinação da profundidade de
carbonatação e realcalinização (marreta, talhadeira e solução de fenolftaleína e
timolftaleína).
5.3.3. Medidor de resistividade (WENNER)
A resistividade elétrica exerce papel importante na iniciação e propagação da
corrosão, controlando o fluxo de íons que se difundem através da solução aquosa presente
nos poros do concreto. O concreto seco possui uma alta resistividade, não permitindo a
mobilidade dos íons. Por outro lado, à medida que a umidade interna do concreto aumenta,
a resistividade vai diminuindo e o processo de corrosão pode desenvolver-se, já que a água
97
é necessária para que ocorra a reação catódica de redução do oxigênio. O Método de
Wenner, ou dos Quatro Eletrodos, estabelece valores que indicam o risco de corrosão da
armadura devido a resistência que o eletrólito (cobrimento de concreto) impõe à
movimentação iônica, necessária para o fechamento da pilha de corrosão eletroquímica.
A Figura 5.3 mostra o equipamento utilizado para a realização dos ensaios de
resistividade do concreto (Modelo RM MKII da CNS Farnell).
Figura 5.3 – Equipamento empregado para medir a resistividade superficial do
concreto (Método de WENNER)
A Tabela 5.3 apresenta os critérios para a avaliação da resistividade do
concreto, levando-se em consideração o risco de corrosão da armadura.
Tabela 5.3 – Critérios de avaliação da resistividade (CEB Bulletin n° 192)
RESISTIVIDADE (ohm.cm)
RISCO DE CORROSÃO DA ARMADURA
< 5000 MUITO ALTO
5000 a 10000 ALTO
10000 a 20000 BAIXO / MODERADO
> 20000 BAIXO
98
5.3.4. Medidor de densidade de corrente de corrosão, potencial de corrosão e
resistência ôhmica (GECOR 6)
O GECOR 6 (Figura 5.4) 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. 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).
Figura 5.4 – Aparelho GECOR 6 para medidas eletroquímicas ligadas à corrosão da
armadura do concreto
O GECOR 6 permite a realização de medidas, na área delimitada pelo anel de
guarda, de densidade de corrente de corrosão (icorr) em µA/cm2, de potencial de corrosão
(Ecorr) em mV e de resistência ôhmica (Rohm) em KΩ.
5.3.4.1. Velocidade de corrosão (icorr)
O GECOR 6 aplica uma pequena corrente na armadura a fim de quantificar a
resistência à polarização da armadura (Rp), conforme apresentado no Item 2.5.2. Dessa
forma, a densidade de corrente gerada pelas reações de oxidação e redução do metal, em
presença de umidade e oxigênio, chama-se icorr (µA/cm2) e permite determinar a
velocidade de corrosão da armadura.
A Tabela 5.4 apresenta o critério utilizado para avaliar os resultados de
velocidade de corrosão (icorr) obtidos nos ensaios desta dissertação.
99
Tabela 5.4 – Tabela para avaliar os resultados de velocidade de corrosão (CYTED,
1997)
icorr (µA/cm2) VELOCIDADE DO PROCESSO
> 1 MUITO ELEVADA
0,5 a 1 ELEVADA
0,1 a 0,5 MODERADA
< 0,1 DESPRESÍVEL
5.3.4.2. Potencial de corrosão (Ecorr)
A utilização da medida do potencial de corrosão tem a vantagem de ser uma
técnica não destrutiva e de fácil aplicação, não sendo necessário 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, que é colocado em
contato com a superfície do concreto. A ASTM C-876 (1991) apresenta uma correlação
entre intervalos de diferença de potencial, em relação a um eletrodo de referência de
Cu/CuSO4 e a probabilidade de ocorrência de corrosão (Tabela 5.5).
Tabela 5.5 – Critérios para avaliação da probabilidade de corrosão em função do
Potencial de corrosão, segundo a ASTM C-876:1991.
Ecorr (mv, Cu/SO4Cu) PROBABILIDADE DE CORROSÃO
> -200 < 5%
Entre –200 e –350 50%
< -350 > 95%
5.3.4.3. Resistência ôhmica (Rohm)
A resistência ôhmica ou resistência elétrica do concreto (KΩ) está relacionada
com a resistividade (ohm.cm), sendo influenciada pela umidade contida nos poros do
100
concreto, servindo também de parâmetro para avaliar a velocidade de ocorrência da
corrosão da armadura. A resistência ôhmica quantifica a dificuldade que os íons têm de
percorrer um determinado meio.
5.3.5. Prensa hidráulica
Para a realização dos ensaios de resistência à compressão dos corpos-de-prova
de concreto e argamassa foi utilizada a prensa hidráulica do LMC-UFG (Figura 5.5).
Figura 5.5 – Prensa hidráulica do LMC-UFG.
5.4. DEFINIÇÃO DA METODOLOGIA DE ENSAIO
Para atingir os objetivos propostos na presente dissertação e chegar a
resultados conclusivos, utilizou-se uma metodologia baseada na confecção e ensaio de
corpos-de-prova que permitissem aplicar a técnica de realcalinização e avaliar a
repassivação de armaduras em concretos carbonatados por meio da absorção/difusão de
soluções alcalinas proposta nesta pesquisa.
5.4.1. Caracterização dos materiais empregados na pesquisa
Os materiais empregados para a confecção de todos os corpos-de-prova foram
devidamente caracterizados com o objetivo de se diminuir ao máximo as influências das
101
variáveis na análise dos resultados. Os agregados miúdo e graúdo foram caracterizados
pelos ensaios de granulometria (ABNT-NBR 7217:1987), massa unitária (ABNT-NBR
7251:1982) e massa específica (ABNT-NBR 9937:1987 e ABNT-NBR 9776:1986, para
agregado graúdo e miúdo respectivamente) no LMC-UFG. Para o cimento foram
realizados ensaios físicos e químicos de acordo com a ABNT-NBR 11578:1991, no
Laboratório de FURNAS Centrais Elétricas S.A. Os corpos-de-prova de concreto também
foram caracterizados quanto à sua resistência à compressão aos 28 dias.
5.4.2. Definição dos corpos-de-prova e traços
A definição das dimensões e traços dos corpos-de-prova visou adequá-los aos
procedimentos de ensaio adotados e aos equipamentos disponíveis no LMC-UFG, além de
basear-se em estudos anteriores de Teixeira (2002) e Araújo (2004).
A forma dos corpos-de-prova utilizados depende do ensaio ao qual ele é
submetido. Para os ensaios de avaliação da influência da realcalinização na resistência à
compressão foram utilizados corpos-de-prova de argamassa, cilíndricos, de dimensão 5 x
10 cm (Figura 5.6) Os corpos de prova foram moldados de acordo com a ABNT-NBR
7215:1996 e desmoldados 24 horas depois, sendo em seguida levados para a câmara úmida
para cura por 7 dias.
Figura 5.6 – Corpos-de-prova cilíndricos (5 x 10 cm) para a realização dos ensaios de
resistência à compressão.
102
O emprego de corpos-de-prova de argamassa justifica-se pelo fato de que o
cobrimento das armaduras possui características mais próximas de uma argamassa do que
de um concreto. Além disso, como constatado por Kazmierczak (1995), esta região acaba
sendo a principal zona afetada pelo fenômeno da carbonatação. Alves (1999), apud
Teixeira (2002) estabeleceu que a argamassa de cimento e areia poderia ser avaliada como
sendo equivalente ao concreto com a simples retirada do agregado graúdo do processo de
moldagem.
Para os ensaios de carbonatação acelerada e repassivação da armadura por
realcalinização foram utilizados corpos-de-prova prismáticos armados de dimensões 20 x
30 x 6 cm com uma armadura de aço CA 50-A de 10 mm de diâmetro colocada no centro
do corpo-de-prova com cobrimento de 2,5 cm (Figuras 5.7 e 5.8). Tais corpos-de-prova
foram moldados e adensados em mesa vibratória, conforme ABNT-NBR 5738:1984 e
desmoldados após 24 horas, sendo em seguida levados para a câmara úmida para cura por
7 dias.
Para a caracterização do concreto dos corpos-de-prova prismáticos quanto à
resistência à compressão foram moldados 3 corpos de prova cilíndricos de dimensões 10 x
20 cm. Os mesmos foram desformados 24 horas após a moldagem e em seguida
encaminhados para câmara úmida onde permaneceram curando por 7 dias. O rompimento
se deu aos 28 dias de acordo com a ABNT-NBR 5739:1980.
Figura 5.7 – Detalhe dos corpos-de-prova prismáticos.
103
Figura 5.8 – Corpos-de-prova prismáticos moldados para ensaios de carbonatação
acelerada e repassivação da armadura por realcalinização.
Os ensaios de aderência de tintas e vernizes aplicados sobre substratos de
concreto foram realizados utilizando-se placas pré-moldadas de substrato padrão de
dimensões 25 x 50 x 2 cm cedidas pela Cimento Tocantins S.A. Tais placas foram
moldadas de acordo com a ABNT-NBR 14082:1998, no qual o concreto do substrato
padrão é executado com cimento Portland, num consumo mínimo de 400Kg/m³, areia e
pedrisco. O traço é de 1:2,58:1,26, com relação água cimento entre 0,45 e 0,50. A Figura
5.9 mostra as placas pré-moldadas de substrato padrão utilizadas nos ensaios.
Figura 5.9 – Placas de substrato padrão utilizadas nos ensaios de aderência.
As tintas e os vernizes analisados foram todos da marca INTERNATIONAL.
Neste ensaio desejava-se verificar se a realcalinização do substrato exerceria influência na
aderência das tintas e dos vernizes aplicados. Para os experimentos, não foi encontrada
uma normatização específica para analisar a aderência em substratos de concreto. Foi
verificado apenas um projeto de norma (Projeto 02:115.29-008), conseguido junto ao
Laboratório de Revestimentos do IPT.
104
As Figuras 5.10 e 5.11 ilustram, respectivamente, as tintas e os vernizes,
utilizados nos ensaios de aderência e a Tabela 5.6 apresenta a composição (base) de cada
produto analisado.
Figuras 5.10 – Tintas utilizadas nos ensaios de aderência.
Figura 5.11 – Verniz utilizado nos ensaios de aderência.
Tabela 5.6 –Composição dos produtos utilizados nos ensaios de aderência.
Produto Especificação Composição Nomenclatura do
ensaio
Interthane 990 Tinta Poliuretano acrílico T 1
Interfine 979 Tinta Polisiloxano T 2
Perfection 709 Verniz Verniz Poliuretano V
105
Quanto às dimensões e traços dos corpos-de-prova utilizados na pesquisa, os
mesmos podem ser verificados na Tabela 5.7. O número de corpos de prova foi definido de
acordo com experiências de outros autores, especificações de norma e critérios estatísticos.
Tabela 5.7 – Formatos, dimensões e traços dos corpos-de-prova de cada ensaio.
Material Corpo-de-prova ENSAIO TRAÇO
Argamassa Cilíndrico (5 x 10) cm Resistência à compressão 1 : 3 : 0,5
Resistência à compressão para Cilíndrico (10 x 20) cm caracterização
1 : 2,38 : 3,05 : 0,7
Prismático armado Medida eletroquímica de Ecorr, icorr,
(20 x 30 x 6) cm Rohm e resistividade 1 : 2,38 : 3,05 : 0,7
Prismáticos Tintas Pré-Moldada
Concreto
(25 x 50 x 2) cm
Aderência de Tintas e Vernizes
Vernizes Pré-Moldada
5.4.3. Ensaios realizados
5.4.3.1. Avaliação da eficiência das soluções alcalinas na realcalinização do concreto e na
repassivação da armadura.
Para a avaliação da eficiência das soluções alcalinas na realcalinização do
concreto e na repassivação da armadura em processo de corrosão devido à carbonatação
utilizaram-se corpos-de-prova prismáticos de concreto com uma armadura de aço CA 50-A
de 10 mm de diâmetro colocada no seu centro, com um cobrimento de 2,5 cm.
Após a moldagem e cura por 7 (sete) dias em câmara úmida, os corpos-de-
prova foram armazenados em uma sala de temperatura e umidade controlada, 25±5°C e
50±10%, respectivamente, permanecendo nestas condições até que fosse identificado a
passivação das armaduras por meio de medidas eletroquímicas realizadas diariamente com
o GECOR 6. Uma vez constatada a formação da película passivadora pelos critérios
estabelecidos pelas Tabelas 5.3, 5.4 e 5.5, iniciou-se o processo de carbonatação acelerada.
Os corpos-de-prova foram para a câmara de carbonatação acelerada até que a
frente de carbonatação ultrapassasse o cobrimento e atingisse a armadura, promovendo a
sua despassivação. Para a determinação da profundidade de carbonatação foi utilizada a
fenolftaleína como indicador químico de pH. Após a identificação da chegada da frente de
106
carbonatação à armadura, os corpos-de-prova foram levados à câmara úmida a fim de dar
as condições necessárias para o desenvolvimento da corrosão e comprovação da
despassivação da armadura por meio de medidas eletroquímicas de potencial de corrosão
(Ecorr), velocidade de corrosão (icorr) e resistência ôhmica (Rohm), registrados com o
GECOR 6 (Figura 5.12), além da resistividade medida pelo método de WENNER (Figura
5.13).
Figuras 5.12 – Medidas eletroquímicas por meio do GECOR 6.
Figura 5.13 – Medidas de resistividade pelo método de WENNER.
107
Uma vez confirmada a carbonatação dos corpos-de-prova, o próximo passo foi
a realcalinização dos mesmos, utilizando-se as substâncias alcalinas (Na2CO3, KOH e
solução tripa). A realcalinização foi realizada por meio de ciclos de molhagem e secagem,
sendo 2 dias imersos em solução alcalina e 5 dias secando em uma sala climatizada com
temperatura e umidade controladas de 25 ± 5°C e 50 ± 10%, respectivamente.
Para se verificar a realcalinização do concreto carbonatado, os corpos-de-prova
foram fraturados e aspergida uma solução alcoólica de timolftaleína. Comprovada a
chegada da frente de realcalinização, passou-se a analisar a partir de então o
comportamento da barra de aço frente a este novo meio alcalino.
Por meio de medidas eletroquímicas de velocidade de corrosão e potencial de
corrosão além da resistência ôhmica e da resistividade buscou-se verificar se a
realcalinização obtida levaria as barras de aço para uma condição de repassivação. A
Figura 5.14 apresenta cada uma das etapas da metodologia de avaliação da eficiência das
soluções alcalinas na realcalinização do concreto e na repassivação da armadura, dando
uma visão geral do ensaio.
Figura 5.14 – Visão geral do ensaio de avaliação da eficiência das soluções alcalinas
na realcalinização do concreto e na repassivação da armadura.
A Tabela 5.8 apresenta o número de corpos-de-prova utilizados para o ensaio
de realcalinização/repassivação da armadura, as diferentes soluções alcalinas estudas, bem
como as respectivas nomenclaturas empregadas.
108
Tabela 5.8 – Número de corpos-de-prova utilizados para o ensaio de
realcalinização/repassivação da armadura, soluções alcalinas empregadas e
nomenclatura adotada.
NÚMERO DE CORPOS-DE-PROVA SISTEMA NOMENCLATURA
a/c = 0,7
Solução 1 (Na2CO3) ME 1 e ME 2 2
Solução 2 (KOH) ME 3 e ME 4 2
Solução 3 (TRIPLA) ME 5 e ME 6 2
5.4.3.2. Avaliação da influência das soluções alcalinas sobre a resistência à compressão
Os ensaios de resistência à compressão foram realizados utilizando-se corpos-
de-prova cilíndricos de argamassa 5 x 10 cm com o objetivo de verificar o comportamento
mecânico do concreto antes da carbonatação, depois da carbonatação e depois da
realcalinização dos corpos-de-prova carbonatados.
Antes de se iniciar a carbonatação, os corpos-de-prova, após a cura,
permaneceram por um período de 31 dias em uma sala climatizada com temperatura (25 ±
5°C) e umidade (50 ± 10%) controladas até que a umidade dos corpos-de-prova entrasse
em equilíbrio com a umidade do ambiente da sala. O controle desta estabilização foi
realizado através de medidas sucessivas de massa (Figura 5.15).
Figura 5.15 – Verificação da estabilização de massa dos corpos-de-prova.
109
Os corpos-de-prova destinados à carbonatação foram colocados na câmara de
carbonatação acelerada. As medidas dos avanços da carbonatação eram realizadas
semanalmente pela fratura dos corpos-de-prova e posterior aplicação de indicador químico
de fenolftaleína. Após a carbonatação, alguns corpos-de-prova foram realcalinizados com a
utilização de soluções alcalinas. Para a verificação do progresso da frente de
realcalinização utilizou-se indicador químico de timolftaleína, uma vez que permite
garantir uma maior basicidade dos poros do substrato.
Com relação aos corpos-de-prova de referência e carbonatados, os mesmos
ficaram imersos em água durante a realcalinização dos demais. Isto se deu para que todos
eles ficassem sujeitos às mesmas condições de cura (cura imersa) e, assim, verificar se o
ganho de resistência mecânica obtido após a realcalinização em relação aos corpos-de-
prova de referência e carbonatados da pesquisa de Araújo (2004) foi devido à cura dos
corpos-de-prova quando imersos em solução alcalina ou devido à ação benéfica das
substâncias alcalinas no interior do corpo-de-prova.
A Tabela 5.9 apresenta o número de corpo-de-prova moldados para a avaliação
da influência das soluções alcalinas sobre a resistência à compressão.
Tabela 5.9 – Definição do número de corpos-de-prova para o ensaio de resistência à
compressão.
NÚMERO DE CORPOS-DE-PROVA SISTEMA "Irmãos" (de controle) Ensaios de Resistência
Referência - 5 Carbonatação 5 5
Solução 1 (Na2CO3) 5 5 Solução 2 (KOH) 5 5 Realcalinização
Solução 3 (TRIPLA) 5 5
Após a determinação dos resultados de resistência à compressão foi realizada
uma análise para a eliminação dos valores espúrios através da análise estatística de T-
STUDENT.
Posteriormente foi realizada uma análise de variância (ANOVA), no qual os
valores de “F calculado” (Fcalc) foram comparados com os valores de “F tabelado” (Ftab)
para um nível de significância de 5%. O valor de Ftab é igual a Fα=0,05 (ν1, ν2) obtido na
distribuição de F (NANNI & RIBEIRO, 1987). Confirmada a significância entre os dados
realiza-se o agrupamento dos efeitos através do método de DUNCAN.
110
Esta análise de variância (ANOVA e DUNCAN) foi feita por meio da
utilização do programa Statistica 6.0 da StatSoft ®.
5.4.3.3. Ensaio de aderência de tintas e vernizes sobre o substrato realcalinizado
Este ensaio tem como objetivo avaliar a influência da realcalinização na
aderência de tintas e vernizes aplicados sobre substratos realcalinizados. Foram realizados
também, ensaios em placas apenas carbonatadas e em placas de referência (placas não
carbonatadas e não realcalinizadas). Desta forma, pode-se comprovar se existe influência
da carbonatação e da realcalinização na aderência dos produtos utilizados. Para os ensaios
foram empregadas placas pré-moldadas de concreto e utilizado o projeto de norma
02:115.29-008 como normatização a ser seguida (ANEXO A).
A espessura média de carbonatação e realcalinização ficou em torno de 1 cm,
não necessitando de grandes profundidades, já que o objetivo deste estudo era o de avaliar
apenas o contato entre a superfície do substrato e o revestimento aplicado. Para a
realcalinização foi utilizada apenas a Solução 3 (Tripla), escolhida a partir dos resultados
obtidos nos ensaios anteriores.
Em cada placa foram realizadas quinze análises referentes a cada produto
aplicado. No total foram ensaiadas nove placas pré-moldadas e estudadas duas tintas e um
verniz. A Tabela 5.10 apresenta o número de resultados de aderência para cada sistema
estudado, bem como a nomenclatura utilizada no ensaio.
Tabela 5.10 – Nomenclatura dos corpos-de-prova para cada sistema de ensaio de
aderência.
NÚMERO DE RESULTADOS DE SISTEMA ADERÊNCIA POR TIPO DE SISTEMA
T1 15 T2 15 Referência V 15 T1 15 T2 15 Carbonatação V 15 T1 15 T2 15 Realcalinização V 15
111
6. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS
6.1. INTRODUÇÃO
Este capítulo apresenta os resultados obtidos nos ensaios descritos no Capítulo
5 que trata da METODOLOGIA EXPERIMENTAL, bem como as análises destes
resultados com base na literatura exposta nos capítulos de revisão bibliográfica,
objetivando verificar a viabilidade da técnica de realcalinização do concreto carbonatado
por meio da absorção/difusão de soluções alcalinas.
Os resultados estão expostos na forma de tabelas, gráficos e figuras, seguidos
da análise correspondente, na mesma ordem adotada no capítulo anterior, a fim de facilitar
o entendimento da metodologia empregada em cada ensaio com os respectivos resultados
obtidos.
6.2. ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO
6.2.1. Caracterização do cimento
Com o auxílio do Laboratório de Furnas Centrais Elétricas foram realizados os
ensaios de caracterização do cimento utilizado na pesquisa. O cimento utilizado foi o CP II
Z-32 da Cimento Tocantins S.A. Nas Tabelas 6.1 e 6.2 observam-se as propriedades físicas
e químicas, respectivamente, do cimento, e os limites da ABNT-NBR 11578:1991.
112
Tabela 6.1 – Análise das propriedades físicas do cimento utilizado.
Limites PROPRIEDADES FÍSICAS ANALISADAS Valores obtidos NBR 11578/91
Massa específica (g/cm³) 3,02 --- Resíduo na peneira 200 (%) 2,8 ≤ 12 Finura Resíduo na peneira 325 (%) 14,5 ---
Tempos de Início de Pega (h:min) 02:00 ≥ 1:00 Pega Fim de Pega (h:min) 04:00 ≤ 10:00
Água de Consistência - Pasta (%) 26,8 --- 3 dias 22,5 ≥ 10 7 dias 27,4 ≥ 20 28 dias 34,7 ≥ 32 e ≤ 49
Resistência à Compressão (MPa)
90 dias 35,7 --- Calor de Hidratação 3 dias 227,8 ---
(J/g) 7 dias 236,0 ---
Tabela 6.2 – Análise das propriedades químicas do cimento utilizado.
Limites PROPRIEDADES QUÍMICAS ANALISADAS Valores
obtidos NBR 11578/91
Perda ao fogo 4,72 ≤ 6,5
Resíduo insolúvel 12,01 ≤ 16,0
Trióxido de enxofre (SO3) 2,64 ≤ 4,0
Óxido de magnésio (MgO) 2,05 ≤ 6,5
Dióxido de silício (SiO2) 22,39 −
Óxido de ferro (Fe2O3) 3,28 −
Óxido de alumínio (Al2O3) 8,21 −
Óxido de cálcio (CaO) 43,81 −
Óxido de cálcio livre (CaO) 1,40 −
Óxido de sódio (Na2O) 0,25 −
Óxido de potássio (K2O) 0,78 − Álcalis Totais
Equiv. Alcalino 0,76 −
Óxido de sódio (Na2O) 0,10 −
Óxido de potássio (K2O) 0,61 − Álcalis Solúveis em Água
Equivalente alcalino em Na2O 0,50 −
Sulfato de cálcio (CaSO4) 4,49 −
113
Os resultados obtidos demonstram que o cimento utilizado atendia as
exigências mínimas e máximas estabelecidas pela Associação Brasileira de Normas
Técnicas (ABNT), na NBR 11578:1991.
6.2.2. Caracterização do agregado graúdo
O agregado graúdo (brita) foi caracterizado quanto à composição
granulométrica (ABNT-NBR 7217:1987), massa unitária (ABNT-NBR 7251:1982) e
massa específica (ABNT-NBR 9937:1987). Os resultados obtidos encontram-se na Tabela
6.3.
Tabela 6.3 – Caracterização do agregado graúdo empregado nos ensaios.
ABERTURA DAS PORCENTAGEM PORCENTAGEM CÁLCULO DO
MÓDULO PENEIRAS
(mm)
MASSAS RETIDAS (g) RETIDA
SIMPLES RETIDA
ACUMULADAS DE FINURA
152 (6") 0 0,00 0,00 0,00 127 (5") 0 0,00 0,00 --- 102 (4") 0 0,00 0,00 --- 76 (3") 0 0,00 0,00 0,00 50 (2") 0 0,00 0,00 ---
38 (1 1/2") 0 0,00 0,00 0,00 25 (1") 0 0,00 0,00 ---
19 (3/4") 278 2,78 2,78 2,78 12,7 (1/2") 7098 70,98 73,76 --- 9,5 (3/8") 2149 21,49 95,25 95,25
4,8 (4) 434 4,34 99,59 99,59 2,4 (8) 15 0,15 99,74 99,74 Prato 26 0,26 100 400 Totais 100 100 697,36
DIÂMETRO MÁXIMO 19,0 mm (3/4") MÓDULO DE FINURA 6,97 mm MASSA UNITÁRIA 1,43 Kg/dm³ MASSA ESPECÍFICA APARENTE 2,76 Kg/dm³
6.2.3. Caracterização do agregado miúdo
O agregado miúdo (areia) foi caracterizado quanto à composição
granulométrica (ABNT-NBR 7217:1987), massa unitária (ABNT-NBR 7251:1982) e
114
massa específica pelo Frasco de Chapman (ABNT-NBR 9776:1986). Os resultados obtidos
encontram-se na Tabela 6.4.
Tabela 6.4 - Caracterização do agregado miúdo empregado nos ensaios.
ABERTURA DAS PORCENTAGEM PORCENTAGEM
PENEIRAS (mm) MASSAS RETIDAS (g)
RETIDA SIMPLES RETIDA ACUMULADAS
9,5 (3/8") 2 0,2 0,2 4,8 (4) 28 2,8 3 2,4 (8) 86 8,6 11,6 1,2 (16) 129 12,9 24,5 0,6 (30) 169 16,9 41,4 0,3 (50) 248 24,8 66,2
0,15 (100) 310 31 97,2 Prato 28 2,8 --- Totais 1000 100 244,1
DIÂMETRO MÁXIMO 4,8 mm MÓDULO DE FINURA 2,44 mm MASSA UNITÁRIA 1,52 Kg/dm³ MASSA ESPECÍFICA APARENTE 2,63 Kg/dm³
6.2.4. Água
A água utilizada para a confecção dos corpos-de-prova era proveniente da rede
pública de abastecimento da cidade de Goiânia/GO.
6.2.5. Concreto Moldado
Os resultados de resistência à compressão dos concretos utilizados nos ensaios
de avaliação da eficiência das soluções alcalinas na realcalinização do concreto e na
repassivação da armadura encontram-se na Tabela 6.5.
Tabela 6.5 – Resistência à compressão aos 28 dias do concreto utilizado nos ensaios.
Corpo-de-prova a/c 0,7 1 17,5 MPa 2 19,6 MPa 3 19,8 MPa
Média 19,0 MPa
115
6.3. AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA DAS SOLUÇÕES ALCALINAS NA
REPASSIVAÇÃO DAS ARMADURAS
Para a análise do comportamento da armadura no interior do concreto
realcalinizado foram realizadas medidas eletroquímicas de densidade de corrente de
corrosão (icorr), potencial de corrosão (Ecorr) e resistência ôhmica (Rohm), utilizando-se o
GECOR 6, e medidas de resistividade por meio do Método de Wenner ou dos Quatro
Eletrodos. Para cada um dos parâmetros analisados, foram elaborados gráficos com os
resultados obtidos desde o dia seguinte da moldagem até 1 mês antes da defesa (1078° dia).
Dessa forma pode-se acompanhar o comportamento das armaduras durante todo o
experimento, passando pela identificação da passivação inicial, pela despassivação devido
a carbonatação e pelo período de propagação da corrosão.
Os referidos gráficos estão expostos nas Figuras 6.1 a 6.4. Os seis corpos-de-
prova utilizados nas medidas eletroquímicas (ME) foram numerados de 1 a 6, podendo ser
observados na legenda das Figuras.
Os limites mostrados na legenda das Figuras dizem respeito aos riscos de
corrosão mostrados nas Tabelas 5.3 a 5.5 do Capítulo 5 desta dissertação.
116
0,0
25,0
50,0
75,0
100,0
125,0
150,0
175,0
200,0
225,0
250,0
275,0
300,0
325,0
350,0
375,0
400,0
425,0
450,0
475,0
500,0
101 130 343 381 396 412 431 446 476 494 509 525 540 560 575 591 606 624 640 681 699 722 751 770 815 848 895 951 1035
Tempo (dias)
Res
istiv
idad
e (K
ohm
.cm
)
ME 1 ME 2 LIMITE 1 LIMITE 2 LIMITE 3
|------------------------------------------------PERÍODO DE REPASSIVAÇÃO DA ARMADURA-------------------------------------------------------
Baixo risco de corrosão
Muito alto risco de corrosão
Alto risco de corrosão
Baixo/Moderado risco de corrosão
|----------REALCALINIZAÇÃO-----------
0,0
25,0
50,0
75,0
100,0
125,0
150,0
175,0
200,0
225,0
250,0
275,0
300,0
325,0
350,0
375,0
400,0
425,0
450,0
475,0
500,0
101 130 343 381 396 412 431 446 476 494 509 525 540 560 575 591 606 624 640 681 699 722 751 770 815 848 895 951 1035
Tempo (dias)
Res
istiv
idad
e (K
ohm
.cm
)
ME 3 ME 4 LIMITE 1 LIMITE 2 LIMITE 3
Baixo risco de corrosão
Muito alto risco de corrosão
Alto risco de corrosão
Baixo/Moderado risco de corrosão
|----------------------------------------------------------PERÍODO DE REPASSIVAÇÃO DA ARMADURA---------------------------------------------|----------REALCALINIZAÇÃO-----------
0,0025,0050,0075,00
100,00125,00150,00175,00200,00225,00250,00275,00300,00325,00350,00375,00400,00425,00450,00475,00500,00
101 130 343 381 396 412 431 446 476 494 509 525 540 560 575 591 606 624 640 681 699 722 751 770 815 848 895 951 1035
Tempo (dias)
Res
istiv
idad
e (K
ohm
.cm
)
ME 5 ME 6 LIMITE 1 LIMITE 2 LIMITE 3
Baixo risco de corrosão
Muito alto risco de corrosão
Alto risco de corrosão
Baixo/Moderado risco de corrosão
|------------------------------------------------PERÍODO DE REPASSIVAÇÃO DA ARMADURA---------------------------------------------------|
|----------REALCALINIZAÇÃO-----------
Figura 6.1 – Valores de resistividade obtidos por meio do WENNER: Corpos-de-
prova realcalinizados pela solução 1 (a); pela solução 2 (b); pela solução 3 (c).
(a)
(b)
(c)
117
0,01
0,10
1,00
10,00
7 24 39 59 76 94 119 174 249 347 382 397 413 432 447 479 495 510 526 543 561 577 593 607 627 641 682 700 724 755 771 818 856 899 958 1042
Tempo (dias)
icor
r (uA
/cm
²)
ME 1 ME 2 LIMITE
|-------------------------------PERÍODO DE REPASSIVAÇÃO DA ARMADURA------------------------------------|
Velocidade de corrosão desprezível ( < 0,1)
Velocidade de corrosão moderada ( 0,1 -0,5)
Velocidade de corrosão elevada ( 0,5 - 1,0)
Velocidade de corrosão muito elevada (> 1,0)
|-----REALCALINIZAÇÃO------|
0,01
0,10
1,00
10,00
7 24 39 59 76 94 119 174 249 347 382 397 413 432 447 479 495 510 526 543 561 577 593 607 627 641 682 700 724 755 771 818 856 899 958 1042
Tempo (dias)
icor
r (uA
/cm
²)
ME 3 ME 4 LIMITE
|---------------------------------PERÍODO DE REPASSIVAÇÃO DA ARMADURA----------------------------------|
Velocidade de corrosão muito elevada (> 1,0)
Velocidade de corrosão elevada ( 0,5 - 1,0)
Velocidade de corrosão moderada ( 0,1 -0,5)
Velocidade de corrosão desprezível ( < 0,1)
|---REALCALINIZAÇÃO------|
0,01
0,10
1,00
10,00
7 24 39 59 76 94 119 174 249 347 382 397 413 432 447 479 495 510 526 543 561 577 593 607 627 641 682 700 724 755 771 818 856 899 958 1042
Tempo (dias)
icor
r (uA
/cm
²)
ME 5 ME 6 LIMITE
|------------------------------------PERÍODO DE REPASSIVAÇÃO DA ARMADURA----------------------------------|
Velocidade de corrosão elevada ( 0,5 - 1,0)
Velocidade de corrosão moderada ( 0,1 -0,5)
Velocidade de corrosão desprezível ( < 0,1)
Velocidade de corrosão muito elevada (> 1,0)
|----REALCALINIZAÇÃO----|
Figura 6.2 – Valores de densidade de corrente de corrosão obtidos pelo GECOR 6:
Corpos-de-prova realcalinizados pela solução 1 (a); pela solução 2 (b); pela solução 3
(c).
(c)
(b)
(a)
118
-1000,00-950,00-900,00-850,00-800,00-750,00-700,00-650,00-600,00-550,00-500,00-450,00-400,00-350,00-300,00-250,00-200,00-150,00-100,00
-50,000,00
7 24 39 59 76 94 119 174 249 347 382 397 413 432 447 479 495 510 526 543 561 577 593 607 627 641 682 700 724 755 771 818 856 899 958 1042
Tempo (dias)
Ecor
r (m
V)
ME 1 ME 2 LIMITE 1 LIMITE 2
Baixo risco de corrosão (< 5%)
Alto risco de corrosão (> 95%)
|------------------------------PERÍODO DE REPASSIVAÇÃO DA ARMADURA---------------------------------|
Risco de corrosão intermediário (50%)
|-----REALCALINIZAÇÃO------|
-1000,00-950,00-900,00-850,00-800,00-750,00-700,00-650,00-600,00-550,00-500,00-450,00-400,00-350,00-300,00-250,00-200,00-150,00-100,00
-50,000,00
7 24 39 59 76 94 119 174 249 347 382 397 413 432 447 479 495 510 526 543 561 577 593 607 627 641 682 700 724 755 771 818 856 899 958 1042
Tempo (dias)
Ecor
r (m
V)
ME 3 ME 4 LIMITE 1 LIMITE 2
Baixo risco de corrosão (< 5%)
Alto risco de corrosão (> 95%)
|----------------------------PERÍODO DE REPASSIVAÇÃO DA ARMADURA------------------------------------|
Risco de corrosão intermediário (50%)
|----REALCALINIZAÇÃO------|
-1000,00-950,00-900,00-850,00-800,00-750,00-700,00-650,00-600,00-550,00-500,00-450,00-400,00-350,00-300,00-250,00-200,00-150,00-100,00
-50,000,00
7 24 39 59 76 94 119 174 249 347 382 397 413 432 447 479 495 510 526 543 561 577 593 607 627 641 682 700 724 755 771 818 856 899 958 1042
Tempo (dias)
Ecor
r (m
V)
ME 5 ME 6 LIMITE 1 LIMITE 2
Baixo risco de corrosão (< 5%)
Alto risco de corrosão (> 95%)
|-----------------------------PERÍODO DE REPASSIVAÇÃO DA ARMADURA-----------------------------------|
Risco de corrosão intermediário (50%)
|----REALCALINIZAÇÃO-------|
Figura 6.3 – Valores de Potencial de Corrosão obtidos pelo GECOR 6: Corpos-de-
prova realcalinizados pela solução 1 (a); pela solução 2 (b); pela solução 3 (c).
(c)
(b)
(a)
119
0,000,501,001,502,002,503,003,504,004,505,005,506,006,507,007,508,008,509,009,50
10,00
7 24 39 59 76 94 119 174 249 347 382 397 413 432 447 479 495 510 526 543 561 577 593 607 627 641 682 700 724 755 771 818 856 899 9581042
Tempo (dias)
Roh
m (K
ohm
)
ME 1 ME 2
|-----------------------------PERÍODO DE REPASSIVAÇÃO DA ARMADURA------------------------------------||-----REALCALINIZAÇÃO------|
0,000,501,001,502,002,503,003,504,004,505,005,506,006,507,007,508,008,509,009,50
10,00
7 24 39 59 76 94 119 174 249 347 382 397 413 432 447 479 495 510 526 543 561 577 593 607 627 641 682 700 724 755 771 818 856 899 9581042
Tempo (dias)
Roh
m (K
ohm
)
ME 3 ME 4
|-----------------------------PERÍODO DE REPASSIVAÇÃO DA ARMADURA------------------------------------||-----REALCALINIZAÇÃO------|
0,000,501,001,502,002,503,003,504,004,505,005,506,006,507,007,508,008,509,009,50
10,00
7 24 39 59 76 94 119 174 249 347 382 397 413 432 447 479 495 510 526 543 561 577 593 607 627 641 682 700 724 755 771 818 856 899 9581042
Tempo (dias)
Roh
m (K
ohm
)
ME 5 ME 6
|----------------------------PERÍODO DE REPASSIVAÇÃO DA ARMADURA-------------------------------------||-----REALCALINIZAÇÃO------|
Figura 6.4 – Valores de Resistência Ôhmica obtidos pelo GECOR 6: Corpos-de-prova
realcalinizados pela solução 1 (a); pela solução 2 (b); pela solução 3 (c).
(c)
(b)
(a)
120
A partir dos gráficos da Figura 6.1 pode-se observar que os corpos-de-prova
realcalinizados com a solução 1 apresentaram resistividade maior que os corpos-de-prova
realcalinizados com a solução 3, que por sua vez apresentaram valores superiores àqueles
realcalinizados com a solução 2. No entanto, quando os corpos-de-prova são armazenados
na câmara úmida (743° dia de moldagem em diante), as resistividades baixam, localizando-
se na região de “muito alto risco de corrosão” (resistividade menor que 5 KΩ.cm).
Com relação aos valores de densidade de corrente de corrosão e potencial de
corrosão (Figuras 6.2 e 6.3), os corpos-de-prova realcalinizados com a solução 2 foram os
que apresentaram melhor comportamento, pois, nas mesmas condições, os corpos-de-prova
realcalinizados com as soluções 1 e 3 mostram elevados valores de densidade de corrente
de corrosão e valores bastante eletronegativos de potencial de corrosão. Entretanto, é
importante ressaltar que os critérios de potencial de corrosão da ASTM C 876:1991 são
para um eletrodo de cobre/sulfato de cobre e uma armadura embebida em concreto não
carbonatado (com ou sem Cl-) ou carbonatado, não sabendo-se quais seriam os critérios
para concreto carbonatado e realcalinizado.
Com respeito aos valores de resistência ôhmica (Figura 6.4), observa-se o
mesmo comportamento apresentado pela resistividade, ou seja, os corpos-de-prova
realcalinizados com a solução 1 apresentaram resistência ôhmica maior que os corpos-de-
prova realcalinizados com a solução 3 que por sua vez apresentaram valores superiores
àqueles realcalinizados com a solução 2. No entanto, quando os corpos-de-prova são
armazenados na câmara úmida, as resistências ôhmicas baixam, apresentando valores
próximos a zero.
6.3.1. Passivação da armadura
Ao se executar uma peça estrutural, a formação da película passivadora não
ocorre imediatamente após a concretagem. Neste caso, o filme de óxidos e hidróxidos de
ferro leva um certo período até que uma capa estável, transparente, delgada, fortemente
aderida, submicroscópica e protetora se forme ao redor da armadura, protegendo-a dos
agentes agressivos. Em relação ao concreto aqui estudado foram necessários 130 dias para
a constatação da formação da camada passivante. Essa identificação se deu a partir de
valores de potencial de corrosão e intensidade de corrente de corrosão maiores que -200
mV e menores que 0,1 µA/cm², respectivamente, obtidos pelo GECOR 6. Uma vez
121
confirmada a formação da película passivadora iniciou-se o processo de carbonatação
acelerada.
6.3.2. Despassivação da armadura
Confirmada a passivação das armaduras através dos parâmetros eletroquímicos
de potencial e velocidade de corrosão, o próximo passo foi a carbonatação acelerada do
concreto dos corpos-de-prova. Para isso, utilizou-se a câmara de carbonatação acelerada do
Laboratório de Materiais de Construção (LMC) da Escola de Engenharia Civil da UFG, no
intuito de se apressar o avanço da frente de carbonatação até o aço. Depois de 119 dias
dentro da câmara de carbonatação (249 dias após a moldagem), os corpos-de-prova foram
conduzidos à câmara úmida a fim de dar as condições necessárias para a despassivação da
armadura, confirmada por meio de valores de potencial de corrosão bastante
eletronegativos (< -350 mV) e velocidade de corrente de corrosão muito elevada (> 1
µA/cm²).
Simultaneamente à leitura dos parâmetros eletroquímicos, foram realizados
ensaios de profundidade de carbonatação com aspersão de solução alcoólica de
fenolftaleína, no intuito de se comprovar a carbonatação de todo o concreto do cobrimento
da armadura.
6.3.3. Realcalinização e repassivação da armadura dos corpos-de-prova
Finalizada a etapa de carbonatação do concreto e confirmada a despassivação
das armaduras, teve início a realcalinização do concreto carbonatado pela absorção/difusão
de soluções alcalinas. Para a execução dos ensaios, os corpos-de-prova foram divididos de
acordo com a Tabela 5.8 para serem realcalinizados com cada uma das soluções estudadas.
Durante 108 dias de realcalinização foram realizados ciclos de molhagem (2
dias) e secagem (5 dias). Simultaneamente aos ciclos de molhagem e secagem, foram
efetuados também ensaios de profundidade de realcalinização com a aspersão de solução
alcoólica de timolftaleína (pH de viragem entre 9,3 e 10,5), com o objetivo de constatar o
avanço da frente de realcalinização. Depois do período indicado, os ciclos foram
interrompidos, já que ao se aspergir a timolftaleína sobre a superfície recém fraturada, a
mesma apresentava uma coloração azulada até a profundidade de 2,5 cm, que correspondia
122
à espessura de cobrimento da armadura. A Figura 6.5 mostra a constatação da
realcalinização do concreto.
Figura 6.5 – Medidas das profundidades de realcalinização com indicador químico de
timolftaleína (no corpo-de-prova) e fenolftaleína (na amostra fraturada): Corpos-de-
prova realcalinizados pela solução 1 (a); Corpos-de-prova realcalinizados pela
solução 2 (b) e Corpos-de-prova realcalinizados pela solução 3 (c).
Uma vez finalizados os procedimentos de realcalinização foi efetuada também
uma análise do pH do concreto próximo à armadura pelo Laboratório de Química de
FURNAS Centrais Elétricas. O objetivo do ensaio era verificar de forma mais precisa a
real alcalinidade do ambiente que circundava o aço. Os valores de pH obtidos mostraram-
se extremamente elevados, com resultados superiores a 12,5 para todos os corpos-de-
prova, indicando que o concreto realcalinizado encontrava-se bastante alcalino,
assemelhando-se a um concreto recém moldado.
Após 595 dias da realização da realcalinização por absorção/difusão, ainda não
se obteve resultados que comprovem a repassivação da armadura, apesar da realcalinização
do concreto ter ocorrido com sucesso. A partir da análise dos gráficos das Figuras 6.2 e 6.3
pode-se constatar que todas as armaduras dos corpos-de-prova analisados ainda não
apresentaram parâmetros eletroquímicos que comprovem a sua repassivação, apesar do pH
do concreto apresentar-se altamente alcalino. Analisando-se os parâmetros eletroquímicos,
pode-se observar que para todos os exemplares estudados, os resultados encontram-se fora
da região de comprovação da passividade da armadura, ou seja, valores de potencial de
corrosão menos eletronegativos que -200 mV e de intensidade de corrente de corrosão
123
inferiores a 0,1 µA/cm², controlados por valores de resistividade na região de
baixo/moderado risco de corrosão (< 10 KΩ.cm).
Comparando-se as soluções empregadas nos ensaios, observa-se que em
nenhuma delas houve uma real tendência de repassivação da armadura. No caso da solução
de carbonato de sódio (solução 1) e da solução tripla (solução 3) os parâmetros
eletroquímicos de potencial de corrosão e intensidade de corrente de corrosão encontram-
se respectivamente nas faixas de probabilidade de corrosão maior que 95% (E < -350 mV)
e velocidade de corrosão muito elevada (icorr > 1 µA/cm²). Com respeito à solução de
hidróxido de potássio (solução 2), apesar de também não apresentar um indício claro de
repassivação até o momento, foi a solução que apresentou o melhor desempenho, com
valores de potencial de corrosão situado na zona de probabilidade de corrosão maior que
95 %, porém com valores de velocidade de corrosão próximos a 0,1 µA/cm², plotados na
região de moderada velocidade do processo corrosivo do metal.
Ao se analisar a realcalinização eletroquímica verifica-se que o valor do pH ao
redor da armadura eleva-se, principalmente, devido aos íons hidroxilas gerados no cátodo
(armadura), por meio da eletrolise da água, enquanto a solução alcalina que penetra pelos
poros do concreto é responsável por prevenir futuros decréscimos de pH para níveis
preocupantes de iniciação do processo de corrosão, por meio da reação entre o carbonato
de sódio (solução mais utilizada na realcalinização eletroquímica) e o dióxido de carbono,
formando o bicarbonato de sódio (YEIH & CHANG, 2005). Fazendo-se uma comparação
com o método empregado na pesquisa em questão, observa-se que na realcalinização por
absorção/difusão de soluções alcalinas, o aumento da basicidade do concreto se dá de fora
para dentro, tardando um certo tempo até que a solução atinja a armadura e promova o
aumento do pH nessa região. Período este, que varia de acordo com a mobilidade iônica da
solução empregada no processo. Já na realcalinização eletroquímica, o aumento do pH do
concreto se dá, sobretudo, de dentro para fora através de uma geração intensa de íons
hidroxila ao redor da armadura. Entretanto, na realcalinização eletroquímica, observa-se,
em um curto espaço de tempo, além de um significativo aumento da alcalinidade ao redor
da armadura, a formação da película passivadora que envolve e protege o aço da corrosão
(CASTELLOTE et al., 2003; MIETZ, 1998; ODDEN, 1994; YEIH & CHANG, 2005),
diferentemente da realcalinização por absorção/difusão de soluções alcalinas que até o
595° dia após a realcalinização, ainda não desenvolveu essa mesma camada protetora.
124
Através do monitoramento dos parâmetros eletroquímicos em corpos-de-prova
armados, desde sua concretagem, sabe-se que a passivação das armaduras é identificada
após cerca de três a quatro meses. Neste processo de formação do filme passivador não há
a utilização de nenhum artifício eletroquímico para que ocorra a proteção do aço no
interior do concreto. No caso, o que existe é a exposição rápida da armadura a um
ambiente extremamente alcalino, desde o início da moldagem, constituído, sobretudo, por
hidróxidos de cálcio em contato permanente e de forma muito intensa e direta com a
armadura, gerando um ambiente propício para a constituição de uma película delgada,
estável, transparente, fortemente aderida, submicroscópica e protetora de óxidos de
hidróxidos de ferro ao redor do aço.
Tendo em vista os resultados dos parâmetros eletroquímicos apresentados na
presente pesquisa e, fazendo-se uma comparação com a realcalinização eletroquímica,
procedimento mais empregado na recuperação de estruturas carbonatadas, a velocidade e a
intensidade do processo de elevação do pH do concreto próximo à armadura seriam
fundamentais para uma nova formação da camada passivadora do aço. Essa proteção,
entendida como a resistência à corrosão proporcionada por uma película fina, aderente e
estável de óxidos e hidróxidos de ferro seria formada segundo Uhlig (1978), apud Helene
(1993), a partir de uma reação eletroquímica “intensa” e de “curta duração”, evidentemente
em um ambiente de “elevada” alcalinidade do concreto. Dessa forma, o elevado tempo
necessário para chegada da frente de realcalinização até a armadura, bem como a menor
intensidade na qual são gerados os íons alcalinos nas proximidades do aço em relação à
realcalinização eletroquímica e aos concretos recém executados, seriam os principais
motivos de até o momento não se ter a formação da película repassivadora da armadura,
utilizando-se a metodologia proposta nesta dissertação, apesar das armaduras
realcalinizadas com a solução 2 mostrarem uma tendência de repassivação.
125
6.4. AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DAS SOLUÇÕES ALCALINAS SOBRE A
RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO CONCRETO
6.4.1. Carbonatação acelerada
O avanço da frente de carbonatação foi verificado por meio do uso de martelo e
ponteiro para a ruptura do corpo-de-prova, de fenolftaleína, como indicador químico de pH
e, de um paquímetro para medir com precisão de milímetros a profundidade de concreto
carbonatado. O resultado mostrado na Figura 6.6 indica que o corpo-de-prova utilizado
como parâmetro para os demais em estudo, encontrava-se totalmente carbonatados depois
de 6 semanas de exposição à carbonatação acelerada.
0
5
10
15
20
25
0 1 2 3 4 5 6
Semanas
Prof
undi
dade
de
Car
bona
taçã
o (m
m)
Figura 6.6 –Comprovação da profundidade de carbonatação acelerada.
A Figura 6.7 mostra um momento intermediário de medição da profundidade
de carbonatação, utilizando o paquímetro.
126
Figura 6.7 – Medida intermediária da profundidade de carbonatação do corpo-de-
prova 5 x 10 cm.
6.4.2. Realcalinização
A medida da frente de realcalinização foi realizada seguindo-se exatamente a
mesma metodologia apresentada para a verificação da frente de carbonatação,
substituindo-se apenas o indicador químico fenolftaleína pela timolftaleína, devido ao
intervalo de pH de viragem de cor ser mais elevado, entre 9,3 e 10,5, proporcionando,
assim, uma maior segurança e eficiência nas avaliações do pH no interior do concreto após
a realcalinização.
A Figura 6.8 mostra o avanço da frente de realcalinização nos corpos-de-prova
imersos em cada uma das três soluções estudadas. É possível observar que a solução 2 foi a
que apresentou o melhor desempenho em relação ao tempo de realcalinização com 34 dias,
seguida da solução 3 com 59 dias e da solução 1 com 73 dias. Na Tabela 6.6 é possível ver
todos os valores medidos durante a realcalinização com as três soluções estudadas.
127
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
2,500
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66 69 72 75
Tempo (dias)
Prof
undi
dade
de
real
calin
izaç
ão
(cm
)
Solução 1 (Na2CO3) Solução 2 (KOH) Solução 3 (Tripla)
Figura 6.8 – Avanço da frente de realcalinização nos corpos-de-prova carbonatados
Tabela 6.6 – Resultados das medidas de profundidade de realcalinização dos corpos-
de-prova cilíndricos de argamassa.
Profundidade de Realcalinização (cm) Dias Solução 1 (Na2CO3) Solução 2 (KOH) Solução 3 (TRIPLA)
0 0,00 0,00 0,00 1 0,30 0,60 0,30 2 0,40 0,70 0,60 3 0,50 0,80 0,70 6 0,70 1,10 0,90 9 0,80 1,30 1,10
14 1,10 1,60 1,20 20 1,30 1,90 1,50 28 1,60 2,20 1,80 34 1,70 2,50 2,00 41 1,90 2,50 2,10 49 2,10 2,50 2,30 56 2,20 2,50 2,40 59 2,25 2,50 2,50 62 2,30 2,50 2,50 69 2,40 2,50 2,50 73 2,50 2,50 2,50
A realcalinização dos corpos-de-prova empregados por Teixeira (2002) e
Araújo (2004) se deu de forma mais rápida que os utilizados na presente pesquisa.
128
Comparado aos resultados obtidos pelo primeiro pesquisador, a diferença foi de
aproximadamente quatro vezes e meia mais lenta. O principal motivo seria a concentração
utilizada de carbonato de sódio 20g/100ml de água, duas vezes superior à empregada no
estudo em questão. No caso de Araújo (2004), utilizou-se a mesma concentração da
presente dissertação para cada uma das soluções adotadas. Porém, houve uma diferença no
tempo de realcalinização dos corpos-de-prova de argamassa. Com relação à solução 1
houve uma diferença de aproximadamente 15 % e com relação à solução 2 e 3 de
aproximadamente 19 %. O principal motivo dessa diferença seria a resistência dos corpos-
de-prova em cada uma das pesquisas. Embora o traço fosse o mesmo, houve uma diferença
significativa nos valores de resistência à compressão em cada um dos sistemas estudados.
Essa diferença provavelmente Dessa forma, como as resistências mecânicas no presente
estudo foram superiores às de Araújo (2004), justifica-se a menor velocidade do avanço da
frente de realcalinização.
A Figura 6.9 ilustra uma medida intermediária do avanço da frente de
realcalinização em um dos corpos-de-prova utilizados no ensaio.
Figura 6.9 – Realcalinização parcial dos corpos-de-prova observada através da
utilização do indicador de timolftaleína.
6.4.3. Resistência à compressão
Banfill (1997), através de seus estudos, verificou um crescimento significativo
na resistência à compressão do concreto devido aos processos de realcalinização.
129
Teixeira (2002), no entanto, polemiza esta questão, apresentando resultados de
corpos-de-prova realcalinizados por absorção/difusão com resistência à compressão cerca
de 9% inferior aos corpos-de-prova de referência. A explicação se daria em virtude da
formação de novos compostos ou devido à desestabilização micro-estrutural no interior do
concreto realcalinizado.
Araújo (2004), em concordância com os resultados apresentados por Banfill
(1997), também encontrou um acréscimo na resistência à compressão, quando se
comparam os resultados de corpos-de-prova de referência e realcalinizados. A exceção se
deu no caso de a solução alcalina empregada ser o hidróxido de potássio. Com relação aos
corpos-de-prova por ela estudados, a diferença entre as resistências foi de 7,5%
comparando-se os de referência e os realcalinizados com carbonato de sódio, de 4,6% entre
os corpos-de-prova de referência e os realcalinizados com solução tripla (carbonato de
sódio, hidróxido de potássio e hidróxido de sódio) e -2,2% entre os de referência e os
realcalinizados com a solução de hidróxido de potássio. Porém, ao se efetuar a análise de
variância (ANOVA) comprovou-se que essas diferenças não eram significativas entre si,
ou seja, a realcalinização não influiu na resistência à compressão quando comparou-se
corpos-de-prova referência e realcalinizados com as soluções estudadas.
Neste trabalho, como se pode observar na Figura 6.10, os resultados de
resistência à compressão dos corpos-de-prova analisados foram ao encontro dos resultados
dos ensaios realizados por Banfill (1997), ou seja, a resistência à compressão do concreto
realcalinizado cresceu significativamente quando comparado ao referência.
0,05,0
10,015,020,025,030,035,040,045,050,055,0
Referência Carbonatados Solução 1(Na2CO3)
Solução 2 (KOH)
Solução 3(TRIPLA)
Res
istê
ncia
(MPa
)
Figura 6.10 – Comparativo da resistência à compressão dos corpos-de-prova de
referência, carbonatados e realcalinizados.
130
A partir dos resultados encontrados nos ensaios de resistência à compressão
observou-se que os corpos-de-prova carbonatados foram os que apresentaram maiores
resistências mecânicas. Tal resultado apresentou-se dentro do esperado já que com a
carbonatação do concreto tem-se um aumento de sua impermeabilidade e também de sua
dureza e resistência superficial. Em seguida vieram os corpos-de-prova realcalinizados, no
qual os tratados com a solução 2 apresentaram os maiores valores, seguidos,
respectivamente, daqueles onde foram utilizadas as soluções 1 e 3. Por último vieram os
corpos-de-prova de referência com resistências aproximadamente 23% inferiores aos
carbonatados e 20% inferiores aos realcalinizados. Com o resultado da análise estatística
de variância (ANOVA), apresentada na Tabela 6.7, comprovou-se que essas diferenças são
significativas entre si, formando dois grupos estatisticamente diferentes. De um lado os
corpos-de-prova de referência e de outro os corpos-de-prova carbonatados e
realcalinizados.
Tabela 6.7 – Resultados da análise de variância da resistência à compressão dos
corpos-de-prova de referência, carbonatados e realcalinizados.
Efeito SQ GL MQ Fcal Ftab Resultado
Modelo 305,92 4 76,48 18,58 2,87 Significativo
Erro 82,34 20 4,12 - -
Total 388,26 24 80,6 - -
Onde: SQ é a soma dos quadrados; GL é o grau de liberdade; MQ é a média dos quadrados;
F é o parâmetro de Fisher para o teste de significância dos efeitos.
Determinada a significância entre os resultados obtidos, realizou-se a
comparação múltipla das medidas pelo método de DUNCAN. O objetivo desta análise é
agrupar as medidas que não diferem significativamente entre si. Para este ensaio de
resistência à compressão, foram formados dois grupos de amostras estatisticamente
diferentes, conforme ilustra a Figura 6.11.
131
Figura 6.11 – Grupos formados pelo Método de Duncan para o ensaio de resistência à
compressão com corpos-de-prova de referência, carbonatados e realcalinizados.
Ao se comparar os resultados apenas das amostras carbonatadas e
realcalinizadas, a análise de variância mostra que os resultados obtidos não são
significativos entre si, pois Fcal < Ftab. (Tabela 6.8), confirmando a existência de dois
grupos estatisticamente diferentes; de um lado os corpos-de-prova de referência e de outro
os carbonatados e realcalinizados.
Tabela 6.8 – Resultados da análise de variância da resistência à compressão dos
corpos-de-prova carbonatados e realcalinizados.
Efeito SQ GL MQ Fcal Ftab Resultado
Modelo 14,03 3 4,68 0,947 3,24 Não significativo
Erro 79,04 16 4,94 - - -
Total 93,07 19 9,62 - - -
Onde: SQ é a soma dos quadrados; GL é o grau de liberdade; MQ é a média dos quadrados;
F é o parâmetro de Fisher para o teste de significância dos efeitos.
132
6.5. AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA REALCALINIZAÇÃO NA ADERÊNCIA DE
TINTAS E VERNIZES
Como é sabido, após a recuperação de uma estrutura, independente da
metodologia empregada, se faz necessária a proteção do concreto para que não ocorra,
futuramente, uma nova ação do ambiente sobre a estrutura de concreto. Esta proteção pode
ser feita utilizando-se um revestimento com argamassa sobre a referida estrutura ou caso se
deseje uma solução mais rápida, usando uma pintura protetora.
Araújo (2004) fez estudos sobre a resistência de aderência de argamassas
colantes industrializadas sobre substratos realcalinizados, visando o uso de placas
cerâmicas sobre o concreto realcalinizado. Neste trabalho, pretende-se estudar outra forma
de proteção do concreto realcalinizado, ou seja a utilização de tintas e vernizes como
revestimento do concreto.
Inicialmente, as placas de substrato padrão, obtidas junto à Cimento Tocantins
S.A., foram colocadas na câmara de carbonatação acelerada até que a frente de
carbonatação atingisse uma profundidade media de 1 cm, já que o objetivo deste ensaio era
avaliar os efeitos da realcalinização na superfície do concreto sobre a aderência de tintas e
vernizes ao substrato realcalinizado.
A carbonatação das placas levou 35 dias para atingir a profundidade desejada,
tendo sido constatada através da aspersão de fenolftaleína na superfície recém fraturada da
placa. A Tabela 6.9 apresenta os valores da profundidade de carbonatação obtidos ao longo
dos ensaios.
Tabela 6.9 – Resultados da profundidade de carbonatação das placas pré-moldadas
de substrato padrão.
Semanas Umidade Relativa no interior da Câmara de
Carbonatação (%) Temperatura (°C) Profundidade de carbonatação (cm)
1 68 23,5 0,35 2 71 22,2 0,50 3 73 25,1 0,60 4 69 24,7 0,80 5 70 23,8 1,00
A realcalinização das placas foi realizada apenas com uma das soluções
estudadas, a solução tripla, já que esta foi a mesma solução empregada por Araújo (2004)
133
em seus estudos, apresentando um valor intermediário, quanto à sua influência sobre a
resistência à compressão e à velocidade de realcalinização do concreto.
Para realcalinizar a mesma profundidade carbonatada foram necessários 21
dias, sendo a comprovação do avanço da frente de realcalinização realizada com a
utilização da timolftaleína, em virtude do seu maior pH de viragem em relação à
fenolftaleína. A Tabela 6.10 mostra os valores do avanço da profundidade de
realcalinização no concreto.
Tabela 6.10 – Resultados da profundidade de realcalinização nas placas pré-
moldadas de substrato padrão.
Semanas Profundidade de realcalinização (cm) 1 0,50 2 0,80 3 1,00
Uma vez concluída a realcalinização das placas, o próximo passo foi pintá-las
com as respectivas tintas e vernizes (Tabela 5.6 da Metodologia Experimental), para em
seguida proceder a análise de verificação da influência da realcalinização e,
consequentemente, também da carbonatação na aderência da película ou camada protetora
aplicada sobre o substrato de concreto. A Figura 6.12 ilustra as placas de substrato padrão
pintadas com cada um dos produtos utilizados. Da esquerda para a direita, respectivamente
a Tinta 1, o Verniz e a Tinta 2.
Figura 6.12 – Placas de concreto pintadas com as tintas e os vernizes utilizados nos
ensaios de aderência.
134
O ensaio, como já mencionado, seguiu os procedimentos e as recomendações
do projeto de norma 02:115.29-008 da Associação Brasileira de Normas Técnicas
(ABNT), constituindo-se em uma metodologia bastante simples.
Inicialmente as placas foram preparadas (lixadas, escovadas e retiradas as
impurezas e o material pulverulento da superfície tratada) e aplicado o sistema de pintura
conforme recomendação do fabricante (número de demãos, diluição e tempo de secagem),
deixando o material secar em ambiente com troca de ar por pelo menos 7 dias (Figura
6.12). Após este período, foi determinada a área em cada placa onde seriam realizados os
cortes com auxílio de um estilete. O próximo passo foi a realização dos cortes, que
dependiam da espessura da película de tinta ou verniz aplicado. Executados os cortes com
as dimensões pré-determinadas no projeto de norma, aderiu-se uma fita adesiva própria
para o ensaio de aderência (Fita filamentosa Scotch 880) sobre a região cortada e, com o
auxílio de um instrumento (lápis com ponta de borracha por exemplo) friccionou-se a fita,
firmando-a bem sobre o substrato cortado, arrancando-a após 2 minutos da fixação, em um
único golpe rápido, contínuo e o mais próximo possível de 180°. Em seguida, classificou-
se os resultados de acordo com a porcentagem da área removida, conforme tabelas anexas
ao projeto de norma. A Figura 6.13 ilustra os materiais utilizados para a realização do
ensaio.
Figura 6.13 – Materiais empregados para a realização do ensaio de aderência.
Para o ensaio, todos os produtos (tintas e verniz) enquadraram-se dentro do
Método B do procedimento experimental (adesão por corte em grades). Seguindo-se esta
metodologia foram realizados 6 cortes paralelos na horizontal e na vertical com distância
135
de 2 mm entre cada corte. Este número de cortes foi definido em função da espessura da
película protetora que se encontrava entre 50 e 125 µm. Em cada placa repetiu-se este
procedimento 15 vezes, totalizando 15 leituras de aderência, conforme Tabela 5.10 da
Metodologia Experimental. As Figuras 6.14 e 6.15 ilustram o procedimento anteriormente
descrito em uma das placas utilizadas no ensaio. Os dados técnicos de cada tinta e verniz
empregado no ensaio encontram-se no Anexo B da dissertação.
Figura 6.14 – Placa de concreto pintada com o verniz, com os cortes paralelos já
executados (grades), pronta para a realização do ensaio de aderência.
Figura 6.15 – Detalhe dos cortes paralelos (grades), antes da realização do ensaio de
aderência.
Os resultados de aderência encontram-se nas Tabelas 6.11 a 6.13 e estão de
acordo com projeto de norma 02:115.29-008, variando de acordo com a porcentagem da
136
área de pintura removida, ou seja, de acordo com o destacamento das grades executadas
nas placas de concreto.
Tabela 6.11 – Resultados de aderência obtidos nas placas de referência para cada um
dos produtos utilizados.
PLACAS DE REFERÊNCIA INTERTHANE 990 - T1 N° de resultados
5 B (0 % - nenhuma) 0 4 B (menos de 5 %) 5 3 B (5 - 15 %) 8 2 B (15 - 35 %) 1 1 B (35 - 65 %) 1
Classificação Área
Removida de pintura (%)
0 B (mais que 65%) 0 INTERFINE 979 - T2 N° de resultados
5 B (0 % - nenhuma) 0 4 B (menos de 5 %) 0 3 B (5 - 15 %) 0 2 B (15 - 35 %) 4 1 B (35 - 65 %) 10
Classificação Área
Removida de pintura (%)
0 B (mais que 65%) 1 PERFECTION 909 VERNIZ - V N° de resultados
5 B (0 % - nenhuma) 5 4 B (menos de 5 %) 9 3 B (5 - 15 %) 1 2 B (15 - 35 %) 0 1 B (35 - 65 %) 0
Classificação Área
Removida de pintura (%)
0 B (mais que 65%) 0
137
Tabela 6.12 – Resultados de aderência obtidos nas placas carbonatadas para cada um
dos produtos utilizados.
PLACAS CARBONATADAS INTERTHANE 990 - T1 N° de resultados
5 B (0 % - nenhuma) 4 4 B (menos de 5 %) 11 3 B (5 - 15 %) 0 2 B (15 - 35 %) 0 1 B (35 - 65 %) 0
Classificação Área
Removida (%)
0 B (mais que 65%) 0 INTERFINE 979 - T2 N° de resultados
5 B (0 % - nenhuma) 0 4 B (menos de 5 %) 0 3 B (5 - 15 %) 0 2 B (15 - 35 %) 11 1 B (35 - 65 %) 4
Classificação Área
Removida (%)
0 B (mais que 65%) 0 PERFECTION 909 VERNIZ - V N° de resultados
5 B (0 % - nenhuma) 4 4 B (menos de 5 %) 11 3 B (5 - 15 %) 0 2 B (15 - 35 %) 0 1 B (35 - 65 %) 0
Classificação Área
Removida (%)
0 B (mais que 65%) 0
138
Tabela 6.13 – Resultados de aderência obtidos nas placas realcalinizadas para cada
um dos produtos utilizados.
PLACAS REALCALINIZADAS INTERTHANE 990 - T1 N° de resultados
5 B (0 % - nenhuma) 0 4 B (menos de 5 %) 2 3 B (5 - 15 %) 3 2 B (15 - 35 %) 4 1 B (35 - 65 %) 4
Classificação Área
Removida (%)
0 B (mais que 65%) 2 INTERFINE 979 - T2 N° de resultados
5 B (0 % - nenhuma) 0 4 B (menos de 5 %) 0 3 B (5 - 15 %) 0 2 B (15 - 35 %) 0 1 B (35 - 65 %) 0
Classificação Área
Removida (%)
0 B (mais que 65%) 15 PERFECTION 909 VERNIZ - V N° de resultados
5 B (0 % - nenhuma) 0 4 B (menos de 5 %) 0 3 B (5 - 15 %) 0 2 B (15 - 35 %) 0 1 B (35 - 65 %) 0
Classificação Área
Removida (%)
0 B (mais que 65%) 15
De acordo com a Tabela 6.11, em relação às placas de referência, ou seja,
placas que não sofreram nenhum tipo de tratamento (carbonatação e/ou realcalinização),
pode-se verificar que o verniz foi o que apresentou o melhor desempenho, resultando na
menor quantidade de área de pintura removida após o ensaio, seguido da tinta T1 e por
último da tinta T2. Com respeito às placas apenas carbonatadas (Tabela 6.12), o verniz e a
tinta T1 foram os que apresentaram os melhores resultados, com todos os valores situados
na faixa inferior a 5% de remoção da pintura. A tinta T2 ficou com o pior desempenho. Em
relação às placas carbonatadas e posteriormente realcalinizadas (Tabela 6.13) a tinta T1 foi
a de melhor aderência seguida pelo verniz e pela tinta T2 com igual performance.
Ao se analisar os diferentes tipos de placas de concreto (referência,
carbonatada e carbonatada e posteriormente realcalinizada), pôde-se observar que as
carbonatadas foram as que apresentaram os melhores resultados de aderência, seguido das
placas de referência e por último das que sofreram realcalinização. A partir das Tabelas
6.12 a 6.14 verifica-se que para todos os produtos utilizados (tintas e verniz), os mesmos
obtiveram melhor aderência nas placas apenas carbonatadas. Já as placas realcalinizadas,
139
apresentaram os piores resultados de aderência, chegando nos casos da utilização da tinta
T2 e do verniz a apresentar 100% de destacamento da pintura protetora, como pode ser
observado na Figura 6.16.
(a) (b)
Figura 6.16 – Destacamento total da pintura protetora das placas realcalinizadas
quando utilizada a tinta T 2 (a) e o verniz (b).
Diante dos resultados obtidos, pode-se concluir que a realcalinização das
placas de concreto carbonatadas prejudicou consideravelmente a aderência das tintas e do
verniz utilizado nos ensaios, indo ao encontro dos estudos realizados pela FOSROC (sd),
que dizem que a realcalinização do concreto reduz a aderência da pintura ao substrato
realcalinizado. Neste sentido, deve-se recomendar uma limpeza com água sob pressão das
estruturas de concreto realcalinizadas, que forem pintadas após o tratamento, a fim de
remover as partículas superficiais oriundas das soluções empregadas na realcalinização,
que prejudicam a aderência das tintas e verniz, conforme observado no presente estudo.
140
7. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Através do estudo da influência da realcalinização por absorção/difusão de
soluções alcalinas na resistência à compressão do concreto, na aderência de tintas e
vernizes e na repassivação da armadura, pode-se chegar às conclusões a seguir.
• As soluções alcalinas mostraram-se eficientes na realcalinização do
concreto. Entretanto, ao se analisar o tempo necessário para
realcalinizar 2,5 cm do concreto carbonatado, ficou evidenciado a
diferença entre os desempenhos de cada solução. A solução 2
(hidróxido de potássio) foi a mais rápida, promovendo a elevação da
alcalinidade dos corpos-de-prova em, aproximadamente 5 semanas,
seguida da solução 3 (tripla) em 8 semanas e pela solução 1 (carbonato
de sódio) em 10 semanas.
• Ao se analisar a influência da realcalinização na resistência à
compressão do concreto, observou-se que os corpos-de-prova somente
carbonatados foram os que apresentaram maiores resistências
mecânicas. Tal resultado apresentou-se dentro do esperado já que com a
carbonatação do concreto tem-se um aumento de sua impermeabilidade
e também de sua dureza e resistência superficial. Em seguida vieram os
corpos-de-prova realcalinizados, no qual os tratados com a solução 2
apresentaram os maiores valores, seguidos, respectivamente, daqueles
nos quais foram utilizadas as soluções 1 e 3. Por ultimo vieram os
corpos-de-prova de referência com resistências aproximadamente 23%
inferiores aos carbonatados e 20% inferiores aos realcalinizados.
• A realcalinização por absorção/difusão, diferentemente dos estudos
realizados por Araújo (2004), apresentou uma influência
estatisticamente significativa na propriedade de resistência à
compressão do concreto, formando dois grupos de resultados. De um
lado os corpos de prova de referência e de outro os corpos-de-prova
carbonatados e realcalinizados.
141
• A técnica de realcalinização por absorção/difusão conseguiu
realcalinizar todo o concreto carbonatado, efeito comprovado com a
utilização do indicador químico de timolftaleína e pela verificação do
pH do concreto próximo à armadura que foi de aproximadamente 12,5
para todas as soluções estudadas.
• Após 595 dias do término da realcalinização, ainda não se obteve
resultados que comprovem a repassivação da armadura dos corpos-de-
prova, apesar da realcalinização do concreto ter ocorrido com sucesso.
• Com relação aos parâmetros eletroquímicos de densidade de corrente
de corrosão e potencial de corrosão, os corpos-de-prova realcalinizados
com a solução 2 foram os que apresentaram melhor comportamento,
pois nas mesmas condições, os corpos-de-prova realcalinizados com as
soluções 1 e 3 mostram elevados valores de densidade de corrente de
corrosão e valores bastante eletronegativos de potencial de corrosão.
• Embora a técnica de realcalinização por absorção/difusão ainda não
tenha, até o momento da defesa da dissertação, apresentado resultados
satisfatórios quanto à repassivação da armadura, o procedimento pode
perfeitamente ser utilizado como uma alternativa preventiva para se
evitar o avanço da frente de carbonatação em estruturas de concreto,
cujas armaduras ainda não foram despassivadas.
• Com relação à influência da realcalinização por absorção/difusão de
soluções alcalinas na aderência de tintas e vernizes, analisando-se os
diferentes tipos de placas de concreto (referência, carbonatada e
carbonatada e posteriormente realcalinizada), pode-se observar que as
carbonatadas foram as que apresentaram os melhores resultados de
aderência, seguido das placas de referência e por último das que
sofreram realcalinização. Dessa forma, os ensaios mostraram que a
realcalinização prejudicou em muito os resultados de aderência,
chegando, em alguns casos, a apresentar 100% de destacamento da
pintura protetora.
142
Apesar dos avanços obtidos nesta dissertação em relação à técnica de
realcalinização por absorção/difusão de soluções alcalinas, ainda existem aspectos que
necessitam ser melhor estudados e desenvolvidos, no intuito de tornar esta metodologia
mais eficiente na reabilitação de estruturas carbonatadas e prática quando utilizada em
casos reais.
7.1. SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS
Com o objetivo de viabilizar a aplicabilidade prática da técnica de
realcalinização por absorção/difusão de soluções alcalinas, segue abaixo algumas sugestões
para a realização de trabalhos futuros dentro desta linha de pesquisa.
• Seguir medindo os parâmetros eletroquímicos de densidade de corrente
de corrosão e potencial de corrosão, além da resistividade e da
resistência ôhmica dos corpos-de-prova realcalinizados com a solução
2, a fim de confirmar a tendência de repassivação apresentada pelas
suas armaduras.
• Estudo da concentração ideal das soluções alcalinas a serem utilizadas
na realcalinização.
• Estudo de mecanismos de aplicação das soluções alcalinas que
possibilitem o seu emprego em estruturas reais.
143
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DE SOLUÇÕES ALCALINAS NA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO
CONCRETO, NA ADERÊNCIA DE TINTAS E VERNIZES E NA
REPASSIVAÇÃO DA ARMADURA.
RODRIGO RESENDE DE SÁ
Dissertação de mestrado defendida e aprovada em 04 de agosto de 2006, pela banca
examinadora constituída pelos professores:
_____________________________________________
Enio José Pazini Figueiredo, Dr. (UFG)
(ORIENTADOR)
_____________________________________________
Edgar Bacarji, Dr. (UFG)
(EXAMINADOR INTERNO)
_____________________________________________
João Henrique da Silva Rêgo, Dr. (UFG - DCR)
(EXAMINADOR INTERNO)
_____________________________________________
Antônio Alberto Nepomuceno, Dr. (UnB)
(EXAMINADOR EXTERNO)
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