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Page 1: Monografia passivação das armaduras

CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE GOIÁS

TECNOLOGIA DA CONSTRUÇÃO CIVIL

CURSO SUPERIOR EM PLANEJAMENTO E CONSTRUÇÃO DE EDIFÍCIOS

Elizeth Neves Cardoso

Lívia Leite de Cantuária

ANÁLISE DO PROCESSO DE PASSIVAÇÃO

DAS ARMADURAS NO CONCRETO

Goiânia-GO, Agosto/2005

Page 2: Monografia passivação das armaduras

CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE GOIÁS

TECNOLOGIA DA CONSTRUÇÃO CIVIL

CURSO SUPERIOR EM PLANEJAMENTO E CONSTRUÇÃO DE EDIFÍCIOS

Elizeth Neves Cardoso

Lívia Leite de Cantuária

ANÁLISE DO PROCESSO DE PASSIVAÇÃO

DAS ARMADURAS NO CONCRETO

Trabalho de Conclusão do Curso de

Planejamento e Construção de Edifícios

apresentado à Coordenação de

Construção Civil do Centro Federal de

Educação Tecnológica de Goiás.

Prof. Orientadora Giana Sousa Sena Rodrigues

Goiânia-GO, Agosto/2005

Page 3: Monografia passivação das armaduras

Cardoso, Elizeth Neves e Cantuária, Lívia Leite de

Análise do processo de passivação das armaduras no

concreto. Goiânia, 2005.

Orientadora: Giana Sousa Sena Rodrigues.

Trabalho de Conclusão de Curso (graduação) –

Centro Federal de Educação Tecnológica de Goiás,

Planejamento e Construção de Edifícios.

1. Introdução, 2. Estrutura de concreto, 3. Corrosão

das armaduras, 4. Prevenção e reparos de estruturas de

concreto com corrosão nas armaduras, 5. Considerações

finais, I. Rodrigues, Giana Sousa Sena, II. Centro Federal de

Educação Tecnológica de Goiás, Tecnologia da Construção

Civil, Planejamento e Construção de Edifícios, III. Título.

Page 4: Monografia passivação das armaduras

Dedicatória

Dedicamos este trabalho à nossa família, pai, mãe e irmãos, que nos apoiaram a cada

instante de nossas vidas, pela busca constante do aprendizado e à grande amizade, que

cultivamos durante os anos de estudo nesta instituição de ensino, procurando desta

forma, finalizarmos juntas, mais uma etapa de nossas vidas.

Page 5: Monografia passivação das armaduras

Agradecimentos

A Deus que sempre nos iluminou dando forças para vencer os obstáculos do

dia-a-dia, aos amigos que, a cada momento, nos incentivaram com demonstração de

afeto sincero nos momentos de tristeza e alegria, a todos que nos apoiaram direta e

indiretamente para a conclusão desta pesquisa e a nossa querida orientadora, Professora

Giana Sena, pela dedicação e disciplina para conosco na convivência diária.

Page 6: Monografia passivação das armaduras

RESUMO

O uso do concreto como material estrutural não seria tão abrangente se não

fosse possível armá-lo com aço. Desta forma a união do concreto com o aço vem da

necessidade de uso de um material estrutural resistente aos vários tipos de esforços

gerados pela aplicação de carga em uma edificação. Isso porque o concreto – mistura de

cimento, agregados, aditivos e água – embora bastante resistente a esforços de

compressão, apresenta deficiências no combate aos esforços de tração. Dessa forma, a

armadura contribui com o desempenho estrutural do concreto, aumentando a resistência

à tração do conjunto.

No interior do concreto, o aço está protegido do fenômeno da corrosão,

devido à presença de uma capa ou película protetora de caráter passivo, que envolve o

mesmo. É a chamada proteção química, responsável pela passivação da armadura

devido à natureza alcalina do cimento.

O Brasil possui várias edificações em áreas industriais e nas proximidades

do mar, o que as torna vulneráveis aos ataques de agentes deletérios catalisadores da

corrosão. Além do mais, grande parte dos problemas estruturais no país deve-se ao

comprometimento dos projetistas e executores das edificações, principalmente no que

diz respeito a resguardar a durabilidade estrutural.

A presente pesquisa tem como objetivo a análise do processo de passivação

das armaduras no concreto, resguardando os aspectos benéficos, bem como a

identificação dos principais mecanismos, agentes agressivos e outros fatores

relacionados ao processo de corrosão.

Palavras Chaves: passivaçäo, concreto, armadura, corrosäo e reparo.

Page 7: Monografia passivação das armaduras

SUMÁRIO

Lista de Figuras

Lista de Tabelas

1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 1

1.1 JUSTIFICATIVA ............................................................................................................. 2

1.2 OBJETIVOS GERAIS ...................................................................................................... 3

1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................................................. 3

2 CONCRETO: MATERIAIS E PROPRIEDADES ............................................... 4

2.1 MATERIAIS .................................................................................................................. 4

2.1.1 Cimento .................................................................................................................... 4

2.1.2 Água ......................................................................................................................... 6

2.1.3 Agregados ................................................................................................................ 7

2.1.3.1 Classificação dos agregados quanto à origem .................................................... 8

2.1.3.2 Classificação dos agregados quanto às dimensões (NBR 7211/1983) ................ 8

2.1.3.3 Classificação dos agregados quanto ao peso unitário ......................................... 8

2.1.4 Aditivos .................................................................................................................... 9

2.1.5 Adições minerais ................................................................................................... 10

2.1.6 Aço ......................................................................................................................... 11

2.2 PROPRIEDADES DO CONCRETO NO ESTADO FRESCO ................................................... 12

2.3 PROPRIEDADES DO CONCRETO NO ESTADO ENDURECIDO ........................................... 13

2.3.1 Retração ................................................................................................................ 13

2.3.2 Porosidade ............................................................................................................. 13

2.3.3 Permeabilidade ...................................................................................................... 14

2.3.4 Absorção capilar ................................................................................................... 14

2.3.5 Durabilidade .......................................................................................................... 15

2.4 INTERAÇÃO DOS MATERIAIS E PASSIVAÇÃO DAS ARMADURAS ................................... 16

2.4.1 Produtos de hidratação ......................................................................................... 16

2.4.2 Silicato de cálcio hidratado (C-S-H) ..................................................................... 16

2.4.3 Hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) ............................................................................. 17

2.4.4 Formação da película passivadora ....................................................................... 17

3 CORROSÃO DAS ARMADURAS ....................................................................... 20

3.1 CORROSÃO QUÍMICA .................................................................................................. 20

Page 8: Monografia passivação das armaduras

3.2 CORROSÃO ELETROQUÍMICA...................................................................................... 20

3.3 CLASSIFICAÇÃO DA CORROSÃO ................................................................................. 22

3.3.1 Classificação pela localização do ataque ............................................................. 22

3.3.1.1 Corrosão generalizada ....................................................................................... 22

3.3.1.2 Corrosão localizada ........................................................................................... 23

3.3.2 Classificação baseada em fatores mecânicos ....................................................... 23

3.3.2.1 Corrosão-erosão ................................................................................................. 23

3.3.2.2 Corrosão sob tensão ........................................................................................... 24

3.4 CORROSÃO DAS ARMADURAS NO CONCRETO ............................................................. 24

3.4.1 Proteção física da armadura ................................................................................. 24

3.4.1.1 Cobrimento segundo NBR 6118 ......................................................................... 25

3.4.2 Fenômeno da despassivação das armaduras ........................................................ 29

3.4.2.1 Fatores desencadeantes de corrosão ................................................................. 30

3.4.2.1.1 Lixiviação ........................................................................................................ 30

3.4.2.1.2 Carbonatação ................................................................................................... 31

3.4.2.1.3 Ácidos .............................................................................................................. 32

3.4.2.1.4 Sais .................................................................................................................. 33

3.4.2.1.4.1 Ataque por cloretos .................................................................................... 34

3.4.2.2 Fatores aceleradores de corrosão ...................................................................... 37

3.4.2.2.1 Conteúdo de umidade ...................................................................................... 37

3.4.2.2.2 Proporção de cloretos ...................................................................................... 38

3.5 PARÂMETROS DETERMINANTES DA VELOCIDADE E PROFUNDIDADE DE ALCANCE DOS

AGENTES AGRESSIVOS ........................................................................................................ 39

3.5.1 Concentração de CO2 ............................................................................................ 39

3.5.2 Umidade relativa do ambiente .............................................................................. 39

3.5.3 Tipo e quantidade de cimento ................................................................................ 40

3.5.4 Relação água/cimento ........................................................................................... 40

3.5.5 Condições de cura ................................................................................................. 40

3.5.6 Fissuras ................................................................................................................. 41

4 PREVENÇÃO E REPARO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO COM

CORROSÃO NAS ARMADURAS ................................................................................ 42

4.1 TÉCNICAS ELETROQUÍMICAS PARA AVALIAÇÃO DA CORROSÃO DAS ARMADURAS ..... 43

4.1.1 Técnicas de resistência elétrica ............................................................................. 43

4.1.2 Potencial de corrosão ............................................................................................ 44

Page 9: Monografia passivação das armaduras

4.1.3 Ruído eletroquímico .............................................................................................. 46

4.1.4 Curvas de polarização ........................................................................................... 47

4.1.5 Resistência de polarização .................................................................................... 48

4.2 ESTRATÉGIA DE REPARO ........................................................................................... 49

4.2.1 Reparo localizado .................................................................................................. 53

4.2.2 Proteção catódica .................................................................................................. 55

4.2.2.1 Por corrente impressa ........................................................................................ 55

4.2.2.2 Por ânodo de sacrifício (proteção galvânica) .................................................... 56

4.2.3 Extração eletroquímica de cloretos ....................................................................... 57

4.2.4 Realcalinização do concreto carbonatado ............................................................ 58

4.2.4.1 Realcalinização eletroquímica ........................................................................... 59

4.2.4.2 Realcalinização por difusão e absorção de solução alcalina ............................ 60

4.2.5 Inibidores de corrosão .......................................................................................... 61

4.3 PROTEÇÃO E COBRIMENTO DAS ARMADURAS ............................................................ 63

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................. 65

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................... 67

Page 10: Monografia passivação das armaduras

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 2.1 – Diagrama de equilíbrio termodinâmico de Pourbaix. Potencial x

pH para o sistema Fe-H2O a 25°C (NEPOMUCENO, 1992)..................................

18

FIGURA 3.1 – Formação da pilha de corrosão (HELENE, 1986).......................... 21

FIGURA 3.2 – Morfologia da corrosão (ANDRADE, 1992).................................. 22

FIGURA 3.3 – Tipos de corrosão e fatores que provocam (CASCUDO, 1997)..... 23

FIGURA 3.4 – Representação esquemática da deterioração de um cilindro de

concreto exposto à água do mar (MEHTA e MONTEIRO,

1994)........................................................................................................................

28

FIGURA 3.5 – Modelo de vida útil de (Tutti, 1982)............................................... 29

FIGURA 3.6 – Avanço do processo de carbonatação (CEB/BI 152, 1984)............ 31

FIGURA 3.7 – Corrosão com formação de pites (Araújo, 2004)............................ 35

FIGURA 3.8 – Esquema da influência de parâmetros relacionados com a

qualidade do concreto e umidade ambiental sobre o conteúdo crítico de cloretos

(CEB/BI 152, 1984).................................................................................................

36

FIGURA 3.9 – Teor de umidade dos poros em função da umidade do ambiente

(Andrade, 1992).......................................................................................................

38

FIGURA 3.10 – Corrosão em fissuras transversais e longitudinais (Andrade,

1992)........................................................................................................................

41

FIGURA 4.1 – Origem das manifestações patológicas com relação às etapas de

produção e uso das obras civis de concreto armado (HELENE e FIGUEIREDO,

2003)........................................................................................................................

42

FIGURA 4.2 – Instalação de sonda de resistência elétrica em tabuleiro de ponte

(CASCUDO, 1997)..................................................................................................

43

FIGURA 4.3 – Esquema para medida dos potenciais de corrosão (CASCUDO,

1997)........................................................................................................................

45

FIGURA 4.4 – Diagrama de blocos mostrando a instrumentação para medida dos

ruídos eletroquímicos (CASCUDO, 1997)..............................................................

46

FIGURA – 4.5 Dispositivo básico para determinação das curvas de polarizaçã

(CASCUDO, 1997)..................................................................................................

47

Page 11: Monografia passivação das armaduras

FIGURA 4.6 – Sistema para medidas de resistência de polarização (CASCUDO,

1997)........................................................................................................................

49

FIGURA 4.7 – Estrutura do método para resolução de problemas patológicos

(LICHTENSTEIN, 1985).........................................................................................

51

FIGURA 4.8 – Método de proteção direta da armadura (HELENE, 1997)............. 52

FIGURA 4.9 – Método de proteção indireta da armadura, aplicados no concreto

ou na sua superfície (HELENE, 1997).....................................................................

52

FIGURA 4.10 – Esquema de um sistema completo de reparo localizado

(ANDRADE et. al., 1997)........................................................................................

53

FIGURA 4.11 – Esquema simplificado de proteção catódica por corrente

impressa (TULA & HELENE, 2001)......................................................................

56

FIGURA 4.12 – Princípio da extração eletroquímica de cloretos (MIETZ, 1998).. 58

FIGURA 4.13 – Princípio da realcalinização eletroquímica................................... 59

FIGURA 4.14 – Esquema da realcalinização por absorção/difusão........................ 60

FIGURA 4.15 – Espaçamentos entre barras (mínimos) (CARVALHO e FILHO,

2004)........................................................................................................................

64

Page 12: Monografia passivação das armaduras

LISTA DE TABELAS

TABELA 2.1 – Efeitos de impurezas e seus limites de tolerância (ALVES,

1982)........................................................................................................................

7

TABELA 2.2 – Tipos de aditivos e suas finalidades............................................... 10

TABELA 3.1 – Classes de agressividade ambiental (NBR 6118/2003).................. 26

TABELA 3.2 – Correspondência entre classe de agressividade ambiental e

cobrimento nominal para Δc = 10mm (NBR 6118/2003)........................................

28

TABELA 3.3 – Exigências de durabilidade relacionadas à fissuração e à

proteção da armadura, em função das classes de agressividade ambiental (NBR

6118/2003)...............................................................................................................

29

TABELA 3.4 – Valores de cloretos relacionados com possibilidade de corrosão

em concreto..............................................................................................................

39

TABELA 4.1 – Critérios de avaliação dos resultados das medidas de potenciais

de acordo com a ASTM C-876. (CASCUDO, 1997)..............................................

44

TABELA 4.2 – Vantagens e desvantagens dos métodos de proteção catódica por

corrente impressa (TULA e HELENE, 2001)..........................................................

56

TABELA 4.3 – Vantagens e desvantagens dos métodos de proteção catódica por

ânodo de sacrifício (TULA e HELENE, 2001)........................................................

57

TABELA 4.3 – Ação de alguns inibidores de corrosão no concreto

(GONÇALVES et. al., 2003)...................................................................................

63

Page 13: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 1 – Introdução

1

1 INTRODUÇÃO

O uso do concreto como material estrutural não seria tão abrangente se não

fosse possível armá-lo com aço. Desta forma a união do concreto com o aço vem da

necessidade de uso de um material estrutural resistente aos vários tipos de esforços

gerados pela aplicação de carga em uma edificação. Isso porque o concreto – mistura de

cimento, agregados, aditivos e água – embora bastante resistente a esforços de

compressão, apresenta deficiências no combate aos esforços de tração. Dessa forma, a

armadura contribui com o desempenho estrutural do concreto, aumentando a resistência

à tração do conjunto.

No interior do concreto, o aço está protegido do fenômeno da corrosão,

devido à presença de uma capa ou película protetora de caráter passivo, que envolve o

mesmo. É a chamada proteção química, responsável pela passivação1 da armadura

devido à natureza alcalina do cimento (LEEK & POOLE et. al., apud CASCUDO,

1997). No entanto, qualquer diferença de potencial que se produza entre dois pontos da

barra, por umidade, aeração, concentração salina ou mesmo por tensões diferenciais no

aço, é capaz de desencadear pilhas2, cadeias de pilhas conectadas em série e na maioria

das vezes micro-pilhas; podendo até mesmo alternar a posição dos pólos, ocasionando a

corrosão generalizada (VERBECK, 1975 apud HELENE, 1986).

Entende-se por corrosão a interação destrutiva de um material com o

ambiente, seja por agentes agressivos químicos, físicos e/ou biológicos. Analisando o

processo de corrosão das armaduras no interior do concreto, o processo de

despassivação da armadura pode ser classificado como corrosão eletroquímica. Esta por

sua vez, ocorre em meio aquoso, havendo a necessidade de um eletrólito, diferença de

potencial, oxigênio e agentes agressivos. A formação do eletrólito carregado de agentes

agressivos como íons cloreto presentes na água ou no próprio concreto, permite a

propagação da reação anódica que ocasionará a dissolução do metal, conhecida como

1 Estado de certos metais que não reagem na presença de agentes oxidantes fortes por terem a superfície

recoberta por um filme inativo. 2 Fonte geradora de corrente onde se tem uma zona anódica (onde ocorrem as reações de oxidação, tendo-

se a dissolução do metal), uma zona catódica (onde ocorrem as reações de redução de espécies

eletroquímicas ou íons do eletrólito), um condutor metálico que permiti a condução do fluxo eletrônico no

sentido ânodo-cátodo e o eletrólito.

Page 14: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 1 – Introdução

2

processo de oxidação3 e a reação catódica conhecida como processo de redução

4.

(HELENE, 1986 e CASCUDO, 1997).

1.1 Justificativa

Os maiores problemas de corrosão das armaduras nos EUA e países da

Europa se originaram pela aplicação de sais de degelo e pelo fenômeno do efeito de

congelamento/descongelamento levando à deterioração do concreto armado. A

realização de congressos sobre este assunto aborda, muitas vezes o alto custo do reparo

do problema em questão, onde são avaliadas as condições da estrutura, geralmente de

difícil recuperação, uma vez que já estão no seu estágio final de desenvolvimento da

corrosão. O relatório modelo para outros estudos sobre custos sociais da corrosão,

coordenado pelo Dr. T. P. Hoar (1971), a pedido do Ministério de Tecnologia da

Inglaterra, chegou à conclusão de que os gastos devidos à corrosão no Reino Unido

ascendiam a 3,5% do Produto Nacional Bruto (PNB) (FIGUEIREDO, 1994). Em estudo

apresentado por Hoar (1991), estima-se que os custos da corrosão atingem de 2% a 5%

do PNB de cada país, sendo que destes, de 15% a 25% poderiam ser evitados se os

métodos preventivos fossem aplicados (TEIXEIRA, 2002).

O Brasil, país de clima tropical, não sofre com os efeitos de congelamento.

No entanto, possui muitas edificações em áreas industriais e nas proximidades do mar, o

que as torna vulneráveis aos ataques de agentes deletérios. Além do mais, grande parte

dos problemas estruturais no país deve-se ao comprometimento dos projetistas e

executores das edificações, principalmente no que diz respeito a resguardar a

durabilidade estrutural.

Tratando-se da realidade brasileira, os profissionais da área de construção

civil devem estar sempre atentos a fim de resguardar a espessura do cobrimento das

armaduras, levando em consideração as espessuras adequadas quando as mesmas estão

inseridas em ambientes altamente corrosivos, buscando relacionar as condições

econômicas às técnicas de proteção indicadas em cada situação.

3 Processo em que ocorre o aumento do número de cargas positivas de um íon, ou processo de

combinação de substância com o oxigênio, ou seja, uma perda de elétrons. 4 Processo em que ocorre a diminuição do número de cargas positivas de um íon, ou seja, um ganho de

elétrons.

Page 15: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 1 – Introdução

3

Sendo assim, com o fenômeno da corrosão que se propaga ameaçando

diversas construções no país, faz-se necessária uma análise do processo de passivação

das armaduras e sua importância protetora, contribuindo com a prevenção desse tipo de

manifestação patológica de forma a evitar possíveis gastos com recuperações e reparos.

1.2 Objetivos gerais

A presente pesquisa tem como objetivo a análise do processo de passivação

das armaduras no concreto, salientando seus aspectos benéficos, bem como a

identificação dos principais mecanismos, agentes agressivos e outros fatores

relacionados ao processo de corrosão.

1.3 Objetivos Específicos

Dissertar sobre o concreto armado e seus materiais constituintes e

principais propriedades referentes ao estado fresco e endurecido do

concreto;

Explicar como ocorre a interação aço-concreto, e o trabalho conjunto

dos dois materiais;

Dissertar sobre o mecanismo de corrosão das armaduras e os

principais agentes despassivadores, bem como, a proteção física que

impede a atuação dos agentes, salientando ainda, a NBR 6118/2003 e

sua revisão na busca de maior durabilidade das estruturas;

Dissertar sobre as estratégias disponíveis para prevenir e impedir a

propagação da corrosão e sobre os principais métodos de reparos para

correção de deterioração a fim de evitar a ruína da estrutura.

Page 16: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades

4

2 CONCRETO: MATERIAIS E PROPRIEDADES

A união do concreto com o aço vem da necessidade de uso de um material

estrutural resistente aos vários tipos de esforços gerados pela aplicação de carga em uma

edificação. Isso porque o concreto – mistura de cimento, agregados, aditivos e água –

embora bastante resistente aos esforços de compressão, apresenta deficiências no

combate aos esforços de tração. Dessa forma, a armadura contribui com o desempenho

estrutural do concreto, aumentando a resistência à tração do conjunto. Vale ressaltar que

as resistências à tração e à flexão do concreto são da ordem de 10% e 15% da

resistência à compressão. Essa grande diferença entre a resistência à tração e à

compressão deve-se à estrutura heterogênea e complexa do concreto. Por isso, um

conhecimento da estrutura e das propriedades de cada fração constituinte do concreto e

a relação entre elas é útil para se exercer certo controle sobre as propriedades do

material e sua resistência (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

O emprego do concreto armado como material estrutural data da segunda

metade do século passado. Lambot (1855) teve primeiramente a idéia de associar o ferro

ao concreto, exibindo um barco deste material, na Exposição de Paris. No entanto, a

primeira patente para obras de concreto armado foi obtida por Monier, em 1865

(CARDÃO, 1987).

Atualmente a engenharia usa concreto em campos muito diversos, em

vários casos sob ambientes extremamente agressivos (KAEFER, 1998). Para se adaptar

aos novos desafios, criou-se uma infinidade de tipos de concretos, utilizando uma

enorme gama de cimentos, agregados, adições, aditivos e formas de aplicação (concreto

armado, concreto protendido, concreto projetado etc.).

Desta forma, o grande desafio da tecnologia de concreto parece ser

aumentar a durabilidade das estruturas, recuperar estruturas danificadas e entender o

complexo mecanismo químico e mecânico dos cimentos e concretos.

2.1 Materiais

2.1.1 Cimento

Segundo Alves (1999), aglomerante é um material ativo, em geral

pulverulento, que promove a ligação entre os grãos do material inerte (agregado). O

Page 17: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades

5

aglomerante hidráulico mais conhecido é o cimento Portland, obtido através da moagem

do clínquer, resultante da calcinação até a fusão incipiente de materiais calcários e

argilosos, com gesso.

O cimento Portland é uma mistura complexa de vários óxidos minerais, tais

como cal (CaO), sílica (SiO2), alumina (Al2O3), óxido de ferro (Fe2O3), representando

componentes essenciais do cimento com 95% a 96% do total de análise de óxidos, com

presença de 2% a 3% de magnésia (MgO) e uma pequena porcentagem de anidrido

sulfúrico (SO3), que é adicionado após a calcinação para retardar o tempo de pega do

produto final.

De acordo com Bauer (1987), o cimento possui como constituintes menores

de impurezas, óxido de sódio (Na2O), óxido de potássio (K2O), óxido de titânio (TiO2) e

outras substâncias menos importantes. Os óxidos de potássio e sódio constituem os

denominados álcalis do cimento.

As misturas de matérias-primas em proporções convenientes, quando

submetidas à ação do calor no forno em temperaturas elevadas (em torno de 1500ºC)

dão origem ao clínquer Portland. Nesse processo ocorrem combinações químicas,

principalmente no estado sólido, que conduzem à formação dos principais compostos do

cimento:

Silicato tricálcico (C3S) e Silicato bicálcico (C2S) – são dois silicatos

hidráulicos encontrados nos clínqueres de cimento Portland. Ambos

contêm pequenas quantidades de íons de magnésio, alumínio, ferro,

potássio, sódio e enxofre. O C3S é responsável pela resistência

mecânica nos primeiros dias de idade, início de pega rápido e calor

de hidratação elevado enquanto o C2S confere ao cimento o aumento

da resistência após 28 dias;

Aluminato tricálcico (C3A) – principal aluminato do clínquer de

cimento contém na sua estrutura cristalina significativas quantidades

de impurezas como o magnésio, o sódio, o potássio e a sílica.

Proporciona ao concreto calor de hidratação elevado e pega

acelerada, além de contribuir para a resistência mecânica nos

primeiros dias;

Page 18: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades

6

Ferroaluminato de cálcio (C4AF) – sua atividade é de certa forma

mais lenta do que a do C3A, responsável pelo enrijecimento (perda

de consistência) e pela pega (solidificação) da pasta do cimento

Portland (SOUZA, 1998).

Assim sendo, as resistências iniciais serão altas se o cimento contiver

grande quantidade de C3S e C3A, e será baixa se o cimento contiver uma proporção

elevada de C2S. Porém a resistência final de um cimento rico em C2S deverá ser maior

do que outro com baixo teor de C2S, uma vez que o C2S também contribui para a

resistência, porém de um modo mais lento (MEHTA e MONTEIRO 1994).

Alguns cimentos são mais adequados para serem utilizados em

determinados casos, pois conseguem maior resistência à ação dos agentes

despassivadores. O cimento pozolônico, devido à reação da pozolona com o hidróxido

de cálcio liberado durante a hidratação do C3S e C2S, apresenta uma resistência química

maior, pois o hidróxido de cálcio, que é um composto facilmente solúvel, encontra-se

combinado na forma de silicato de cálcio, de difícil solubilização. Esse tipo de cimento

é muito utilizado para construção de estruturas maciças de concreto, como barragens de

gravidade (SOUZA, 1998).

2.1.2 Água

Segundo Souza (1998), a água utilizada na mistura do concreto deve ser

potável (se não for, não deve apresentar cheiro, nem sabor), não devendo conter

matérias em suspensão, impurezas químicas (cloretos e sulfatos) e resíduos industriais,

especialmente os hidratos de carbono (açucares) que, mesmo em pequenas quantidades,

podem retardar muito ou até mesmo impedir a pega do concreto.

Segundo o manual do Bureau of Reclamation, apud Alves (1982), águas

com partículas sólidas em suspensão atingindo uma turgidez máxima de 2.000 partes

por milhão, podem ser adicionadas às misturas de concreto. Desta forma, pequenas

quantidades de impurezas são toleradas sem acarretar prejuízos às propriedades do

concreto.

O efeito dos agentes agressivos provenientes das impurezas da água de

mistura é bem menor do que os efeitos do mesmo líquido em contato permanente com o

Page 19: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades

7

concreto. Isto porque, no primeiro caso, encerradas as reações dos elementos com os

compostos do cimento, paralisa-se a agressão (ALVES, 1982).

A exemplo disto cita-se as águas puras com pequeno teor de sais

dissolvidos, com pH de caráter neutro. A água pura reage com o hidróxido de cálcio que

confere pH básico ao concreto dissolvendo-o. Dessa forma, a ação dessas águas

constitui um mecanismo de deterioração do concreto. Os limites de tolerância seguem

descritos na TABELA 2.1.

TABELA 2.1 – Efeitos de impurezas e seus limites de tolerância

COMPONENTES CONCENTRAÇÃO

MÁXIMA

Águas de esgotos (matéria orgânica). 20 ppm

Sulfito de sódio. 100 ppm

Bicarbonato de cálcio e magnésio. 400 ppm

Iodato, fosfato, arseniato e borato de sódio. 500 ppm

Carbonatos, bicarbonatos de sódio e potássio. 1.000 ppm

Ácido inorgânico, tais como clorídrico, sulfídrico etc. 10.000 ppm

Sulfato de sódio e cálcio 10.000 ppm

Cloreto de sódio. 20.000 ppm

Água do mar (sais). 30.000 ppm

Cloreto de cálcio. 40.000 ppm

Sais de ferro. 40.000 ppm

A abordagem e transcrição da TABELA 2.1, mostrando os limites de

tolerância para as impurezas presentes nas águas para uso em misturas ou cura de

concreto são valores básicos que servem para determinar o tipo de água utilizado na

dosagem do concreto.

2.1.3 Agregados

Os agregados para concreto podem ser definidos como materiais de forma

granular, de origem natural ou artificial, relativamente inertes, classificados em função

das dimensões de suas partículas e que, ao serem misturados ao cimento Portland, em

presença de água, adquirem um aspecto compacto.

Os agregados constituem cerca de 70% a 80% do volume total do concreto,

sendo desta forma o maior constituinte presente na definição das características e

propriedades dos concretos podendo ser classificados conforme a origem, dimensões e

peso unitário.

Page 20: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades

8

2.1.3.1 Classificação dos agregados quanto à origem

- Agregados naturais: são aqueles encontrados na natureza sob a forma de

areias de minas, areias de rios, seixos rolados e pedregulhos etc.;

- Agregados artificiais: são obtidos por processos industriais, tais como,

escória de alto forno, argila expandida, vermiculita etc.

2.1.3.2 Classificação dos agregados quanto às dimensões (NBR 7211/1983)

- Agregados miúdos: areia de origem natural ou resultante do britamento de

rochas estáveis ou a mistura de ambos, cujos grãos passam pela peneira ABNT 4,8mm e

ficam retidos na peneira 0,075mm;

- Agregados graúdos: pedregulho ou brita proveniente de rochas estáveis ou

a mistura de ambos, cujos grãos passam pela peneira de malha quadrada com abertura

nominal de 152mm e ficam retidos na ABNT 4,8mm.

2.1.3.3 Classificação dos agregados quanto ao peso unitário

A relação entre a massa de um determinado agregado e o volume ocupado

pelos seus grãos, incluindo-se os vazios, é definido como massa unitária. Através da

massa unitária, pode-se classificar os agregados como leves, normais ou pesados.

- Agregados leves (agregados com valor de massa unitária < 1 t/m³):

vermiculita, argila expandida, escória, isopor etc.;

- Agregados normais (agregados com valor de massa unitária 1 a 1,70 t/m³):

areia quartzosa, seixo, cascalho, brita etc.;

- Agregados pesados (agregados com valor de massa unitária > 1,70 t/m³):

hematita, magnetita, barita, limonita etc. (FRANÇA, 2003 e ALVES, 1999).

Page 21: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades

9

Os agregados exercem grande influência nas principais propriedades do

concreto, a saber, trabalhabilidade, resistência mecânica, módulo de deformação, massa

específica, características térmicas, variações volumétricas, exsudação e durabilidade.

No entanto, exercem influência negativa quando existem teores de impurezas orgânicas

significativas, interferindo nas reações do cimento. Desta forma, dependendo dos teores

de agregados reativos, estes podem reagir com os álcalis do cimento, gerando expansão

e fissuras, favorecendo a penetração dos agentes agressivos responsáveis pela

despassivação das armaduras.

De modo geral, alguns preceitos básicos devem ser observados para o

emprego dos agregados no concreto. Primeiramente, sabe-se que areias muito finas

absorvem mais água do que areias de módulo de finura maior. Esta elevação no

consumo de água reduz a resistência do concreto e aumenta a probabilidade de

ocorrência de fissuras decorrentes de retração hidráulica. Por outro lado, areias grossas

resultam em concretos ásperos, com baixa mobilidade, tendência à segregação e

exsudação excessivas. Assim sendo, areias médias são as mais aconselháveis para uso

na produção do concreto, permitindo uma composição mais trabalhável com menor teor

de água, conforme prescrito pela NBR 7211/1983.

As britas variam de graduação entre 0, 1 e 2, sendo dada preferência às

britas de maior graduação (nº 2), devido ao menor consumo de água, menor

permeabilidade, menor retração e obtenção de concretos mais econômicos. (FRANÇA,

2003 e ALVES, 1999).

2.1.4 Aditivos

Aditivos são produtos químicos, líquidos ou em pó, adicionados ao concreto

antes ou durante a mistura com a finalidade de incorporar, melhorar ou modificar

determinadas propriedades do mesmo (FRANÇA, 2003).

São classificados com a finalidade de melhorar as características do

concreto, conforme TABELA 2.2.

Page 22: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades

10

TABELA 2.2 – Tipos de aditivos e suas finalidades.

TIPOS FINALIDADE

Redutores plastificantes

Os plastificantes são produtos finos que, além de

completar a granulometria da mistura tem ação física

na massa, melhorando sua estabilidade e a

homogeneidade, reduzindo a exsudação aumentando

a coesão. Esses aditivos são melhores para mistura

seca, devido à sua finura, melhorando bastante a

permeabilidade (ALVES, 1999).

Incorporadores de ar

Os aditivos incorporadores de ar têm a função de dar

origem à formação de bolhas de ar, corrigindo a

granulometria do agregado miúdo, permitindo a

redução da água de amassamento, melhorando a

qualidade do concreto, reduzindo a segregação e

aumentando a trabalhabilidade.

Retardadores e aceleradores

Retardam o tempo de pega conforme a dosagem,

prolongando, assim, a dissipação do calor de

hidratação ao longo do tempo, impedindo a perda

rápida da água do concreto lançado, devido à

elevação da temperatura. Aceleram a evolução da

resistência inicial do concreto e da pega da pasta de

cimento durante o endurecimento.

Alguns tipos de aditivos, como por exemplo os aceleradores de pega podem

prejudicar o concreto aumentando a possibilidade de retração, dependendo da

quantidade adicionada. Sendo assim, alguns cuidados devem ser tomados para utilizar a

dosagem adequada. Deverão ser realizados ensaios rigorosos para o controle de

dosagem para não haver nenhuma incompatibilidade entre o aditivo e o aglomerante

empregado.

2.1.5 Adições minerais

Adições minerais são materiais minerais inorgânicos processados, em estado

seco na forma pulverulenta, inertes ou ativos, derivados de subprodutos, rejeitos ou

processos industriais. O uso destes materiais tem efeito benéfico sobre as propriedades

do concreto, além de reduzir seu custo.

Em determinados casos, como a escória de alto forno, cinzas volantes ou a

sílica, o emprego de tais materiais como adições ao cimento Portland leva à resolução

Page 23: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades

11

do grave problema que representa a disposição destes materiais no meio ambiente

(NEVILLE, 1997 apud TEIXEIRA, 2002).

As partículas de sílica ativa são cerca de cem vezes menores que os grãos de

cimento e possuem formatos esféricos. Devido à forma das partículas e à sua extrema

finura, a sílica ativa modifica várias propriedades do concreto, ocasionando o melhor

desenvolvimento da reação de hidratação do cimento (SOUZA, 1998).

O emprego de adições como pozolonas ou cinza volante, se bem curados,

confere ao concreto um grau menor de permeabilidade, retardando a chegada da frente

corrosiva a armadura. Portanto, utilizar uma adição adequada em proporção não muito

elevada, pode resultar numa situação satisfatória (ANDRADE, 1992).

2.1.6 Aço

O aço é uma liga de ferro carbono, resultante da eliminação total ou parcial

dos elementos inconvenientes que se fazem presentes no produto obtido na primeira

redução do minério de ferro. Os processos de redução do minério de ferro são o de alto

forno e o de redução direta (ALVES, 1999).

A matéria prima passa no alto forno com uma temperatura

aproximadamente de 1.350ºC, derretendo o ferro. O ferro gusa (líquido) vai para aciaria,

transformando-se em aço, passando à próxima etapa de lingotamento contínuo. No

processo de lingotamento contínuo o aço líquido é transferido para moldes onde se

solidificará e sofrerá processo de laminação, podendo ser a quente ou a frio. Os

produtos laminados a quente podem ser chapas grossas ou barras, e laminados a frio,

chapas finas ou fios.

A classificação dos aços para armaduras de concreto armado é feita de

acordo com suas características mecânicas, sendo a mais importante, a resistência à

tração, que varia conforme o tratamento e a composição do aço. A ABNT adota para

essa classificação, as categorias designadas por números que representam o valor da

resistência de escoamento mínimo. Desta forma, as categorias dos aços para concreto

armado são: CA-25 (aço laminado a quente) com resistência ≥ 250 MPa, CA-50 (aço

laminado a quente ou com composição química especial) com resistência ≥ 500 MPa e

CA-60 (aço encruado, temperado) com resistência ≥ 600 MPa.

Page 24: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades

12

Ainda ressalta-se a presença de carepa de laminação, sendo uma camada de

óxido de ferro, com coloração cinza escura/azulada. Essa camada, dura e resistente, é

formada durante a laminação a quente de chapas de aço, barras ou perfis, ainda na

siderúrgica (TECHNE, 2001). Helene (1986) afirma que a carepa de laminação no aço

serve como proteção contra a corrosão úmida, de natureza preponderantemente

eletroquímica.

2.2 Propriedades do concreto no estado fresco

O concreto fresco ou plástico possui características e propriedades de grande

importância, pois é nessa fase, durante a preparação e execução, que pode ocorrer o

comprometimento da qualidade do concreto. A principal característica do concreto no

estado plástico passa a ser então, sua trabalhabilidade (TEIXEIRA, 2002). Alves (1999)

define trabalhabilidade, como sendo a propriedade do concreto de ser misturado,

transportado e aplicado sem perda de sua homogeneidade. Se o concreto mantém suas

características estáveis desde sua fabricação até a aplicação, é definido como

homogêneo.

Depois de misturado, o concreto é transportado, tendo o inconveniente de

ser sacudido e submetido a vibrações diversas, ocasionando a segregação. A segregação

da mistura é a perda da homogeneidade.

Após o lançamento do concreto, os sólidos da mistura começam a se

sedimentar, deslocando a água e o ar aprisionado. A água aparece na superfície

(exsudação) e a sedimentação continua até o endurecimento do concreto. Outras formas

de segregação ocorrem por deficiência do manuseio, vibração excessiva do concreto ou

excesso de água na mistura (ALVES, 1999).

Para medir a trabalhabilidade do concreto existem diversos métodos, sendo

o mais utilizado o ensaio de abatimento de tronco de cone. O ensaio consiste em medir a

capacidade do material de se manter coeso quando submetido à ação de seu próprio

peso (TEIXEIRA, 2002).

Page 25: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades

13

2.3 Propriedades do concreto no estado endurecido

O concreto dosado, misturado, colocado em fôrmas, adensado e curado,

adquire resistência aos esforços de compressão a que possa achar-se submetido. O

concreto endurecido tem propriedades específicas que devem ser conhecidas para sua

melhor utilização, quais sejam:

2.3.1 Retração

A princípio, toda estrutura executada em concreto está sujeita à ocorrência

do fenômeno da retração. Assim como todos os sólidos, o concreto se deforma quando

transportado e esta deformação prossegue durante muitos anos, fenômeno designado por

fluência ou deformação lenta.

A retração ocorre devido à evaporação da água e aproximação de seus

grãos. Durante o período inicial da hidratação, a zona de transição é fraca e vulnerável à

fissuração, ocasionada por deformações diferenciais entre a pasta de cimento e

agregados, induzida geralmente por retração de secagem, retração térmica e cargas

externas aplicadas prematuramente.

É por este motivo que existe a preocupação de se preparar um concreto com

baixa relação água/cimento, dosagem adequada de agregados miúdos (o excesso de

areia fina no concreto pode aumentar a retração) e o cuidado com a cura, evitando

secagem prematura e manutenção de saturação do concreto até que os espaços

preenchidos com a água na pasta tenham sido substancialmente reduzidos pelos

produtos de hidratação.

2.3.2 Porosidade

A água de mistura do concreto é dosada em excesso a fim de conferir certa

consistência à mistura. Depois de liberada, essa água tende a subir na vertical formando,

neste deslocamento, uma rede de poros intercomunicáveis que pode atingir a superfície

do concreto. Este fluxo, ao encontrar um grão de agregado, pode espraiar-se ou

simplesmente contorná-lo e prosseguir até chegar à superfície (ALVES, 1982).

Os tipos de poros que podem existir no concreto são os poros na pasta (gel e

capilar) e os poros de ar, sendo este segundo, em geral, de diâmetros grandes gerados

Page 26: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades

14

por deficiências na execução da estrutura. O tamanho da maioria dos íons e moléculas

de gases, danosos ao concreto são menores que os poros de gel, o que favorece a

penetração desses agentes agressivos através dos poros de gel.

2.3.3 Permeabilidade

Um sólido é permeável quando permite a passagem de líquidos através de

seus poros intercomunicáveis (ALVES, 1982). A permeabilidade está diretamente

ligada à porosidade, devido ao diâmetro dos poros, constituindo um dos principais

parâmetros de qualidade e representando a facilidade (ou dificuldade) com que dada

substância transpõe dado volume de concreto (CASCUDO, 1997).

A permeabilidade do concreto depende do tamanho, da distribuição e

continuidade dos poros da pasta, da zona de transição pasta/agregado, do lançamento,

adensamento e cura. Para que haja menor permeabilidade, é preciso seguir corretamente

certos cuidados de execução atentando-se para o emprego dos materiais e a adoção de

critérios de dosagem que evitem a formação de fissuras.

2.3.4 Absorção capilar

A absorção é o processo pelo qual a água penetra através dos poros do

concreto devido ao fenômeno de tensão superficial, que pode ser definida como a força

necessária para afastar as moléculas de água. Este fenômeno, além de depender das

características do sólido, como diâmetro, distribuição e continuidade dos poros, também

depende de fatores como a viscosidade, a densidade e a tensão superficial do líquido.

A influência da estrutura dos poros é determinante na absorção capilar, quer

seja no volume de água absorvido, na velocidade de absorção, como também na altura

de sucção (MONTEIRO, 2002 apud ARAÚJO, 2004).

Teoricamente, quanto menores os diâmetros dos poros, maior a pressão

capilar e maior a altura. Por outro lado, com poros mais largos têm-se alturas menores,

mas volumes absorvidos maiores (ARAÚJO, 2004). Sendo assim, a absorção depende

da maior porosidade e permeabilidade do concreto, que facilita a penetração de

substâncias agressivas, levando à deterioração do concreto.

Page 27: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades

15

2.3.5 Durabilidade

Um material é considerado durável quando resistir às ações do meio

ambiente no qual está inserido (ALVES, 1980). França (2003) define durabilidade como

sendo a propriedade do concreto de manter suas características ao longo do tempo,

permitindo à estrutura atender às condições previstas para sua utilização e desempenho,

sem necessidade de reparos freqüentes.

As estruturas de concreto armado devem ser projetadas, construídas e

utilizadas seguindo as exigências prescritas em norma relacionadas ao meio ambiente

em que será aplicado de forma a garantir sua durabilidade.

A vida útil do concreto armado é determinada a partir de sua exposição à

agressividade ambiental. As estruturas são dimensionadas para determinado período de

tempo correspondendo aproximadamente de 50 a 100 anos, prazo que pode ser elevado

através de adoção de práticas adequadas de manutenção. O mecanismo de deterioração

das estruturas depende dos agentes agressivos que penetram do exterior para interior do

concreto, sendo que a umidade relativa, calor e agentes químicos, representam fatores

de catalisação para as reações que diminuem a durabilidade estrutural.

Os processos que podem levar à diminuição da durabilidade do concreto

armado são vários e altamente complexos, sendo na maioria das vezes dependentes da

concepção estrutural escolhida durante o projeto, das características e composição do

concreto, da qualidade de execução, do meio ambiente, da forma de uso e da política de

conservação (FIGUEIREDO, 1994).

Conforme Souza (1998), deve-se entender que a concepção de uma

construção durável implica a adoção de um conjunto de decisões e procedimentos que

resguardem à estrutura e aos materiais que a compõem um desempenho satisfatório ao

longo da vida útil da construção. Para cada caso ou combinação de casos, as classes de

exposição indicarão níveis de risco ou parâmetro mínimos a serem observados como

primeira condição para que se consiga uma construção durável.

Page 28: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades

16

2.4 Interação dos materiais e passivação das armaduras

2.4.1 Produtos de hidratação

Em presença de água, os silicatos e os aluminatos presentes no cimento dão

origem aos produtos de hidratação do concreto. Estas reações ocorrem logo que o

cimento é disperso na água e os silicatos de cálcio entram em solução, juntamente com

os aluminatos. Pode-se dividir as reações em dois grupos principais, sendo que em uma

parte dos compostos ocorre a hidratação (incorporação direta das moléculas de água) e

na outra ocorre a hidrólise (processo em que os íons silicatos e aluminatos reagem com

água) (TEIXEIRA, 2002). Percebe-se que os produtos resultantes gerados pelo processo

de hidratação são pouco solúveis em água sendo este o principal fator que determina a

grande estabilidade da pasta hidratada. Os principais produtos obtidos são o silicato de

cálcio hidratado e o hidróxido de cálcio.

Na verdade, o enrijecimento (perda de consistência) e a pega (solidificação)

característicos da pasta de cimento Porltand são amplamente determinados por reações

de hidratação envolvendo aluminatos. Os silicatos de cálcio hidratados constituem cerca

de 50% a 60% do volume de sólidos de uma pasta de cimento Portland completamente

hidratado, tendo uma grande importância na determinação das propriedades da pasta

(MEHTA e MONTEIRO, 1994).

2.4.2 Silicato de cálcio hidratado (C-S-H)

Teixeira (2002) afirma que os silicatos de cálcio hidratados não são os

primeiros compostos a serem formados. Entretanto, são os principais responsáveis pela

resistência e durabilidade obtidas. O C3S (silicato tricálcico ou alita) é o composto

predominante no cimento. Já o C2S (silicato dicálcico ou belita) possui os mesmos

compostos, entretanto, proporcionalmente, gera uma maior quantidade de C-S-H que é o

principal componente responsável pela resistência adquirida pela pasta de cimento

hidratada.

De fato, o principal composto formado pela hidratação dos silicatos

hidratado é o C-S-H (conhecido como gel tobermorita). Mehta e Monteiro (1994),

afirmam que o termo C-S-H ser hifenizado significa que não é um composto bem

Page 29: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades

17

definido; a relação C/S varia entre 1,5% e 2,0% e o teor de água estrutural varia ainda

mais.

A hidratação de C3S produz 61% de C-S-H e 39% de hidróxido de cálcio

(Ca(OH)2), enquanto que a hidratação de C2S produz 82% de C-S-H e 18% de

hidróxido de cálcio. Sendo assim, a área específica é conseqüentemente, a propriedade

adesiva da pasta de cimento, devido principalmente à formação de silicatos de cálcio

hidratado, sendo esperado que a resistência final de um cimento Portland de alto teor de

C3S seja menor do que a de um cimento de alto teor de C2S.

2.4.3 Hidróxido de cálcio (Ca(OH)2)

O hidróxido de cálcio é o segundo composto em termos quantitativos, que

corresponde à cerca de 20% a 25% de sólidos na pasta hidratada. Ao contrário do C-S-

H, o Ca(OH)2 possui uma estequiometria definida. Desde que submetido a condições

favoráveis de cristalização, forma placas hexagonais de grandes dimensões. A

contribuição do hidróxido de cálcio na resistência é consideravelmente menor devido à

forma com que suas partículas se conectam (forças de Van der Waals), considerando

que estas estão sujeitas a uma área específica bem menor do que no caso do C-S-H. A

presença desse composto também gera um efeito desfavorável no quesito proteção

contra ataques químicos, já que sua solubilidade é bem maior do que a do C-S-H

(TEIXEIRA, 2002).

O hidróxido de cálcio é um composto com maior solubilidade do que C-S-

H, por isso possibilita a formação de um líquido de elevado pH existente nos poros, que

confere as condições necessárias para formação da película passivadora que protege a

armadura contra a corrosão.

2.4.4 Formação da película passivadora

Durante o processo de hidratação do cimento, fica em evidência que o

responsável pela alta alcalinidade do concreto é o Ca(OH)2 que tem um caráter básico e

se dissolve em água preenchendo os poros capilares do concreto, conferindo um pH

situado 12,7 e 13,8, ocasionando a formação da película de passivação da armadura.

Helene (1986) ressalta que ao concretar barras de aço com início de

corrosão, a película pode ser formada a partir da combinação da ferrugem superficial

Page 30: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades

18

(Fe(OH)3) com o hidróxido de cálcio, formando o ferrato de cálcio, um filme

transparente, fino, aderente e estável.

Conforme pode ser observado na FIGURA 2.1, que ilustra o diagrama de

Pourbaix, enquanto o concreto se mantiver com alta alcalinidade, com valor de pH

superior a 10, a armadura estará protegida da corrosão.

FIGURA 2.1 – Diagrama de equilíbrio termodinâmico de Pourbaix. Potencial x pH para o

sistema Fe-H2O a 25°C (NEPOMUCENO, 1992).

Gentil (1996) explica que as duas linhas paralelas a e b representam as

condições de equilíbrio das reações eletroquímicas. Assim, abaixo da linha a, com pH2 =

1 atm, a água tende a se decompor por redução segundo demonstra a EQUAÇÃO 2.1.

EQUAÇÃO 2.1 2H+ + 2e → H2 ou 2H2O + 2e → H2 + 2OH

Acima da linha b, correspondente a pO2 = 1 atm, a água tende a se decompor

por oxidação, como demonstra a EQUAÇÃO 2.2.

EQUAÇÃO 2.2 2H2O → O2 + 4H+

+ 4e–

Assim, a região compreendida entre as linhas a e b é o domínio da

estabilidade termodinâmica da água.

Helene (1993) explica de forma clara as três distintas regiões do diagrama

de Pourbaix, segundo três conceitos:

Page 31: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 2 – Concreto: materiais e propriedades

19

1. Imunidade: É a região onde o potencial de eletrodo é menor que -0,6 V

em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio. Quando a armadura permanece nestas

condições, ela não reagirá com o meio qualquer que seja a natureza deste (ácido, neutro

ou alcalino).

2. Passividade: É a região pontilhada do diagrama e representa as condições

em que são formadas as películas de passivação. As duas retas tracejadas paralelas e

oblíquas representam a região de estabilidade da água, sendo que acima delas é o

domínio do oxigênio e abaixo o do hidrogênio.

3. Corrosão: É a terceira região do diagrama e representa as situações onde

pode ocorrer corrosão do aço.

Desta forma, pode-se afirmar que a película de passivação impede o acesso

de umidade, oxigênio e agentes agressivos à superfície do aço, protegendo a armadura

contra corrosão.

Page 32: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 3 – Corrosão das armaduras

20

3 CORROSÃO DAS ARMADURAS

Define-se por corrosão das armaduras a interação destrutiva de um material

com o ambiente, seja por reação química ou eletroquímica. A corrosão é, em geral, um

processo espontâneo, que culmina com a destruição completa dos materiais metálicos.

3.1 Corrosão química

A corrosão química no metal ocorre de forma homogênea, em toda a sua

superfície, não havendo reações de oxidação-redução e, portanto, não havendo geração

de corrente elétrica (CÁNOVAS, 1988). Em geral esse tipo de corrosão é o que menos

afeta o concreto armado, por se tratar de corrosão seca, ou seja, não ocorre em meio

aquoso.

3.2 Corrosão eletroquímica

A corrosão eletroquímica é a principal responsável pela despassivação das

armaduras e só ocorre na presença de um eletrólito, diferença de potencial, oxigênio e

agentes agressivos. O eletrólito pode ser considerado como sendo a fase líquida presente

nos poros do concreto, e juntamente com os íons agressivos, é responsável pela geração

de corrente elétrica, ocasionando a diferença de potencial nas barras. Assim ocorre a

formação de pilha de corrosão, com conseqüente reação de oxidação do metal (ânodo),

e simultaneamente reação de redução dos íons do eletrólito (cátodo).

A reação anódica expressa pela EQUAÇÃO 3.1 é responsável pela

dissolução do metal no eletrólito, e recebe o nome de oxidação, ou seja, dissolução do

metal considerando-se a área do ânodo a região deteriorada e desgastada da armadura.

EQUAÇÃO 3.1 Fe → Fe2+

+ 2e–

A reação catódica expressa na EQUAÇÃO 3.2 é responsável pelo consumo

e redução dos íons do eletrólito, que foram produzidos pela reação anódica, ou seja, a

neutralização dos íons carregados negativamente (RAMANATHAN, 1978).

EQUAÇÃO 3.2 O2 + 2H2O + 4e–→ 4OH

Oxigênio Água

Page 33: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 3 – Corrosão das armaduras

21

A referida diferença de potencial entre as áreas anódica e catódica pode ter

origem a partir de solicitações mecânicas distintas no aço e no concreto de regiões

próximas do mesmo componente estrutural, das diferenças na composição química e

superfície do aço, incluindo a heterogeneidade da fase metálica, da aeração diferencial

devida a maior ou menor compacidade e qualidade do concreto e da concentração salina

diferencial (FERNANDEZ (1984), apud CASCUDO, 1997).

A FIGURA 3.1 mostra um exemplo de penetração dos íons cloreto através

da parte superior de uma estrutura de concreto armado, atingindo a armadura superior,

que encontra-se conectada às armaduras inferiores através dos estribos. A armadura

superior sofre o processo corrosivo (região anódica), e a armadura inferior (região

catódica) se manterá passiva, até que os íons cloreto cheguem à profundidade em que se

encontra a armadura inferior possibilitando a formação de pilhas de corrosão e

possivelmente do processo de deterioração do concreto armado.

FIGURA 3.1 – Formação da pilha de corrosão (HELENE, 1986).

O concreto necessita ser compacto, sendo assegurado um bom cobrimento

da armadura e uma distribuição homogênea dos agregados, impedindo a penetração de

agentes agressivos. Deve-se também, evitar a utilização de aditivos à base de cloretos de

sódio no concreto, pois eles podem reagir com a armadura.

Quanto às armaduras, o estado supreficial do aço também influi na sua

passivação. Quando o aço se encontra recoberto de produto de corrosão de cor parda,

sua passivação será mais difícil e incompleta e a quantidade de agentes agressivos

Page 34: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 3 – Corrosão das armaduras

22

necessários para despassiva-lo será comparativamente menor do que se sua superfície

estiver isenta de corrosão e outras impurezas (ANDRADE 1992).

3.3 Classificação da Corrosão

3.3.1 Classificação pela localização do ataque

A corrosão pode se apresentar de formas diversas. Os tipos de corrosão

geralmente são classificados pela extensão da área atingida, em quatro tipos principais,

a saber, generalizada uniforme, generalizada irregular, localizada puntiforme e

localizada fissurante, conforme FIGURA 3.2.

FIGURA 3.2 – Morfologia da corrosão (ANDRADE, 1992).

3.3.1.1 Corrosão generalizada

A corrosão generalizada acontece devido às reações físicas e químicas no

concreto, que através da penetração de agentes agressivos afeta as barras de aço em toda

sua extensão. A forma de corrosão generalizada pode ser uniforme ou irregular (não

uniforme).

A corrosão generalizada uniforme ocorre em toda a extensão da armadura,

podendo ter a tendência à superfície lisa e regular. Já a corrosão generalizada irregular

(não uniforme), ocorre em toda extensão da armadura e se apresenta na superfície de

forma rugosa e irregular, conforme pode ser visualizado na FIGURA 3.3.

Page 35: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 3 – Corrosão das armaduras

23

FIGURA 3.3 – Tipos de corrosão e fatores que provocam (CASCUDO, 1997).

3.3.1.2 Corrosão localizada

A corrosão de forma localizada ocorre devido à atuação de íons

despassivantes que apresentam tipos diferentes, sendo os mais comuns no concreto

armado, os tipos puntiformes (pite) e fissurantes.

A corrosão localizada sob a forma de pites, isto é, pontos de desgaste

definidos na barra de aço, causa a ruptura pontual da barra. Essa cratera se forma na

região dos ânodos da pilha de corrosão, podendo ocorrer em altas taxas de dissolução

chegando a produzir a destruição das barras. Em geral a corrosão localizada por pites

ocorre em ambientes marinhos ou quando aditivos à base de cloretos encontram-se

presentes na mistura de concreto, podendo ser causado também pela utilização de sais

de degelo em estruturas de concreto armado localizadas em países de clima tipicamente

frio.

A corrosão localizada fissurante acontece devido aos poros existentes na

microestrutura do concreto, que constituem caminho livre para penetração de agentes

agressivos até as armaduras. As fissuras formadas acompanham o comprimento da

armadura.

3.3.2 Classificação baseada em fatores mecânicos

3.3.2.1 Corrosão-erosão

É o aumento na velocidade de ataque do metal devido ao movimento

relativo entre um fluido corrosivo e a superfície metálica. Na corrosão-erosão, os

Page 36: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 3 – Corrosão das armaduras

24

produtos sólidos que se formam sobre a superfície são arrastados e/ou o metal removido

como íons. Freqüentemente, a película sobre a superfície metálica é removida devido à

ação abrasiva de fluidos (ou gases) movendo-se rapidamente, e o ataque localizado

ocorre em regiões onde a película foi removida (GENTIL, 1982).

3.3.2.2 Corrosão sob tensão

É uma forma de corrosão bastante grave, pois quanto maior a tensão, mais

rápida é a corrosão. Sempre que há protensão o aço é esticado; dessa forma, a diferença

de potencial elétrico é maior, o que leva as corrosões extremamente rápidas em

condições favoráveis (VERÇOZA, 1991).

3.4 Corrosão das armaduras no concreto

No concreto a corrosão se inicia quando a armadura é despassivada pela

penetração de agentes agressivos através da rede de poros existente no concreto.

Segundo Mehta e Monteiro (1994), a corrosão das armaduras é a transformação de aço

metálico em ferrugem acompanhado por um aumento no volume o qual, dependendo do

estado de oxidação, pode ser de até 600 por cento do volume original do metal.

Acredita-se que este aumento de volume seja a causa principal da expansão e fissuração

do concreto.

3.4.1 Proteção física da armadura

O concreto armado, além de apresentar características mecânicas muito

amplas, demonstra possuir uma durabilidade adequada para a maioria dos usos a que se

destina desde que resguardados certos cuidados na dosagem, mistura e aplicação. A

durabilidade das estruturas de concreto armado é resultado da dupla natureza que o

concreto exerce sobre o aço. Por uma parte, o cobrimento do concreto é uma proteção

física, e por outra, a elevada alcalinidade do concreto constitui uma camada passiva que

o mantém inalterado por um tempo indefinido, constituindo a chamada proteção

química (ANDRADE, 1992). Assim, o elevado pH do concreto proporciona o

Page 37: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 3 – Corrosão das armaduras

25

recobrimento do mesmo com uma capa de óxido transparente, compacta e contínua, que

o mantém protegido mesmo em presença de umidade elevada.

Segundo Helene (1986), o papel do cobrimento do concreto é uma de suas

grandes vantagens uma vez que o cobrimento pode, por natureza e desde que bem

executado, proteger a armadura da corrosão. Desta forma, a garantia da espessura do

cobrimento das armaduras, com um concreto de alta compacidade, sem ninhos de

concretagem com teor de argamassa adequado e homogêneo, garante a maior proteção

do aço ao ataque de agentes agressivos externos.

De acordo com Silva (1991), a espessura do cobrimento não pode ser igual

para todos os concretos, sendo dependente da permeabilidade da camada superficial de

concreto, do meio a que a armadura está submetido, do diâmetro das barras de aço, da

dimensão máxima do agregado e também do micro-clima. Por outro lado, o cobrimento

excessivo torna-se antieconômico e pode conduzir ao aumento de fissuras, pois nem

sempre o aumento da espessura é adequado para atender a determinada estrutura.

Assim, a espessura vai variar de acordo com a agressividade do ambiente no qual a

estrutura está inserida.

3.4.1.1 Cobrimento segundo NBR 6118

A NBR 6118 (1978) foi revisada tendo como um de seus objetivos alcançar

e resguardar a maior durabilidade das estruturas de concreto armado. Embora a norma

de 1978 abordasse sobre durabilidade, não havia um capítulo exclusivo para tratar sobre

o assunto. A principal inovação foi a introdução de quatro classes de agressividade

ambiental (CAA), relacionada às ações físicas e químicas que atuam sobre os elementos

de concreto inseridas em cada tipo de ambiente, independentemente das ações

mecânicas, das variações térmicas e de retração hidráulica previstas no

dimensionamento das estruturas.

Na concepção dos projetos, a definição da CAA, conforme demonstra a

TABELA 3.1, passa a ser o ponto de partida, pois determinará o cobrimento da

armadura e abertura máxima de fissuras permitida, baseando-se no meio ambiente onde

será aplicado.

Page 38: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 3 – Corrosão das armaduras

26

TABELA 3.1 – Classes de agressividade ambiental (NBR 6118/2003).

1. Atmosfera rural: São consideradas as regiões ao ar livre, com baixo teor

de poluentes. Esses ambientes são fracos na ação de agentes agressivos às armaduras,

sendo bastante lento o processo de corrosão. Não há gases ácidos em quantidades

suficientes para se depositarem sobre as estruturas, e conseqüentemente acelerar o

processo de corrosão.

Somente na existência de uma fonte natural, como, por exemplo, esterco

e/ou estrume, que possa liberar NH3 e SO2 na sua fermentação, ou rios poluídos que

liberem partículas de agentes agressivos, tais agentes podem desencadear a iniciação da

corrosão. No entanto, a atmosfera rural é considerada como livre ou de pouco risco no

que diz respeito ao processo corrosivo, devido aos baixos teores de partículas suspensas.

2. Atmosferas urbana e industrial: A quantidade de vapor d’água na

atmosfera constitui a umidade do ar, e quando essa umidade aumenta muito devido à

evaporação ou ao aumento de temperatura, diz-se que o ar está saturado de umidade. A

relação entre o valor de conteúdo de vapor de água na atmosfera e o valor de saturação

para uma dada temperatura é denominada umidade relativa (U.R.). De acordo com a

umidade relativa, caracteriza-se o ar seco com U.R. até 30%, ar normal com U.R. entre

50% e 60%, ar úmido com U.R. entre 80% e 90% e ar saturado com U.R. de 100%.

A umidade do ar é um dos fatores aceleradores mais importante que afeta a

velocidade de corrosão atmosférica. A presença de chuva ácida e agentes agressivos

também é responsável por reagir com os componentes do cimento acelerando a

despassivação das armaduras.

Classe de

agressividade

ambiental

Agressividade

Classificação geral do

tipo de ambiente para

efeito de projeto.

Risco de deterioração da

estrutura

I Fraca Rural

Insignificante Submersa

II Moderada Urbana Pequeno

III Forte Marinha

Grande Industrial

IV Muito forte Industrial*

Elevado Respingos de maré

*Ambientes quimicamente agressivos.

Page 39: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 3 – Corrosão das armaduras

27

Nas grandes cidades, o ar atmosférico poluído é um dos responsáveis pelo

lançamento diário de partículas de agentes agressivos sobre as estruturas de concreto

armado. A presença desses agentes irá provocar a deterioração do concreto de má-

qualidade, permeável e poroso, permitindo a penetração dos íons agressivos, levando à

destruição da camada passivadora, e conseqüentemente o desencadeamento do processo

corrosivo. Ademais, as atmosferas urbana e industrial contêm, normalmente, impurezas

na forma de óxidos de enxofre (SO2), fuligem ácida e outros agentes agressivos, tais

como CO2, NO2, H2S, SO4 etc.

3. Atmosfera marinha: A atmosfera marinha contém cloretos de sódio e de

magnésio e íons sulfato que em processo de cristalização ou em forma de gotículas de

água salgada podem atuar para catalisar a reação de corrosão das armaduras de

estruturas de concreto armado próximas ao mar.

O concreto exposto ao ambiente marinho pode se deteriorar como resultado

de efeitos combinados da ação química dos constituintes da água do mar sobre os

produtos de hidratação do cimento, da expansão álcali-agregado (quando agregados

reativos estão presentes na mistura de concreto), da pressão de cristalização dos sais

dentro do concreto (se a estrutura está exposta a condições de molhagem / secagem), da

ação do congelamento em climas frios, da corrosão da armadura em elementos armados

e da erosão física devida à ação das ondas e objetos flutuantes (MEHTA e MONTEIRO,

1994).

A FIGURA 3.4 demonstra que os ataques da água do mar ocorrem

principalmente na zona de ação das marés. Quando o nível do mar está alto, o concreto

encontra-se saturado de água e quando o nível do mar desce, ocorre a evaporação da

água no interior dos poros do concreto, promovendo a cristalização de alguns sais que

se encontravam dissolvidos no meio aquoso. Desta forma, as estruturas estão

submetidas às oscilações de nível da água do mar sofrendo os fenômenos físicos e

mecânicos provocados pela influência alternada de molhagem e secagem.

Page 40: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 3 – Corrosão das armaduras

28

FIGURA 3.4 – Representação esquemática da deterioração de um cilindro de concreto exposto

à água do mar (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

Assim, no caso do ambiente mais agressivo previsto pela NBR 6118/2003, o

cobrimento nominal de 45mm de espessura para lajes e 50mm para pilares / vigas de

concreto armado na classe de agressividade nível IV. De forma inversa, para classe

ambiental menos agressiva, o cobrimento nominal é de 20mm de espessura para lajes e

25mm para pilares / vigas de concreto armado na classe de agressividade nível I, como

mostra a TABELA 3.2.

TABELA 3.2 – Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento nominal

para Δc5 = 10mm (NBR 6118/2003).

TIPO DE

ESTRUTURA

COMPONENTE

OU ELEMENTO

CLASSE DE AGRESSIVIDADE

AMBIENTAL

I II III IV

Cobrimento nominal (mm)

Concreto armado Laje 20 25 35 45

Viga/Pilar 25 30 40 50

Concreto protendido Todos 30 35 45 55

Desta forma, o cobrimento mínimo para proteção da armadura é definido em

função das condições de exposição da estrutura ao ambiente. Por isso, nas regiões de

5 Tolerância de execução

Page 41: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 3 – Corrosão das armaduras

29

orla marítima o cobrimento deverá ter espessuras maiores, devido aos fortes impactos

sofridos pelos sais e demais agentes agressivos.

Outro ponto modificado na norma é o controle de fissuras. Por exemplo, na

norma de 1978, a abertura máxima de fissuras era da ordem de 0,2mm para peças não

protegidas em meios não agressivos e 0,3mm para peças protegidas. A NBR 6118/2003

permite aberturas de até 0,4mm em casos de baixa agressividade (CAA I), conforme

pode ser visualizado na TABELA 3.3. De maneira geral, a presença de fissuras, desde

que não exceda valores da ordem de 0,2mm a 0,4mm, sob a ação das combinações

freqüentes, não tem importância significativa na corrosão das armaduras passivas.

TABELA 3.3 – Exigências de durabilidade relacionadas à fissuração e à proteção da

armadura, em função das classes de agressividade ambiental (NBR 6118/2003).

Tipo de concreto

estrutural

Classe de agressividade

ambiental (CAA)

Exigências relativas à

fissuração

Combinação de

ações em serviço

a utilizar

Concreto simples CAA I a CAA IV Não há –

Concreto armado

CAA I ELS-W wk ≤ 0,4mm Combinação

freqüente CAA II a CAA III ELS-W wk ≤ 0,3mm

CAA IV ELS-W wk ≤ 0,2mm

3.4.2 Fenômeno da despassivação das armaduras

O conceito de vida útil pode ser definido como sendo a duração de

conservação da estrutura, ou seja, o período no qual a estrutura conserve características

mínimas de funcionalidade, diante das condições ambientais e de exposição a que esteja

submetida.

O fenômeno da despassivação das armaduras pode ser exposto através do

modelo de corrosão proposto por Tutti (1982), que subdivide a corrosão em dois

processos ou períodos (iniciação e propagação) conforme mostrado na FIGURA 3.5.

FIGURA 3.5 – Modelo de vida útil de (Tutti, 1982).

Page 42: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 3 – Corrosão das armaduras

30

Segundo Andrade (1992), define-se como período de iniciação o tempo que

o agente agressivo demora para atravessar o cobrimento, alcançar a armadura e

provocar a despassivação. Define-se por período de propagação o período que

compreende uma acumulação progressiva da deterioração, até que se alcance um nível

inaceitável da mesma.

Com base em Andrade (1992), a presença de íons cloreto e dióxido de

carbono são considerados fatores desencadeantes que atuam durante o período de

iniciação, sendo que estes penetrarão no concreto até atingir a armadura, provocando de

acordo com o seu teor, a despassivação da mesma. Uma vez despassivada a armadura,

dá-se início ao período de propagação, onde o processo de corrosão é intensificado pela

presença do oxigênio e da umidade, considerados como fatores acelerantes.

3.4.2.1 Fatores desencadeantes de corrosão

3.4.2.1.1 Lixiviação

O hidróxido de cálcio (Ca(OH)2), originado pela hidratação do cimento,

apresenta uma solubilidade em água da ordem de 1,18 g/l. Assim sendo, a água,

principalmente de baixa dureza, isto é, contendo pequenas concentrações de sais de

cálcio e magnésio, pode solubilizar o Ca(OH)2, favorecendo a deterioração do concreto

(GENTIL, 1982).

O hidróxido de cálcio é transportado através do concreto pela ação da água

de chuvas ou infiltração de umidade e reage com o componente dióxido de carbono

(CO2), formando o carbonato de cálcio (CaCO3), segundo a EQUAÇÃO 3.3.

EQUAÇÃO 3.3 Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O

De acordo com Gentil (1982) a lixiviação do hidróxido de cálcio com a

formação do carbonato de cálcio insolúvel é responsável pelo aparecimento de

eflorescências caracterizadas por depósitos na superfície do concreto.

A difusão do hidróxido de cálcio no concreto prossegue aumentando sua

porosidade, diminuindo sua resistência e criando um canal aberto para o ataque de

Page 43: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 3 – Corrosão das armaduras

31

outros agentes agressivos com a formação de sais provenientes da lixiviação na

superfície do concreto, favorecendo o envelhecimento precoce da estrutura.

3.4.2.1.2 Carbonatação

Conforme Gentil (1992), o dióxido de carbono (CO2), existente no ar ou em

águas agressivas, pode se combinar com o Ca(OH)2, formando o carbonato de cálcio

(CaCO3), insolúvel como observado na EQUAÇÃO 3.3.

Helene (1986) afirma que a diminuição da alcalinidade durante o processo

de carbonatação se dá devido à precipitação do carbonato de cálcio (CaCO3), possuidor

de pH da ordem de 9,4, o que altera substancialmente a condição de estabilidade

química da película passivadora do aço.

De acordo com Araújo (2004), com a perda da película de passivação

devido à carbonatação, em presença de umidade e oxigênio, a armadura começa a se

corroer. Na FIGURA 3.6, é possível observar a representação esquemática do processo

de carbonatação.

FIGURA 3.6 – Avanço do processo de carbonatação (CEB/BI 152, 1984).

Teixeira (2002) afirma que os principais fatores influentes sobre a

carbonatação são a qualidade do concreto e as condições a que este concreto está

submetido. Um concreto de boa qualidade, com baixa permeabilidade dificultará a

Page 44: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 3 – Corrosão das armaduras

32

difusão dos gases e um cobrimento adequado não permitirá que a frente de carbonatação

atinja a armadura.

Os principais efeitos da carbonatação, decorrentes da precipitação do

carbonato de cálcio são, além da mencionada redução do pH, a redução da

permeabilidade, o aumento da resistência superficial, e um grande incremento na

resistividade elétrica, como efeito da neutralização da solução nos poros do concreto.

Com a continuação do processo de carbonatação, percebe-se que o CO2

dissolvido continua reagindo com a estrutura de concreto. Com a continuidade do

processo, tendo a solução dos poros sido neutralizada, uma série de compostos do

concreto começa a ser desestabilizada produzindo em muitos casos estágios amorfos de

CaCO3, CaSO4, Al(OH), SiO2 e H2O (TEIXEIRA, 2002).

3.4.2.1.3 Ácidos

O contato direto do concreto com soluções de ácidos (clorídrico, fluorídrico,

nítrico, sulfuroso e sulfúrico), ocasiona deterioração do concreto, uma vez que tais

compostos reagem com os componentes do concreto, diminuindo seu pH (GENTIL,

1982).

Os ácidos sulfúrico e sulfuroso são fortemente corrosivos, quando em

contato com o concreto armado. O ataque dos ácidos ao concreto pode ocorrer na

presença de produtos de combustão ou em áreas industriais. Quando se queima carvão

ou óleo combustível contendo enxofre ou seus compostos, essas substâncias (SO2 e

SO3) são expelidas para a atmosfera formando, em presença de umidade, ácido

sulfuroso (H2SO3) e sulfúrico (H2SO4), responsáveis pela constituição das chuvas

ácidas. Esses ácidos, sob forma de uma névoa, são depositados sobre a estrutura de

concreto, causando sérios inconvenientes devido à ação química sobre a pasta de

cimento e sobre a armadura.

Gentil (1982), afirma que em muitos casos o ataque ácido no concreto,

provoca a destruição da pasta de cimento, podendo-se observar o aspecto típico dos

agregados.

Os principais sulfatos, tais como os de magnésio, amônia, sódio, cálcio e

potássio, são encontrados principalmente nas águas do mar, em muitas águas

subterrâneas, em águas residuais e industriais e em águas de chuva (ANDRADE, 1997).

Page 45: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 3 – Corrosão das armaduras

33

O mecanismo de ataque do sulfato pode ocorrer de acordo com exposto nas

EQUAÇÕES 3.4 e 3.5.

EQUAÇÃO 3.4 Ca(OH) + SO4²–

+ 2H2O CaSO4 . 2H2O + 2OH–

EQUAÇÃO 3.5 Ca(OH) + H2SO4 CaSO4 . 2H2O

O ataque dos sulfatos ocorre devido à reação de íons sulfato com o

hidróxido de cálcio, produto de hidratação presente na pasta de cimento ou com o

aluminato tricálcico (C3A), composto constituinte do cimento, de acordo com a

EQUAÇÃO 3.6.

EQUAÇÃO 3.6

3CaSO4 + 3CaO . Al2O3 . 6H2O + 19H2O 3CaO . Al2O3 . 3CaSO4 . 31H2O

Segundo Gentil (1987), a formação dos cristais de sulfoaluminato de cálcio

é acompanhada de considerável aumento de volume, desenvolvendo uma alta pressão

interna, que pode gerar fissuras e desagregação do concreto. O aumento de volume vai

ocasionar a expansão e desagregação, onde se verifica o grande volume molecular do

sulfoaluminato de cálcio em relação aos de sulfato de cálcio e aluminato tricalcico.

Vários fatores influenciam a durabilidade do concreto mediante ataque dos

sulfatos podendo ser devido a causas externas ou internas do próprio concreto. A causa

externa é o meio sulfatado e a interna é a permeabilidade do concreto, fator

determinante da difusão dos íons sulfatados até o interior do concreto. Geralmente, a

taxa de difusão de íons sulfato através dos poros do concreto é controlada por sua

permeabilidade. Porém, com o aparecimento de fissuras, o coeficiente de

permeabilidade tende a aumentar, acelerando o ataque (ANDRADE, 1997).

3.4.2.1.4 Sais

Page 46: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 3 – Corrosão das armaduras

34

Alguns sais são bastante agressivos ao concreto, podendo a sua ação ocorrer

na pasta de cimento ou na armadura, uma vez que os sais possibilitam a formação de

pilhas que facilitam a corrosão do aço das armaduras (GENTIL, 1982).

Os sais podem ser encontrados nas indústrias, em águas agressivas e no

próprio ar atmosférico, sendo as soluções mais importantes e responsáveis pela corrosão

os sulfatos e cloretos.

3.4.2.1.4.1 Ataque por cloretos

A corrosão da armadura provocada pela ação dos íons cloreto é

frequentemente relatada como sendo uma das mais graves manifestações patológicas

sofrida por este material. Isto acontece devido à grande capacidade dos íons cloreto em

destruir a película passivadora que protege o aço no concreto, mesmo em ambiente de

elevada alcalinidade.

Helene (1986), afirma que pequenas quantidades de íons cloreto são o

bastante para desencadear o processo de corrosão, podendo chegar até o concreto

através do uso de aceleradores de pega que contêm CaCl2, impurezas indesejadas

contidas nos agregados e na água de amassamento, ação da atmosfera marinha

(maresia), uso de sais de degelo etc.

Os íons cloreto podem ser encontrados quimicamente combinados

(cloroaluminatos), fisicamente adsorvidos na superfície dos poros de hidratação e/ou

livres na solução dos poros do concreto.

É importante ressaltar que entre as três formas encontradas, os íons cloreto

livres em solução aquosa nos poros de concreto são prejudiciais, pois em certa

quantidade estão livres para atacar o filme passivante. Andrade (1992), afirma que o

cloroaluminato (C3A) ao reagir com os cloretos, forma um sal insolúvel ficando

incorporado às fases sólidas do cimento hidratado reduzindo a concentração dos íons Cl-

na solução.

Também deve ser considerada a ação dos sais de degelo lançados na

superfície do concreto, que podem ser adsorvidos pelos poros de hidratação,

desencadeando o processo de corrosão. A destruição da película passivadora, devido ao

ataque por cloretos, ocorre de forma pontual, provocando a chamada corrosão por pite,

conforme demonstrado na FIGURA 3.7.

Page 47: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 3 – Corrosão das armaduras

35

FIGURA 3.7 – Corrosão com formação de pites (Araújo, 2004).

Segundo ACI 222 (1991), apud Araújo (2004), existem várias teorias para

explicar o efeito catalisador dos cloretos sobre a corrosão do aço:

1. Teoria do filme de óxido: de acordo com esta teoria, os íons cloreto

penetram nos defeitos do filme de óxido passivante, mais facilmente que outros íons

agressivos, além de poderem dispersar coloidalmente esse filme catalisando o ataque à

armadura.

2. Teoria da adsorção: segundo esta teoria, os íons cloreto são adsorvidos na

superfície do aço com as hidroxilas e o oxigênio dissolvido, promovendo a hidratação

do ferro e viabilizando sua dissolução em cátions.

3. Teoria do complexo transitório: conforme esta teoria, os íons cloreto

competem com os ânions hidroxila para a produção de compostos ferrosos de corrosão,

denominados complexos transitórios, os quais se difundem a partir do ânodo em direção

ao cátodo permitindo que o desenvolvimento da corrosão continue.

O transporte de íons cloreto só ocorre em presença de água. Nas situações

em que a água que contém os cloretos se encontra estagnada, a penetração no interior do

concreto ocorre por mecanismo de difusão, o qual é extremamente lento. Segundo as

leis de FICK, o fenômeno da difusão é direcionado pelas diferenças de concentração. Os

íons cloreto também podem penetrar por sucção capilar da água que os contém. Esta

última situação ocorre quando a estrutura do concreto está submetida a ciclos de

umedecimento com água que contém os íons cloreto, e posterior secagem (ARAÚJO,

2004).

O mecanismo de penetração dos íons cloreto através do concreto, para que

uma certa quantidade chegue até a armadura na forma de cloretos livres e consiga

desencadear o processo de corrosão, depende de uma série de fatores relacionados ao

Page 48: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 3 – Corrosão das armaduras

36

tipo de cátion associado aos cloretos, ao tipo de acesso ao concreto (antes ou depois de

endurecido), à presença de outro ânion como o sulfato, ao tipo de cimento empregado

na produção do concreto, à relação a/c, ao estado de carbonatação do concreto, à

umidade ambiental, às condições de saturação dos poros e à quantidade por m³ de

cimento (FIGUEIREDO, 1994). A FIGURA 3.8 mostra a influência de alguns

parâmetros como umidade relativa, qualidade do concreto (cura e relação

água/cimento), saturação dos poros e carbonatação, no estabelecimento de um conteúdo

crítico de íons cloreto capaz de despassivar as armaduras do concreto.

FIGURA 3.8 – Esquema da influência de parâmetros relacionados com a qualidade do

concreto e umidade ambiental sobre o conteúdo crítico de cloretos (CEB/BI 152, 1984).

Segundo Figueiredo et. al. (1993), a quantidade de C3A do cimento

determina a capacidade de combinação com os íons cloreto. Cimentos com baixa

quantidade de aluminato tricálcico possuem baixa capacidade de imobilizar os íons

Page 49: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 3 – Corrosão das armaduras

37

cloreto, através da formação de um sal complexo insolúvel denominado cloroaluminato

de cálcio hidratado (sal de Friedel), que reduz a concentração de íons cloreto livres na

solução aquosa dos poros do concreto.

Ademais, a introdução de microssílica em pastas de cimento reduz a

difusibilidade dos íons cloreto devido à diminuição da porosidade total e à distribuição

dos poros da argamassa com microssílica. Figueiredo et. al. (1993), afirma que a adição

de escória e cinza volante leva a uma diminuição da difusibilidade dos cloretos, em

relação ao cimento Portland puro e que um cimento resistente a sulfatos (com baixo

conteúdo de C3A) apresenta um significativo aumento de difusão.

Os cimentos com adições, quando submetidos à ação dos cloretos,

apresentam comportamento contrário àquele apresentado quando submetido a

carbonatação. Enquanto na carbonatação as adições parecem influir de forma negativa

na capacidade de retardar o ingresso de CO2 na iniciação pelos cloretos, as adições

agem de forma a frear a penetração dos íons cloreto.

Mangat et. al. (1992), apud Figueiredo (1993), estudando os fatores que

influenciam a corrosão das armaduras devido à ação dos cloretos, concluíram que a

quantidade de cimento possui uma insignificante influência sobre a despassivação.

3.4.2.2 Fatores aceleradores de corrosão

Segundo Andrade (1992), uma vez iniciada a corrosão e despassivado o aço,

a velocidade da deterioração é significativa, em termos de vida útil, para uma presença

suficiente de oxigênio e acima de um mínimo de umidade.

De acordo com Figueiredo et al. (1993) existe uma série de fatores que por

si só não representam risco de corrosão da armadura, mas que depois de desencadeado o

fenômeno, são responsáveis pela propagação da corrosão.

3.4.2.2.1 Conteúdo de umidade

O conteúdo de umidade no interior do concreto exerce importante papel

sobre a corrosão, quer seja porque a água é necessária para que ocorra a reação catódica

da redução do oxigênio, ou porque influi na resistividade do concreto e na

permeabilidade do oxigênio (FIGUEIREDO, 1994).

Page 50: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 3 – Corrosão das armaduras

38

Cascudo (1997) define a resistividade elétrica do concreto, como sendo um

parâmetro que depende do teor de umidade, da permeabilidade e do grau de ionização

do eletrólito do concreto. Quando os poros contêm pouquíssima umidade, a

resistividade é muito elevada e o processo de corrosão fica dificultado. Assim, mesmo

que o concreto esteja carbonatado e contaminado de cloretos, a velocidade da corrosão é

baixa. Ademais, se os poros estiverem com alto teor de umidade, abaixo da saturação, a

velocidade é considerada máxima e o oxigênio chega livremente à armadura, sendo sua

resistividade suficientemente baixa para permitir a corrosão, conforme ilustrado na

FIGURA 3.9.

FIGURA 3.9 – Teor de umidade dos poros em função da umidade do ambiente (Andrade,

1992).

3.4.2.2.2 Proporção de cloretos

Segundo Mehta e Monteiro (1994), dependendo da relação Cl–/OH

–, relata-

se que o filme protetor pode ser destruído mesmo para valores de pH consideravelmente

acima de 11,5. Quando os valores Cl–/OH

– são maiores de 0,6, o aço parece não estar

mais protegido contra corrosão, provavelmente porque o filme de óxido de ferro se

torna permeável ou instável sob estas condições.

De acordo com CEB (1982) apud Gentil (1987), o teor máximo de cloretos,

que pode reagir com o C3A do cimento é de 0,4% em relação à massa de cimento, o que

possibilita a existência de cloretos livre para desencadear o processo de corrosão. Desta

forma, com teores de cloretos entre 0,4% a 1,0%, o risco de corrosão é considerado

médio podendo provocar a despassivação da armadura. Como exemplo, alguns valores

são apresentados por Gentil (1982), conforme TABELA 3.4.

TABELA 3.4 – Valores de cloretos relacionados com possibilidade de corrosão em concreto.

Cloretos em relação à massa de cimento (%)

Adicionado à mistura Proveniente do meio externo Risco de corrosão

Page 51: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 3 – Corrosão das armaduras

39

< 0,6

0,6 a 1,0

> 1,0

< 0,4

0,4 a 1,0

> 1,0

Baixo

Médio

Alto

3.5 Parâmetros determinantes da velocidade e profundidade de alcance dos

agentes agressivos

A velocidade com que a reação de carbonatação e penetração dos íons

cloreto ocorre depende de fatores como o meio ambiente e das características finais do

concreto endurecido.

3.5.1 Concentração de CO2

A velocidade de carbonatação aumenta quando o ambiente possui uma

concentração maior de CO2, principalmente para concretos de elevada relação

água/cimento (SHRBERT et. al. (1974) apud FIGUEIREDO, 1994).

3.5.2 Umidade relativa do ambiente

A umidade relativa do ambiente exerce influência sobre a quantidade de

água contida nos poros do concreto, o que por sua vez, condiciona a velocidade de

difusão do CO2 através desses poros.

Se os poros estiverem secos, o CO2 se difundirá para o interior do concreto,

mas a carbonatação não ocorrerá pela ausência de água. No entanto, se os poros

estiverem preenchidos com água, quase não haverá carbonatação, devido à baixa taxa de

difusão de CO2 através da água. Quando os poros estiverem parcialmente preenchidos

com água, a frente de carbonatação avança devido à existência de água e à maior

possibilidade de difusão de CO2.

De acordo com Figueiredo (1994), observa-se que os maiores graus de

carbonatação ocorrem quando a umidade relativa situa-se entre 50% a 65%. Por outro

lado, com umidades inferiores a 20% ou superiores a 95% a carbonatação ocorre

lentamente ou simplesmente não ocorre.

Page 52: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 3 – Corrosão das armaduras

40

3.5.3 Tipo e quantidade de cimento

O tipo e a quantidade de cimento por metro cúbico são alguns dos fatores

que determinam a ocorrência de corrosão no concreto armado.

Mehta e Monteiro (1994) citam que a deterioração do concreto, devido ao

ataque por sulfatos, pode ser afetada pelo consumo e tipo de cimento e de adições

minerais. Os resultados de um estudo de longa duração realizado em corpos-de-prova de

concreto expostos a um solo sulfatado (contendo 10% de NaSO4) em Sacramento,

Califórnia, mostraram que a baixa permeabilidade do concreto foi mais importante na

redução da taxa de deterioração que o conteúdo de C3A do cimento.

Em relação ao alto teor de C3A do cimento Portland, as adições minerais

oferecem uma forma de controle sobre o ataque dos sulfatos, reduzindo o conteúdo de

C3A no material cimentício total.

3.5.4 Relação água/cimento

Cascudo (1997) afirma que a relação água/cimento é um dos parâmetros

mais importantes em todo contexto da corrosão, pelo fato de que ela determina a

qualidade do concreto, ou seja, define as características de porosidade da pasta de

cimento endurecida. Quanto menor o valor da relação água / cimento maior a resistência

do concreto, menor sua permeabilidade e maior a durabilidade.

Figueiredo (1994) ainda ressalta que, quanto maior a relação água/cimento,

maior a porosidade e a permeabilidade de um concreto. Quanto maior a porosidade,

mais facilmente o CO2 pode se difundir através do concreto.

3.5.5 Condições de cura

As condições de cura exercem efeito sobre as propriedades de transporte na

pasta de cimento endurecido e, por conseguinte, sobre a difusão efetiva de íons

agressivos (cloretos, sulfatos, nitratos etc.).

Desta forma, quanto maior o tempo de cura, maior será o grau de hidratação

do cimento. Conseqüentemente, menor será a porosidade e a permeabilidade do

concreto e menores serão os efeitos da carbonatação (FIGUEIREDO, 1994).

Page 53: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 3 – Corrosão das armaduras

41

3.5.6 Fissuras

Fissuras são fatores desencadeantes e acelerantes, pois os agentes agressivos

penetram através delas e desta forma rompem localizadamente a passividade da

armadura do concreto. No caso de fissuras transversais à armadura, as regiões próximas

à fissura atuarão como ânodo, enquanto que as regiões laterais atuarão como cátodo. No

caso de fissuras longitudinais à armadura, a região adjacente atuará como ânodo e a

região inferior da armadura, como cátodo.

De acordo com Andrade (1992), as aberturas inerentes ao concreto armado

constituem um caminho rápido de penetração dos agentes agressivos até a armadura. É

possível verificar na FIGURA 3.10, o fenômeno de despassivação das armaduras

quando agentes agressivos penetram no concreto através de fissuras.

FIGURA 3.10 – Corrosão em fissuras transversais e longitudinais (Andrade, 1992).

Devido ao elevado número de fatores que influenciam a carbonatação e

principalmente quando, uma estrutura de concreto está exposta à água, gases ou solo

que contêm cloretos e CO2, a quantidade necessária de íons Cl– e CO2 para que se inicie

o processo de corrosão será primeiramente atingida nas regiões fissuradas.

De acordo com Figueiredo (1994), a velocidade com que a corrosão se

desenvolve depende da abertura da fissura, da qualidade do concreto e da relação área

catódica / área anódica.

Page 54: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras

42

4 PREVENÇÃO E REPARO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO

COM CORROSÃO NAS ARMADURAS

De acordo com Cascudo (1997), em estruturas debilitadas, o processo de

recuperação objetiva a devolução do seu estado original, seja do ponto de vista de

capacidade portante seja sob a ótica da durabilidade.

Normalmente, as manifestações patológicas se originam na etapa de

concepção dos projetos e execução e são, em geral, mais graves do que as falhas de

qualidade nos materiais ou de mau planejamento, conforme ilustração da FIGURA 4.1,

sendo possível observar a elevada porcentagem destas manifestações.

4%10%

18%

28%

40%Planejamento

Uso

Materiais

Execução

Projeto

FIGURA 4.1 – Origem das manifestações patológicas com relação às etapas de produção e uso

das obras civis de concreto armado (HELENE e FIGUEIREDO, 2003).

Várias são as técnicas atualmente empregadas para proteger e reparar as

estruturas de concreto armado atacadas pela corrosão (FIGUEIREDO, 1994). É evidente

que a manutenção preventiva pode tornar desnecessária a execução de manutenção

corretiva, reduzindo custos. A manutenção preventiva pode ser direcionada, por

exemplo, para a limpeza das estruturas, eliminação de áreas de estagnação de água e

fluidos agressivos, aplicação de revestimento protetor, recuperação de defeitos logo que

os mesmos apareçam etc. (GENTIL, 1996).

Page 55: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras

43

4.1 Técnicas eletroquímicas para avaliação da corrosão das armaduras

4.1.1 Técnicas de resistência elétrica

A preocupação em estudar e mensurar a resistividade elétrica do concreto

reside no fato de que esta propriedade, juntamente com o acesso de oxigênio às barras,

constitui um dos elementos principais controladores do processo eletroquímico

responsável pela corrosão da armadura. Dessa forma, a velocidade de corrosão do aço

no concreto é em muito dependente da resistividade elétrica ou por outro lado, da

condutividade iônica do eletrólito (fase líquida do concreto) (CASCUDO, 1997).

A técnica de determinação da resistência elétrica está baseada no princípio

de que a área da seção transversal da armadura é o inverso da sua resistência elétrica,

que por sua vez, é diretamente proporcional à temperatura. As velocidades de corrosão

máximas ocorrem em concretos com altos teores de umidade (os quais apresentam baixa

resistividade), porém sem saturação dos poros (para não dificultar o acesso de oxigênio)

(CASCUDO, 1997).

Assim, admite-se que a corrosão do aço é causada pelo decréscimo na sua

seção transversal, podendo ser monitorada periodicamente pela medida de sua

resistência elétrica. É importante salientar que a proporcionalidade existente entre a

mudança na resistência elétrica e o incremento na corrosão só existe se o metal estiver

sofrendo corrosão de maneira uniforme.

A aplicação da técnica para medida de resistência elétrica consiste no uso de

sondas metálicas que são embutidas no interior do concreto, conforme ilustra a

FIGURA 4.2. Depois que as sondas são conectadas à armadura, serão formadas pontes

de corrente alternada. A relação da resistência das sondas fornece a taxa de corrosão da

armadura que está sendo corroída.

FIGURA 4.2 – Instalação de sonda de resistência elétrica em tabuleiro de ponte (CASCUDO,

1997).

Page 56: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras

44

Segundo Cascudo (1997), a técnica de resistência elétrica é útil na avaliação

de desempenho de proteção catódica e materiais de reparo, tendo ainda como vantagem

o fato de que a técnica não exige o uso de mão de obra especializada. No entanto, a

sonda apenas produz dados de corrosão confinados ao seu local particular de instalação

e sua aplicação se limita apenas à corrosão generalizada.

4.1.2 Potencial de corrosão

O potencial de corrosão, também chamado de potencial eletroquímico de

corrosão das armaduras imersas no concreto, é uma grandeza que indica com certa

aproximação a situação de corrosão ou passividade das armaduras, conforme indicado

na TABELA 4.1 (ANDRADE, 1992).

TABELA 4.1 – Critérios de avaliação dos resultados das medidas de potenciais de acordo com

a ASTM C-876. (CASCUDO, 1997)

Potencial de corrosão relativo ao eletrodo de

referência de cobre-sulfato de cobre – ESC (mV)

Probabilidade

de corrosão (%)

mais negativo que -350 95

mais positivo que -200 5

de -200 a -350 incerta

O potencial eletroquímico do aço no concreto depende de inúmeras

variáveis, tais como umidade, disponibilidade de oxigênio, presença de fissuras do

concreto etc. Segundo Andrade (1992), zonas secas e úmidas em uma mesma estrutura

podem resultar em diferenças de potencial que não podem ser atribuídas a um maior

risco de corrosão e sim a um diferente conteúdo de umidade em contato com armadura.

A falta de oxigênio junto à armadura também resulta em valores de potencial muito

mais negativos que regiões mais aeradas. A presença de fissuras e imperfeições, além de

induzir corrosão localizada sobre a armadura, ainda provoca variação na resistividade

do concreto, falseando as medidas de potencial.

A técnica de potencial de corrosão consiste na determinação da diferença de

potencial elétrico entre o aço das armaduras e um eletrodo de referência colocado em

contato com a superfície do concreto.

Page 57: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras

45

Conforme Cascudo (1997), a aplicação da técnica utiliza um voltímetro de

alta impedância de entrada (não inferior a 10 MOhms) e com resolução a nível de

milivolts, eletrodo de referência, sendo que os mais utilizados são os de calomelano

saturado (ECS) e o de cobre/sulfato de cobre (ESC), esponja de alta condutividade e

conexões elétricas.

A FIGURA 4.3 mostra como é possível a obtenção dos potenciais

eletroquímicos no concreto. Para aplicação da técnica deve-se conectar o pólo negativo

do milivoltímetro ao eletrodo de referência e o pólo positivo a um ponto da armadura.

Vale ressaltar que a esponja de alta condutividade é utilizada para estabelecer um meio

condutor entre a extremidade do eletrodo de referência (placa porosa) e a superfície do

concreto. Com o uso da técnica é possível obter a indicação de quando uma armadura

passa do estado passivo para ativo de corrosão, ou vice-versa, pela súbita mudança dos

valores de potencial, através de monitoramento (CASCUDO, 1997).

FIGURA 4.3 – Esquema para medida dos potenciais de corrosão (CASCUDO, 1997).

A utilização da técnica para obtenção de um mapa de linhas equipotenciais

pode ser bastante útil na identificação de regiões de caráter anódico de uma estrutura de

grandes dimensões. Esses mapas têm sido utilizados para planejamento dos trabalhos de

reparo em estruturas de concreto.

A técnica tem a vantagem de ser não-destrutiva, de fácil aplicação e baixo

custo e a desvantagem da dificuldade para identificar a morfologia do ataque e de

apenas fornecer uma idéia relativa e aproximada do processo de corrosão instalado

Page 58: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras

46

sobre a armadura, ou seja, do seu registro não se obtém nenhum dado quantitativo da

cinética de corrosão.

4.1.3 Ruído eletroquímico

De acordo com MACKENZIE (1987), apud FIQUEIREDO (1994), na

interface aço-concreto, o ruído gerado está relacionado com a atividade do filme de

óxido passivador na superfície das armaduras. Este filme, estando em um estado de

“equilíbrio dinâmico”, produz correntes e potenciais transitórios associados com sua

quebra (formação do pite) e com o seu restabelecimento (repassivação).

O ruído eletroquímico tem sido identificado com as flutuações aleatórias do

potencial ou da corrente de um metal que está sendo corroído (HLADKY, DAWSON,

1981, apud FIQUEIREDO, 1994).

A aplicação da técnica de ruído eletroquímico é similar à utilizada para a

técnica de potencial de corrosão, porém com algumas peculiaridades, como a utilização

de voltímetro de alta impedância (maior que 10 MOhms) e um microcomputador, como

verificado na FIGURA 4.4.

FIGURA 4.4 – Diagrama de blocos mostrando a instrumentação para medida dos ruídos

eletroquímicos (CASCUDO, 1997).

A técnica de ruído eletroquímico apresenta vantagens como a obtenção de

informações do início da corrosão localizada, morfologia do ataque e estado superficial

do aço e de ser uma técnica não-destrutiva com aplicação “in loco” e a desvantagem da

demora para obtenção dos dados e o fato de que estruturas de grande porte apresentam

várias fontes de ruídos, o que pode influenciar sobremaneira os resultados.

Page 59: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras

47

4.1.4 Curvas de polarização

As curvas de polarização podem ser entendidas como o meio pelo qual, sob

condições controladas, registra-se as relações corrente-potencial de um sistema de

corrosão. Essas relações podem produzir informações sobre as taxas de corrosão,

película de passividade, tendência à corrosão por pites e outros dados importantes

(PRINCITON 1977, apud CASCUDO, 1997).

A aplicação da técnica pode ser obtida através dos equipamentos, tais como

potenciostato / galvanostato, registrador x-y (onde as curvas são traçadas), eletrodos de

trabalho (armadura), eletrodo auxiliar (contra-eletrodo) e eletrodo de referência (de

sulfato de cobre e calomelano saturado) e conexões elétricas.

Conforme Cascudo (1997), o equipamento é composto por um sistema de

três eletrodos, regidos pelo potenciostato. O eletrodo de referência é responsável pela

medição do potencial, a partir do qual são exercidas as polarizações, tanto no sentido

anódico quanto no catódico. O eletrodo de trabalho (eletrodo de análise) constitui-se da

própria armadura e o elemento que será efetivamente polarizado a partir do seu

potencial de corrosão. O contra-eletrodo (eletrodo auxiliar) completa a célula

eletroquímica, conforme mostrado na FIGURA 4.5.

FIGURA – 4.5 Dispositivo básico para determinação das curvas de polarização (CASCUDO,

1997).

O potenciostato dispõe da opção de compensação da queda ôhmica, ou seja,

a técnica verifica a queda no potencial aplicado, quando de uma polarização devida a

alta resistividade elétrica do meio (no caso em questão da camada de concreto), entre os

Page 60: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras

48

eletrodos de trabalho e de referência. Essa queda altera as relações corrente-potencial,

gerando curvas de polarização distorcidas. A técnica obtém informações sobre a taxa de

corrosão, morfologia do ataque corrosão localizada e generalizada e efeitos de

inibidores.

A técnica apresenta vantagens como o estabelecimento das regiões de

ativação e passivação e a indicação de capacidade de proteção da amostra, tendo o

inconveniente de ser destrutiva. Além disso, conforme Figueiredo (1994), devido à

elevada resistência ôhmica do concreto, faz-se necessário compensar essa resistência a

cada momento de traçado da curva.

4.1.5 Resistência de polarização

A resistência de polarização (Rp) representa a inércia que um sistema possui

em desenvolver um processo eletroquímico de corrosão, isto é, um processo de

transferência de carga elétrica no metal, ante uma polarização imposta. Para estudo

particular da corrosão de armaduras, o referido sistema é o conjunto

aço/eletrólito/concreto (CASCUDO, 1997).

Sendo assim, quanto maior for a resistência de polarização, menos intensas

serão as velocidades de corrosão encontradas. No caso de sistemas com altos valores de

resistência de polarização, como armaduras passivadas em concreto por exemplo, os

índices de corrosão são desprezíveis.

A FIGURA 4.6, mostra que a técnica baseia-se no princípio de resistência

de polarização e utiliza o estímulo de uma corrente contínua aplicada à armadura,

exercendo uma polarização ao redor do potencial de corrosão livre (Ecorr). Este

potencial é medido com o auxílio de um eletrodo de conferência conveniente, que faz

parte do dispositivo para medição da resistência de polarização. O equipamento básico

para medição consiste de um potenciostato / galvanostatos; eletrodos de trabalho

(armadura), auxílio (contra-eletrodo) e referência (sulfato de cobre e calomelano

saturado) e conexões adequadas.

Page 61: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras

49

FIGURA 4.6 – Sistema para medidas de resistência de polarização (CASCUDO, 1997).

A técnica tem a vantagem de não causar danos aos elementos estruturais,

além de fornecer a taxa de corrosão e medidas relativamente rápidas. O inconveniente

consiste no alto custo do equipamento e na necessidade de mão-de-obra especializada

para operação do aparelho além do que a técnica apresenta deficiências para análise de

corrosão do tipo localizada.

4.2 Estratégia de Reparo

Como visto anteriormente sobre técnicas eletroquímicas potencialmente

utilizáveis para detecção das manifestações patológicas, cabe ressaltar que as técnicas

também são utilizadas para avaliar os reparos a serem adotados. Figueiredo (1994)

avaliou o desempenho dos revestimentos para proteção da armadura contra corrosão

através de técnicas eletroquímicas.

Antes de qualquer intervenção sobre uma estrutura afetada por um

fenômeno de degradação de seus materiais, é fundamental definir o método de reparo

mais adequado. As técnicas de reparo tradicionais são aquelas que se baseiam na

eliminação do concreto contaminado e sua reconstituição geométrica mediante materiais

Page 62: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras

50

de reparo. Estas técnicas apresentam como principais inconvenientes à necessidade de

mão-de-obra especializada, bem como custos geralmente elevados (TEIXEIRA, 2002).

Como guia de orientação em relação ao custo, Gonçalves et. al., (2003),

apud Araújo (2004), estimou os seguintes valores expressos a seguir, em reais por metro

quadrado, para cada técnica de reparo:

Reparo localizado → entre 155,00 R$/m² e 1.550 R$/m²;

Realcalinização eletroquímica → em torno de 310,00 R$/m²;

Extração eletroquímica de cloretos → em torno de 465,00 R$/m²;

Proteção catódica → entre 310,00 R$/m² e 930,00 R$/m².

Devido ao crescimento da necessidade de intervenções em estruturas de

concreto armado para restabelecer as características e o comportamento inicialmente

previsto na etapa de concepção, planejamento e projeto, sem o respaldo de um

diagnóstico preciso, tem-se observado um grande número de falhas nas intervenções,

principalmente quando se trata de corrosão das armaduras. Os materiais e os

procedimentos adotados para o reparo e a reconstrução nem sempre conferem à

estrutura as características de durabilidade compatíveis com a importância da obra e

com os elevados gastos com reparos e reconstrução das estruturas (HELENE, 1997

apud ARAÚJO, 2004).

Na FIGURA 4.7, apresenta-se um fluxograma elaborado por Lichtenstein

(1985), apud Araújo (2004) onde, inicialmente é realizado o levantamento de subsídios,

seguido do diagnóstico da situação e de definição da conduta a ser adotada.

Page 63: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras

51

FIGURA 4.7 – Estrutura do método para resolução de problemas patológicos

(LICHTENSTEIN, 1985).

O fluxograma está dividido em três partes principais:

1. Levantamento de subsídios, onde são obtidas informações no local para o

entendimento do problema e possível diagnóstico;

2. Informações que podem ser conseguidas com vistoria no local ou em

laboratório de pesquisa e diagnóstico da situação para identificação das causas efeitos

do fenômeno analisado;

3. Definição de conduta e da terapia adequada para o problema em questão.

Realizada a intervenção de melhor aplicação, deve-se selecionar a melhor alternativa

para proteger a armadura e o concreto da estrutura reabilitada.

As FIGURAS 4.8 e 4.9 exibem, de acordo com as características específicas

da estrutura avaliada e diagnosticada, os vários critérios de proteção existentes, podendo

ser uma proteção direta (sobre armadura) ou indireta (sobre a superfície do concreto)

(ARAÚJO, 2004).

Page 64: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras

52

FIGURA 4.8 – Método de proteção direta da armadura (HELENE, 1997).

FIGURA 4.9 – Método de proteção indireta da armadura, aplicados no concreto ou na sua

superfície (HELENE, 1997).

Page 65: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras

53

4.2.1 Reparo localizado

Das técnicas de reparo existentes, o reparo localizado é a mais empregada,

devido à facilidade tecnológica. Este tipo de reparo consiste em recompor ou reparar

uma determinada estrutura apenas em pontos ou regiões que apresentem problemas, não

necessitando fazer intervenções na estrutura como um todo, somente em partes dela,

objetivando proteger a armadura na região reparada (ARAÚJO, 2004).

A inconveniência do reparo localizado é o de alterar as características

elétricas das armaduras, produzindo a formação de novas ocorrências do fenômeno da

corrosão em áreas adjacentes às zonas recuperadas, dependendo das condições de

exposição e das características do sistema de reparo (FIGUEIREDO, 1994).

O reparo localizado completo normalmente envolve a delimitação, corte e

remoção do concreto deteriorado e contaminado, a limpeza ou substituição das

armaduras, a aplicação de um revestimento de proteção para a armadura, a aplicação de

uma ponte de aderência entre o concreto velho e o novo material de reparo, a

reconstituição da seção de concreto com o material de reparo e a proteção da superfície

de concreto com um revestimento apropriado (TINÔCO, 2001 apud ARAÚJO, 2004).

A FIGURA. 4.10 ilustra, esquematicamente, os materiais que fazem parte de

um sistema completo de reparo localizado.

FIGURA 4.10 – Esquema de um sistema completo de reparo localizado (ANDRADE et. al.,

1997).

Page 66: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras

54

A etapa de retirada do concreto deverá garantir a remoção integral do

concreto contaminado e deteriorado, e a imersão das barras em meio alcalino com a

colocação do novo substrato. Esta atividade pode ser feita através de ponteiros e

marretas ou com a utilização de maquitas e martelos rompedores pneumáticos.

Araújo (2004) afirma ainda, que a utilização destes equipamentos deve ser

feita com o maior cuidado possível, já que eles provocam micro-fissuras na matriz do

concreto. A seguir deve ser realizada a limpeza da armadura para remover todos os

produtos de corrosão, agentes despassivadores e restos de concreto antigo aderido à

superfície da armadura.

A limpeza deve ser realizada de acordo com o tipo de agente iniciador da

corrosão. Se por carbonatação, a limpeza pode ser realizada com escovas de cerdas de

aço ou, para uma limpeza mais eficaz, recomenda-se um jateamento abrasivo com areia.

Quando o concreto estiver contaminado por cloretos, a limpeza deve ser feita por

jateamento com água fria, seguida de um jateamento com água quente para facilitar a

remoção dos cloretos nas profundidades mais difíceis de serem alcançadas.

Depois de completamente limpas, é possível observar o estágio de

deterioração das armaduras, devendo ser realizada a medida da perda de seção com um

paquímetro. Andrade (1993), apud Figueiredo (1994), afirma que o Comitê Europeu de

Normalização (CEN) estuda a proposta de exigir a substituição da armadura caso o

limite de perda de seção da armadura seja de 5% ou surjam fissuras, adjacentes à

armadura, superiores a 0,3mm.

É fundamental que exista uma perfeita união entre o material já existente e o

material de reparo. Este agente de união ou ponte de aderência deve ser compatível com

o material de reparo e com as condições de umidade do substrato (ARAÚJO, 2004).

No que se refere à reconstituição da seção do concreto com material de

reparo apropriado e selecionado, geralmente faz-se uso de argamassas modificadas por

polímeros e aditivos, grautes, micro-concretos e concretos com características especiais.

Ressalta-se que a técnica de reparo localizado deve ser vista com muita

cautela, devido à formação de diferenças de potencial entre as regiões reparadas e as

não reparadas. Segundo Araújo (2004), outras medidas, tal como a redução de

Page 67: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras

55

agressividade do ambiente, proteção superficial através de barreiras, realcalinização do

concreto, remoção eletroquímica de cloretos e proteção catódica, poderiam ser

utilizadas depois da realização do reparo localizado.

4.2.2 Proteção catódica

Consiste em situar o aço na zona de imunidade dos diagramas de Pourbaix.

Isso pode ser conseguido aplicando uma corrente e transformando toda a armadura em

um grande cátodo (ANDRADE, 1992).

Conforme Tula & Oliveira (2001), apud Araújo (2004), a técnica consiste na

autopolarização dos metais do par galvânico através do contato elétrico, tendendo a

assumir um mesmo potencial. O potencial do metal mais nobre diminui enquanto o do

metal menos nobre aumenta. Em meios menos condutores, como o concreto, os

potenciais nunca se igualam, gerando uma diferença de potencial. Assim, se a

polarização for suficiente para fazer reduzir o potencial do metal mais nobre a valores

abaixo do potencial de “proteção”, a proteção catódica estará funcionando.

Teoricamente esse potencial poderia ser o potencial de imunidade do ferro, condição

que não irá ocorrer de forma natural.

A proteção ou reparo pode ser aplicado de duas formas: com o método por

corrente impressa ou com o método galvânico (com ânodo de sacrifício).

4.2.2.1 Por corrente impressa

O funcionamento de proteção catódica por corrente impressa consiste na

utilização de uma malha fixada na superfície da estrutura (ânodo), que posteriormente é

coberta por uma camada cimentícia e conectada à armadura (cátodo), por uma fonte

retificadora externa, conforme mostra a FIGURA 4.11. Na fonte retificadora, o ânodo é

conectado ao pólo positivo da fonte e o cátodo ao pólo negativo, dando assim, início ao

sistema de reabilitação da armadura com a dissolução do metal anódico (ARAÚJO,

2004). Ocorre a reação de redução onde os elétrons são arrancados do pólo positivo

(ânodo) e cedidos ao cátodo (armadura). O fluxo iônico estabelecido no concreto fecha

o circuito entre o cátodo e o ânodo, polarizados artificialmente.

Page 68: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras

56

FIGURA 4.11 – Esquema simplificado de proteção catódica por corrente impressa (TULA &

HELENE, 2001).

Para a técnica por corrente impressa são utilizados metais mais nobres, pois

estes metais são consumidos lentamente e os produtos de corrosão são menos

expansivos (GONÇALVES et. al., 2003 apud ARAUJO, 2004). Como exemplo pode-se

citar o titânio, que tem de 25 a 100 anos de serviço e proporciona uma densidade de

corrente máxima de 100 A/m². Na TABELA 4.1, é possível visualizar algumas

vantagens e desvantagens do método de proteção catódica por corrente impressa.

TABELA 4.2 – Vantagens e desvantagens do método de proteção catódica por corrente

impressa (TULA e HELENE, 2001).

CORRENTE IMPRESSA

Vantagens Desvantagens

- Não há limitação de tensão ou intensidade de

corrente;

- Ajustável em uma ampla faixa;

- Ânodos de grande vida útil;

- Possibilidade de controle imediato de

funcionamento.

- Alto custo de instalação;

- Alto custo de manutenção;

- Requer fonte externa de corrente direta;

- Possibilidade de desprendimento de hidrogênio

junto à armadura – necessidade de controle de

tensão;

- Sistema relativamente complexo.

4.2.2.2 Por ânodo de sacrifício (proteção galvânica)

Segundo Figueiredo (1998), apud Araújo (2004), a proteção por ânodo de

sacrifício se faz mediante a utilização de metais com menor potencial de redução que o

ferro, como por exemplo, o zinco e o alumínio. Estes metais são conectados à estrutura

para que ocorra a formação de macro-pilhas de corrosão, onde a oxidação se dará no

metal de sacrifício. Após o reparo, a armadura é revestida com concreto.

Page 69: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras

57

A função do ânodo de sacrifício nos reparos localizados é de evitar a

inversão da polaridade das armaduras após o reparo, eliminando a possibilidade de a

corrosão voltar a se manifestar nos locais adjacentes à área recém-reparada (TULA &

OLIVEIRA, 2001, apud ARAÚJO, 2004). A TABELA 4.2, demonstra algumas

vantagens e desvantagens do método de proteção catódica por ânodo de sacrifício.

TABELA 4.3 – Vantagens e desvantagens do método de proteção catódica por ânodo de

sacrifício (TULA e HELENE, 2001).

ÂNODO DE SACRIFÍCIO

Vantagens Desvantagens

- Baixo custo de instalação;

- Baixo custo de manutenção;

- Não requer fonte externa;

- Ajustável à técnica da estrutura;

- Sistema relativamente simples e viável;

- Possibilidade de controle imediato de

funcionamento;

- Pode ser prevista adaptabilidade para técnicas de

corrente impressa;

- Sistema auto-regulável;

- Compatibilidade com armaduras galvanizadas ou

tratadas com primer rico em zinco.

- Limitada capacidade de corrente;

- Limitada capacidade de polarização;

- Área de atuação limitada.

4.2.3 Extração eletroquímica de cloretos

Esta técnica não destrutiva consiste em retirar os íons cloreto do concreto

mediante processo eletroquímico, pela utilização de um ânodo de metal nobre, resinas

de troca iônica e uma fonte de corrente contínua. A resina de troca iônica (que pode ser

uma argamassa condutora, por exemplo) é aplicada sobre a superfície do concreto e

sobre ele é posto o metal nobre que atuará como ânodo (carga positiva), enquanto que a

própria armadura será o cátodo (carga negativa). A fonte conecta-se eletricamente ao

metal nobre e também à armadura, aplicando uma diferença de potencial entre dois

metais, promovendo correntes contínuas elevadas, conforme ilustra a FIGURA 4.12.

Page 70: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras

58

FIGURA 4.12 – Princípio da extração eletroquímica de cloretos (MIETZ, 1998).

De acordo com o Comitê 222 ACI, apud Cascudo (1997), os íons Cl–,

carregados negativamente, são atraídos para o ânodo, os quais apresentam carga elétrica

positiva, aprisionados pelas resinas de troca iônica.

Antes do tratamento deve-se remover qualquer tipo de pintura ou

revestimento da superfície do concreto. Áreas com concreto de cobrimento danificado

ou destacado, fissuras e ninhos de concretagem, devem ser prévia e adequadamente

reparadas, para garantir que a corrente seja impressa no concreto uniformemente e que

não haja fuga de corrente (ARAÚJO, 2004).

Com a extração dos cloretos do interior do concreto a propriedade de

proteção contra a corrosão é restabelecida recuperando a vida útil da estrutura.

Andrade et. al. (1997), apud Araújo (2004), comentam que os custos para se

executar este tipo de recuperação ainda são muito elevados, enfatizando a necessidade

de realizar a impermeabilização da superfície, tão logo seja efetuada a operação.

4.2.4 Realcalinização do concreto carbonatado

A técnica de realcalinização, além de ser empregada para restabelecer a

passivação da armadura através da elevação do pH do concreto carbonatado, também

pode ser usada como uma técnica preventiva, realcalinizando camadas carbonatadas

antes que a carbonatação atinja a armadura.

Existem dois mecanismos de realcalinização do concreto carbonatado: por

processo eletroquímico ou por difusão e absorção de uma solução alcalina por ação

capilar e de forças hidráulicas.

Page 71: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras

59

4.2.4.1 Realcalinização eletroquímica

O mecanismo de realcalinização eletroquímica envolve a aplicação de um

campo elétrico entre um ânodo, que é colocado externamente ao concreto e envolvido

em eletrólito rico em álcalis e a armadura do concreto.

A metodologia consiste em colocar uma malha de aço ou de titânio inerte

em contato com a superfície do concreto sendo então envolvida pelo eletrólito

(TEIXEIRA, 2002). A FIGURA 4.13 mostra que esta malha é conectada a um

transformador / retificador que também se conecta a armadura do concreto. Esta

armadura é exposta em alguns pontos de forma a propiciar esta conexão e gerar a

formação do cátodo. No processo de realcalinização, a corrente usualmente utilizada é

de 1 A/m2, aplicada de três a sete dias, sendo o carbonato de sódio comumente usado

como eletrólito. Alguns estudos confirmaram que o hidróxido de lítio também pode ser

usado como eletrólito, obtendo resultados satisfatórios. A aplicação de corrente elétrica

continua até que os álcalis cheguem a profundidades que se igualem à espessura do

cobrimento da armadura. Dessa forma, o restabelecimento do pH propiciará uma nova

formação da película passivadora sobre a armadura (BANFILL, 1997; IHEKWABA et.

al., 1996; MIETZ, 1992, apud TEIXEIRA, 2002).

FIGURA 4.13 – Princípio da realcalinização eletroquímica.

Como vantagem, este processo oferece o restabelecimento do pH através da

penetração de substância alcalina, elevação do período de vida útil e a diminuição de

futuros riscos de corrosão.

Alguns pesquisadores vêm estudando as desvantagens do uso deste

mecanismo, tais como a diminuição da resistência, um aumento no risco da reação

Page 72: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras

60

álcali-agregado (pelo aumento das concentrações de sódio e potássio no concreto) e as

mudanças nas características micro-estruturais do concreto, que podem modificar tanto

sua resistência quanto sua durabilidade (BANFILL, 1997, apud TEIXEIRA, 2002).

Entretanto Mietz (1992), apud Teixeira (2002), qualifica a realcalinização eletroquímica

como o método mais eficaz para a restauração da película passivadora, sendo

extremamente benéfica por não gerar grandes alterações estruturais.

4.2.4.2 Realcalinização por difusão e absorção de solução alcalina

A realcalinização com aplicação de solução rica em álcalis sobre a

superfície do concreto carbonatado consiste na absorção e difusão da solução alcalina

por ação capilar e de forças hidráulicas para o interior do concreto carbonatado, não

dependendo de aplicação de campo elétrico e de fluxo de corrente, como é o caso da

realcalinização eletroquímica.

O reparo utiliza solução rica em álcalis, sendo ela o carbonato de sódio

(Na2CO3), que irá penetrar no concreto por difusão, fazendo com que este readquira sua

condição alcalina. A FIGURA 4.14 ilustra o processo de realcalinização por

absorção/difusão.

FIGURA 4.14 – Esquema da realcalinização por absorção/difusão.

O grande atrativo da realcalinização por difusão/absorção é a não utilização

de corrente que proporciona a redução dos custos e a facilidade de aplicação.

Segundo Teixeira (2002), o emprego da técnica de realcalinização implica,

obrigatoriamente, sua manutenção, quer seja na observação da corrente, quer seja na

execução de pinturas na superfície do concreto tratado que impeçam a reincidência do

fenômeno da carbonatação. A técnica de realcalinização do concreto consegue elevar o

Page 73: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras

61

pH do concreto, mas não confere à estrutura condições de se tornar resistente aos

agentes agressivos. Desta forma é necessário que se promova mecanismos que impeçam

a “recarbonatação” ou a acidificação da estrutura. É usual efetuar a aplicação de

películas que protejam a estrutura após o tratamento.

4.2.5 Inibidores de corrosão

Segundo Gentil (1982), inibidor é uma substância ou mistura de substâncias

que, quando presentes em concentrações adequadas no meio corrosivo, reduzem ou

eliminam a corrosão.

Aos inibidores é possível atribuir, algumas vezes, a função de manutenção

da capa passiva, impedindo a dissolução dos íons metálicos na água intersticial do

concreto. Neste caso, diz-se que os inibidores se adsorvem na superfície da armadura,

reagindo e formando uma capa protetora de óxidos. Logo, acredita-se que o mecanismo

de ação dos inibidores é mais atribuído à adsorção de seus íons sobre o metal do que à

influência dos compostos provenientes das reações (PAZINI et. al., 1998, apud

ARAÚJO, 2004).

O uso dos inibidores está fundamentado nas vantagens fornecidas por estas

substâncias, como a relativa facilidade de utilização, podendo ser empregados tanto na

água de amassamento quanto diretamente na superfície do concreto e a manutenção

ínfima, quando comparados a outras técnicas de reparo, ou em alguns casos nenhuma

manutenção (ARAÚJO, 2004).

A utilização do inibidor tanto pode ser empregada para reparo, quanto para

prevenção, que consiste na adição na água de amassamento no momento da dosagem do

concreto e tem como função formar uma camada protetora sobre a armadura ou reforçar

uma camada pré-existente, dificultando o acesso de agentes agressivos até à armadura.

HOPE & IP, (1989), apud Araújo (2004), avaliaram o desempenho dos

inibidores de nitrito de cálcio e cloreto de estanho para proteger a armadura contra a

corrosão induzida por cloretos. Para análise do desempenho, foram realizadas medidas

de impedância, resistência de polarização e potencial de corrosão. Nos resultados

obtidos, o nitrito de cálcio apresentou um excelente desempenho como medida

Page 74: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras

62

preventiva. A eficiência dos inibidores como método de reparo foi avaliada por Herrera

et. al., (1999) e Lima et. al., (1999), apud Araújo (2004), observando que o desempenho

dos inibidores (nitrito de sódio, molibdato de sódio e benzoato de sódio) foram

satisfatórios. O monitoramento foi realizado através de técnicas eletroquímicas.

De acordo com sua composição e comportamento, os inibidores podem ser

classificados como orgânicos, inorgânicos, catódicos e anódicos. Os inibidores

inorgânicos atuam reprimindo reações anódicas, ou seja, retardam ou impedem a reação

do ânodo, tendo como função oxidar o ferro, formando uma película aderente e

protetora.

Os inibidores inorgânicos utilizados são o nitrito de sódio, o nitrito de cálcio

e o monofluorfosfato de sódio (Na2PO3F). A ação desses inibidores adicionados em

proporções adequadas à água de amassamento do concreto tem como função reduzir o

fenômeno da corrosão no aço.

Os inibidores orgânicos de base amina e ésteres são conhecidos como

inibidores de fase vapor ou inibidores voláteis, pois têm a capacidade de difundir-se no

concreto endurecido, devido à sua elevada pressão de vapor, principalmente em

condições normais de temperatura e pressão. A facilidade com que penetram vai

depender da porosidade do concreto e da constituição da fase volátil (GONÇALVES et.

al., 2003, apud ARAÚJO, 2004).

Conforme Araújo (2004), os inibidores catódicos evitam a ocorrência das

reações catódicas pelo fornecimento de íons metálicos, reagindo com a alcalinidade

catódica, produzindo compostos insolúveis. Os inibidores anódicos permitem a redução

da velocidade da reação anódica, reagindo com os produtos de corrosão, formando um

revestimento protetor na superfície da armadura.

Na TABELA 4.3 Gonçalves et. al. (2003), apud Araújo (2004),

consideraram alguns aspectos com relação à ação dos inibidores inorgânicos e

orgânicos.

Page 75: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras

63

TABELA 4.4 – Ação de alguns inibidores de corrosão no concreto (GONÇALVES et. al., 2003).

Características Inibidores inorgânicos

Inibidores

orgânicos

Nitritos MFP6 Voláteis

Resistência à

compressão

Aumenta Diminui Não significativo

Porosidade do concreto Não significativo Reduz pela

precipitação

do fosfato de sódio

Não foi estudado

Compatibilidade

química com o concreto

Boa Reage com o meio

alcalino e precipitando

fosfato de sódio

Boa

Concentração crítica

junto à armadura

[NO2]/[Cl-]=1,5

(razão molar)

[MFP]/ [Cl-]=1,0

(razão molar)

Não é conhecido e

existem dificuldades na

medição

Mecanismo da ação

inibidora

Inibidor anódico Inibidor misto

(adsorção)

Não está bem definido,

ainda que pareça ser

misto, dependendo dos

constituintes

Comportamento a longo

Prazo

Existem alguns

resultados, mas em

concretos fissurados

existem algumas

controvérsias. Podem

ocorrer problemas

devido ao consumo de

inibidor

Não existem

experiências

Não existem

experiências

Compatibilidade

ambiental

Problemas de toxidade

(situações de

lixiviação)

Nas demolições as

estruturas criam

resíduos perigosos.

Não existem

inconvenientes

conhecidos

As aminas são produtos

irritantes

Método de aplicação

No concreto fresco ou

endurecido, é feito por

projeção e injeção.

Em concreto

endurecido por

impregnação

Em concreto fresco e

endurecido por

impregnação

4.3 Proteção e cobrimento das armaduras

Segundo Carvalho e Filho (2004), ao efetuar o detalhamento da armadura na

seção transversal é preciso, primeiramente, escolher a partir da área do aço calculada, a

quantidade de barras longitudinais necessárias, em função da área da seção transversal

de uma barra, devendo atender às prescrições da NBR 6118/2003.

Além dessas prescrições, os projetistas devem ter em mente as operações de

lançamento e adensamento, de modo a permitir que o concreto penetre com facilidade

6 Monofluorfosfato de sódio

Page 76: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 4 – Prevenção e reparo de estruturas de concreto com corrosão nas armaduras

64

em todos os vazios, bem como assegurar que haja espaço para que as agulhas de

vibradores possam ser introduzidas entre as barras, evitando que ocorram vazios e

segregação dos agregados. O projetista deve ainda, assegurar durante a concretagem, as

propriedades essenciais, tais como, homogeneidade (sem ninhos de concretagem) e

aderência entre aço e concreto.

Carvalho e Filho (2004), afirmam que as armaduras mínimas devem ser

colocadas a fim de evitar rupturas bruscas (frágeis) da seção, pois o aço faz com que ela

apresente deformação razoável antes de entrar em ruína. Ressalta-se que o espaçamento

entre as barras é um dos critérios para manter a espessura de cobrimento, sendo que o

arranjo das armaduras propiciará o cumprimento da função estrutural (aderência,

manutenção da altura útil etc.).

A NBR 6118/2003 prescreve que o espaçamento mínimo livre entre as faces

das barras, medido horizontalmente (ah) e verticalmente (av) no plano da seção

transversal, deve ser em cada direção, o maior entre os três valores seguintes, como

indica a FIGURA 4.15.

FIGURA 4.15 – Espaçamentos entre barras (mínimos) (CARVALHO e FILHO, 2004).

Depois de realizado todo o detalhamento da armadura, adota-se o

cobrimento mínimo que é a menor distância entre uma face da peça e a camada de

barras mais próximas dessa face (inclusive estribos), de acordo com os valores

expressos na TABELA 3.2.

Page 77: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 5 – Considerações finais

65

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Diante do estudo realizado sobre o processo de passivação das armaduras

pôde-se verificar que o mecanismo de corrosão é um dos responsáveis por sua

despassivação.

O processo de corrosão das armaduras no interior do concreto pode ser

classificado como corrosão eletroquímica, que por sua vez ocorre em meio aquoso,

havendo a necessidade de um eletrólito, diferença de potencial, oxigênio e agentes

agressivos.

A fim de conservar e proteger a estrutura de possíveis ataques de agentes

agressivos, ressalta-se a importância da seleção de materiais a serem usados desde a

água de amassamento, cimento, aditivo e agregados, assegurando o andamento da

reação que ocorre para formação da película passivadora de proteção.

Tendo em vista que o processo de fabricação e execução é a etapa

responsável pela qualidade do concreto, bem como assegurar suas principais

propriedades no estado endurecido ressalta-se que, o concreto dosado, misturado,

colocado em fôrmas, adensado e curado nas condições recomendadas pela boa técnica,

adquire propriedades importantes, tais como menor porosidade e permeabilidade e

maior durabilidade.

Desta forma, é possível assegurar a interação dos materiais para formação

da película passivadora. Os principais produtos de hidratação obtidos são os silicatos de

cálcio hidratado e o hidróxido de cálcio. O hidróxido de cálcio constitui um composto

com maior solubilidade do que os silicatos de cálcio hidratado, possibilitando a

formação de um líquido de elevado pH existente nos poros, que confere as condições

necessárias para formação da película passivadora que protege a armadura da corrosão.

A NBR 6118/2003, revisada recentemente, lançou mão de alguns

dispositivos com o intuito de alcançar maior durabilidade e um adequado

dimensionamento das estruturas, atentando-se para quatro classes de agressividade

ambiental, relacionadas às ações físicas e químicas que atuam sobre os elementos

estruturais inseridos em cada tipo de ambiente, a saber, rurais, urbanos, industriais e

marinhos.

Page 78: Monografia passivação das armaduras

Capítulo 5 – Considerações finais

66

De acordo com a NBR 6118/2003, a definição da classe de agressividade

ambiental passa a ser o ponto de partida que determinará o cobrimento da armadura e

abertura máxima de fissuras permitidas.

Desta forma, tratando-se da realidade brasileira, os profissionais da área de

construção civil devem estar sempre atentos a fim de resguardar a espessura do

cobrimento das armaduras, levando em consideração as espessuras adequadas quando as

mesmas estão inseridas em ambientes altamente corrosivos.

Uma vez instalado o fenômeno de corrosão das armaduras ou quando se

deseja verificar a presença desse tipo de manifestação patológico em determinado

elemento estrutural, o uso de técnicas eletroquímicas pode ser realizado a fim de

identificar o fenômeno de degradação instalado nas armaduras, possibilitando indicar o

método de reparo mais adequado à situação.

As técnicas de reparo tradicionais são aquelas que se baseiam na eliminação

do concreto contaminado e sua reconstituição geométrica mediante materiais de reparo.

Estas técnicas apresentam como principais inconvenientes a necessidade de mão-de-

obra especializada, bem como custos geralmente elevados.

Finalmente, deve-se atentar para a seriedade dos efeitos de corrosão sobre os

elementos estruturais de concreto armado, com vistas à produção e moldagem de

concretos que possuam características de durabilidade satisfatórias frente à atmosfera

em que esteja inserido, além de proceder inspeções de manutenção periódicas a fim de

evitar a propagação do fenômeno, minimizando custos e maximizando a segurança e

funcionalidade das estruturas.

Page 79: Monografia passivação das armaduras

Referências bibliográficas

67

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