( PDF ) Estudo de inibidores de corrosão em concreto armado, visando a melhoria na sua durabilidade

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA

PROGRAMA DE DOUTORADO EM

CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

TESE DE DOUTORADO

Estudo de Inibidores de Corrosão em Concreto

Armado, Visando a Melhoria na sua Durabilidade

Djalma Ribeiro da Silva

Orientador: Dr. Hélio Scatena Júnior

Agosto de 2006

Natal/RN

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E

ENGENHARIA DE MATERIAIS - PPGCEM

Estudo de Inibidores de Corrosão em Concreto

Armado, Visando a Melhoria na sua Durabilidade

Tese apresentada ao Programa de

Doutorado em Ciência e Engenharia de

Materiais da Universidade Federal do Rio

Grande do Norte como requisito para

obtenção do título de Doutor.

Doutorando: Djalma Ribeiro da Silva

Orientador: Dr. Hélio Scatena Júnior

Agosto de 2006

Natal/RN

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DEDICATÓRIA

Dedico este trabalho àqueles que com muito

amor e carinho souberam compreender a minha

ausência, incentivando-me para tornar suportável

os momentos difíceis enfrentados no transcorrer

desta tese e de formas diferentes deram forças

para sua conclusão, minha esposa Erênice

Rejânea de Medeiros Ribeiro, e aos meus

queridos filhos, Raíssa de Medeiros Ribeiro e

Rutênio de Medeiros Ribeiro.

AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar, agradeço a Deus que tem sido muito generoso comigo,

proporcionando-me saúde, paz, alegria e muita tranqüilidade durante esses anos.

Em especial ao Professor Dr. Hélio Scatena Júnior, pela imprescindível orientação,

dedicada a este trabalho, vinculada a profundos laços de amizade, que se fizeram presentes

em todos esses anos.

Aos demais colegas do Grupo de Eletroquímica e Corrosão do Departamento de

Química da UFRN, professores Jailson Vieira de Melo, Maria Gorette Cavalcante, Fabiana

Gonçalves e Maria de Fátima Vitória.

Aos meus ex-orientados da área e aos atuais: Alexandro Diógenes Barreto, Alexandre

Magno, Allison Alexandre Ribeiro, Almir Mirapalhêta, Ana Cecília Vieira da Nóbrega, Andréa

Francisca Fernandes Barbosa, Claúdia Virgínia Muniz, Emílio Silva, Evandro José de Oliveira

Bastos, Iêda Nedja Montenegro, José Martins Alves Neto, Maria das Vitórias Vieira, Michele

Portela Távora, Paulo José Macedo, Pollyanna Nunes, Tarcila Maria Pinheiro Frota e Yvis

Henrique de Oliveira.

Ao Sr. Francisco Braz do Laboratório de Construções pela dedicação e presteza durante

a preparação dos corpos-de-prova e ensaios de resistência.

A minha secretária, Maria de Jesus Braga, pela experiência repassada no auxílio

contínuo na revisão do texto.

Aos funcionários do Departamento de Química e do CCET, Alberto, Edmilson, Anísio,

Vera, Alderi, Nice, Aguiar e Renata, pela cooperação e amizade.

Ao Programa de Pós Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da UFRN pelas

facilidades concedidas no transcorrer da tese, sem as quais a realização desse trabalho não

seria possível

Agradeço também, em especial à PETROBRAS pelo financiamento de todos os

equipamentos do laboratório.

Enfim, a todos aqueles que direta ou indiretamente me ajudaram a realizar este trabalho.

SILVA, Djalma Ribeiro. “Estudo de inibidores de corrosão em concreto armado,

visando a melhoria na sua durabilidade”. Tese (Doutorado em Ciências e Engenharia

de Materiais), UFRN, Programa de Pós-Graduação em Ciências e Engenharia de

Materiais.

RESUMO

Esta tese tem como objetivo apresentar uma metodologia para avaliar o comportamento

dos inibidores de corrosão nitrito de sódio, molibdato de sódio, dicromato de sódio, bem

como a suas misturas, no processo de corrosão para o aço embutido no concreto

armado, através de diferentes técnicas eletroquímicas, bem como as propriedades

mecânicas desse concreto não convencional. Estudou-se a adição dos inibidores no

concreto nas proporções de 0,5 a 3,5 % em relação à massa do cimento, isolados e em

mistura, num traço 1,0:1,5:2,5 (cimento, areia e brita), superplastificante 2,0 % e relação

água/cimento 0,40. No concreto modificado foram realizados ensaios de resistência à

compressão, consistência e a absorção de água, enquanto que para analisar o aço

embutido no concreto foram efetuados ensaios de curvas de polarização. Foram

executados também ensaios de potencial de corrosão e resistência de polarização com

intuito de diagnosticar o início da corrosão das armaduras inseridas em corpos-de-prova

submetidos a uma exposição acelerada em ciclo de imersão e secagem ao ar.

Concluiu-se que, dentre os inibidores estudados, o nitrito de sódio, na proporção de 2,0

% em relação à massa do cimento, apresentou a melhor capacidade de proteção do

aço através de todas as técnicas estudadas e que a metodologia e as técnicas de

monitoramento utilizadas neste trabalho mostraram-se adequadas para avaliar o

comportamento e a eficiência dos inibidores.

Palavras-chave: Corrosão; concreto; nitrito de sódio; molibdato de sódio e dicromato de

sódio; durabilidade.

SILVA, Djalma Ribeiro. “Estudo de inibidores de corrosão em concreto armado,

visando a melhoria na sua durabilidade”. Tese (Doutorado em Ciências e Engenharia

de Materiais), UFRN, Programa de Pós-Graduação em Ciências e Engenharia de

Materiais.

ABSTRACT

This thesis has as objective presents a methodology to evaluate the behavior of the

corrosion inhibitors sodium nitrite, sodium dichromate and sodium molybdate, as well as

your mixture, the corrosion process for the built-in steel in the reinforced concrete,

through different techniques electrochemical, as well as the mechanical properties of

that concrete non conventional. The addition of the inhibitors was studied in the concrete

in the proportions from 0.5 to 3.5 % regarding the cement mass, isolated or in the

mixture, with concrete mixture proportions of 1.0:1.5:2.5 (cement, fine aggregate and

coarse aggregate), superplasticizers 2.0 % and 0.40 water/cement ratio. In the modified

concrete resistance rehearsals they were accomplished to the compression, consistence

and the absorption of water, while to analyze the built-in steel in the concrete the

rehearsals of polarization curves they were made. They were also execute, rehearsals

of corrosion potential and polarization resistance with intention of diagnose the

beginning of the corrosion of the armors inserted in body-of-proof submitted to an

accelerated exhibition in immersion cycle and drying to the air. It was concluded, that

among the studied inhibitors sodium nitrite , in the proportion of 2.0 % in relation to the

mass of the cement, presented the best capacity of protection of the steel through all the

studied techniques and that the methodology and the monitoring techniques used in this

work, they were shown appropriate to evaluate the behavior and the efficiency of the

inhibitors.

Key-words: Corrosion; concrete; sodium nitrite; sodium dichromate; sodium molybdate;

durability.

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 Evolução da resistência à compressão em função do tempo dos compostos

principais do cimento Portland adaptada de (FERNÁNDEZ CÁNOVAS,1988) 25

Figura 2.2 Influência da relação água/cimento sobre a profundidade de carbonatação,

após 3 anos de experimentos ( VENUAT, 1977) 38

Figura 2.3 Comportamento frente a profundidade e fator a/agl na análise do teor de Cl

totais (KULAKOWSKI, 1994). 39

Figura 2.4 Gráfico de resistência à compressão (MPa) versus consumo de cimento

(kg/m

) adaptada de (ALMEIDA, 1996) 40

Figura 2.5 Efeito do tipo de cura na resistência à compressão (DAL MOLIN, 1995) 42

Figura 2.6 Representação diagramática da zona de transição e da matriz da pasta

de cimento hidratada de um concreto de resistência normal

(METHA & MONTEIRO, 1994) 47

Figura 2.7

Aumento médio da resistência com o tempo para concretos de alta, média

e baixa resistência (CARRASQUILLO et al. 1981)

Figura 2.8

Aumento médio da resistência à compressão para concretos com adições

de sílica ativa adaptada de (DAL MOLIN, 1995)

Figura 2.9

Evolução do crescimento da resistência à compressão em função do tempo

para concretos com e sem adição de sílica ativa (DAL MOLIN, 1995)

Figura 2.10

Gráfico da resistência à compressão (MPa) versus o teor de sílica ativa (%)

para um microconcreto no traço 1:2:3, relação a/c 0,7 (BARRETO, 1997)

Figura 2.11

Gráfico da resistência à compressão (MPa) versus consumo de cimento

(kg/m

) adaptada de (ALMEIDA, 1996)

Figura 2.12 Resistência à compressão versus a variação do percentual de inibidor

adaptada de (MUNIZ, 1996) 55

Figura 2.13

Resistência à compressão versus porcentagem nominal de cloretos

Adaptada de (LUZ, 1999)

Figura 3.1 Célula de corrosão eletroquímica em concreto armado adaptada de

(HELENE, 1993) 70

Figura 3.2

Diagrama de Pourbaix de equilíbrio termodinâmico. Potencial versus pH

para o sistema

OHFe

 a 25 ºC, delimitando os domínios prováveis de

corrosão, passivação e imunidade adaptada de (HELENE, 1986)

Figura 3.3

Efeitos da carbonatação através da superfície e de fissuras existentes no

concreto adaptada de (PRUDÊNCIO, 1986)

Figura 3.4

Representação esquemática da carbonatação em poros totalmente

Vazios adaptada de (FARIAS, 1991)

Figura 3.5

Representação esquemática de carbonatação em poros totalmente

Cheios adaptada de (FARIAS, 1991)

Figura 3.6

Representação esquemática de carbonatação em poros parcialmente

preenchidos adaptada de (FARIAS, 1991)

Figura 3.7 Formas de apresentação dos íons cloreto nas estruturas de concreto

Adaptada de (FARIAS, 1991)

Figura 3.8 Ilustração das curvas anódicas e catódicas adaptada de (ALMEIDA, 1996) 87

Figura 3.9 Diagrama de Tafel adaptada de (FÓFANO, 2000) 90

Figura 4.1 Influência da concentração de Benzoato de Sódio no pH mínimo necessário

para inibição ( solução aerada) adaptada de (DAVIES & SLAIMAN, 1971) 117

Figura 5.1 Aspecto do superplastificante utilizado nos experimentos 142

Figura 5.2 Aspecto do nitrito de sódio utilizado na realização dos experimentos 143

Figura 5.3 Aspecto do molibdato de sódio utilizado nos experimentos 143

Figura 5.4 Aspecto do dicromato de sódio utilizado nos experimentos 143

Figura 5.5

Arranjo experimental para cura dos corpos-de-prova utilizados nas medidas

eletroquímicas

151

Figura 5.6 Cela eletroquímica usada nos experimentos de curvas de polarização 152

Figura 5.7 Potenciostato utilizado nos experimentos de curva de polarização e

resistência de polarização 153

Figura 5.8 Arranjo experimental utilizado nos experimentos de resistência de

polarização 155

Figura 5.9 Arranjo experimental e equipamento utilizado nas medidas da evolução do

potencial de corrosão 159

Figura 6.1 Valores médios do abatimento (mm) versus percentual dos inibidores de

corrosão, bem como suas misturas 162

Figura 6.2 Valores médios da resistência à compressão (MPa) versus percentual dos

inibidores de corrosão, bem como de suas misturas, após 28 dias de cura. 164

Figura 6.3 Valores médios da absorção de água (%) versus percentual dos inibidores

nitrito, dicromato, molibdato e misturas (%) 165

Figura 6.4 Curva de Tafel experimental da polarização do traço referência (sem

inibidores) para o eletrodo de referência Ag/AgCl. Potencial (mV) versus

logaritmo da densidade da corrente (A.cm

-2

) 166

Figura 6.5 Valores médios da densidade de corrente de corrosão (µAcm

-2

) versus

percentual dos inibidores nitrito, molibdato, dicromato e as misturas (%). 167

Figura 6.6 Evolução da taxa de corrosão (µAcm

-2

) com o tempo (dias), para o concreto

referência e o concreto com adição de 2 % dos inibidores nitrito, molibdato e

dicromato 168

Figura 6.7 Evolução da taxa de corrosão (µAcm

-2

) com o tempo (dias), para o concreto

referência e o concreto com adição de 2 % das misturas nitrito/molibdato,

nitrito/dicromato e molibdato/dicromato 170

Figura 6.8 Evolução do potencial de corrosão em corpos-de-prova de concreto com 2

% dos inibidores nitrito, molibdato e dicromato e sem inibidor 172

Figura 6.9 Evolução do potencial de corrosão em corpos-de-prova do concreto de

referência e aditivado com 2 % das misturas nitrito/molibdato,

nitrito/dicromato e molibdato/dicromato 172

Figura 6.10 Eficiência máxima dos inibidores de corrosão nitrito, dicromato, molibdato e

as misturas nitrito/molibdato, nitrito/dicromato e molibdato/dicromato em (%) 174

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 Variação do tempo de início da corrosão (RASHEEDUZZAFAR, 1992) 34

Tabela 2.2

Critérios de avaliação da absorção de água do concreto segundo o

CEB – 192

Tabela 2.3

Redução na permeabilidade da pasta de cimento (relação a/c =0,7)

com a evolução da hidratação (POWERS et al. 1974)

Tabela 2.4

Comparação entre permeabilidade de rochas e pastas de cimento

(POWERS, 1958)

Tabela 2.5

Critérios de avaliação da permeabilidade à água do concreto segundo o

CEB -192

Tabela 3.1

Critérios de avaliação dos resultados das medidas de potenciais de

acordo com a ASTM C 876 (1999)

Tabela 4.1 Resultados dos testes de consistência 105

Tabela 4.2 Propriedades de alguns molibdatos simples (VUKASOVICH & FARR, 1986

apud HOPE & IP, 1990) 115

Tabela 5.1 Resumo das variáveis da pesquisa 135

Tabela 5.2 Resumo da simbologia usada na identificação de Corpos-de-prova 136

Tabela 5.3 Caracterização química do cimento Portland CP II - F - 3 2 138

Tabela 5.4 Caracterização física do cimento Portland CP II - F - 3 2 138

Tabela 5.5 Caracterização granulométrica do agregado graúdo (brita granítica) 139

Tabela 5.6 Caracterização granulométrica do agregado miúdo 140

Tabela 5.7 Dados técnicos do superplastificante 141

SUMÁRIO

DEDICATÓRIA

AGRADECIMENTOS

RESUMO

ABSTRACT

LISTA DE FIGURAS

LISTA DE TABELAS

INTRODUÇÃO E OBJETIVOS

iii

vii

2. DURABILIDADE DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO 23

2.1 INTRODUÇÃO 23

2.2 MATERIAIS CONSTITUINTES DO CONCRETO 24

2.2.1 Cimento Portland 24

2.2.2 Agregados 26

2.2.3 Água de amassamento 29

2.2.4 Aditivos 30

2.2.4.1 Aditivos minerais 31

2.2.4.2 Cinza Volante 32

2.2.4.3 Cinza de Casca de Arroz 32

2.2.4.4 Fumo de Sílica 32

2.2.5 Aditivos Químicos 34

2.2.5.1 Superplastificantes 35

2.3 PROPRIEDADES DO CONCRETO RELACIONADAS À DURABILIDADE 36

2.3.1 Relação água/cimento 37

2.3.2 Adensamento 40

2.3.3 Cura 41

2.3.4 Trabalhabilidade 43

2.3.5 Retração 44

2.3.6 Estrutura da Zona de Transição 45

2.3.7

Fissuras 47

2.3.8 Resistência à Compressão 49

2.3.9 Absorção de Água 58

2.3.10 Permeabilidade 62

2.3.11 Resistividade 64

3. CORROSÃO DAS ARMADURAS NO CONCRETO 67

3.1 INTRODUÇÃO 67

3.2 CÉLULA DE CORROSÃO EM CONCRETO ARMADO 70

3.2.1 Diferença de Potencial 71

3.2.2 Eletrólito 72

3.2.3 Oxigênio 72

3.2.4 Agentes Agressivos 73

3.3 FORMAS DE CORROSÃO 73

3.4 PASSIVAÇÃO 75

3.5 DESPASSIVAÇÃO 77

3.6 CARBONATAÇÃO 77

3.7 ÍONS CLORETOS (Cl

) 81

3.8 TÉCNICAS PARA AVALIAÇÃO DA CORROSÃO NO CONCRETO 85

3.8.1 Curvas de polarização 86

3.8.1.1 Fundamentos das reações de eletrodo 88

3.8.2 Resistência de polarização 92

3.8.3 Potencial de corrosão 94

4. INIBIDORES DE CORROSÃO 97

4.1 DEFINIÇÕES 97

4.2

CLASSIFICAÇÃO DOS INIBIDORES DE ACORDO COM A SUA

COMPOSIÇÃO QUÍMICA: ORGÂNICOS E INORGÂNICOS 98

4.2.1 Inibidores orgânicos 98

4.2.2. Inibidores inorgânicos 99

4.3

CLASSIFICAÇÃO DOS INIBIDORES DE CORROSÃO DE ACORDO

COM SEU MECANISMO DE ATUAÇÃO 99

4.3.1 Inibidores Anódicos 99

4.3.1.1 Exemplos de alguns inibidores anódicos para o aço em meios alcalinos 100

4.3.2 Inibidores Catódicos 100

4.3.2.1 Exemplos de alguns inibidores catódicos para o aço em meios alcalinos 100

4.3.3 Inibidores mistos 100

4.3.3.1 Exemplos de alguns inibidores mistos para o aço em meios alcalinos 100

4.4 O ESTADO DA ARTE 101

4.5 PESQUISAS COM INIBIDORES DE CORROSÃO NO BRASIL 123

4.6 INIBIDORES UTILIZADOS NA TESE 124

4.6.1 Nitrito de sódio 125

4.6.2 Molibdato de sódio 127

4.6.3 Dicromato de sódio 128

4.7 EFICIÊNCIA DOS INIBIDORES DE CORROSÃO 130

5. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS 132

5.1 INTRODUÇÃO 132

5.2 CONSIDERAÇÕES INICIAIS 132

5.3 VARIÁVEIS ENVOLVIDAS NO PROJETO EXPERIMENTAL 133

5.3.1 Variáveis independentes 133

5.3.2 Variáveis dependentes 135

5.4 SIMBOLOGIA UTILIZADA 136

5.5

PROPORCIONAMENTO DOS MATERIAIS

136

5.5.1 Ajuste de traço 136

5.6

ENSAIOS PARA CARACTERIZAÇÃO DO CONCRETO NO ESTADO

PLÁSTICO E ENDURECIDO 137

5.6.1 Seleção e caracterização dos materiais 137

5.6.1.1 Cimento Portland CP - 32 - F 137

5.6.1.2 Agregado graúdo 139

5.6.1.3 Agregado miúdo 139

5.6.1.4 Água de amassamento utilizada 140

5.6.1.5 Aditivo superplastificante 141

5.6.1.6 Inibidores de corrosão 142

5.6.2 Confecção e moldagem dos corpos-de-prova 144

5.6.2.1 Planejamento experimental 144

5.6.2.2 Moldagem do Concreto 144

5.6.2.3 Cura 145

5.6.3 Ensaios realizados 145

5.6.3.1 Consistência do concreto fresco 146

5.6.3.2 Absorção de água 146

5.6.3.3 Resistência à compressão 147

5.7 ESTUDOS EXPERIMENTAIS ELETROQUÍMICOS 148

5.7.1 Materiais utilizados 148

5.7.2 Preparação das barras de aço 148

5.7.3 Confecção e moldagem dos corpos-de-prova para os ensaios

eletroquímicos

149

5.7.3.1 Planejamento 150

5.7.3.2 Moldagem 150

5.7.3.3 Cura 150

5.7.3.4 Condicionamento dos corpos-de-prova 151

5.7.4 Descrição dos materiais utilizados na célula eletroquímica 151

5.7.4.1 Eletrodo de trabalho 151

5.7.4.2 Eletrodo de referência 152

5.7.4.3 Contra-eletrodo 152

5.7.4.4 Cela eletroquímica 152

5.7.5 Metodologia experimental dos ensaios eletroquímicos 153

5.7.5.1 Curvas de polarização 153

5.7.5.2 Obtenção das curvas de polarização 154

5.7.5.3 Medidas da resistência de polarização 155

5.7.5.4 Medidas de potencial de corrosão 157

6. RESULTADOS E DISCUSSÕES 161

6.1 INTRODUÇÃO 161

6.2 PROPRIEDADES DO CONCRETO NO ESTADO PLÁSTICO E

ENDURECIDO

161

6.2.1 Trabalhabilidade 161

6.2.2 Resistência à compressão 163

6.2.3 Absorção de água 165

6.3 MEDIDAS ELÉTRICAS 166

6.3.1 Curvas de polarização 166

6.3.2 Resistência de polarização 168

6.3.3 Potencial de corrosão 171

6.4 CÁLCULO DAS EFICIÊNCIAS DOS INIBIDORES E MISTURAS E UMA

BREVE DISCUSSÃO 174

7. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS 177

7.1

CONCLUSÕES

177

7.2 SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS 180

8. REFERÊNCIAS

181

Capítulo 1

Introdução e Objetivos

Capítulo 1. Introdução e Objetivos

Djalma Ribeiro da Silva

1. INTRODUÇÃO E OBJETIVOS

Varias são as vezes em que o profissional de engenharia civil se vê diante

de um problema de corrosão de armaduras nas estruturas de concreto armado.

Devido à enorme complexidade do processo, em muitas situações não é fácil nem

tão rápido justificar o porquê de uma estrutura corroída entre tantas outras, em

tudo semelhantes e similares, não apresentarem todas o mesmo problema.

A corrosão nas armaduras de concreto armado é um fenômeno de

natureza predominantemente eletroquímica, pois ocorrem na presença de água,

íons e oxigênio. Além disso, pode ser acelerada por uma série de outros fatores

intrínsecos – espessura do recobrimento, permeabilidade do concreto,

resistividade elétrica, tipo de cimento, areia e brita utilizada – os quais têm

importante papel na velocidade de corrosão. O ambiente onde a estrutura se

encontra inserida também tem uma grande influência sobre o desenvolvimento

desse fenômeno.

Para que a corrosão eletroquímica se manifeste nas armaduras do

concreto, é necessária a presença de pelo menos um eletrólito e o oxigênio

dissolvido no mesmo. A corrosão pode ser ainda mais acentuada se, além destes

fatores, tivermos a presença de cloretos, sulfatos e/ou outros gases atmosféricos.

Diante dessa problemática buscou-se estudos que aumentasse a

resistência do concreto de cimento Portland, baseado no fato que sua aplicação

tem aumentado de maneira significativa nos últimos vinte anos em todo mundo.

No Brasil, a utilização do concreto de média e alta resistência é nascente, mais já

existem no mercado nacional várias empresas que fornecem aditivos químicos e

minerais necessários para fabricação destes concretos. Há também vários

pesquisadores nos Centros de Pesquisas e nas Universidades, realizando

ensaios com materiais nacionais, de tal modo que a tecnologia disponível permite,

ao menos ao nível de laboratório, obter resistências da ordem de 100 MPa. Sem

dúvida, as normas atuais, as especificações de projetos e as metodologias de

cálculo e execução, com base em testes de elementos e estruturas em concreto

convencional com resistência de até 30 MPa não são adequadas para concretos

com resistências mais elevadas. Com a utilização gradual da tecnologia para

produção de concreto de alta resistência e com a modernização das normas e

Capítulo 1. Introdução e Objetivos

Djalma Ribeiro da Silva

especificações de projetos, assim como pelo fato destes concretos apresentarem

também menor porosidade e permeabilidade, quando comparados ao concreto

convencional, esses concretos apresentam um melhor desempenho

Com o desenvolvimento dos grandes centros urbanos e a conseqüente

construção de edifícios cada vez mais altos na orla marítima, buscou-se estudar a

substituição do aço pelo concreto, até onde era possível. Esses estudos

acabaram por proporcionar uma melhoria significativa nas propriedades do

concreto como material de construção. Por meio de um controle tecnológico mais

apurado na seleção dos materiais e notadamente na confecção, foi possível

aumentar significantemente as resistências à compressão nas várias idades dos

concretos. Com base nessas mudanças em relação a qualidade do concreto, que

partiram dos laboratórios e depois ganharam as obras, começou-se a adotar

nomenclaturas diversas para os “superconcretos”, entre elas o concreto de alto

desempenho ao qual alguns autores os denominam de concretos de alta

durabilidade, associando a resistência do concreto à durabilidade. Porém isso

nem sempre ocorre, pois dependendo da agressão atmosférica onde a edificação

está inserida esses concretos mesmo com elevadas resistências, têm suas

armaduras corroídas, ou seja, mesmo com estudos desenvolvidos dentro de

instituições de pesquisas o problema da durabilidade das estruturas não estava

resolvido.

Devido à essa realidade e a necessidade de melhorar a vida útil das

estruturas do concreto armado é que na última década houve um crescimento

substancial do estudo da corrosão no mundo e, em parte, este acréscimo deve-se

ao estudo da corrosão nas armaduras do concreto. Esse estudo nasceu do

pensamento errôneo de que as estruturas de concreto armado, ao longo do

tempo, apresentavam uma melhora nas suas propriedades mecânicas e, como

conseqüência, denotava uma falta de manutenção preventiva ou mesmo a

ausência de preocupação em projetar-se estruturas adequadas para ambientes

agressivos.

Acabou-se por encontrar na barra de aço que está inserida na estrutura de

concreto armado, a principal causa de diminuição da vida útil das estruturas. A

degradação da barra de aço é ainda um problema sem solução definitiva, mas

tem motivado muitos estudos do comportamento de todos os meios que

interagem com o sistema. Dentre eles: o cimento, que confere ao concreto um

Capítulo 1. Introdução e Objetivos

Djalma Ribeiro da Silva

ambiente altamente alcalino (pH  12,5) no qual a armadura de aço se encontra

inserida; a água, material que promove as reações entre o aglomerante e os

agregados e a fina camada de passivação que, em condições ideais, protege a

superfície da barra de aço do concreto de quaisquer agentes agressivos que

possam surgir e dar início ao processo corrosivo.

A química tecnológica aplicada à construção civil é hoje um dos ramos do

conhecimento que tem crescido em ritmo acelerado, buscando ampliar e

compreender os problemas de corrosão que ocorre no concreto armado.

A divulgação dessas pesquisas, através de congressos, revistas

tecnológicas e científicas, tem trazido para dentro da sala de aula, assuntos que

despertam muito o interesse dos estudantes e profissionais da área da construção

civil. Esses profissionais deparam-se, portanto com uma realidade bastante

peculiar, os problemas da corrosão na construção civil, dos quais se necessita de

atualização e adequação às novas tecnologias e exigências do mercado

buscando resolver esses problemas com o uso de materiais alternativos de boa

qualidade e de melhor custo-benefício.

Com o surgimento cotidianamente de novos problemas de corrosão nas

armaduras de aço do concreto convencional, diversas pesquisas vêm sendo

realizadas visando o aumento do aspecto da durabilidade. Com o objetivo de

contribuir nessa área, é estudada nessa tese a dosagem de um concreto não

convencional, que seria o convencional acrescido de aditivos químicos, como

redutor de água e os inibidores de corrosão. Para dosagem desses aditivos

tornou-se imprescindível a interação da Engenharia de Estruturas com uma

ciência de fundamental importância no mundo moderno: a Química. Surge daí

uma corrente de estudos muito próspera que dá ênfase ao uso de inibidores para

retardar o início das reações de corrosão. Na fase inicial desses estudos os

inibidores serão utilizados na confecção de corpos-de-prova de concreto para

avaliar a influência de cada um deles quando empregados em conjunto com o

cimento, assim como seus efeitos sobre a fluidez e as propriedades mecânicas e

elétricas do concreto, como também suas propriedades terapêuticas em relação à

corrosão.

A presente tese vem somar-se a outras pesquisas experimentais visando-

se produzir uma dosagem otimizada, de concreto que reúna qualidade e

durabilidade associadas a um menor custo de produção. Neste sentido, este

Capítulo 1. Introdução e Objetivos

Djalma Ribeiro da Silva

trabalho é parte da nossa contribuição científica e tecnológica a esses objetivos e

nossa tese será apresentada na seguinte seqüência.

O Capítulo 1 A introdução apresenta uma visão geral dos problemas

enfrentados pela construção civil relacionados com a corrosão nas armaduras de

concreto armado.

O Capítulo 2 contém uma visão geral para o caso específico da

Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado, abordando os materiais

constituintes e suas propriedades relacionadas à sua durabilidade,.

O Capítulo 3 ressalta a importância sobre os custos da corrosão, definições

e formas de corrosão, apresentando ainda algumas teorias para o início da

reações de corrosão e as principais técnicas de avaliação da corrosão no aço das

armaduras do concreto.

O Capítulo 4 apresenta uma revisão completa sobre a utilização de

inibidores de corrosão nas armaduras de concreto armado com definições,

classificações, mecanismos de atuação dos principais inibidores e como

determinar a sua eficiência.

O Capítulo 5, além da usual descrição dos procedimentos experimentais

utilizados, expõe-se detalhadamente uma metodologia de trabalho para

caracterização do concreto no estado fresco e endurecido e reúne também, todas

as técnicas eletroquímicas utilizadas.

O Capítulo 6 mostra os resultados obtidos na forma de gráficos e tabelas,

sobre todos os resultados experimentais, conjuntamente com as interpretações e

discussões dos mesmos.

Finalmente, o Capítulo 7 contém um resumo de todas as conclusões que

se chegou neste trabalho e proposta para trabalhos futuros.

Capítulo 2

Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

2. DURABILIDADE DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO

2.1 INTRODUÇÃO

Segundo o comitê 201 do American Concrete Institute, a durabilidade do

concreto de cimento Portland é definida como a sua capacidade de resistir à ação das

intempéries, ataques químicos, abrasão ou qualquer outro processo de deterioração

isto é, o concreto durável conservará a sua forma original, qualidade e capacidade de

utilização quando exposto ao seu meio ambiente. Considera-se que o concreto atingiu

o fim de sua vida útil, quando o seu uso é considerado inseguro e sua recuperação é

economicamente inviável.

A norma ASTM E 632 (1998) define a durabilidade, de forma genérica, como

sendo a capacidade de manter em serviço um produto, componente, conjunto ou

construção durante um tempo determinado.

Para o caso específico do concreto e das construções à base de concreto,

GASPAR (1988) define a durabilidade como a capacidade de manter em serviço e com

segurança uma estrutura, durante um tempo especificado ou período de vida útil em

um determinado meio ou entorno, mesmo que este meio seja desfavorável ao concreto.

O autor acrescenta, ainda, que a durabilidade das estruturas de concreto armado é

função de uma série de fatores relacionados com a qualidade do concreto e sua

interação com o ambiente externo.

De acordo com FIGUEIREDO (1994), os processos que podem levar à redução

da durabilidade do concreto armado são muitos 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.

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

2.2 MATERIAIS CONSTITUINTES DO CONCRETO

O concreto é um compósito constituído basicamente por agregados miúdos e

graúdos, dispersos em uma matriz formada pelas reações químicas durante a

hidratação do cimento Portland pela água. O compósito é bastante heterogêneo, muito

complexo e possui elevada resistência à compressão e uma alta alcalinidade.

2.2.1 Cimento Portland

O cimento Portland é constituído, basicamente, de calcário, alumina e óxido de

ferro que quando adicionados em proporções adequadas e essa mistura é finamente

triturada, homogeneizada e submetidas a altas temperaturas produzindo clínquer,

ocorrem as combinações químicas que levam à formação dos principais compostos do

cimento: silicato dicálcico, tricálcico, aluminato tricálcico e ferro aluminato tetracálcico.

Além dos compostos principais existem os secundários, como os óxidos de magnésio,

titânio, mangânes, potássio e de sódio, os quais representam pequena porcentagem da

massa do cimento (BLICK et al. 1974); (BAUER, 1987); (MEHTA & MONTEIRO,

1994); (NEVILLE, 1997). .

O cimento Portland é definido pela ASTM C 150 (1991) como um

aglomerante hidráulico produzido pela moagem do clínquer, que consiste

essencialmente de silicatos de cálcio hidráulicos, usualmente com uma ou mais formas

de sulfato de cálcio como um produto de adição. Os clínqueres são nódulos de 5mm a

25 mm de diâmetro, obtidos durante a sinterização de uma mistura envolvendo as

matérias primas de composição do cimento.

O cimento Portland tem como constituintes fundamentais os óxidos de:

alumínio, Al

, silício, SiO

, cálcio, CaO, ferro, Fe

magnésio, MgO e anidrido

sulfúrico, SO

Segundo os pesquisadores BAUER (1987), GIAMUSSO (1992), MEHTA &

MONTEIRO (1994), os principais compostos e respectivos teores médios encontrados

nos cimentos Portland produzidos no Brasil são os seguintes:

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

x Silicato tricálcico (3CaO.SiO

; 42 a 60 %), representado por C

S: é o principal

responsável pela resistência em todas as idades, especialmente até o fim do

primeiro mês de cura.

x Silicato dicálcico (2CaO.SiO

; 14 a 35 %), representado por C

S: muito embora sua

contribuição na formação da resistência mecânica do cimento também seja grande,

o desenvolvimento desta se dá de forma mais lenta do que para o C

S nas

primeiras idades do concreto (SOUZA, 1999).

x

Aluminato tricálcico (3CaO.Al

; 6 a 13 %), representado por C

A: contribui para

resistência principalmente no primeiro dia.

x Ferro aluminato tetracálcico (4CaO.Al

.Fe

; 5 a 10 %), representado por C

AF:

reage rapidamente com a água, mas não tem uma contribuição significante para a

resistência do concreto (TUUTTI, 1982).

0 60 120 180 240 300 360

Idade (Dias)

Resistência à Compressão (MPa)

C2S C3S C3A C4AF

Figura 2.1 - Evolução da resistência à compressão em função do tempo dos compostos

principais do cimento Portland adaptada de (FERNÁNDEZ CÁNOVAS, 1988).

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

As principais reações químicas do cimento com água, chamada de hidratação

do cimento, são de fundamental importância na determinação das propriedades físicas

e estruturais dos concretos e argamassas.

Durante a hidratação, os C

S e C

S reagem com a água para produzir os

silicatos de cálcio hidratados (CSH) e hidróxido de cálcio, segundo as reações abaixo

(PRUDÊNCIO, 1986; ACI 222 R 96).

2 (3CaO.SiO

) + 6H

O ĺ 3 CaO.2Si O

.3H

O + 3 Ca(OH)

(2.1)

2 (2CaO.SiO

) + 4H

O ĺ 3 CaO.2Si O

.3H

O + Ca(OH)

(2.2)

No Brasil são produzidos diversos tipos de cimento com as mais variadas

características mecânicas, físicas e químicas. Atualmente os cimentos produzidos no

país são os cimentos Portland comum, comum com adições, de alto-forno, composto,

pozolânico e de alta resistência inicial. Dentro destas categorias, são fabricados ainda

cimentos resistentes a sulfatos (SOUZA, 1999).

De acordo com os estudos realizados por RAMOS (1995), o concreto produzido

com cimento de alto forno apresenta coeficiente de difusão a cloretos menor do que o

produzido com cimento comum, resultando em estruturas de concreto com maior

resistência à corrosão por ação de cloretos.

Desta forma, com toda esta variedade de cimentos, deve-se escolher o tipo que

melhor se adeque às condições de uma determinada obra garantindo, desta forma, um

maior desempenho das argamassas e concretos, proporcionando uma maior vida útil

para as construções.

2.2.2 Agregados

O agregado pode ser definido como um material inerte, granular, tal como pedra

e areia, natural ou manufaturado, encontrado com diferentes granulometrias, o qual

quando misturado a um material aglomerante (cimento) e água, formam argamassas e

concretos.

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

MEHTA & AITCIN (1990) cita como agregados naturais para concreto: areia,

pedregulho e pedra britada, e como exemplo de agregados artificiais: rejeitos

industriais escória de alto-forno e cinza volante.

Segundo MEHTA & MONTEIRO (1994), a influência dos agregados é pequena

na resistência do concreto, quando se utilizam agregados de densidade normal, para

produção de concretos convencionais. Por outro lado, a fase dos agregados é a maior

responsável pela estabilidade dimensional e módulo de deformação do concreto.

Estudos realizados por vários pesquisadores MEHTA & AITCIN (1990) e

GONÇALVES (2000), comprovaram que à medida em que se eleva a resistência do

concreto, o agregado passa a ter uma influência mais significativa na limitação da

resistência à compressão.

Quanto à sua origem, os agregados podem ser classificados como naturais ou

artificiais, estando incluído neste último caso todos os agregados que necessitam de

um preparo prévio através de processos industriais.

Pode-se citar como exemplo de agregados naturais, a pedra marroada, que

consiste em blocos de rocha com dimensões médias de 30 cm, a pedra britada,

pedrisco, pedregulho, areia, filler (partículas minerais com dimensões inferiores a 0,075

mm), pó de pedra e brita corrida (SILVA,1991). De acordo com o autor, os agregados

são classificados pelo tamanho de suas partículas em :

x Agregado miúdo - quando os grãos de maior tamanho ultrapassam no mínimo 85%

na peneira n

4 ( 4,8 mm ).

x Agregado graúdo - quando pelo menos 85% dos seus menores grãos ficam

retidos na peneira n

4 ( 4,8 mm ).

Os agregados também podem ser classificados de acordo com a sua densidade

em leves, normais e pesados.

Os agregados são relativamente baratos e não reagem quimicamente com a

água, sendo tratado usualmente como um material de enchimento inerte no concreto.

Entretanto, devido ao crescente conhecimento do papel desempenhado pelos

agregados na determinação de muitas propriedades importantes do concreto, este

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

ponto de vista tradicional dos agregados como materiais inertes está sendo seriamente

questionado (MEHTA, 1994).

Os agregados ocupam cerca de 70 a 80 % do volume total dos concretos

e, portanto, pode-se esperar que tenham importante influência sobre suas propriedades

(FERNÁNDEZ CÁNOVAS, 1988).

Segundo MEHTA (1994) as características dos agregados que são mais

importantes para a tecnologia do concreto incluem a porosidade, composição

granulométrica, absorção de água, forma e textura superficial das partículas,

resistência à compressão, resistência à abrasão, módulo de elasticidade e os tipos de

substâncias deletérias presentes. Estas características derivam da composição

mineralógica da rocha matriz, das condições de exposição às quais a rocha foi

submetida antes de gerar o agregado e dos tipos de operação e equipamentos

utilizados para produção do agregado.

Nota-se, para uma determinada relação a/c, que a resistência de um concreto

pode ser aumentada significativamente apenas reduzindo a dimensão máxima

característica do agregado graúdo, devido às modificações na microestrutura da zona

de transição pasta-agregado. Desta forma, é observada uma tendência ao uso de

agregado graúdo com dimensão máxima inferior a 19 mm. Portanto, a limpeza e a

seleção rigorosa destes materiais devem ser colocadas em primeiro plano quando da

confecção do concreto (MEHTA & MONTEIRO, 1994); (PEREIRA NETO, 1994);

(NAWY, 1996); (OLIVEIRA, 2000).

A justificativa para o aumento da resistência à compressão quando são usados

agregados graúdos de menores dimensões e, conseqüentemente, maiores áreas

superficiais, pode estar relacionada às alterações ocorridas na zona de transição pasta-

agregado. A utilização de agregados de granulometria menor resulta em menores

espessuras na zona de transição e uma diminuição da relação a/c na periferia do

agregado, promovendo uma melhor distribuição interna para contato que contribui para

o aumento da resistência à compressão do concreto (BAALBAKI et al. 1991).

Na inexistência de um método aceito de dosagem para concretos de alta

durabilidade, são recomendados os agregados miúdos com módulo de finura

(determinado através do ensaio de granulometria) entre 2,5 e 3,2 de maneira a

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

melhorar a fluidez do concreto fresco. A demanda de água na mistura está relacionada

ao índice de vazios da areia (NAWY,1996). Segundo NEVILLE (1997) é essencial que

o agregado miúdo seja arredondado e mantenha uniformidade granulométrica porque

as misturas usadas em concretos de alta durabilidade têm um teor elevado de

partículas de diâmetros pequeno necessitando de mais água para manter a mesma

fluidez levando a uma menor resistência.

2.2.3 Água de Amassamento

Água de amassamento é a denominação dada à água utilizada para confecção

do concreto. A sua qualidade é um fator muito importante que deverá ser levado em

conta quando se deseja obter um concreto de boa qualidade, pois a presença de

impurezas na água pode afetar o tempo de pega do cimento, a resistência à

compressão do concreto, a ocorrência de eflorescência e a corrosão da armadura,

dentre outros tipos de manifestações. Geralmente os defeitos do concreto provenientes

da água estão relacionados com sua quantidade e não com sua qualidade (SILVA,

1991).

Embora geralmente seja satisfatório o uso de água potável para amassamento,

existem algumas exceções, por exemplo, em algumas regiões semi áridas a água

potável é salobra e pode conter uma quantidade excessiva de cloretos. Ao contrário,

algumas águas não adequadas para o consumo humano podem, muitas vezes, ser

usadas satisfatoriamente para o preparo do concreto.

Não se deve julgar uma água para o preparo do concreto pela sua cor ou odor.

Antes do início da dosagem, é necessário fazer ensaios comparativos do tempo de

pega, resistência mecânica e estabilidade do volume (SILVA, 1991).

Segundo a norma NBR 6118 (1978), a água utilizada na confecção de concreto

armado deverá atender aos seguintes limites:

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

x 5,8



8,0

x resíduo sólido  5000 mg/l

x

cloretos (Cl

)  500 mg/l

x matéria orgânica



3 mg/l

x sulfatos (SO

-2

)  300 mg/l

x

açúcar  5 mg/l

De acordo com o Comitê do ACI 363 (1984), os requisitos de qualidade da água

para os concretos de alta durabilidade são os mesmos que para os concretos

convencionais. A água potável distribuída pelas Companhias Públicas de

Abastecimento raramente contém sólido dissolvido excedendo 1000 ppm. Sendo

assim, reconhece-se que a água potável é a mais adequada à produção do concreto de

boa qualidade.

2.2.4. Aditivos

Segundo MEHTA (1994), as propriedades do concreto - tanto no estado fresco

como no endurecido - podem ser modificadas pela adição de certos materiais às

misturas de concreto e são responsáveis pelo enorme crescimento da indústria de

aditivos durante os últimos 40 anos. É muito comum o fato que 80 % de todo concreto

produzido na atualidade contenha um ou mais aditivos; portanto, é muito importante

que os engenheiros civis estejam familiarizados com os aditivos comumente

empregados e conheçam suas aplicações e limitações.

De acordo com a norma ASTM C 125 (1992), o aditivo pode ser definido como

uma substância, que além da água, agregados, cimentos hidráulicos e fibras,

empregados como constituintes do concreto ou argamassa e adicionado

imediatamente, antes ou durante o amassamento, tem como finalidade melhorar ou

incorporar uma nova propriedade ao concreto ou argamassa, tanto no estado fresco

como no endurecido.

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

São várias as finalidades com que os aditivos são empregados no concreto

como, por exemplo, aumentar compacidade e a resistência aos esforços mecânicos,

melhorar a trabalhabilidade, diminuir a retração, preparar concretos leves entre outras

(SILVA, 1991).

Atualmente não se concebe mais dosar concretos sem o uso de pelo menos

um aditivo, isto devido ao crescente nível de resistência especificado pelos projetos e

ao fator primordial que é a durabilidade das obras. Em alguns países como Canadá,

Austrália e Estados Unidos, de 70 a 80 % da produção atual de concretos contêm um

ou mais tipos de aditivos (MEHTA, 1994).

Com relação à sua classificação, os aditivos podem ser do tipo mineral ou

químico.

2.2.4.1 Aditivos Minerais

Aditivos minerais são materiais silicosos finamente moídos, adicionados ao

concreto em quantidades relativamente grandes, geralmente na faixa de 20 a 100% da

massa de cimento Portland.

Alguns aditivos minerais são pozolânicos (cinza volante com baixo teor de

cálcio), alguns são cimentantes (escória granulada de alto forno), enquanto outros são

tanto pozolânicos como cimentantes (cinza volante com elevado teor de cálcio)

(MEHTA, 1994).

Os aditivos minerais pozolânicos caracterizam-se por não possuírem

propriedades de aglomerante, mas fixam o hidróxido de cálcio liberado pelo cimento

Portland, formando o silicato de cálcio hidratado, composto insolúvel que torna o

material mais resistente às águas agressivas e com maior resistência mecânica.

Além dos acima apresentados, são também considerados aditivos minerais as

cinzas vulcânicas, de carvão, de casca de arroz e sílica ativa.

A utilização destes materiais como constituinte da composição dos concretos,

além de melhorarem algumas das propriedades dos concretos, também contribuem

para despoluição do meio ambiente, tendo em vista que alguns deles são resíduos

industriais .

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

2.2.4.2 Cinza Volante

A cinza volante é um subproduto pulverizado obtido nas usinas termoelétricas

modernas durante a combustão do carvão. Uma propriedade muito importante

conferida ao concreto por este aditivo é a resistência a sulfatos.

A combinação de cinza volante e sílica ativa teve comprovada sua alta eficiência

no combate às reações agressivas ao concreto. Experiências também já comprovaram

que o uso de cinza volante e sílica ativa reduz a permeabilidade a cloretos e a

carbonatação superficial do concreto (ALVES, 1999).

2.2.4.3 Cinza de Casca de Arroz

A cinza de casca de arroz (CCA) consiste em um material resultante da

combustão da casca de arroz pelas industrias de beneficiamento de arroz.

De acordo com ZHANG & MALHOTRA (1996), a resistência à compressão do

concreto com 15 % de CCA é maior que a do concreto de referência sem adição da

cinza.

Devido à sua alta superfície específica, concretos com CCA requerem grandes

quantidades de superplastificante para alcançar o mesmo abatimento que o concreto

sem adição.

SILVEIRA (1996) estudou o efeito da adição da CCA em concreto expostos a

ambiente sulfatado, e concluiu que a adição apresentou uma influência significativa na

resistência à tração e à compressão do concreto após 120 dias de imersão em solução

de sulfatos.

2.2.4.4 Fumo de Sílica

O fumo de sílica é também conhecido com outras denominações, como fumos

de sílica condensada, sílica volatilizada, sílica ativa ou microssílica. O fumo de sílica é

um subproduto de fornos a arco elétrico e de indução das indústrias de silício metálico

e ligas de ferro-silício, possui diâmetro médio da ordem de 0,1

m e área específica da

ordem de 20 m

/kg a 25 m

/kg. Comparado ao cimento Portland comum, a sílica ativa

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

apresenta distribuição granulométrica das partículas duas ordens de grandeza mais

finas.

Com relação à adição de sílica ativa em concretos, verifica-se através de

ensaios que a mesma é capaz de produzir modificações de ordem química e física nos

mesmos.

Observa-se experimentalmente que a sílica ativa possui alta reatividade com o

hidróxido de cálcio, CH, presente nas pastas de cimento, produzindo como resultado o

silicato de cálcio hidratado, CSH, produto este, principal responsável pela resistência

das pastas de cimento hidratado.

RASHEEDUZZAFAR (1992) estudou o benefício da sílica ativa com cimento

composto em termos de tempo de início da corrosão no concreto armado, onde foram

utilizados teores de 10 % e 20 % de sílica ativa em substituição do cimento com teores

de aluminato tricálcico (C

A) 2 %, 9 %, 11 % e 14 %. O tempo decorrido para o início

da corrosão variou como é apresentado na Tabela 2.1.

Analisando os dados da Tabela 2.1, observamos que tanto o aumento do teor

de C

A como o de sílica ativa retardam o início da corrosão.

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

Tabela 2.1 - Variação do tempo de início da corrosão ( RASHEEDUZZAFAR, 1992).

Cimento Portland Idade do início da corrosão (dias)

Tipo V – (C

A = 2 %) 93

Tipo I – (C

A = 9 %) 163

Tipo I – (C

A = 11 %) 180

Tipo I – (C

A = 14 %) 228

Tipo V – (C

A = 2 %) + 10 % SA

345

Tipo V – (C

A = 2 %) + 20 % SA 469

Tipo I – (C

A = 9 %) + 10 % SA 463

Tipo I – (C

A = 9 %) + 20 % SA 540

Tipo I – (C

A = 11 %) + 10 % SA 680

Tipo I – (C

A = 11 %) + 20 % SA 682

Tipo I – (C

A = 14 %) + 10 % SA 695

Tipo I – (C

A = 14 %) + 20 % SA 735

* SA: sílica ativa

2.2.5 Aditivos Químicos

O aditivo químico pode ser definido como uma substância que além da água,

agregados, cimentos hidráulicos e fibras, empregados como constituintes do concreto

ou argamassa, tem como finalidade melhorar ou incorporar uma nova propriedade do

concreto ou argamassa, tanto no estado fresco como no endurecido. Os aditivos

químicos também conferem uma série de vantagens aos concretos e dentre as mais

importantes estão as relacionadas à durabilidade.

A sua classificação está relacionada à função desempenhada pelo mesmo

dentro do concreto, e dentre os mais comuns estão os aceleradores e retardadores de

pega, redutores de água (plastificantes e superplastificantes), inibidores de corrosão,

incorporadores de ar, redutores de retração, formadores de gás etc.

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

A seguir serão feitos comentários sobre os aditivos que estão diretamente

relacionados ao enfoque do trabalho.

2.2.5.1 Superplastificantes

Com o advento do uso dos superplastificantes - também denominados de

aditivos redutores de água de alta eficiência, pelo fato de serem capazes de reduzir

o teor de água de 3 a 4 vezes, em um dado traço de concreto ou argamassa, quando

comparados a aditivos redutores de água normais - é possível aumentar à fluidez sem

aumentar o teor de água, ou reduzir o teor de água mantendo a mesma consistência do

concreto fresco. A consistência do concreto fresco está diretamente relacionada a

fluidez que é útil quando o concreto deve ser lançado através de seções densamente

armadas ou bombeamento, que é o caso do graute, mistura de consistência fluida de

material aglomerante com agregado, normalmente miúdo, sem segregação de seus

constituintes, (MEHTA & MONTEIRO, 1994).

O princípio de funcionamento dos superplastificantes no concreto é

fundamentalmente de dispersão das partículas de cimento, através da adsorção de

suas moléculas aos grãos de cimento, causando repulsão eletrostática entre os

mesmos. A natureza aniônica dos superplastificantes é responsável por este

comportamento, uma vez que carregam negativamente as partículas do aglomerante

(FERREIRA & SILVA, 1996). O resultado é uma dissociação dos aglomerados de

cimento em partículas isoladas, com conseqüente decréscimo da viscosidade do

sistema cimento/água/superplastificantes. Outro efeito da adição do superplastificante

consiste na redução da tensão superficial da água e na produção de um filme

lubrificante na superfície das partículas de cimento (MALHOTRA, 1989).

Segundo ALMEIDA (1984), os superplastificantes podem ser classificados de

acordo com a sua composição química em três grupos:

a) Condensados de formaldeído melamina sulfonados;

b) Condensados de formaldeído naftaleno sulfonados e

c) Lignossulfonatos modificados.

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

Os aditivos pertencentes aos grupos a e b são sintetizados através de processo

químico de polimerização por condensação do formaldeído com naftaleno sulfonado ou

melanina sulfonada, formando polímeros de cadeias moleculares muito longas (20 a

30 mil meros) com capacidade de serem adsorvidos pelos grãos de cimento. Podem

ser utilizados em grandes dosagens, tendo em vista que apresentam pequeno efeito

de retardo da pega. Por terem rápida perda de efeito quando aplicados ao concreto,

torna-se necessário redosagens para garantir a fluidez do material por um período

maior. Eventualmente incorporam pequena quantidade de ar.

Os compostos lignossulfonatos são caracterizados por apresentarem

significativo efeito de retardar a pega, especialmente em altas dosagens, como também

geralmente incorporam ar. São obtidos de um subproduto da fabricação de papel, e

suas moléculas são lineares e envolvem quase todo o grão de cimento.

Para RAABE (1991), a maior dificuldade de propagação do uso destes aditivos

tem sido a taxa relativamente alta da perda de consistência com o tempo quando

comparados aos concretos convencionais. A consistência obtida pelos

superplastificantes é função das condições ambientais, dos materiais utilizados e dos

procedimentos de fabricação do concreto, e o seu efeito mantém-se apenas por um

período de 30 a 60 minutos. A máxima trabalhabilidade alcançada permanece de 10 a

15 minutos, seguido de uma perda relativamente rápida do abatimento, retornando à

consistência original (RAVINDRARAJAH & TAM, 1985). RAMACHANDRAN (1983),

baseado em experimentos chegou à conclusão que a adição de superplastificante,

quando efetuada após algum tempo de hidratação da mistura (1 a 30 minutos),

promove a dispersão dos grãos de cimento com maior eficiência.

2.3 PROPRIEDADES DO CONCRETO RELACIONADAS À SUA DURABILIDADE

O processo de corrosão das armaduras de aço no concreto é uma realidade que

ocorre com freqüência, e vem recebendo cada vez mais destaque nas últimas décadas,

por causa de sua maior incidência, principalmente em regiões litorâneas, e pelo alto

custo nos reparos de estruturas corroídas. O processo corrosivo está principalmente

relacionado com a velocidade de absorção e difusão de agentes agressivos através

dos poros e microfissuras existentes no concreto. A seguir serão abordadas as

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

principais propriedades e características dos concretos relacionadas à sua

durabilidade.

2.3.1 Relação água/cimento

A relação água/cimento, (a/c), está intimamente relacionada à resistência à

compressão do concreto e, conseqüentemente, deve ser o principal critério no cálculo

da resistência da maioria das estruturas de concreto. Concretos convencionais

preparados com agregados comuns, ambas as porosidades da zona de transição e da

pasta do cimento determinam a resistência, e é valida a proporção direta entre a

relação a/c e a resistência. Isto parece não ser o caso em concreto de alta

durabilidade. Para relações a/c menor que 0,30 podem ser alcançados aumentos

elevados na resistência à compressão, para pequenas reduções na relação a/c. Esse

comportamento é atribuído, sobretudo à melhora significativa da resistência na zona de

transição. Uma das explicações dos autores é que o tamanho dos cristais de hidróxido

de cálcio diminui com a redução das relações a/c ( METHA & MONTEIRO, 1994).

A relação água/cimento consiste em um dos parâmetros mais importantes dos

concretos do ponto de vista de sua durabilidade, pois essa relação tem influência na

formação da microestrutura do concreto, forma distribuição nos diâmetros dos poros, e

é preponderante na determinação das características de compacidade ou porosidade

do material em estado endurecido. Vale salientar que a relação a/c determina também

a porosidade da pasta de cimento endurecida em qualquer estágio da hidratação.

Assim, tanto a relação a/c como o grau de adensamento têm influência sobre o volume

de vazios do concreto.

A água adicionada é indiretamente responsável pela permeabilidade dos

concretos, pois a parcela não consumida pelas reações de hidratação do cimento são

passíveis de evaporação para o meio ambiente. Desta forma, quanto maior a relação

a/c utilizada no concreto, maior será o volume de água passível de evaporação e

conseqüentemente maior o número de vazios em sua massa, aumentando a

permeabilidade e reduzindo a sua durabilidade (ALVES NETO, 2001).

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

Segundo estudos realizados por (POWERS et al. 1974) e (POPOVICS, 1985), a

relação a/c está intimamente relacionada com a quantidade e tamanho dos poros do

concreto endurecido e com as propriedades mecânicas finais do material. Quanto

maior a relação a/c, maior será a porosidade e a permeabilidade de um concreto.

Quanto maior a porosidade, mais facilmente o CO

poderá difundir através do concreto.

A Figura 2.2 mostra a variação da profundidade de carbonatação em função da

variação da relação a/c para um concreto com 350Kg/m

de cimento e igual

composição (VÉNUAT, 1977). Fica evidente, portanto, que a profundidade de

carbonatação está diretamente relacionada com o aumento da relação a/c.

0,0

1,0

2,0

3,0

0,5 0,6 0,7 0,8

Relação a/c

Espessura de Carbonatação (cm

)

Figura 2.2 - Influência da relação a/c sobre a profundidade de carbonatação, após 3

ano e experimentos adaptada de (VENUAT, 1977).

Estudos realizados por HELENE(1993) e CASCUDO (1997) mostram que uma

diminuição na relação a/c retardará a difusão dos agentes agressivos como dióxido de

carbono, cloretos, oxigênio e umidade para o interior do concreto.

Segundo HELENE (1993), uma estrutura de concreto armado com cobrimento

de armadura de 32 mm e relação a/c 0,75, terá a mesma vida útil de projeto, sob o

ponto de vista da patologia da carbonatação, quando comparado com uma estrutura

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

com fator a/c 0,45 e cobrimento de armadura de apenas 10 mm, o que permite

concluir que a relação a/c é de fundamental importância na determinação da

espessura de cobrimento.

KULAKOWSKI (1994) avaliou a penetração de cloretos em argamassas. De

acordo com a Figura 2.3, verifica-se que o teor de cloretos totais se reduz com o

aumento da profundidade e com o decréscimo do fator a/agl (água/aglomerante)

utilizado no traço.

0,35

0,55

0,45

0,0

0,4

0,8

1,2

1,6

2,0

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0

Profundidade (cm)

Teor de Cloreto

Figura 2.3 - Comportamento frente a profundidade e fator a/agl na análise do teor de Cl

totais adaptada de (KULAKOWSKI, 1994).

Segundo pesquisas realizadas por NEWTON & SYKES (1991) as taxas de

difusão de oxigênio e cloreto no concreto são reduzidas quando a porosidade é

diminuída pela redução da relação a/c.

Estudos realizados por ALMEIDA (1996) mostram a influência da relação a/c na

resistência à compressão do concreto. Observou-se que a redução da relação a/c até

a ordem de 0,5, resultou no aumento da resistência à compressão, no entanto quando

a relação a/c diminuiu de 0,5 para 0,4 sem adição de redutor de água, verificou-se

uma redução da resistência conforme apresentado na Figura 2.4. Esse

comportamento pode ser explicado pela fato de não ter sido utilizado nenhum aditivo

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

redutor de água na preparação do concreto e com isso o concreto apresentou um baixo

abatimento determinado pelo ensaio do troco de cone, dificultando o adensamento

devido à baixa trabalhabilidade alcançada, o que resultou na preparação de

concretos de menor resistência à compressão.

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

22,0

24,0

330,0 340,0 350,0 360,0 370,0 380,0 390,0

Consumo de Cimento (Kg/m

)

Resistência à Compressão (MPa)

Figura 2.4 - Gráfico da resistência à compressão (MPa) versus consumo de cimento

(kg/m

) adaptada de (ALMEIDA, 1996).

2.3.2 Adensamento

Segundo MEHTA (1992), o adensamento é o processo de moldagem do

concreto nas formas com o objetivo de expulsar os bolsões de ar retidos na massa do

concreto. Os processos de adensamento podem ser classificados como manual

(por socagem com uma haste metálica), mecânico ou especial (com o uso de

vibradores), sendo o adensamento mecânico ou vibração geralmente o mais utilizado

nas construções.

A vibração permite obtenção de maior fluidez do concreto sem aumentar a

quantidade de água, expulsa parte da água de amassamento para a superfície,

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

melhora a sua compacidade, resistência mecânica, aderência, durabilidade e retração

(SILVA, 1991).

Uma vibração mal conduzida pode ocasionar problemas patológicos na massa

do concreto, como por exemplo, o aparecimento de ninhos de brita e bolhas, que

dependendo do posicionamento no elemento estrutural podem estabelecer diferencial

de aeração na estrutura, contribuindo para iniciação do processo corrosivo na

armadura de aço do concreto.

2.3.3 Cura

SILVA (1991) define a cura como um conjunto de medidas tomadas com a

finalidade de evitar a evaporação prematura da água de amassamento e das reações

de hidratação da superfície do concreto.

Através do procedimento de cura, proporcionam-se condições ambientais de

umidade e temperatura para que as reações de hidratação se realizem com toda a

normalidade, evitando principalmente o surgimento de tensões internas que possam

apresentar sintomas patológicos que se apresentarão, normalmente, em forma de

fissuras superficiais ou profundas, provocando redução da resistência mecânica do

concreto (FERNÁNDEZ CÁNOVAS, 1988).

LERCH, citado por HELENE (1986), afirma que a evaporação acentuada pode

causar a fissuração na superfície do concreto. As fissuras decorrentes da retração por

evaporação precoce, em geral alcançam profundidades de até 10 cm, acentuando os

fenômenos relacionados com a permeabilidade e absorção do concreto.

Estudos realizados por NEVILLE & BROOKS (1987), apresentaram resultados

relacionando a resistência à compressão para concretos submetidos à cura úmida e

ambiente. Para um concreto com fator a/c 0,5 os resultados demonstram que

resistência à compressão dos corpos-de-prova submetidos à cura úmida é

aproximadamente 50 % superior a resistência dos corpos curados ao ar.

DAL MOLIN (1995) estudou o efeito das condições de cura sobre a resistência

à compressão dos concretos. Observou que os concretos submetidos à cura úmida

alcançaram resistência à compressão, em média, 7 % superior aos concretos

submetidos à cura ambiente (Figura 2.5).

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

93 %

100 %

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

0,0 4,0 8,0 12,0

Tipo de Cura

Resistência à Compressão (MPa)

Umida

Ambie nte

Figura 2.5 – Efeito do tipo de cura na resistência à compressão adaptada de (DAL

MOLIN, 1995).

A diferença de 7 % é considerada pequena quando comparada com a maior

parte da bibliografia, no entanto a autor supôs que esta diferença de resultados pode

estar relacionada com o baixo fator a/agl utilizado nos traços, como também pelas

condições ambientais da cura, tais como umidade e temperatura, parâmetros estes que

podem alterar drasticamente os resultados.

De acordo com os estudos de GJORV & VENNESLAND (1979), sobre a difusão

dos íons cloretos em concretos de diferentes relações a/c e diferentes tipos de cimento,

observou-se que, para curtos períodos de exposição, o efeito da relação a/c foi limitado

à camada superficial do concreto. Para longos períodos de exposição, o tipo de

cimento apresentou uma maior influência sobre a profundidade de penetração dos

cloretos que a relação a/c.

PAGE et al. (1981) estudaram o efeito das condições de cura sobre as

propriedades de transporte de pastas de cimento endurecidas e, por conseguinte,

sobre a difusividade efetiva dos íons cloretos. Segundo esses pesquisadores, as

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

condições de cura modificam a estrutura dos poros da pasta e esta, por sua vez,

modifica a porosidade final.

CAMARINI (1999) realizou ensaios de absorção capilar para concretos

submetidos a diferentes condições de cura. Verificou que para uma mesma

temperatura a absorção é mais acentuada quando não se efetua a cura. Para

temperatura constante de 20

C, a quantidade de água absorvida pelos corpos não

curados é 50 % superior aos que foram submetidos à cura. Para temperatura de 40 qC

esta diferença aumenta para 57 %. Com estes resultados o autor concluiu que a cura

melhora a qualidade da superfície dos concretos, proporcionando concretos mais

compactos e conseqüentemente com maior durabilidade frente à ação de agentes

agressivos.

2.3.4 Trabalhabilidade

A trabalhabilidade do concreto fresco é definida como a maior ou menor

facilidade com que o concreto pode ser manuseado, quando é colocado na forma sem

segregação nociva, não sendo portanto uma característica inerente ao próprio

concreto, enquanto que a consistência é a medida da umidade do concreto (MEHTA &

MONTEIRO, 1994). Segundo os autores a consistência dos concretos está relacionada

com o seu traço, relação água/materiais secos, granulometria e formas dos grãos,

aditivos, tempo e temperatura.

Segundo ALVES NETO (2001), a boa trabalhabilidade de um concreto permite

que se realize um eficiente lançamento, enchimento e compactação deste material no

interior das formas, o que garantirá sua maior durabilidade frente a ação dos agentes

agressivos.

A determinação da trabalhabilidade geralmente é realizada pela medida da

consistência, e dentre os métodos disponíveis para sua medição tem-se o por

abatimento em tronco de cone, penetração, escorregamento, adensamento e

remoldagem.

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

2.3.5 Retração

Segundo a teoria relatada por SILVA (1991) a retração é a redução do volume

do concreto causada pela pressão exercida pela evaporação de parte da água de

amassamento, após cura, por capilaridade. Quanto maior a velocidade de evaporação

da água, maior será a pressão nos capilares e quanto menor a idade do concreto,

menor a possibilidade de que o concreto venha a resistir às tensões provenientes deste

fenômeno, havendo, portanto, maior tendência do aparecimento de fissuras. No interior

dos concretos e argamassas existem basicamente dois tipos de água, a água livre e a

água ligada (combinada ou adsorvida nos poros).

A perda da água livre praticamente não provoca retração do concreto, sendo

este fenômeno principalmente decorrente da perda da água adsorvida (água que está

próxima à superfície das partículas sólidas do concreto) por evaporação. Quanto maior

a quantidade de água por m

de concreto, maior será a espessura da camada de água

adsorvida, conseqüentemente mais intenso o fenômeno retração, o que provoca

fissuração excessiva da massa do concreto resultando em estruturas menos

compactas e de menor durabilidade quando submetidas ao meio agressivo.

Segundo MEHTA (1986) para cada acréscimo de 1 % na água de

amassamento, corresponderá a um aumento de 2 % na retração. Depois da água, os

agregados são os principais responsáveis pela retração hidráulica dos concretos.

Os agregados de maior dureza, como quartzo, granito, calcáreo, feldspato e

dolomita, apresentam restrição ao fenômeno da retração, ao contrário dos agregados

que possuem em sua composição argila, que além de consumirem maior quantidade

de água para uma mesma trabalhabilidade, reduzem o efeito da restrição do agregado

à retração.

Agregados com maior dimensão característica e com curva granulométrica

contínua necessitam de menos água, e, portanto possuem menor retração.

Com relação ao efeito do cimento no fenômeno da retração, segundo o estudo

apresentado pela Portland Cement Association (MEHTA, 1986), o tipo, composição e

finura do cimento têm um pequeno efeito sobre a retração por secagem. Já os aditivos

aceleradores, retardadores e redutores de água à base de lignina aumentam a retração

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

por secagem, enquanto que os aditivos incorporadores de ar tem efeito muito pequeno

ou praticamente nulo sobre a retração hidráulica.

KOSMATKA (1988) apresenta os intervalos dos valores de retração para

diferentes tipos de concreto:



Concreto leve: entre 520 µm e 1040 µm;



Concreto projetado: entre 500 µm e 1000 µm;



Concreto sem armadura: entre 400 µm e 800 µm;

 Concreto armado: entre 200 µm e 300 µm.

2.3.6 Estrutura da Zona de Transição

A zona de transição consiste na interface existente entre as partículas de

agregado graúdo e a pasta, apesar de esta ser constituída pelos mesmos elementos

que a pasta de cimento. Acredita-se que a zona de transição apresenta microestrutura

diferente da matriz da pasta. Portanto, é desejável tratar a zona de transição como uma

fase distinta da estrutura do concreto. Conforme descrição de MEHTA & MONTEIRO

(1994), a microestrutura da zona de transição é caracterizada por apresentar uma

pasta mais porosa do que na matriz de pasta de cimento ou na matriz de argamassa,

com uma proporção mais elevada de cristais relativamente grandes de etringita e

hidróxido de cálcio. Conseqüentemente uma microestrutura mais heterogênea que a

matriz. Segundo MONTEIRO (1985), estas diferenças decorrem dos defeitos de

superfície produzidos pelo agregado graúdo que criam um filme de água ou zonas de

pasta com uma relação a/c mais elevada. A água excedente junto ao agregado facilita

a difusão de íons e reduz as restrições geométricas que existem na pasta de cimento

deixando mais espaços disponíveis para a formação e o crescimento dos cristais. Os

cristais de hidróxido de cálcio que crescem de forma aleatória na pasta de cimento

junto à interface, tendem a formar-se em camadas orientadas, por exemplo, com eixo c

perpendicular à superfície do agregado. Acreditando-se ser este o motivo pelo qual o

concreto apresenta comportamento frágil à tração e dúctil à compressão, possui

permeabilidade maior que a pasta de cimento correspondente e ao seu comportamento

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

elasto-plástico quando submetido à compressão uniaxial, uma vez que seus

constituintes quando ensaiados isoladamente apresentam comportamento elástico.

A zona de transição é geralmente responsável pelo rompimento do concreto

em níveis de tensão abaixo da resistência dos seus constituintes principais (agregado

e argamassa). Observa-se que as microfissuras existentes na zona de transição

propagam-se com níveis de tensões de 40 % a 70 % da resistência última do concreto,

provocando maiores incrementos de deformação por unidade de força aplicada

(MEHTA & MONTEIRO, 1994). De acordo com o autor a presença de microfissuras na

zona de transição da interface argamassa/ferro e argamassa/agregado graúdo,

possuem grande influência na durabilidade das peças de concreto armado, tendo em

vista que quanto maior a permeabilidade do concreto, maior a velocidade de corrosão

do aço.

De acordo com a descrição de MONTEIRO (1985), a espessura da zona de

transição é diretamente proporcional ao tamanho do agregado graúdo, sofrendo

interferência do tamanho e forma das partículas de areia. Para concretos

convencionais, LARBI & BINJEN (1992) citam o valor 50

m como espessura média

aproximada da zona de transição e atribuem à soma destas interfaces um volume de

30 % a 40 % do volume total da pasta de cimento no concreto.

Portanto, uma das maneiras de aumentar a resistência do concreto, é melhorar

as características da zona de transição através de uma mistura mais adequada de

materiais, adensamento adequado, redução da relação a/ e adição de aditivos.

A zona de transição do concreto com resistência normal está representada

diagramaticamente na Figura 2.6.

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

Figura 2.6 – Representação diagramática da zona de transição e da matriz da pasta de

cimento hidratada de um concreto de resistência normal adaptada de (METHA &

MONTEIRO, 1994).

2.3.7 Fissuras

Segundo SCHIESSL & RAUPACH (1991), quando uma estrutura de concreto

está exposta à água, vapor ou solo que contém cloretos, a quantidade necessária de

cloretos para o inicio do processo de corrosão, será inicialmente atingida nas regiões

fissuradas. Essa situação causa a formação de pequenas regiões anódicas no interior

das fissuras e regiões catódicas maiores no seu exterior. A velocidade com que a

corrosão se desenvolve depende da abertura da fissura, qualidade do concreto e

relação entre as áreas catódica/anódica.

Segundo JAMBOR (1990), a presença de fissuras ou microfissuras em

estruturas de concreto, podem afetar a sua durabilidade, uma vez que as fissuras

alteram a estrutura dos poros do concreto.

A existência de fissuras, na região de recobrimento das estruturas de concreto

armado, anulam a proteção física e química exercida pelo concreto sobre a barra de

aço, deixando a armadura em risco de corrosão.

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

Fissuras devidas à patologia da corrosão em peças de concreto armado são

decorrentes da formação de óxidos e hidróxidos de ferro, pois os mesmos ocupam

volumes de 3 a 10 vezes superiores ao volume original do ferro. O aumento de volume

pode causar pressões de expansão superiores a 15 MPa (

150 kgf/cm

), provocando

a fissuração do concreto e conseqüentemente facilitando a penetração dos agentes

agressivos. Estas fissuras seguem as linhas das armaduras principais e inclusive dos

estribos se a corrosão for muito intensa (FERNÁNDEZ CÁNOVAS, 1988). Segundo o

autor, todas as construções nas quais intervém o concreto, aparecem fissuras que

podem manifestar-se após anos, semanas ou até mesmo após algumas horas.

As causas da fissuração podem ser várias, porém, na maioria das vezes, são

decorrentes dos fatores relacionados a seguir:

a) cura deficiente;

b) retração;

c) expansão;

d) variações de temperatura;

e) ataques químicos;

f) excesso de carga;

g) erros de projeto;

h) erros de execução e

i) recalques diferenciais.

Estudos desenvolvidos por HELENE (1986) comprovam experimentalmente que

o processo de carbonatação ocorre preponderantemente ao longo das paredes das

fissuras, contribuindo para a aceleração do aparecimento de células de corrosão.

HELENE (1986) cita que em estudos experimentais realizados por CARPETIER

& SORETZ, foram ensaiadas vigas de concreto armado (submetidas a 2 anos de

exposição em ambiente agressivo) com fissuras da ordem de 0,2 mm a 0,3 mm,

comprovando-se que a corrosão é mais intensa quanto maior a abertura das fissuras

e quanto mais cedo estas aparecerem.

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

A norma NBR-6118 (1978) considera aceitáveis as seguintes aberturas de

fissuras:

0,1 mm para peças não protegidas, em meio agressivo;

0,2 mm para peças não protegidas, em meio não agressivo e

0,3 mm para peças protegidas.

2.3.8 Resistência à Compressão

Segundo MEHTA & MONTEIRO (1994), a resistência à compressão dos

concretos é a propriedade mais valorizada pelos engenheiros projetistas, por ser a

mais especificada nos projetos, e também por que muitas de suas qualidades, como

módulo de elasticidade, estanqueidade, impermeabilidade e resistência às intempéries

incluindo águas agressivas, estão diretamente relacionadas com a resistência do

concreto.

Nos sólidos, existe uma relação inversa entre porosidade e resistência do

material. No caso dos concretos, a porosidade encontrada na matriz (pasta de cimento

endurecida) e na zona de transição, região limitada entre o agregado graúdo e a

matriz, geralmente são fatores limitantes da resistência dos concretos usuais, um vez

que os agregados naturais são geralmente densos e resistentes.

Nos concretos de baixa e média resistência, preparados com agregado comum,

tanto a porosidade da matriz como da zona de transição determinam a sua resistência,

e é valida a relação direta entre a relação a/c e a resistência do concreto.

Embora a relação a/c seja de fundamental importância na determinação da

porosidade da matriz e da zona de transição, e conseqüentemente da resistência do

concreto, fatores como adensamento, condições de cura (grau de hidratação do

cimento), dimensões e mineralogia dos agregados, aditivos, geometria e condições de

umidade do corpo-de-prova, tipo de tensão e velocidade de carregamento, podem

também ter um efeito importante sobre sua resistência.

A norma brasileira NBR-5739 (1994) adota o ensaio de compressão em cilindros

com dimensões de 150 x 300 mm. Este ensaio é realizado aos 28 dias de idade,

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

considerando que boa parte da resistência já foi desenvolvida, sendo aceita

universalmente como um índice geral de resistência do concreto.

Estudos realizados por CARRASQUILLO et al. (1981) sobre a evolução da

resistência com a idade para concretos de alta (> 62 MPa), média (41 MPa a 62 MPa)

e baixa (21 MPa a 41 MPa) resistências, todos isentos de adições minerais na

composição dos concretos. Observando a Figura 2.7, nota-se que o concreto de alta

resistência (CAR) apresenta uma maior velocidade de ganho de resistência para as

primeiras idades, e que com o passar do tempo esta diferença entre os três tipos de

concretos deixa de ser significativa.

Figura 2.7 – Aumento médio da resistência com o tempo para concretos de alta, média

e baixa resistência (CARRASQUILLO et al. 1981).

MALIER (1992) atribui a maior cinética do aumento da resistência em CAR, à

proximidade inicial das partículas de cimento no concreto fresco, condição esta

decorrente da baixa relação a/c das misturas. O Comitê 363 do ACI (1984) justifica tal

comportamento em razão do calor de hidratação gerado em decorrência dos altos

consumos de cimento dos CAR.

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

A Figura 2.8 apresenta o aumento médio da resistência à compressão dos

concretos com adição de 10 % de sílica ativa às misturas, mantendo constante a

relação água/(agl).

11 %

0 %

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0

Percentual de Sílica Ativa %

Resistência à Compressão (MPa)

0,0 10,0

Figura 2.8 – Aumento médio da resistência à compressão para concretos com adições

de sílica ativa adaptada de (DAL MOLIN, 1995).

DAL MOLIN (1995) estudou a evolução do crescimento da resistência à

compressão em função do tempo para concretos com e sem adição de sílica ativa. A

Figura 2.9 apresenta os resultados obtidos.

Observando a Figura 2.9, nota-se que após 24 horas da moldagem, os

concretos com e sem adição de sílica ativa possuem a mesma resistência à

compressão, no entanto a partir deste ponto até os 28 dias, verifica-se um maior

gradiente de crescimento para os concretos com adição de sílica ativa.

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

91 d

1 d

63 d

3 d

7 d

28 d

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0

Percentual de Sílica Ativa %

Resistência à Compressão (MPa)

0,0 10,0

Figura 2.9 - Evolução do crescimento da resistência à compressão em função do tempo

para concretos com e sem adição de sílica ativa adaptada de (DAL MOLIN, 1995)

MEHTA (1992) justifica a razão do não efeito da sílica ativa até a idade de 1 dia,

o fato das partículas de sílica ativa não apresentarem microporosidade na superfície

do grão, sendo necessário um período de indução para ativar a superfície no ambiente

alcalino resultante da hidratação do cimento Portland e iniciar as reações pozolânicas.

MALHOTRA e CARETTE (1992), estudando a evolução da resistência com o

tempo, também concluíram que o efeito da adição da sílica ativa é mais significativa

até os vinte e oito dias, e que o ganho de resistência quando comparado aos

concretos sem adição de sílica ativa diminuíram progressivamente com o tempo.

Estudos realizados por BARRETO (1997) mostraram o comportamento da

resistência à compressão de um microconcreto com diferentes adições de sílica ativa e

a relação a/c = 0,7 constante. Os resultados mostrados na Figura 2.10 comprovaram

que o aumento do percentual de sílica ativa é diretamente proporcional ao crescimento

da resistência à compressão, e quanto maior a sua porcentagem na mistura do

microconcreto sem aditivos redutores de água menor será a sua trabalhabilidade.

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

7 dias

28 dias

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0

Teor de Sílica Ativa %

Resistência à Compressão (MPa)

Figura 2.10 - Gráfico da resistência à compressão (MPa) versus o teor de sílica (%)

para microconcreto no traço 1:2:3, relação a/c 0,7 adaptada de (BARRETO 1997)

Estudos realizados por ALMEIDA (1996) sobre a variação da resistência à

compressão em função do consumo de cimento, mostram que a resistência à

compressão do concreto aumenta proporcionalmente com o aumento do consumo de

cimento, como podemos verificar na Figura 2.11. Os resultados obtidos apresentam

uma concordância com as citações de MEHTA & MONTEIRO (1994). Na mesma

pesquisa o autor estudou também a influência da relação a/c na resistência à

compressão do concreto, conforme mostra a Figura 2.4. Variando a relação a/c entre

0,4 e 0,8, obteve a resistência à compressão na ordem de 23 MPa com fator a/c 0,5.

O autor justificou a queda da resistência à compressão para a relação a/c 0,4, devido à

pouca água no traço e, como conseqüência, baixa trabalhabilidade, dificultando o

adensamento e a compactação do concreto.

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

1:3:4

1:2:3

1:2:2,5

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

22,0

24,0

250,0 270,0 290,0 310,0 330,0 350,0 370,0

Consumo de Cimento (Kg/m

)

Resistência à Compressão (MPa)

Figura 2.11 – Gráfico da resistência à compressão (MPa) versus consumo de cimento

(kg/m

) adaptada de (ALMEIDA, 1996)

Estudos realizados por BASTOS (1996) sobre a variação da resistência à

compressão em função da relação a/c, mostram que variando a relação a/c entre 0,4 e

0,7, a resistência à compressão do concreto aumenta proporcionalmente com a

redução da relação a/c. Obteve-se a resistência à compressão na ordem de 34 MPa

para a relação a/c 0,5. O autor justificou a diminuição da resistência à compressão para

30 MPa na relação a/c 0,4, devido à pouca água no traço, e ter usado o mesmo

número de golpes no adensamento desse concreto com pouca água, como

conseqüência baixa trabalhabilidade, dificultando o adensamento e a compactação do

concreto. O autor refez o mesmo traço com todas as características e duplicou o

número de golpes no adensamento e obteve um concreto com resistência à

compressão da ordem de 36 MPa.

MUNIZ (1996) estudou o traço 1:2:3 com as mesmas características do trabalho

desenvolvido por ALMEIDA (1996), adicionando apenas o inibidor de corrosão nitrito

de sódio à água de amassamento. Os resultados demonstraram que a resistência à

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

compressão é inversamente proporcional à quantidade de inibidor adicionado. Segundo

MEHTA & MONTEIRO (1994) essa diminuição progressiva na resistência à

compressão com adição de inibidor, deve-se provavelmente ao enfraquecimento na

zona de transição decorrente da cristalização do inibidor na mesma, interferindo na

morfologia dos cristais do hidróxido de cálcio e com isso aumentando a espessura da

zona de transição, responsável pela diminuição da resistência do concreto. O gráfico

da Figura 2.12 apresenta a diminuição da resistência à compressão com o

acréscimo da porcentagem de inibidor.

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0

Percentual de Inibidor %

Resistência à Compressão (MPa)

Figura 2.12 – Resistência à compressão versus a variação do percentual de inibidor

adaptada de (MUNIZ, 1996)

Pesquisas conduzidas por LUZ (1999) no estudo da resistência à compressão

para concretos com adições de cloreto de sódio em diferentes porcentagens, ver

Figura 2.13, mostraram comportamento da resistência à compressão similares aos

resultados encontrados por MUNIZ (1996) ou seja a resistência à compressão diminui

com o aumento do percentual de cloreto de sódio adicionado ao concreto; uma

possível explicação para este comportamento deve-se à interferência na cristalização

dos produtos de hidratação. Segundo o autor, tem-se conhecimento que o C

A é

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

consumido, inicialmente na formação da etringita, somente em seguida é que ocorre a

reação com cloreto de sódio, formando o sal de Friedel; tendo em vista a adição do

cloreto de sódio (NaCl) na preparação do concreto, este tende a reagir com o aluminato

tricálcico, conseqüentemente, diminuindo a formação da etringita. Dessa forma, o

aumento do percentual de cloreto de sódio no concreto leva a um aumento na

formação do sal de Friedel e, sendo este mais fraco que a etringita confere ao concreto

uma menor resistência à compressão.

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

50,0

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0

Percentual de Cloreto de Sódio %

Resistência à Compressão (MPa)

Figura 2.13 – Resistência à compressão versus porcentagem nominal de cloretos

adaptada de (LUZ, 1999).

Estudos realizados por OLIVEIRA (2000) sobre a resistência à compressão de

um concreto preparado com composição em massa (1,0:1,5:2,5), relação a/c = 0,4, 1 %

de superplastificante e os inibidores de corrosão nitrito de sódio, molibdatado de sódio

e molibdato de amônio e suas misturas em diferentes proporções. Os resultados

encontrados mostram que a resistência à compressão permanece praticamente

constante quando se aumenta a porcentagem de nitrito de sódio, molibdato de amônio

e a mistura nitrito/molibdato. Esse comportamento pode ser explicado devido,

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

possivelmente, às reações químicas entre esses inibidores e os silicatos formarem

complexos intermediários com a resistência da mesma ordem que a etringita, não

alterando a formação da zona de transição e a resistência à compressão do concreto.

Enquanto que para o aumento da porcentagem de molibdato de sódio a resistência à

compressão decresceu suavemente diminuindo em torno de 10 % para a adição de 3

% desse inibidor.

Em estudos recentes realizados por SILVA (2002) sobre a resistência à

compressão de um concreto preparado com composição em massa (1,0:1,8:2,2),

relação a/c 0,4 e 1 % de superplastificante e os inibidores de corrosão nitrito de sódio e

molibdato de sódio e suas misturas em diferentes proporções. Os resultados

encontrados mostram um aumento significativo na resistência à compressão quando se

aumenta a porcentagem de nitrito de sódio e a mistura nitrito/molibdato. Esse

comportamento pode ser explicado devido, possivelmente, às reações químicas entre

os inibidores de corrosão e os silicatos formarem complexos intermediários mais

resistentes que a etringita, contribuindo para formação de uma zona de transição

menos porosa e com isso aumentando a resistência à compressão do concreto.

Enquanto que para o aumento da porcentagem de molibdato não ocorreu nenhuma

variação significativa na resistência à compressão, ficando num patamar praticamente

constante.

Nos estudos mais recentes realizados por NÓBREGA (2004) em relação à

resistência à compressão de um concreto preparado com composição em massa

(1,0:1,5:2,5), relação a/c 0,4 e 1 % de superplastificante e os inibidores de corrosão

nitrito de sódio, dicromato de potássio e a mistura nitrito/dicromato em diferentes

proporções. Os resultados encontrados mostram que os valores obtidos para a

resistência à compressão do concreto não alteram, significativamente, para os traços

aditivados com os inibidores. Observa-se ainda que o dicromato de potássio apresenta

uma tendência à queda no valor desse parâmetro. Uma possível explicação deste fato

pode ser que os tipos de compostos formados provoquem o enfraquecimento da zona

de transição, devido à possíveis cristalizações nos espaços vazios desta, em função do

comportamento desse inibidor específico.

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

2.3.9 Absorção de Água

O concreto é um material composto que apresenta alta absorção capilar em sua

rede de poros de diferentes diâmetros, logo é vulnerável aos processos físicos e

químicos de deterioração associada à água. Portanto, será proveitoso rever, em linhas

gerais, as características da água que a fazem o agente principal da redução da

durabilidade das estruturas. Uma das mais freqüentes é a corrosão das armaduras,

causada geralmente pela presença de íons cloretos dissolvidos na água, que

penetram na estrutura geralmente por absorção capilar pela rede de poros do

concreto.

A determinação do percentual de absorção de água é considerado por muitos

pesquisadores como um bom indicativo das condições de porosidade dos concretos,

conseqüentemente de sua resistência frente a penetração de líquidos e gases

agressivos.

Geralmente se mede a absorção de água secando uma amostra até constância

de massa, imergindo em água, determinando o acréscimo de massa como

porcentagem de massa seca. Diferentes métodos podem ser experimentados seguindo

as normas ASTM C 642 (1997); NBR 9778 (2005), ou por capilaridade de acordo com

a NBR 9779 (1995).

Os fatores que regulam a intensidade do fenômeno de absorção pelos concretos

são: quantidade, distribuição e intercomunicação entre poros, diâmetro dos poros,

características do líquido absorvido e as condições de saturação do concreto.

Para que um concreto apresente alto poder de absorção, será necessário

primordialmente que o mesmo possua grande quantidade de poros, sendo estes de

preferência bem distribuídos em sua massa, e principalmente que possuam

intercomunicação entre si.

Dentro destas condições, o fenômeno poderá ser acentuado com a redução do

diâmetro dos seus poros, pois a força de sucção do líquido pelo poro é função inversa

do seu diâmetro.

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

A absorção também depende significativamente das características intrínsecas

do líquido, tais como viscosidade e tensão superficial.

Com relação ao nível de saturação, a absorção será tanto menor quanto maior o

nível de saturação do concreto, isto é, no caso de concretos com alto teor de

umidade, o fenômeno da absorção não ocorre pelo fato dos poros já se encontrarem

preenchidos por líquidos.

Em razão do grande número de fatores que controlam o fenômeno da absorção,

existe uma grande dificuldade em se estabelecer equações matemáticas que

representem fielmente a real evolução do processo, principalmente pelo fato da rede

de poros estar em constante modificação em função das reações de hidratação.

HELENE (1986) apresenta como solução para redução da absorção pelos

concretos, a adição de incorporadores de ar na massa do concreto, pois as bolhas de

ar têm a propriedade de cortar a continuidade dos poros, dos aditivos

impermeabilizantes e dos revestimentos hidrofugantes externos ao concreto.

O COMITE EURO-INTERNATIONAL DU BETON – CEB –192 (1989), apresenta

na próxima Tabela, critérios para avaliação da absorção de água por concretos.

Tabela 2.2 - Critérios de avaliação da absorção de água do concreto segundo o

CEB – 192 (1989).

Absorção (%) Absorção do Concreto Qualidade do Concreto

< 3,0 baixa boa

3,0 a 5,0 média média

> 5,0 alta pobre

De acordo com os estudos realizados por MUNIZ (1996), os resultados da

absorção de água para um concreto de traço 1:2:3 (cimento/areia/brita), relação a/c =

0,7 e percentual de nitrito de sódio variando de 0, 4, 6, 8 e 10 %, parece ser

independente do percentual de inibidor adicionado. Essa constância segundo o autor

poderia ser justificada, possivelmente pela formação da mesma quantidade de vazios.

O excesso de água nesse traço provoca um aumento constante na distribuição dos

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

diâmetros dos poros, proporcionando uma mesma quantidade de vazios durante as

reações de hidratação do cimento e a evaporação da água retida na massa do

concreto e ao fenômeno de exudação observado para todas as adições de nitrito de

sódio.

Estudos realizados por ALMEIDA (1996), determinaram os resultados da

absorção de água em função ao consumo de cimento em diferentes relações a/c.

Segundo o autor a absorção de água é da ordem de 5 % para as relações a/c = 0,5 e

0,6. Essa constância poderia ser justificada, possivelmente pela formação da mesma

quantidade de vazios e a quantidade de água presente foi suficiente apenas para as

reações de hidratação do cimento. Enquanto que de 7,2 % de absorção para as

relações a/c = 0,7 e 0,8. O excesso de água nesses traços provocaram um aumento

na distribuição dos diâmetros dos poros, proporcionando uma mesma quantidade de

vazios durante as reações de hidratação do cimento. A evaporação rápida da água

retida na massa do concreto provocou o fenômeno de exudação produzindo um

concreto menos denso e propício a uma maior absorção de água. Vale salientar que a

absorção de água 7,2 % para o fator a/c = 0,4, deve-se a outro comportamento que

devido à pouca água no traço, e ao fato de se ter usado o mesmo número de golpes

no adensamento desse concreto com pouca água, teve-se como conseqüência baixa

trabalhabilidade, dificultando o adensamento e a compactação do concreto produzindo

um concreto mais poroso, logo com maior absorção de água.

Estudos realizados por BARRETO (1997), mostraram que a adição de 12 % de

sílica ativa em um concreto com traço 1:2:3 (cimento/areia/brita) e com relação a/c =

0,7, reduz a absorção de água por imersão de 7,1 % para 6,1 %. Acredita-se que

nesse percentual de sílica ativa, a redução na absorção de água é proveniente do

efeito filler, responsável pelo preenchimento dos espaços microscópicos ao redor dos

agregados, que antes eram preenchidos por água, com alguns espaços vazios

preenchidos por etringita, interrompendo a rede capilar e aumentando a densidade do

concreto.

Estudos realizados por LUZ (1999) encontraram que os resultados da absorção

de água no traço (1:2:2) em massa e relação a/c = 0,45 com diferentes percentuais de

cloreto de sódio adicionado ao concreto, reduziu-se muito pouco de 4,2 % para 3,7 %,

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

o que corresponde a 10 %; desta forma, segundo o autor pode-se concluir que a adição

de cloreto de sódio na quantidade estudada exerce pouca influência sobre a absorção

de água.

De estudos realizados por SOUZA (1999), sobre absorção de água para

concretos com diferentes consumos de cimento e com adições de diferentes

porcentagens de fumo de sílica, pode-se notar que a menor percentagem para

absorção de água ocorreu para o consumo de cimento 418 Kg/m

, com adição de fumo

de sílica de 8 %, e para o consumo de cimento 552 Kg/m

, com adição de fumo de

sílica de 12 %. Segundo o autor os resultados obtidos para o traço (1:1:2) em massa

para diferentes consumos de cimento, com adições de 8 % e 12 % de fumo de sílica,

devem-se possivelmente à ocupação das partículas do fumo de sílica na vizinhança

dos agregados, ocupando os espaços que antes eram preenchidos por água, porém,

com alguns espaços vazios preenchidos por etringita, que é muito densa, contribuindo

para formação de uma zona de transição menos porosa, interrompendo a rede capilar

e com isso aumentando a resistência do concreto, como conseqüência menor absorção

de água.

Estudos realizados por OLIVEIRA (2000) mostraram que a adição de nitrito de

sódio, molibdato de sódio, molibdato de amônio, bem como suas misturas, em um

concreto preparado com composição em massa (1,0:1,5:2,5), relação a/c = 0,4 e 1 %

de superplastificante, não alteram a absorção média da água, quando comparado ao

concreto de referência que era de 5 %. Segundo o próprio autor essa constância

poderia ser justificada para esse traço, possivelmente pela formação da mesma

quantidade de vazios, pois os inibidores estudados absorvem parte da água de

amassamento, ou reagem de algum modo com os silicatos, deixando a quantidade de

água presente suficiente apenas para as reações de hidratação do cimento. E com

isso, mantendo a quantidade de pequenos canalículos por unidade de área, tornando o

concreto com a mesma distribuição média de poros que o concreto de referência,

justificando a mesma percentagem de absorção de água.

Estudos realizados por SILVA (2002) evidenciaram que a adição de nitrito de

sódio, molibdato de sódio, bem como suas misturas, em um concreto preparado com

composição em massa (1,0:1,8:2,2), fator a/c = 0,4 e 1 % de superplastificante, alteram

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

a absorção média da água, quando comparado com o concreto de referência era de 4

%, passando para 5 %, após a adição de diferentes percentuais de inibidores e da

mistura. Segundo o autor esse aumento na absorção após a adição dos inibidores

deve-se, provavelmente, ao aumento da fluidez durante as reações de hidratação do

cimento e a evaporação da água durante o processo de cura, provocando o fenômeno

de exudação e com isso, aumentando a quantidade de pequenos canalículos por

unidade de área e tornando o concreto mais propício à absorção capilar de água.

Em estudos realizados recentemente por NOBREGA (2004) mostraram que a

adição de nitrito e dicromato, bem como sua mistura, em um concreto preparado com

composição em massa (1,0:1,5:2,5), relação a/c = 0,4 e 1 % de superplastificante, não

alteram o percentual da absorção média de água em quaisquer proporções. Segundo o

autor, isto leva a crer que os inibidores de corrosão em questão não afetam a

porosidade do concreto para o traço estudado.

2.3.10 Permeabilidade

MEHTA & MONTEIRO (1994) define permeabilidade como a propriedade que

governa a taxa de fluxo de um fluido para o interior de um sólido poroso, do que

conclui-se que esta propriedade é de fundamental importância para a ocorrência dos

processos físicos e químicos da deterioração do concreto, isto é, está diretamente

relacionada à sua durabilidade.

No caso da pasta de cimento, o tamanho e continuidade dos seus poros,

consiste no principal fator responsável pela sua permeabilidade. Observa-se que a

permeabilidade da pasta decresce à medida que se desenvolve o processo de

hidratação da mistura. A Tabela 2.3 apresenta a variação do coeficiente de

permeabilidade com a evolução da hidratação.

Os agregados apresentam volumes de porosidade capilar geralmente abaixo

de 3 % do seu volume total, o que representa baixa porosidade quando comparados

ao volume de poros encontrados nas pastas típicas de cimento em concreto

endurecido, que se encontram em torno de 30 % 40 % do seu volume (MEHTA, 1994).

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

Tabela 2.3 - Redução na permeabilidade da pasta de cimento (relação a/c = 0,7) com

a evolução da hidratação (POWERS et al. 1974)

Idade dias Coeficiente de permeabilidade (cm/s x 10

-11

)

Fresca 20.000.000

5 4.000

6 1.000

8 400

13 50

24 10

Final 6

A Tabela 2.4 relaciona o coeficiente de permeabilidade de algumas rochas naturais

com pastas de cimento endurecidas com fator a/c na faixa de 0,38 a 0,71. Mesmo por

possuírem baixa porosidade, algumas rochas apresentam permeabilidade superior a

algumas pastas de cimento. A razão desta ocorrência está no fato do tamanho dos

poros capilares dos agregados serem normalmente muito maiores que os

encontrados nas pastas de cimento.

Tabela 2.4 - Comparação entre permeabilidade de rochas e pastas de cimento

(POWERS, 1958).

Tipo de rocha

Coeficiente de

Permeabilidade

(cm/s)

Relação a/c de pasta hidratada com

mesmo coeficiente de permeabilidade

Basalto denso 2,47 x 10

-12

0,38

Diorito de quartzo 8,28 x 10

-12

0,42

Mármore 2,39 x 10

-11

0,48

Mármore 5,77 x 10

-10

0,66

Granito 5,35 x 10

-9

0,70

Arenito 1,23 x 10

-8

0,71

Granito 1,56 x 10

-8

0,71

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

A introdução de partículas de agregado com baixa permeabilidade em uma

pasta de cimento, deveria resultar em um sistema de menor permeabilidade, no

entanto resultados experimentais comprovam que o efeito é oposto, isto é os concretos

apresentam maior permeabilidade que as pastas de cimento de mesmo relação a/c. A

explicação para este resultado reside no fato de que os concretos apresentam

microfissuras na zona de transição entre o agregado e a pasta, desta forma tornando-o

mais permeável. A Tabela 2.5 apresenta critérios de avaliação da permeabilidade à

água para concretos.

Tabela 2.5 - Critérios de avaliação da permeabilidade à água do concreto segundo

o CEB – 192 (1989).

Permeabilidade

(m/s)

Permeabilidade

do Concreto

Qualidade do Concreto

< 10

-12

baixa boa

-12

a 10

-10

média média

> 10

-10

alta pobre

Para reduzir a incidência das microfissuras na zona de transição, e

conseqüentemente a provável causa da alta permeabilidade do concreto, deve ser

observado: o tamanho e granulometria do agregado, as deformações térmicas e

retração por secagem, e o impedimento de carga prematura ou excessiva na estrutura.

2.3.11 Resistividade

A resistividade elétrica também conhecida como resistência específica, é uma

propriedade do concreto que caracteriza a sua capacidade com relação à

condutividade elétrica, estando principalmente relacionada com a patologia da

corrosão.

Pelo fato da patologia da corrosão em concretos ser geralmente de natureza

eletroquímica, a taxa de corrosão das barras de aço está diretamente relacionada com

a resistividade elétrica oferecida pelo concreto, uma vez que a resistividade é um dos

fatores controladores da função eletroquímica.

Capítulo 2. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

Parâmetros como teor de umidade, permeabilidade e grau de ionização do

eletrólito do concreto são os principais responsáveis pela resistividade oferecida pelo

concreto à passagem de corrente.

Segundo HELENE (1986), o concreto úmido comporta-se como um

semicondutor com resistividade da ordem de 10

:.m, enquanto que seco, em estufa,

pode ser considerado isolante elétrico com resistividade da ordem 10

:.m.

Capítulo 3

Corrosão das Armaduras no Concreto

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

3. CORROSÃO DAS ARMADURAS DO CONCRETO

3.1 INTRODUÇÃO

Em países industrializados calcula-se que a corrosão dos materiais provoca

perdas da ordem de 3,5 % do PIB. Se essa estimativa for aplicada ao caso brasileiro,

chega-se a um valor de pelo menos US$ 20 bilhões anuais. Adotadas as medidas

preventivas contra a corrosão, 30 % dessas perdas poderiam ser evitadas,

considerando que a degradação de estruturas metálicas pela ação do meio ambiente

e até perdas de vidas humanas também estão em jogo (HOAR, 1971).

Considerando as perdas em termos de quantidade de material danificado pela

corrosão, estima-se que seja utilizado mais de 30 % do aço produzido no mundo

para a reposição de estruturas, partes de equipamentos e instalações deterioradas

pela corrosão TOMASHOV (1986).

A importância do estudo da corrosão está, portanto, consubstanciada em:

x Viabilizar economicamente as instalações industriais construídas com materiais

metálicos;

x

Manter a integridade física dos equipamentos e instalações industriais;

x Garantir a máxima segurança operacional, evitando-se paradas operacionais

não programadas e lucros cessantes;

x

Garantir a máxima segurança industrial, evitando-se acidentes e problemas de

poluição ambiental.

Entre os vários conceitos e definições existentes para corrosão, encontra-se o

de FONTANA (1987) que considera a corrosão como uma destruição ou

deterioração de um material pelas reações químicas com o meio ambiente, embora

enfatize que muitos autores consideram o termo corrosão restrito aos metais, os

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

corrosionistas, no entanto, devem considerar tanto os metais como os não metais

para a solução dos problemas de engenharia. UHLIG (1963) define a corrosão

metálica como sendo o ataque destrutivo de um metal por reações químicas ou

eletroquímicas com o meio ambiente. Segundo o autor, as deteriorações causadas

por meios físicos são chamadas de erosão, abrasão ou desgastes. De uma maneira

mais ampla temos o pensamento de VAN VLACK (1970) que define a corrosão

como a deterioração e a perda de um material devido a um ataque químico. Sendo

que as condições que favorecem a corrosão envolvem alterações químicas e

eletrônicas. De acordo com PANOSSIAN (1993) a corrosão é definida de maneira

mais ampla como a transformação de um material pela sua interação química ou

eletroquímica com o meio em que se encontra e concluiu, desta forma, que toda vez

que ocorre a interação do material com o meio ocorre a corrosão independente se

esta interação determina ou não a destruição do material. O autor deixou muito claro

que nesta definição estão incluídos, apenas, os casos em que houver uma

transformação do material devido à interação química ou eletroquímica do sistema

material/meio.

Portanto, por definição, para materiais metálicos, corrosão é a

transformação de um metal em íon metálico pela interação química ou eletroquímica

deste com o meio em que se encontra (NUNES, 1982).

De acordo com HELENE (1993), a corrosão pode ser definida como a

interação destrutiva de um material com o seu meio ambiente, seja por ação física,

química, eletroquímica, ou combinações destas.

Segundo GENTIL (1996), em alguns casos, pode-se admitir a corrosão

metálica como o inverso do processo metalúrgico, no qual o objetivo principal é a

extração do metal com base em seus minérios em forma de óxidos ou de produtos

compostos, enquanto que a corrosão por ação química ou eletroquímica do meio

ambiente, aliada ou não a esforços mecânicos tende a oxidar o metal.

CASCUDO (1997) define a corrosão de armaduras em concreto como um

caso específico de corrosão eletroquímica em meio aquoso, em que o eletrólito

apresenta características de resistividade elétrica consideravelmente mais altas que

os eletrólitos típicos.

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

A corrosão metálica é uma reação que ocorre envolvendo energia, logo, esta

será espontânea se o sistema metal/meio perder energia, ou seja, se a variação de

energia durante o processo de corrosão for negativa, por exemplo, a exposição do

aço em atmosfera agressiva. Se a variação de energia for positiva, a reação não

será espontânea, ou seja, será necessário fornecer energia ao sistema metal/meio

para que esta reação possa ocorrer, como nos processos de eletrodeposição no

qual o ânodo metálico é corroído mediante o fornecimento de energia.

A reação de corrosão de um metal é o produto de uma reação de oxidação,

em que o átomo metálico perde elétrons, transformando-se em íon positivo onde no

meio existem espécies receptoras de elétrons, podendo ser de natureza química ou

eletroquímica. Será química quando os elétrons forem transferidos diretamente do

doador ao receptor sem condução elétrica, na maioria das vezes chamadas de

corrosão seca, pois não existe presença de eletrólito como os casos de corrosão

metal/gás onde há formação de produtos de corrosão voláteis, isto é, não existe

interposição da camada ou filme de produto de corrosão entre o metal e o gás, e os

casos do metal/líquido, como quando o metal reage com solvente orgânico aprótico.

A corrosão será eletroquímica quando a reação ocorrer em meio aquoso, no qual

fica estabelecida uma diferença de potencial elétrico entre dois metais ou entre

diferentes partes de um mesmo metal.

Segundo HELENE (1986), corrosão eletroquímica é aquela onde a reação

acontece com perda de elétrons do átomo metálico em local diferente daquele em

que a espécie do meio recebe elétrons, não importando a distância entre estes

locais, podendo ser muito próximo (10

-10

m), ou muito afastados (metros), havendo

condução elétrica no metal e iônica no eletrólito.

Assim como em qualquer célula eletroquímica, a pilha de corrosão no

concreto é formada por um ânodo, um cátodo, um condutor metálico e um eletrólito,

que por diferença de potencial entre as zonas anódicas e catódicas acarretam o

aparecimento de corrente elétrica.

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

3.2 CÉLULA DE CORROSÃO EM CONCRETO ARMADO

O processo de formação de uma célula de corrosão pode ocorrer como

mostrado na Figura 3.1 (HELENE, 1993) que explica ilustrativamente a ocorrência do

fenômeno. Como em qualquer outra célula, há um anodo, um catodo, um condutor

metálico e um eletrólito. Qualquer diferença de potencial entre as zonas anódicas e

catódicas acarreta o aparecimento de corrente elétrica. Dependendo da magnitude

dessa corrente e do acesso de oxigênio, poderá ou não haver a corrosão. O

fenômeno de corrosão só ocorre nas seguintes condições:

Figura 3.1 – Célula de corrosão eletroquímica em concreto armado adaptada de

(HELENE, 1993)

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

3.2.1 Diferença de Potencial

A diferença de potencial, entre pontos de uma barra de aço imersa no

concreto, é responsável pelo surgimento das regiões anódicas e catódicas da pilha

de corrosão. As diferenças de potenciais podem ser originadas de uma variação de

umidade, aeração diferencial, concentração salina, tensão no concreto e/ou aço,

impureza no metal, carbonatação, penetração de íons ou heterogeneidade no

concreto.

Nas regiões anódicas se verificam as reações de oxidação do ferro, onde o

átomo de ferro após oxidado e em forma de íon deixa a barra de aço e migra para o

eletrólito, ficando a barra carregada negativamente de acordo com a reação:

2 Fe o 2 Fe

+ 4e

(3.1)

Por diferença de potencial as cargas negativas liberadas na região anódica

movimentam-se em direção a zona catódica da barra de aço, provocando reações

de redução das espécies eletroquímicas ou íons presentes no eletrólito. No caso de

meio neutro ou alcalino aerado, HELENE (1993) cita a seguinte reação de redução:

2 H

O + O

+ 4e

o 4 OH

(3.2)

Na superfície da barra ou no eletrólito, ocorre a formação da ferrugem,

resultado de uma série de reações que podem ocorrer em etapas sucessivas com

formação de complexos intermediários e transitórios que são função dos compostos

presentes, da temperatura e das condições de exposição, podendo não participarem

da etapa final do processo. A Equação 3.3 representa a primeira forma de hidróxido

de ferro formado, enquanto que a Equação 3.4 corresponde à reação final

simplificada por HELENE (1993).

2 Fe

+ 4 (OH

) o 2 Fe(OH)

(hidróxido ferroso fracamente solúvel) (3.3)

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

4 Fe(OH)

+ 2 H

O + 1/2 O

o 2 Fe

O (óxido férrico hidratado) (3.4)

3.2.2. Eletrólito

A água juntamente com certos produtos de hidratação do cimento como, por

exemplo, o hidróxido de cálcio (portlandita), Ca(OH)

, hidróxido de potássio, K(OH),

e hidróxido de sódio, Na(OH), são geralmente encontrados nos poros e capilares do

concreto em quantidades suficientes para atuar como eletrólito, principalmente nas

regiões das obras expostas às intempéries (HELENE, 1993).

No caso da corrosão eletroquímica em concretos, o eletrólito é responsável

pela condução da corrente iônica entre as áreas anódicas e catódicas da barra de

aço.

Os concretos com elevados teores de eletrólitos, não saturados, são os que

apresentam maior velocidade de corrosão, pois ao mesmo tempo que garantem boa

condutividade elétrica existe disponibilidade de água para que ocorra a reação de

redução do oxigênio e de acordo com a Equação 3.2, são permeáveis ao oxigênio,

ao contrário dos concretos saturados.

3.2.3 Oxigênio

A corrosão do aço nas armaduras do concreto depende essencialmente da

presença de oxigênio dissolvido no eletrólito, o que torna a sua ausência um dos

principais obstáculos para desencadeamento do processo corrosivo nas estruturas

de concreto armado.

Segundo BAUER et al. (1990), o oxigênio pode alcançar a armadura do

concreto de duas formas: atravessando a camada de recobrimento do concreto

quando a mesma é permeável ao ar, e pela decomposição da água do concreto

em razão de uma diferença de potencial. Pesquisas mostraram que, embora os

cloretos estejam presentes, a taxa de corrosão será baixa se o concreto for

continuamente saturado com água; isto pela maior dificuldade de difusão do

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

oxigênio nestas condições, caracterizando desta forma a importância do oxigênio

sobre a velocidade do processo de corrosão, Comitê 222 R 96 do ACI.

3.2.4. Agentes Agressivos

Os agentes agressivos aceleram o processo de corrosão, uma vez que são os

responsáveis pela diminuição da alcalinidade do concreto, facilitando a

despassivação do aço, além de contribuírem para o aumento da condutividade

elétrica do eletrólito (HELENE, 1993).

Dentre os principais agentes agressivos pode-se citar: os íons cloretos, Cl

sulfetos, S

-2

, sulfatos SO

-2

, nitritos, NO

, amônio, NH

, e os compostos, dióxido de

carbono, CO

, de enxofre, SO

, trióxido de enxofre, SO

, gás sulfídrico, H

fuligem, etc.

3.3 FORMAS DE CORROSÃO

Os processos de corrosão metálicos são essencialmente eletroquímicos, e

ocorrem, geralmente, na superfície de separação entre o metal e o meio corrosivo.

As formas de corrosão definem a aparência da superfície corroída (FONTANA,

1987) e, em geral apresentam-se interligadas, dificultando a sua classificação. As

principais formas serão descritas a seguir, mas por se tratar de um estudo no

concreto, detalharemos aquelas mais relacionadas com o tema do estudo.

x Corrosão uniforme; É uma forma de corrosão bastante comum e consiste

normalmente de uma reação química ou eletroquímica que se processa

uniformemente em toda a superfície exposta. Como resultado, o metal torna-se

mais fino, podendo sofrer uma ruptura;

x

Corrosão por placas: É quando o produto de corrosão forma-se em placas e vai-

se desplacando progressivamente. Esta forma é muito comum em metais que

formam películas protetoras que fraturam e perdem a aderência à medida que

aumentam de espessura;

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

x Corrosão alveolar: É o desgaste provocado pela corrosão em forma localizada

com aspecto de pequenas crateras, com fundos arredondados e profundidade

menor que seu diâmetro. Esta forma também, é bastante comum em metais

formadores de películas protetoras quando a corrosão eletroquímica é associada

a alguma ação mecânica e em metais não formadores de películas protetoras

quando na presença de meios muito agressivos;

x

Corrosão por pite: É uma forma de corrosão muito localizada, constituindo-se em

um ataque muito intenso que são cavidades com fundo de forma angulosa e

profundidade maior do que o diâmetro da superfície. Esta forma também, é

bastante comum em metais formadores de películas protetoras, quando sob a

ação de agentes que promovam o rompimento localizado da película protetora;

x Corrosão intergranular ou intercristalina: É aquela forma onde a corrosão ocorre

entre os contornos de grãos da rede cristalina do material metálico, o qual perde

suas propriedades mecânicas, fraturando-se quando solicitado por esforços

mecânicos. Esta forma é comum nos aços inoxidáveis sensitizados e nos

processos de corrosão sob tensão;

x Corrosão intragranular: É quando a corrosão ocorre na rede cristalina do material

metálico, conferindo ao material perda das propriedades mecânicas, a peça

poderá fraturar quando solicitado por esforços mecânicos. Esta forma é comum

nos processos de corrosão sob tensão;

x

Corrosão filiforme: É a corrosão sob a forma de filamentos, se propaga em

diferentes direções e não se cruzam. Geralmente ocorre em superfícies metálicas

revestidas com tintas, ou expostas a umidades relativas do ar maior que 85 %.

Ocorre também, por penetração de oxigênio e água em falhas de revestimentos;

x Corrosão pelo hidrogênio: É caracterizada quando a corrosão se forma pela

penetração do hidrogênio atômico no material metálico, difundindo-se

rapidamente em regiões com descontinuidade, formando bolhas.

x

Corrosão por esfoliação: É aquela quando a corrosão é formada entre a estrutura

dos grãos alongada, separando-as em camadas e provocando o inchamento do

material. Esta forma de corrosão é geralmente observada em ligas de alumínio.

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

Além da forma de desgaste é muito importante também caracterizar a

extensão e a intensidade da corrosão. Quanto à extensão, a corrosão pode ser

generalizada ou localizada e quanto à intensidade pode ser leve, moderada ou

intensa. Assim a descrição completa de forma de corrosão deve ser por exemplo:

corrosão uniforme generalizada leve, corrosão por pite localizada intensa, e assim

por diante.

3.4 PASSIVAÇÃO

Nas primeiras idades e devido à sua elevada reserva alcalina proveniente da

solução de hidróxido de cálcio que satura os poros, os concretos possuem pH na

faixa de 12 a 13,5, e em idades mais avançadas, via de regra, é garantida por uma

solução formada principalmente por hidróxido de sódio, NaOH, e hidróxido de

potássio, KOH, originários dos álcalis do cimento (MIRANDA, 1991).

Nestas condições, a armadura de aço embutida no concreto encontra-se em

estado de passivação química ou imune, caracterizado pela formação de uma fina

camada de óxido de ferro em estado de equilíbrio depositada sobre sua superfície.

O filme passivo é muito aderente ao aço, bastante delgado e invisível a olho nu,

devido à sua pequena espessura variando de 10

-3

Pm a 10

-1

Pm (SAGOE-CRENTSIL

& GLASSER, 1990).

A maneira como o filme passivante pode ser formado, e em que condições o

ferro apresenta-se em processo de corrosão ou passivado, foram estudados por

POURBAIX (1974), que considerando os dados da termodinâmica, desenvolveu as

relações entre o potencial de eletrodo e o pH das soluções, para os sistemas em

equilíbrio. Tais relações foram interpretadas graficamente e denominadas diagrama

de POURBAIX. Ele concluiu que para a ordem de grandeza do pH no concreto, na

faixa de 8 a 13, e para uma faixa usual de potencial de corrosão, também no

concreto, da ordem de + 0,1 V a – 0,4 V em relação ao eletrodo padrão de

hidrogênio, o aço da armadura estará passivado. A Figura 3.2 ilustra o diagrama de

equilíbrio potencial versus pH, de forma simplificada, para o sistema OHFe

 ou

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

ferro-água, a 25 ºC (NUNES, 1982; HELENE, 1993;

FIGUEIREDO, 1994;

ALMEIDA, 1996

Figura 3.2 Diagrama de Pourbaix de equilíbrio termodinâmico. Potencial versus pH

para o sistema

OHFe



a 25 ºC, delimitando os domínios prováveis de corrosão,

passivação e imunidade adaptada de (HELENE, 1993)

POURBAIX (1974) traçou as curvas representativas das condições de

equilíbrio entre um elemento e os seus compostos, definindo os domínios de

estabilidade termodinâmica de cada um. Nesse estudo foi estabelecido para cada

metal, as condições de pH e potencial no qual o metal se oxida, passiva ou

permanece imune ASTM C 150 (1991).

A composição do filme passivante não é seguramente conhecida devido ao

número de variáveis associadas, como a composição do concreto, teor de O

2 ,

da fase líquida e potencial do aço. HELENE (1986) ressalta que a película é

composta por óxido duplo de cálcio e ferro resultante da combinação da ferrugem

superficial, Fe(OH)

, com hidróxido de cálcio, Ca(OH)

, segundo a reação abaixo:

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

2 Fe(OH)

+ Ca(OH)

o CaOFe

+ 4 H

O (3.5)

3.5 DESPASSIVAÇÃO

O rompimento da camada passiva com início de corrosão ocorre quando

fatores eletroquímicos, mecânicos ou químicos removem ou prejudicam a camada

passivante, ficando o aço vulnerável ao fenômeno da corrosão. A chegada da frente

de carbonatação e/ou ação destrutiva dos cloretos, são tidos como os principais

agentes responsáveis por esta despassivação do aço embutido no concreto.

3.6 CARBONATAÇÃO

A carbonatação é o processo de neutralização da fase líquida intersticial

saturada de hidróxido de cálcio, Ca(OH)

, e de outros compostos alcalinos

hidratados, como o hidróxido de sódio, NaOH, e hidróxido de potássio, KOH,

contidos nos poros do concreto. Essa neutralização é resultado das reações dos

compostos alcalinos com os componentes ácidos da atmosfera, como o dióxido de

carbono, CO

, dióxido de enxofre, SO

, trióxido de enxofre, SO

e Gás sulfídrico,

S. Em decorrência das maiores incidências de CO

na atmosfera, o fenômeno é

denominado de carbonatação.

Esse fenômeno ocorre inicialmente na superfície do concreto, porque o CO

tende a se combinar ainda na superfície, segundo as seguintes reações

simplificadas:

Ca(OH)

+ CO

...

CaCO

+ H

O...............................(3.6)

2 Na,KOH + CO

...o Na

CO3 + H

O (3.7)

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

Como resultados destas reações, obtém-se uma redução da alcalinidade dos

concretos e argamassas, pois os produtos de carbonatação, como por exemplo, o

carbonato de cálcio, CaCO

, apresentam pH da ordem de 9,4 quando submetido

à temperatura ambiente (HELENE, 1986), o que provoca alteração da estabilidade

química da película passivante.

. O processo de carbonatação é lento, devido normalmente à baixa

concentração de CO

nas atmosferas urbanas, de 0,03 % a 0,1 %, e a uma grande

reserva alcalina cristalizada nos poros do concreto (NOGUEIRA, 1989).

As profundidades de carbonatação aumentam inicialmente com grande

rapidez, reduzindo seu gradiente de crescimento com o passar do tempo e tendendo

assintoticamente a uma profundidade máxima. Essa redução da velocidade de

carbonatação pode ser explicada pela hidratação crescente do cimento, que

promove aumento na densidade do concreto, e pela ação dos produtos de

transformação que obstruem os poros dificultando o acesso do CO

para o interior

do concreto (HELENE, 1986).

Uma característica do processo de carbonatação é a existência de uma frente

de avanço do processo, separando duas zonas com pH muito diferentes, uma com

9,0 (carbonatada) e outra com pH

12,0 (não carbonatada) (HELENE, 1993).

A frente de avanço do processo de carbonatação, ou simplesmente frente de

carbonatação, pode ser visualizada utilizando uma solução de fenoftaleína, que

indica mudanças de coloração entre os valores de pH de 8,3 a 9,5. Para regiões

carbonatadas, ou seja de pH inferior a 8,3, o indicador é incolor, e róseo-

avermelhado para valores de pH superiores a 9,5, o que caracteriza a zona não

carbonatada.

A carbonatação dos concretos está relacionada à porosidade e

consequentemente a sua permeabilidade, uma vez que a penetração do CO

dá-se

fundamentalmente pelo mecanismo de difusão. Em razão destas considerações,

HELENE (1993) considera a relação água/cimento a variável mais importante para

a ocorrência do processo de carbonatação.

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

Segundo LOTO (1989), o processo de carbonatação depende da porosidade

do concreto. Como é possível verificar na Figura 3.3, o processo de carbonatação é

acelerado através de fissuras existentes na superfície do concreto.

Figura 3.3 – Efeitos da carbonatação através da superfície e de fissuras existentes

no concreto adaptata de (PRUDÊNCIO, 1986)

Segundo CASCUDO (1997), a taxa de difusão do CO

na água é 10

vezes

mais baixa que no ar. Pelo fato do concreto ser um material poroso, a taxa de

difusão do CO

no seu interior será função da forma da estrutura e do grau de

saturação dos seus poros.

As Figuras 3.4, 3.5 e 3.6 apresentam as três situações possíveis de saturação

dos poros com água, e seus prováveis estados de carbonatação.

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

Figura 3.4 – Representação esquemática da carbonatação em poros totalmente

vazios adaptada de (FARIAS, 1991).

Figura 3.5 – Representação esquemática de carbonatação em poros totalmente

cheios adaptada de (FARIAS, 1991).

Figura 3.6 – Representação esquemática de carbonatação em poros parcialmente

preenchidos adaptada de (FARIAS, 1991).

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

No primeiro caso, Figura 3.4, tem-se a situação de poros secos. Nesta

condição a taxa de difusão do CO

é elevada, porém a frente de carbonatação não

avança, tendo em vista que o processo de carbonatação depende da presença de

água nos poros. No segundo caso, Figura 3.5, tem-se a situação inversa, poros

totalmente saturados, impedindo a penetração do CO

, o que resulta na baixa

velocidade de carbonatação. Por outro lado, a Figura 3.6 apresenta a situação de

poros parcialmente saturados, condição favorável para ocorrência do fenômeno de

carbonatação pela presença significativa e simultânea de água e CO

3.7 ÍONS CLORETOS (Cl

)

A literatura sobre durabilidade das estruturas de concreto citam os íons

cloretos como uma das espécies mais agressivas quando nos referimos à corrosão

em armaduras HAUSMANN (1967), CARMONA et al. (1986), MIRANDA (1991),

MANGAT et al. (1992), HELENE (1993), MEHTA & MONTEIRO (1994), DIAB et al.

(2002), BASTOS (2004), BARRETO (2004).

A compreensão do seu comportamento no interior dos concretos, e o seu

mecanismo de atuação, ainda não estão bem estabelecidos no meio científico, pois

os cloretos podem alcançar o interior da massa do concreto por adição no ato do

amassamento ou após endurecido. Durante o amassamento, os cloretos geralmente

são introduzidos mediante o uso de aditivos que contenham cloro em sua

composição, como também através dos agregados ou água de amassamento. Os

cloretos cuja presença no concreto tem origem na mistura dos materiais são

denominados de incorporados.

Após o endurecimento, pelo fato do concreto constituir-se de um material

poroso, permite que cloretos provenientes do meio externo, como é o caso das

regiões marinhas, áreas industriais, sais de degelo utilizados em estradas e pontes,

águas contaminadas, penetrem em seu interior através de sua rede de poros

capilares, alcançando as armaduras e iniciando o processo corrosivo.

Os íons cloretos podem chegar até o concreto em diferentes formas:

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

x O uso de aceleradores de pega a base de CaCl

;

x Como impurezas indesejáveis dos agregados (areia e brita) e da água de

amassamento;

x

Provenientes de atmosferas marinhas (maresia);

x Água do mar;

x Uso de sais de degelo e processos industriais.

Os íons cloretos podem ser encontrados no interior do concreto em três

diferentes formas, quimicamente ligado ao aluminato tricálcico (C

A) ou sal de

Friedel, que é um composto insolúvel (SERRA, 1986; FIGUEIREDO, 1994)

A.CaCl

.10H

, fisicamente adsorvido na superfície dos poros e sob a forma

de íons livres. Esta última é a que causa as maiores preocupações, já que os íons

livres sempre estarão presentes na fase líquida do concreto, devido a existência do

equilíbrio entre as três fases.

A Figura 3.7 representa esquematicamente as três possibilidades de

ocorrência de Cl

–

no concreto.

Figura 3.7 - Formas de apresentação dos íons cloreto nas estruturas de concreto

adaptada de (FARIAS, 1991).

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

Segundo o relatório do comitê 222 R 96 do ACI, existem três teorias

modernas e aceitas para explicar os efeitos dos íons cloretos no processo de

corrosão das armaduras:

Teoria do filme de óxidos - Os íons cloretos Cl

–

penetram no filme de óxido

passivante formado sobre a superfície do aço, através dos poros ou defeitos

existentes no concreto. Os íons cloretos podem alternadamente dispersarem-se

coloidalmente no filme de óxido, tornando mais fácil sua penetração.

Teoria da adsorção - Os íons cloretos Cl

–

são adsorvidos na superfície

metálica em competição com o oxigênio dissolvido no eletrólito ou com íons

hidroxilas. Os íons cloretos hidratados facilitam a hidratação dos íons metálicos,

favorecendo a sua dissolução.

Teoria do complexo transitório - Os íons cloretos Cl

–

competem com os

íons hidroxilas (OH

–

) na produção de íons ferrosos no processo de corrosão,

formando, então, o complexo solúvel de cloreto de ferro, que pode difundir-se

a partir das áreas anódicas danificando a camada protetora de hidróxido ferroso

Fe(OH)

e facilitando a continuação do processo corrosivo. A uma determinada

distância do eletrodo o complexo é rompido, precipitando o hidróxido ferroso e os

íons cloretos hidratados ficam livres para transportar mais íons ferrosos da área

anódica.

Segundo HANSSON et al. (1985), pequenas concentrações de íons cloretos

podem ser toleradas sem provocar o início do processo de corrosão, uma vez que,

após reagirem com os aluminatos, provenientes das reações de hidratação do

cimento, os íons cloretos não estarão livres para despassivar as barras de aço

embutidas no concreto. No entanto, sabemos que existe uma concentração crítica a

partir da qual o íon cloreto pode penetrar no filme de óxido passivante, destruindo a

película, e iniciando o processo de corrosão da armadura do concreto. A

concentração máxima limite está associada a normas e especificações técnicas

vigentes em alguns países. Segundo a norma brasileira NBR 6118, a quantidade

máxima de Cl

é 500 mg/l, em relação a água de amassamento. Para um concreto

normal, com consumo de cimento da ordem de 360 Kg

e uma relação a/c de

0,55; a quantidade de 500 mg/l equivale a um teor de cloreto de 0,025% em relação

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

à massa do cimento. O comitê 222 R 96 do ACI permite um conteúdo máximo de

cloretos, em relação a massa do cimento, de 0,15%. Segundo o CEB 192 (1989), a

quantidade máxima de cloretos que pode se ligar quimicamente com a matriz de

cimento é de 0,4 % em relação a massa de cimento, nesta concentração não restará

cloreto livre capaz de romper a camada de passivação das armaduras. Existem

muitas pesquisas no sentido de encontrar a relação limite de

para o início

do processo de corrosão. HAUSMANN (1967), estudando em soluções alcalinas,

propõem que o valor crítico da concentração de cloreto é função da concentração

dos íons hidroxilas. Acima dessa relação

>Cl

@/>OH

@t 0,6; tem-se a despassivação

das armaduras. GONI & ANDRADE (1990), também pesquisando com soluções

alcalinas, determinaram valores limites de

similares de 0,3 e 0,8 em

função do método utilizando para determinação da concentração dos íons

LAMBERT et al. (1991), estudando corpos-de-prova de concreto e uma fonte externa

de cloretos, determinaram que, a partir de uma relação

>Cl

@/>OH

@ igual a 3, ocorre a

despassivação das armaduras. Enquanto isso, a pesquisa realizada por MANGAT et

al. (1992), estudando também em corpos-de-prova de concreto, encontraram

velocidades de corrosão insignificantes com relação

>Cl

@/>OH

@ igual a 11.

O mecanismo de penetração do íon cloreto através do concreto, para que

esse íon chegue até à superfície da armadura, na forma de cloreto livre, e consiga

iniciar o processo de corrosão, depende de uma série de fatores relacionados, por

exemplo, com o tipo de cátion associado aos cloretos, tipo de acesso ao concreto,

presença de outro ânion como o sulfato, tipo de cimento utilizado na produção do

concreto, relação água/cimento, estado de carbonatação do concreto, condições de

produção e cura do concreto, umidade ambiental e quantidades de cimento no traço

(FIGUEIREDO, 1994).

ERLIN et al. (1985), após vários estudos, concluíram que os íons cloretos

reagem da seguinte maneira com o aço despassivando-o :

+ 6 Cl

FeCl

-4

(3.8)

+ 6 Cl

FeCl

-3

(3.9)

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

Nas equações anteriores, os cloretos removem os íons ferrosos das áreas catódicas,

que reagirão com produtos da área anódica, e sofrera a deposição na seguinte

forma:

FeCl

-3

+ 2 OH

o Fe(OH)

+ 6 Cl

(3.10)

3.8 TÉCNICAS PARA AVALIAÇÃO DA CORROSÃO NO CONCRETO ARMADO

De acordo com GOODWIN et al. (2000), dentre as técnicas eletroquímicos de

avaliação da corrosão do aço no concreto armado pode-se destacar as medidas de

potencial de eletrodo, resistência elétrica, ruído eletroquímico, curvas de polarização,

resistência de polarização e a impedância eletroquímica. No que diz respeito aos

métodos não-eletroquímicos, mostra-se a inspeção visual, os métodos sísmicos,

termografia, resistividade elétrica do concreto, emissões acústicas, sensores

magnéticos de fibras óticas, microondas baseadas em termorefletometria.

Dentro desse âmbito, ALMEIDA, (1996); MUNIZ, (1996); SOUZA, (1999);

OLIVEIRA, (2000); BARRETO, (2004), NOBREGA, (2004) ratificam as afirmações de

que as técnicas eletroquímicas para avaliação da corrosão da armadura estão

divididas em dois grupos. No primeiro grupo estão às técnicas não-pertubativas. Os

autores destacam que estas técnicas são assim chamadas por não inutilizarem os

corpos-de-prova após os ensaios, já que medem os estímulos emitidos pelas

armaduras sem a aplicação de sinais externos (RAVINDRA, 1991). Neste grupo

enquadram-se as Medidas de Potencial de Eletrodo, Medidas de Resistência Elétrica

e de Ruído Eletroquímico.

No segundo grupo estão os métodos pertubativos que, em contrapartida,

alteram o sistema após a aplicação de um sinal externo (MCKENZIE & GURUSAMY,

1987; NOGUEIRA, 1989; HELENE, 1993). Entre essas técnicas, OLIVEIRA (2000)

destaca as curvas de polarização, resistência de polarização e a impedância

eletroquímica. Além disso, Andrade (s.d., apud HELENE, 1993) defende que essas

metodologias têm aplicações restritas ao laboratório.

Na presente pesquisa utilizou-se as técnicas de curvas de polarização,

resistência de polarização e potencial de corrosão para a avaliação da corrosão do

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

aço embutido no concreto, conseqüentemente, abordada com mais detalhes a

seguir.

3.8.1 Curvas de polarização

Segundo FIGUEIREDO (1994), a expressão gráfica da função potencial-

intensidade de corrente se conhece como curva de polarização.

A obtenção das curvas de polarização foi uma das primeiras técnicas

eletroquímicas a ser efetivamente empregada em corpos-de-prova de concreto

armado. Consiste na representação gráfica da variação do potencial em função da

variação da intensidade de corrente aplicada sobre o eletrodo de trabalho, baseando-

se na aplicação de um estímulo externo, sobretensão ou sobrecorrente (HELENE,

1993), a um sistema de corrosão, utilizando-se, para tanto, um potenciostato, que é

responsável pela aplicação de potencial ao sistema, de forma controlada, conforme

se deseje polarização anódica ou catódica (ALMEIDA, 1996). Para cada valor de

potencial aplicado, o sistema necessita de determinada quantidade de corrente, que

é fornecida pelo próprio potenciostato (NOBREGA, 2004). Essa técnica fornece

dados sobre a intensidade de corrosão e sobre a morfologia do processo de

corrosão, mas devido à elevada polarização imposta ao sistema, ela é considerada

destrutiva, não sendo possível à realização de medidas periódicas com o mesmo

eletrodo (LIMA, 2000).

Segundo a literatura (POURBAIX, 1974) pode ter sido o primeiro a estudar as

curvas de polarização sobre armaduras de aço imersas em soluções saturadas de

Ca(OH)

. Posteriormente outros autores realizaram pesquisas em soluções alcalinas,

argamassas ou concretos utilizando a mesma técnica (MUNIZ, 1996; OLIVEIRA,

2000; SILVA, 2002; NOBREGA, 2004). Os autores destacam que desde então, as

curvas de polarização vêm sendo amplamente empregadas em estudos relacionados

ao concreto armado para estudar fenômenos como efeito da carbonatação, corrosão

causada na presença de íons cloretos, e dos diferentes aditivos do concreto, entre

outros.

Em relação à técnica de curvas de polarização, vale salientar que quando um

metal é colocado em um meio corrosivo, ele assume um potencial, em relação a um

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

eletrodo de referência, conhecido como potencial misto ou de corrosão (E

corr

). Neste

potencial, a amostra apresenta correntes anódicas e catódicas de igual magnitude na

superfície do metal (MUNIZ, 1996), o que significa que a corrente resultante é nula.

O autor salienta que é o potencial onde todos os elétrons liberados nas reações

anódicas de oxidação são consumidos nas reações catódicas de redução. Assim, a

amostra estará em equilíbrio (regime estacionário) com o meio, embora possa estar

sendo visivelmente corroída (CASCUDO, 1997). Esta colocação pode ser verificada

na curva de

polarização

quando ocorre a intercessão das curvas anódicas e catódicas.

E, nesse ponto, ter-se-á o potencial de corrosão, e a densidade de corrente nula,

conforme Figura 3.7.

Como a corrente de corrosão não pode ser medida diretamente, já que esta é

a corrente que circula internamente na pilha eletroquímica de corrosão, a única forma

de conhecer essa corrente é através de medidas indiretas, ou seja, através das

curvas de polarização (ALMEIDA, 1996).

Figura 3.8 - Ilustração das curvas anódicas e catódicas adaptada de (ALMEIDA,

1996).

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

3.8.1.1 Fundamentos das reações de eletrodo

Considerado que as reações de corrosão em meio aquoso são eletroquímicas,

é possível o estabelecimento de uma equação geral que correlacionem as

características de corrente e potencial de reações ocorridas nas superfícies de

eletrodo. Esta equação, conhecida como equação corrente-sobrepotencial é

dependente de parâmetros eletroquímicos do sistema e das concentrações das

espécies em solução.

Segundo FOFANO (2000) se a solução na qual o processo corrosivo ocorre

permanece bem agitada ou as correntes são mantidas tão pequenas que as

concentrações na superfície do eletrodo não diferem apreciavelmente dos valores do

meio da solução, a equação corrente-sobrepotencial pode ser escrita conforme a

Equação 3.11.

i = i

-e

(1-

)nf

] (3.11)

onde o i é densidade de corrente resultante na interface metal-eletrólito, i

é a

densidade de corrente de troca,

é o sobrepotencial, Į é o coeficiente de

transferência, n é o número de elétrons transferidos por espécie e f = F/RT.

A Equação 3.11 é conhecida como equação de BUTLER-VOLMER. Esta

equação é uma boa aproximação da equação geral quando i é 10% inferior a

corrente limite entre i

l,a

ou i

l,c

e modela as reações governadas pela transferência de

carga (nesse caso os mecanismos de transporte de massa – difusão, migração ou

convecção são desconsiderados).

Entretanto, para pequenos valores de x, a exponencial e

pode ser

aproximada para 1 + x, se

K assumir valores suficientemente pequenos, a equação

de BUTLER-VOLMER pode ser escrita conforme a Equação 3.12.

i = i

(-nfK) (3.12)

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

A Equação 3.12 mostra que a corrente está linearmente relacionada com o

sobrepotencial numa estreita faixa próximo do potencial de equilíbrio, E

. A razão

K/i tem dimensões de resistência elétrica e é frequentemente chamada de

resistência de transferência de carga, R

ct:

= RT/nFi

(3.13)

Para valores de

K muito grande (tanto negativos quanto positivos) uma das

exponenciais dos termos da Equação 3.11 pode ser desprezada. Por exemplo, para

valores de

K elevados, e

-DnfK

!! -e

(1-D)nfK

a Equação 3.11 fica:

= i

-DnfK

(3.14)

= E

ln(i

) (3.15)

Onde

é o coeficiente de Tafel da reação anódica, dado pela Equação 3.16:

= 2,3 RT/DnF (3.16)

De forma similar, o coeficiente catódico (

) pode ser obtido por:

= 2,3 RT/(1-D)nF (3.17)

Essa velocidade de corrosão pode ser determinada através das curvas de

polarização anódicas e catódicas através do método de interseções proposto por

Tafel para curvas de polarização (HELENE, 1993).

Neste trabalho, foram utilizadas as curvas de Tafel. Segundo TAIT (1994),

essas curvas geram ramos anódicos e catódicos, correspondentes às regiões

anódicas e catódicas da corrosão dos metais. Nessas curvas, os braços anódicos e

catódicos são gerados com base em um mesmo eletrodo de trabalho. OLIVEIRA,

(2000) trabalhou com variações de potencial de 2 mV por passo, mas o autor

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

ressalta que podem ser programadas de acordo com a conveniência ou

necessidades específicas de respostas do ensaio. Os dados de potencial e corrente

são gerados em um gráfico de potencial aplicado versus o logaritmo dos valores da

densidade de corrente (TAIT, 1994). A corrente de corrosão é extraída pelo

rebatimento da interseção das extrapolações lineares dos ramos anódicos e

catódicos da curva de Tafel, no eixo do logaritmo das correntes, como mostra a

Figura 3.8.

Figura 3.9 - Diagrama de Tafel adaptada de (FÓFANO, 2000).

De acordo com BOCKRIS & REDDY (1970), a Equação 3.11 apresenta a

corrente resultante linearmente relacionada ao sobrepotencial para uma extensão de

potencial pequena, perto do potencial de equilíbrio E

(Ș = 0 para i = i

). E quando |Ș|

> 0,1 V, a Equação 3.11 se reduz a equação de Tafel, representada pela Equação

3.18.

Ș = a + b ln | i | (3.18)

onde a e b são constantes empíricas (WOLYNEC, 2003).

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

OLIVEIRA (2000) destaca que de acordo com a natureza logarítmica da

equação de Tafel, é conveniente representar as curvas de polarização como

sobretensão, Ș, versus logaritmo da corrente, ln | i |, pois parte da reta do diagrama

corresponde à equação de Tafel, tal que a constante empírica “b” é a inclinação da

reta e a constante “a” o seu coeficiente linear.

Para o estudo da corrosão do aço imerso no concreto, onde o eletrodo de

trabalho fica distante do eletrodo de referência, devido à espessura do cobrimento

que o proteje, deve ser levada em consideração uma queda ôhmica ,que é dada por

ȍ,

devendo ser incluída na equação de BUTLER-VOLMER, a fim de ser

compensada a cada momento do traçado da curva (FIGUEIREDO, 1994), conforme

Equação 3.19.

i = i

. {exp[Įnf(Ș-iR

)]-exp[(1-Į)nf(Ș-iR

)]} (3.19)

Onde i é a densidade de corrente que passa pelos eletrodos e, R

é a resistência

entre o eletrodo de trabalho e o eletrodo de referência, sobretudo em virtude do

concreto.

Segundo afirmações de FONTANA (1987), existem alguns erros

possivelmente inerentes ao método linear de polarização. Para evitar estes erros os

experimentos devem ser executados medindo um número significativo de pontos

dentro de 5 mV do potencial da corrosão para, assim, assegurar uma exatidão

máxima. A resistência do eletrólito deve também ser considerada para testes em

eletrólitos de baixa condutividade.

Destaca-se que nas experiências para a determinação de curvas de

polarização é comum a utilização de soluções sintéticas ou extratos obtidos do

próprio concreto em substituição à polarização direta no concreto (NOGUEIRA, 1989;

MIRANDA, 1991; ANDRADE, 2002). Os autores afirmam que, assim, minimiza-se ou

reduz-se por completo o problema da queda ôhmica. ROSENBERG & GAIDIS

(1979), trabalhando com íons cloretos e nitritos, determinaram para o aço submerso

em extratos aquosos constantes de Tafel idênticas às do aço imerso no concreto.

Apesar disso, alguns pesquisadores (ANDRADE, 1986; LEVY, 1996) criticam o uso

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

desses extratos, baseando-se no fato dos mesmos não reproduzirem a composição

química da fase líquida do concreto e, principalmente, por não se levar em conta

parâmetros físicos tais como: resistividade elétrica e geometria do poro.

Para BJEGOVIC et al. (1994), a técnica de resistência de polarização linear é

usada extensamente nos trabalhos de laboratório para a determinação da taxa da

corrosão, mas algumas modificações são requeridas para sua aplicação às

estruturas no campo. Uma das dificuldades da técnica é a probabilidade de erros e a

exigência do equipamento associado ao processo de trabalhar com a área de aço

que está sendo polarizada; se esta área fornecida pelo operador não corresponder

exatamente à área que está sendo polarizada durante o experimento, a

determinação da taxa de corrosão exata não será determinada.

3.8.2 Resistência de polarização

A técnica de resistência de polarização (Rp) em corrente contínua tem sido o

método mais utilizado para o estudo da corrosão, em concreto, após a primeira

publicação de STERN & GEARY (1957). Os autores propuseram uma técnica

simples, rápida e não destrutiva devida à uma pequena varredura próximo ao

potencial de corrosão. Essa técnica está fundamentada na observação do

comportamento linear do potencial em função do logaritmo da corrente de corrosão

em torno do potencial de corrosão, durante a aplicação de um sinal elétrico de

pequena amplitude uniformemente distribuído em uma barra metálica em meio

eletrolítico.

E, sendo a razão entre o potencial e a intensidade em torno do potencial de

corrosão

wE/wi, ou seja, o coeficiente angular da região linear da curva de polarização

nas proximidades do potencial de corrosão, que é expressa pela Equação 3.20.

= (wE/wi)

corr

(3.20)

Denominada Resistência à Polarização Linear , tem-se, após o tratamento

matemático:

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

corr

= E

/2,303(E

E

(3.21)

O termo

/2,303(E

E

) é denominado coeficiente (B) de STERN &

GEARY. Por esse motivo a relação foi denominada de equação STERN & GEARY,

onde a intensidade de corrosão I

corr

é inversamente proporcional a R

, sendo B a

constante de proporcionalidade, conforme a Equação 3.22.

corr

(3.22)

Os autores utilizaram diferentes valores para B para um grande número de

sistemas metal/eletrólito, mostrando que B depende da constante de Tafel das

curvas de polarização e por essa razão varia de 13 mV a 52 mV para maior parte dos

sistemas analisados (FELIU, et al. 1990; ANDRADE & ALONSO 1996).

A resistência de polarização pode ser determinada através das técnicas de

corrente continua e alternada, cada uma com suas características especificas para

obtenção dos valores de intensidade de corrosão coerentes, em concordância com

as perdas gravimétricas (ROBRIGUEZ et al. 1993; ANDRADE & ALONSO, 2000;

FOFANO, 2000).

Alguns pesquisadores utilizam dois valores distintos para a constante B. Para

o aço embutido no concreto no estado despassivado, adota-se B = 26 mV, por outro

lado para o aço passivado é mais apropriado o valor de B = 52 mV. Esses valores

foram obtidos comparando os valores obtidos pela técnica gravimétrica e pelas

técnicas eletroquímicas. De acordo com os autores quando utiliza-se o valor de B =

26 mV, o erro máximo é igual a dois. Esse é um erro extrínseco associado à equação

de STERN.

ANDRADE & ALONSO (1996) consideram que para aplicação da técnica de

resistência de polarização três aspectos principais devem ser considerados: a) a

necessidade de compensar a queda ôhmica entre o eletrodo de trabalho e o eletrodo

de referência; b) a condição de linearidade; e c) a obtenção de valores estacionários.

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

Segundo os autores utilizando-se potenciostato/galvanostato moderno tem-se a

opção de eliminar o efeito da queda ôhmica. A negligenciacão da queda IR em

concreto leva a baixos valores de I

corr

. Mas com relação à linearidade foi

demonstrado por ANDRADE (1992) que para o caso do concreto a variação do

potencial seria na faixa de 20 a 30 mV. Entretanto sobre o aspecto do estado

estacionário, isso é obtido por meio de medidas estacionárias em tempo suficiente ou

taxas de varreduras apropriadas em medidas dinâmicas. Para o caso do concreto, a

velocidade de varredura entre 2,5 a 10 mV/min, dá resultados similares aos obtidos

pelo método gravimétrico.

3.8.3 Potencial de corrosão

O potencial eletroquímico de corrosão do aço imerso no concreto é uma

grandeza que indica aproximadamente o início da corrosão ou passividade do aço

nessa situação. Fornece ainda, informações meramente qualitativas que devem ser

utilizadas sempre como complemento de outros ensaios e nunca de forma isolada

(ANDRADE, 1992).

A medida consiste na determinação da diferença de potencial elétrico entre o

aço das armaduras e um eletrodo de referência que se coloca em contato com a

superfície do concreto (ANDRADE, 1992). A utilização da medida do potencial de

corrosão tem uma grande vantagem de ser uma técnica não destrutiva e de fácil

aplicação, no laboratório e no campo, não sendo necessária a utilização de

aparelhos caros e sofisticados (FIGUEIREDO, 1994).

A norma ASTM C 876 (1998) descreve o método de ensaio para obtenção de

potenciais de corrosão em concreto, podendo ser usado em ensaios laboratoriais ou

em avaliações “in loco” , conforme esquema mostrado na Figura 5.10. Critérios para

avaliação dos valores obtidos nas medidas de potencial de corrosão são

apresentados na norma anteriormente citada e indicam a probabilidade de ocorrência

da corrosão conforme Tabela 2.1.

Capítulo 3. Corrosão das Armaduras no Concreto

Djalma Ribeiro da Silva, Agosto/2006

Tabela 3.1 - Critérios de avaliação dos resultados das medidas de potenciais de

acordo com a ASTM C 876 (1999).

Potencial de corrosão relativo ao eletrodo de

referência de cobre-sulfato de cobre – ESC (mV)

Probabilidade de corrosão (%)

corr



-350

-200 ! E

corr

! -350

Incerteza

corr

! -200

A utilização dessa técnica para a obtenção de um mapa de linhas

equipotenciais pode ser bastante útil no momento de identificar as regiões de caráter

anódico e de uma estrutura de grandes dimensões.

Capitulo 4

Inibidores de Corrosão

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

4. INIBIDORES DE CORROSÃO

Nos últimos cinqüenta anos as pesquisas para o uso de inibidores de

corrosão no concreto armado e argamassas vêm sendo desenvolvidas em

diversos paises por vários pesquisadores. Dentre eles, podemos destacar os

trabalhos realizados por (ROBERTSON, 1951;TREADAWAY & RUSSELL, 1968;

CRAIG & WOOD, 1970; GRIFFIN, 1975; ROSENBERG & GAIDIS, 1979;

SLATER, 1983; HELENE, 1986; BERKE & STARK, 1985; EL-JAZAIRE et al.

1989; ANDRADE 1990; ANDRADE & ALONSO, 1990; LIMA, 1996;

NEPOMUCENO et al. 2000; NÓBREGA, 2004). Recentemente constatou-se que

pesquisas utilizando os inibidores Nitrito de Cálcio, Nitrito de Sódio

, C

romato de

Potássio, Benzoato de Sódio, Molibdato de Sódio, Aminoálcool e outros

inibidores de corrosão foram relatadas por (GAIDIS & ROSEMBERG, 1987;

MIRANDA, 1991; NMAI et al. 1992; COLLINS; LIMA & HELENE, 1995; LIMA,

1996; MUNIZ, 1996; VILLELA, 1996; NEPOMUCENO et al. 1997; PAZINI et al.

1998; FIGUEIREDO et al. 1998; LIMA et al. 1999; AZAMBUJA et al. 2000;

CRIVELARO et al. 2000; LIMAYE et al. 2000; NEPOMUCENO et al. 2000;

OLIVEIRA, 2000; LIMA, 2000; SILVA, 2002; LIMA et al. 2001; RIBEIRO &

FIGUEIREDO, 2001; FERREIRA et al. 2002; NGALA, 2002; NGALA, 2003;

WOMBACHER et al. 2003; NOBREGA, 2004, BASTOS, 2005; FREIRE, 2005).

Estes inibidores têm recebido grande aceitação por parte dos pesquisadores,

devido a suas facilidades de utilização quando adicionados a água de

amassamento.

4.1 DEFINIÇÕES

O nosso conceito é que: inibidor de corrosão é qualquer espécie química

ou mistura que, na sua concentração crítica, atua sobre a superfície metálica,

retardando ou minimizando a velocidade da reação de corrosão. Enquanto que a

maioria dos pesquisadores (TRABANELLI et al.1970; PANOSSIAN, 1993;

GENTIL, 1996) definem os inibidores de corrosão como compostos químicos

ou misturas que, quando adicionados ao meio corrosivo em pequenas

concentrações, retardam o início do processo corrosivo. Por apresentar essa

propriedade é que os inibidores são bastante empregados pelas indústrias há

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

mais de cem anos para proteger equipamentos, componentes metálicos,

plantas industriais, sistemas de resfriamentos

ou aquecimentos, indústria de

galvanoplastia nas decapagens químicas, produção, transporte e armazenamento

de petróleo ou ainda na produção e transporte de gás natural, dentre outros.

4.2 CLASSIFICAÇÃO DOS INIBIDORES DE ACORDO COM A SUA

COMPOSIÇÃO QUÍMICA: ORGÂNICOS E INORGÂNICOS

4.2.1 Inibidores orgânicos

A utilização de compostos orgânicos como inibidores de corrosão para o

concreto que é um meio altamente alcalino, tem sido estudo de vários

pesquisadores, dentre eles podemos destacar (NMAI, 1992; FIGUEIREDO,

1994; ANDRADE & GONZALEZ, 1995; LIMA & HELENE, 1995; LIMA, 1996;

LEÃO & FIGUEIREDO, 1997; NEPOMUCENO et al. 1997; PAZINI et al. 1998;

CRIVELARO et al. 2000; NEPOMUCENO et al. 2000; RIBEIRO &

FIGUEIREDO, 2001; DHOUIBI et al. 2002; WOMBACHER et al. 2003). A

atuação desses inibidores orgânicos, principalmente quanto ao efeito da

adsorção destes compostos é de relevada importância, como também conhecer

qual o tipo de adsorção que está ocorrendo na interface metal/inibidor

orgânico/meio.

Adsorção Física: É quando o inibidor orgânico interage com a superfície

metálica via interações fracas, como por exemplo, através de forças de van der

Walls. A adsorção física ocorre através das forças de natureza eletrostática

entre o inibidor e o metal, apresentando, portanto uma baixa energia de

ativação.

Adsorção Química: É quando a interação entre o inibidor orgânico com a

superfície metálica é forte, como por exemplo, na formação de complexos. A

adsorção química ocorre através de reações químicas entre o inibidor e o metal,

possuindo uma energia de ativação maior do que para adsorção física. Existe a

teoria universalmente aceita de que as moléculas orgânicas inibam a corrosão

pelo processo de adsorção química que ocorre na interface do metal-solução,

criando uma camada de proteção. Por não ser um mecanismo competitivo com

os íons cloretos, a proteção é independente da concentração destes (NMAI et

al. 1992).

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

Na literatura encontramos vários estudos sobre a atuação dos inibidores

orgânicos, principalmente quanto ao efeito da adsorção destes compostos, em

superfícies metálicas levando em consideração:

A influência do heteroátomo presente na cadeia carbônica;

A influência do tamanho da cadeia carbônica;

A densidade eletrônica, principalmente em compostos aromáticos;

Arranjo químico da cadeia;

Composição química e temperatura da solução;

Natureza da superfície metálica e do polimento superficial;

Potencial eletroquímico da interface metal-solução.

As aminas, aminoálcois, íons piridinos, sulforetos e sulfóxidos, assim

como o benzoato de sódio, são compostos orgânicos que provocam a inibição,

retardando o início das reações catódica e anódica na superfície do metal pelo

processo de adsorção química (MAEDER, 1996).

4.2.2 Inibidores Inorgânicos

São compostos inorgânicos tais como: cromatos, nitritos, fosfatos,

silicatos, boratos e etc.

4.3 CLASSIFICAÇÃO DOS INIBIDORES DE CORROSÃO DE ACORDO COM

SEU MECANISMO DE ATUAÇÃO: ANÓDICOS, CATÓDICOS E MISTOS

4.3.1 Inibidores Anódicos

São aqueles que atuam controlando as reações anódicas através da formação

de uma película protetora de óxido de ferro (

-Fe

) sobre a superfície

metálica, reduzindo a velocidade de corrosão. Os produtos formados aumentam

a polarização anódica, deslocando o potencial de corrosão para valores mais

positivos.

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

100

4.3.1.1 Exemplos de alguns inibidores anódicos para o aço em

meios alcalinos e neutros;

a) nitrito de sódio;

b) nitrito de cálcio;

c) cromato de potássio;

d) benzoato de sódio;

e) molibdato de sódio;

f) molibdato de amônia e

g) fosfatos de sódio.

4.3.2 Inibidores Catódicos

São aqueles

que aumentam a polarização catódica,

controlando a corrosão,

deslocando o potencial de corrosão na direção mais negativa.

4.3.2.1 Exemplos de alguns inibidores catódicos para o aço em

meios alcalinos e neutros;

a) sulfitos;

b) sais de Ca e Mg

4.3.3 Inibidores Mistos

São aqueles que interferem tanto nas reações anódicas como nas reações

catódicas, provocando o deslocamento do potencial de corrosão em ambas as

direções.

4.3.3.1 Exemplos de alguns inibidores mistos para o aço em meios

alcalinos e neutros:

a) aminoá

lcool;

b) polifosfato;

c) base amina.

Classificar o inibidor como anódico, catódico ou misto, vai depender da

sua interferência no processo de corrosão, se sua atuação será

preferencialmente na reação anódica, catódica ou serão envolvidas em ambas,

respectivamente, pois está relacionado com a direção de deslocamento do

potencial de corrosão (ANDRADE & ALONSO, 1990). Dentre as classificações

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

101

apresentadas neste capítulo, a anódica é a mais referenciada e indicada como

principal, estando explicada a seguir. Os inibidores anódicos aumentam a

polarização anódica deslocando o potencial de corrosão para valores mais

positivos. Já os inibidores catódicos deslocam o potencial de corrosão para

região mais negativa. Enquanto os inibidores mistos provocam pequenas

variações em ambas direções e sua forma de atuação será determinada pelo

efeito relativo nos sentidos anódicos e catódicos.

Os inibidores mais eficientes parecem ser os anódicos com o risco de

deixarem de ser eficazes quando se adicionam quantidades abaixo de uma

concentração crítica ideal. Geralmente, esses inibidores são recomendados para

serem adicionados na água de amassamento do concreto quando houver

presença de cloretos e os mesmos forem dosados em função do teor de cloretos

livres, presentes na massa do concreto.

4.4 ESTADO DA ARTE

DRAPER (1967) pesquisou a corrosão do aço em água contendo

pequenas concentrações de nitrito de sódio e encontrou que a corrosão por pites

é estimulada pelo aumento da temperatura. Os autores sugerem que o bloqueio

anódico ocorre em virtude da adsorção inicial do íon nitrito na superfície do

metal, seguido pela formação dos óxidos. Esta reação é favorecida pela

equidistância entre os átomos de ferro e os átomos de oxigênio no íon nitrito.

Segundo o autor o principal mecanismo de ação do nitrito é a oxidação dos íons

ferrosos nas áreas de atividade anódica, conhecida como a teoria de HOAR-

EVANS.

O nitrito de sódio (NaNO

) e o nitrito de cálcio Ca(NO

)

estão dentre os

inibidores de corrosão mais estudados e citados em bibliografias nacionais e

internacionais.

O nitrito de sódio é um composto químico que atua como inibidor

anódico, sendo sua eficiência referenciada em muitos trabalhos. Estudos têm

mostrado que a passivação do aço carbônico no concreto armado pode ser

obtida com concentrações deste inibidor, na faixa de 1 % a 2 % em relação à

massa de cimento CRAIG & WOOD (1970), dependendo do traço e da relação

água/cimento.

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

102

De acordo com CALLEJA & ANDRADE (1973), o nitrito de sódio é capaz de

inibir o processo de corrosão em meios alcalinos e neutros tendo apresentado

eficiência tanto sobre a ação de cloretos como sobre a ação da carbonatação, sem

contudo ser eficiente quando atuam conjuntamente os dois agentes agressivos.

ANDRADE et al. (1984) estudaram os efeitos da adição do nitrito de sódio

como inibidor de corrosão em concreto, onde afirmam que o nitrito é um dos

inibidores mais estudados porque não altera significativamente as propriedades

físicas e físico-químicas do concreto, como pega, exsudação, resistência

mecânica, deformabilidade dentre outras. Afirmam também que os inibidores à

base de nitrito têm sido estudados em combinação com outros inibidores.

Embora a adição do nitrito de sódio ao concreto contendo agregados reativos

possa desencadear expansão por reação álcali-agregado.

Segundo HELENE (1986), o nitrito de sódio tem sido usado com sucesso

na Europa, podendo-se citar os seguintes teores:

a) Condições pouco corrosivas, 1 % de NaNO

em relação à massa de

cimento;

b) Condições corrosivas médias, 2 % de NaNO

em relação à massa de

cimento;

c) Condições altamente corrosivas, 3 % de NaNO

em relação à massa de

cimento;

d) Condições extremamente corrosivas, 4% de NaNO

em relação à massa de

cimento.

Segundo ANDRADE & ALONSO (1990), a adição do nitrito de sódio à água

de amassamento do concreto contendo agregados reativos, pode desencadear

expansão por reação álcali-agregado. Se a quantidade do inibidor for abaixo da

concentração necessária para inibir o processo, a corrosão por pite poderá ser

intensa e localizada.

MIRANDA (1991) estudou a influência da adição dos íons cloretos e

nitritos no processo de corrosão de armaduras de aço embutidas no concreto.

Foi verificada a ação dos íons cloretos provenientes de uma solução de NaCl 2

% ou adicionados na forma de aceleradores de pega (CaCl

2 %) à argamassa

ou a soluções simuladoras da fase líquida natural retida nos poros do concreto

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

103

compostas por (

Ca(OH)

saturada

NaOH

= 0,1M +

KOH

=0,5M). O efeito

dos íons nitritos foi estudado através da adição do nitrito de sódio nos

percentuais de 2 %, 4 %, 6 % e 8% em relação a uma argamassa de referência

com mesmo traço e relação a

c = 0,6 sem inibidor. Empregaram-se as técnicas

eletroquímicas de polarização potenciodinâmica e potenciostática, medida do

potencial de eletrodo e medidas de impedância. Verificou-se que os íons

cloretos rompem a película de passivação das armaduras provocando a

corrosão. Essa corrosão aumenta de intensidade com o aumento da

concentração dos íons cloretos.Observou-se também, que os íons nitritos são

capazes de inibir a ação dos íons cloretos, isto é, eles retardam o processo de

despassivação do aço. Verificou-se que, quanto maior o percentual de íons

nitritos, mais eficaz será sua ação para retardar o processo corrosivo. Nas

relações de concentrações estudadas entre os íons

, obteve-se um

melhor resultado para a relação

CaCl

2 %

NaNO

8 %

. O autor pode concluir

que a adição de íons nitrito na água de amassamento do concreto ou argamassa

pode ser uma alternativa simples e econômica para retardar o início do processo

de corrosão das armaduras provocado pelos íons cloretos, aumentando desta

forma a vida útil da estrutura de aço. Quanto às técnicas experimentais concluiu-

se que o estudo de variações na composição da fase líquida presente nos poros

do concreto pode ser realizado com a utilização das técnicas eletroquímicas

convencionais em soluções simuladoras. Entretanto, o concreto ou argamassa é

mais bem representado quanto à sua composição química, resistência elétrica,

fase sólida, espessura do recobrimento da armadura com a utilização de corpos-

de-prova; neste caso a técnica recomendada pelo autor é a de impedância

eletroquímica.

MUNIZ (1996) estudou a influência da adição do nitrito de sódio como

inibidor do processo de corrosão do aço embutido no concreto num traço (1:2:3),

cimento/areia/brita em massa e relação a

c = 0,7. O nitrito de sódio foi

adicionado nas proporções 2 %, 4 %, 6 % , 8 % e 10 % em relação a um

concreto de referência com mesmo traço e relação a

c sem inibidor. Para avaliar

o efeito do inibidor nas propriedades mecânicas do concreto foram utilizados na

caracterização os ensaios de absorção de água, resistência à compressão e

resistividade elétrica. Objetivando-se o estudo da corrosão, foram determinados

os parâmetros de Tafel para cada percentual do inibidor ensaiado, através de

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

104

simulação, com destaque para i

corr

, que possibilitou a verificação de como o

inibidor atuou no que diz respeito à cinética de corrosão. Verificou-se que para

esse traço à medida que se aumenta o percentual de inibidor, mais eficaz é a

sua ação. Neste caso em estudo obteve-se 8 % como o percentual limite para

inibir o processo corrosivo. Segundo o autor os resultados encontrados para a

absorção de água e a resistividade elétrica foram praticamente constantes,

quando se aumentou o percentual de inibidor, porém a resistência à compressão

diminuiu em 35 % nos corpos-de-prova com 8 % de nitrito de sódio, quando

comparado com o concreto de referência. Concluiu-se que a adição do nitrito de

sódio adicionado à água de amassamento do concreto pode ser uma alternativa

simples para retardar o inicio da corrosão das estruturas de aço provocadas

pelos íons cloretos, aumentando dessa forma a vida útil das estruturas, mas na

relação a

c estudada deverá ser usado combinado com 5% de fumo de sílica

para que melhorem a propriedade de resistência à compressão. Quanto à

técnica de curvas de polarização, utilizada para as medidas do i

corr

, observou-se

que apresenta boa reprodutibilidade, desde que seja feito uma proteção na

interface aço/concreto e um condicionamento nos corpos-de-prova, antes do

inicio das medidas experimentais.

LEÃO & FIGUEIREDO (1997) estudaram o comportamento de inibidores

orgânicos à base de amina e do nitrito de sódio, adicionados à água de

amassamento, como método preventivo, e aplicado na superfície do concreto

endurecido, como método de reparo. Os autores constataram, através do ensaio

de abatimento, que o nitrito de sódio não altera significativamente a consistência

do concreto, como mostra a Tabela 4.1, mas pode comportar-se como

acelerador de pega. Através dos ensaios de resistência à compressão aos 3, 28

e 91 dias, eles observaram que o nitrito de sódio apresentou o menor ganho de

resistência entre os três inibidores testados.

O inibidor nitrito de sódio, assim como os outros inibidores testados na

pesquisa apresentaram como principal vantagem seu efeito plastificante, o que

permite a redução da relação a

c, podendo-se compensar assim as quedas de

resistência à compressão.

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

105

Tabela 4.1. Resultados dos testes de consistência.

AMOSTRA Referência amina amina nitrito de sódio

ABATIMENTO 7,0 cm 11,0 cm 10,0 cm 8,5 cm

LIMA & HELENE (1999) estudaram a eficiência dos inibidores de

corrosão, através de ensaios realizados com corpos-de-prova confeccionados

simultaneamente por concreto e argamassa de reparo. Os corpos-de-prova

foram submetidos a um processo de corrosão acelerada por ciclos de molhagem

e secagem em solução de cloreto de sódio, sendo monitorada a corrosão por

técnicas eletroquímicas. Foram usados na pesquisa como inibidor de corrosão

nitrito de sódio, molibdato de sódio e benzoato de sódio. Os autores observaram

que quando se adicionou na argamassa de reparo 1 % de nitrito de sódio ou 2 %

de benzoato de sódio, obtiveram taxas de corrosão menores em relação aos

outros traços usados. Os autores concluíram que esses inibidores geralmente

utilizados na água de amassamento do concreto, nessas proporções, parecem

ter um efeito positivo quando usados em reparos localizados

NEPOMUCENO et al. (2000) estudaram, através da técnica de resistência

de polarização, a eficiência de vários inibidores de corrosão em argamassas

com consumo de cimento 454 Kg

e relação a

c = 0,6. Os corpos-de-prova

foram submetidos ao ensaio acelerado de corrosão, utilizando-se uma câmara

de carbonatação. Após o período de ensaios e a avaliação dos resultados, os

autores chegaram as seguintes conclusões: i) dentre os inibidores estudados

(nitrito de sódio, base amina, base amônia e base aminoálcool), o nitrito de sódio

na proporção de 2 % em relação à massa do cimento, apresentou a melhor

capacidade de proteção, frente ao efeito de carbonatação; ii) a metodologia e a

técnica de monitoramento utilizadas neste trabalho, mostraram-se adequadas

para avaliar o comportamento dos inibidores.

OLIVEIRA (2000) estudou a eficiência da adição dos inibidores de

corrosão nitrito de sódio e molibdato de sódio, bem como suas misturas

adicionadas à água de amassamento, no processo de corrosão do aço embutido

no concreto de traço (1:1,5:2,5), cimento

areia

brita em massa, consumo de

cimento 425 Kg

, superplastificante 1,5% e relação a

c = 0,4. Os inibidores,

bem como suas misturas foram adicionados nos percentuais de 1 %, 2 %, 3 % e

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

106

4 % em relação a um concreto de referência com mesmo traço e relação a

Para avaliar o efeito da adição dos inibidores nitrito de sódio e molibdato de

sódio, bem como suas misturas nas propriedades mecânicas do concreto, foram

realizados os ensaios de absorção de água e resistência à compressão. O

parâmetro estudado através das curvas de polarização foi a densidade da

corrente de corrosão (i

corr

), obtidas extrapolando-se as curvas de Tafel anódicas

e catódicas. Verificou-se que para esse traço o i

corr

revelou que, nas menores

percentagens, os inibidores foram mais eficientes, ou seja, foram encontradas as

menores correntes de corrosão para o nitrito de sódio no percentual de 1,5%.

Neste caso em estudo, este percentual seria o limite para inibir o processo

corrosivo neste caso em estudo, e para utilização deste inibidor na água de

amassamento para prevenir as barras de aço do concreto da despassivação na

presença de cloreto de sódio. Os resultados encontrados para a absorção de

água e a resistência à compressão foram praticamente constantes quando se

aumentou o percentual de inibidor, porém a resistência à compressão diminuiu

em torno de 20 % nos corpos-de-prova com 4 % de molibdato de amônio

quando comparado com o concreto de referência. Comprova-se, mais uma vez,

com esses resultados, que a adição do nitrito de sódio adicionado à água de

amassamento do concreto pode ser uma das alternativas mais eficazes e

economicamente viável para retardar o inicio da corrosão das estruturas de aço

provocadas pelos íons cloretos. O autor mostra que a técnica de curvas de

polarização utilizada para as medidas do i

corr

, apresenta boa reprodutibilidade e

é adequada para avaliar a eficiência de inibidores de corrosão.

LIMA et al. (2001) estudaram através das medidas de potencial de

corrosão o efeito da adição de 2 % de nitrito de sódio à água de amassamento

de duas argamassas com diferentes consumos de cimento e relação a

c, 462

e a

c = 0,70; e 774 Kg

e a

c = 0,40. O processo de corrosão foi

acelerado através de ciclos de imersão parcial dos corpos-de-prova em solução

de cloreto de sódio 5 %, por dois dias, e secagem em estufa a 50

C, durante 5

dias. A medição dos potenciais de corrosão era feita ao final de cada semiciclo.

Após a avaliação das medidas de potencial em cada semiciclo, durante o

período de 56 dias, os autores concluíram que a redução no fator a

c de 0,70

para 0,40 melhora a eficiência do inibidor nitrito de sódio e a fase inicial da

corrosão para os corpos-de-prova com nitrito de sódio é bem maior.

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

107

RIBEIRO & FIGUEIREDO (2001) estudaram a influência da adição de

alguns aditivos nas características do concreto fresco e endurecido. Os aditivos

estudados foram o cloreto de sódio, nitrito de sódio e outro à base de amina, em

relação a um concreto de referência. Para avaliar a influência destes aditivos,

foram realizados ensaios de tempo de pega e abatimento em tronco de cone,

para os concretos e pastas no estado fresco e de resistência à compressão e

absorção de água, para os concretos no estado endurecido.

De acordo com os resultados encontrados pelos autores, constatou-se que,

tanto os inibidores estudados, quanto o cloreto de sódio apresentaram um efeito

plastificante. Com isso, atesta-se a eminente influência do uso destes inibidores na

trabalhabilidade dos concretos. Estes resultados vêm comprovar as análises visuais

preliminares realizadas no momento da moldagem dos corpos-de-prova, onde se

observou uma boa coesão entre as partículas (com exceção do concreto com adição

de inibidor de base amina, devido ao seu grande efeito plastificante) e pouca

exsudação. Os ensaios de resistência à compressão foram realizados aos 7 (sete),

28 (vinte e oito) e 91 (noventa e um) dias de idade. Os resultados encontrados,

levando-se em conta a média de 2 (dois) corpos-de-prova mostram de uma maneira

geral, que os concretos não apresentaram variações significativas com relação a sua

resistência à compressão quando comparados ao concreto de referência (I).

Excetuando-se apenas o concreto com adição de cloreto de sódio referência (II), o

qual, aos 91 dias, apresentou um ganho de resistência de 24,6 % em relação ao

concreto de referência. Os autores chamam a atenção para o fato do concreto com

adição de cloreto de sódio apresentar, dentre todos os concretos estudados, as

maiores resistências à compressão aos 7 dias (aumento de 13,9 % em relação ao

concreto de referência) e 91 dias de idade (aumento de 24,6 % em relação ao

concreto de referência). Fato este não constatado aos 28 dias, onde este concreto,

estranhamente, apresentou uma redução de 4,1 % em relação ao concreto de

referência. Um fator relevante em relação à resistência à compressão, é o volume

total de vazios presentes no concreto NEVILLE, (1997). Com isso, a porosidade do

concreto torna-se um limitante de resistência. Esta porosidade, tanto na matriz como

na zona de transição, pode explicar a redução na resistência dos concretos com

adição dos inibidores de corrosão aqui estudados. Efeito este admissível e atribuído,

principalmente, à incorporação de ar promovida pelo inibidor de base amina. As

pequenas diferenças nas resistências à compressão também podem ser atribuídas

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

108

às pequenas variações na relação a

c quando do uso de inibidores, e a variação

interna comum do ensaio de resistência à compressão, além das diferenças dos

tipos de produtos formados durante a hidratação e da estrutura dos poros. Apesar

disto, conforme comentado, o efeito plastificante poderia compensar esta pequena

redução da resistência, no momento em que a relação água/cimento fosse reduzida,

modificando assim, a estrutura dos poros.

Os ensaios de absorção de água do concreto foram executados aos 38 dias

de idade, utilizando-se 3 (três) corpos-de-prova por tipo de concreto. Os resultados

foram obtidos, utilizando-se as médias das massas de 3 (três) amostras.

De acordo com os resultados obtidos, a forma de obtenção da amostra a ser

utilizada tem certa influência nos resultados do ensaio de absorção de água. Visto

que, para todos os concretos ensaiados, houve uma redução na absorção de água

nas amostras extraídas. Entretanto, uma parcela desta redução pode advir da forma

e volume heterogêneos das amostras. O concreto que apresentou maior redução na

absorção, quando usado como parâmetro a forma da amostra, foi o que continha

inibidor de base amina, o qual teve uma redução em porcentagem absoluta de 20,7

% em relação ao seu similar cilíndrico. Em seguida o concreto de referência (I) com

17,1 %, o concreto com adição de cloreto de sódio com 16,0 % (referência II) e o

concreto com o inibidor nitrito de sódio com 6,2 % de redução. Comparando os

concretos entre si, o que apresentou menor absorção de água, para os dois tipos de

amostra, foi o concreto com adição de nitrito de sódio. Expressando uma redução,

em comparação com o concreto de referência (I), de 26,1 % para os corpos-de-

prova cilíndricos e 16,4 % para as amostras extraídas. Este resultado, até certo

ponto, não era esperado, tendo em vista que o concreto com adição de nitrito de

sódio apresentou a menor resistência aos 28 dias de idade. Não obstante, este valor

de absorção pode ser atribuído ao tipo de compostos formados por este material,

bem como a conseqüente mudança da microestrutura do concreto. Com isso, pode-

se presumir que o nitrito de sódio além de proteger a armadura através da formação

de uma película passivante resistente, também pode protegê-la pela dificuldade de

acesso de água e oxigênio (agentes necessários para a corrosão). Os concretos aos

quais foram adicionados inibidores de base amina e do sal cloreto de sódio

apresentaram os mesmos valores de absorção de água para os corpos-de-prova

cilíndricos, podendo-se admitir um comportamento similar para estes concretos. No

tocante aos resultados obtidos das amostras extraídas, observa-se uma redução de

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

109

4,2 % na absorção de água em relação ao concreto com adição do inibidor de base

amina quando comparado às amostras extraídas do concreto de referência (I). O

mesmo não acontecendo com o concreto com adição de cloreto de sódio, o qual

apresentou um pequeno acréscimo de absorção de 1,5 % em comparação ao

concreto de referência (I). Por fim, com base no que foi exposto, pode-se dizer que

com exceção do concreto com nitrito de sódio, o qual apresentou menor absorção,

os demais demonstraram um comportamento análogo. Os inibidores de corrosão

utilizados neste trabalho apresentaram um efeito plastificante, mas não apresentam

diferenças significativas com relação a resistência à compressão. Entretanto, o efeito

plastificante dos inibidores leva a uma redução da relação a/c como meio de

compensar a perda de resistência, principalmente no caso do inibidor de base

amina, o qual apresentou-se como um ótimo plastificante.

LIMA & HELENE (2001) estudaram o efeito da adição dos inibidores de

corrosão nitrito de sódio, molibdato de sódio e benzoato de sódio, em concreto num

traço 1:2:3 cimento/areia/brita, relação a/c 0,5 e argamassas num traço 1:2,5

cimento/areia, relação a/c 0,5. Em cada traço foram adicionados diferentes

percentuais de inibidores, nitrito de sódio 1 % e 2 %, molibdato de sódio 2 % e 4 % e

benzoato de sódio 2 % e 6 %, em relação a um traço de referência de concreto e

argamassa, como uma opção técnica. Objetivou-se neste trabalho a avaliação do

processo de corrosão de armaduras de aço-carbono no concreto, quando

submetidas a reparos com argamassas contendo inibidores de corrosão. Foram

realizados ensaios com corpos-de-prova de argamassa e corpos-de-prova

compostos simultaneamente por concreto e argamassa de reparo. Estes foram

sujeitos a um processo de corrosão acelerada provocada por ciclos de molhagem e

secagem. Foi realizado o acompanhamento do processo de corrosão através de

técnicas eletroquímicas, obtendo-se valores de potencial e de taxa de corrosão no

tempo, durante um período de três meses. Os resultados mostraram que os valores

do potencial de corrosão, tanto nos corpos-de-prova de argamassa, como nos de

argamassa/concreto, indicaram a existência de corrosão desde as primeiras idades,

e se mantiveram assim até o final dos ensaios. Os resultados obtidos para a taxa de

corrosão, foram diferentes e mostraram-se mais precisos, viabilizando uma

avaliação dos inibidores. A avaliação final tomou como base o cruzamento dos

dados coletados entre os dois tipos de corpo-de-prova, o ensaio de perda de massa

e a análise visual das barras. Conclui-se que, considerando o ciclo de

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

110

envelhecimento adotado, o traço que apresentou a menor taxa de corrosão para os

corpos-de-prova de argamassa (sistema de proteção) foi aquele com 1 % de nitrito

de sódio; e o traço que provocou a redução na taxa de corrosão, nos dois lados dos

corpos-de-prova de argamassa/concreto (sistema de reparo) foi o que continha 6 %

de benzoato de sódio.

SILVA (2002) estudou a eficiência da adição dos inibidores de corrosão

nitrito de sódio, molibdato de sódio, bem como suas misturas adicionadas à

água de amassamento no processo de corrosão do aço embutido no concreto

de traço (1:1,8:2,2), cimento

areia/brita em massa, consumo de cimento 445,8

, superplastificante 1,5 % e relação a

c = 0,4. Os inibidores, bem como

suas misturas foram adicionados nos percentuais de 0,5 %; 1,0 %; 1,5 %; 2,0 %;

2,5 % e 3,0 % em relação a um concreto referência com mesmo consumo de

cimento e relação a

c, sem inibidor. Para avaliar o efeito da adição dos inibidores

nitrito de sódio e molibdato de sódio, bem como suas misturas nas propriedades

do concreto fresco, foram realizados os ensaios de trabalhabilidade, pelo

abatimento em troco de cone e do concreto curado, absorção de água e

resistência à compressão. O parâmetro estudado através de curvas de

polarização foi a densidade de corrente de corrosão (i

corr

) obtidas extrapolando-

se as curvas de Tafel anódicas e catódicas. Segundo o autor diante dos

resultados obtidos também é possível determinar que o inibidor de corrosão

mais eficiente nesse estudo é o nitrito de sódio no percentual de 1,0 %, pois

apresentou a menor corrente de corrosão neste percentual, i

corr

em torno de

0,02

A. Uma vez que a eficiência está diretamente relacionada com a i

corr,

inibidor ou mistura que no percentual crítico apresentar menor corrente de

corrosão será o mais eficiente nesse percentual, por conseguinte, menor será a

taxa de corrosão do aço embutido no concreto armado. Segundo o autor houve

um ligeiro crescimento na absorção de água em relação ao concreto de

referência, passando de 4 % para 5 %, após a adição de diferentes percentuais

de inibidores. Esse acréscimo na absorção de água deve-se, provavelmente, a

um refinamento dos poros, ocasionado pelo aumento da fluidez após a adição

dos inibidores na água de amassamento combinado com o efeito da evaporação

da água durante as reações de hidratação do concreto, provocando um aumento

na quantidade de pequenos canalículos por unidade de área e tornando o

concreto mais propício á absorção capilar de água. Enquanto isso, em relação a

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

111

resistência à compressão o autor observou um aumento significativo quando se

aumenta o percentual de nitrito de sódio e da mistura nitrito/molibdato. Esse

fenômeno pode ser explicado, possivelmente, devido às reações químicas entre

os inibidores estudados e o cimento, durante a hidratação do concreto e como

conseqüência a formação de complexos intermediários mais resistentes que a

etringita, aumentando desta forma, a sua resistência à compressão.

ROSENBERG et al. (1977) estudaram o efeito do inibidor de corrosão nitrito

de cálcio através de medidas eletroquímicas utilizando a técnica de curvas de

polarização em soluções alcalinas, variando a concentração do cloreto de sódio e

nitrito de cálcio. Os autores propõem que os íons nitritos reagem com os íons

ferrosos, propiciando a formação de uma camada de passivação, como mostra a

seguinte equação.

2 Fe + 2 OH

+ 2 NO

+ H

O (4.1)

Segundo ROSENBERG & GAIDIS (1979), as equações a seguir mostram as

possíveis reações anódicas que acontecem no interior do concreto ou argamassa

armada, ou seja, o mecanismo proposto de corrosão e inibição do ferro por íons

nitritos.

Fe + 2OH

FeO(H

(4.2)

Fé

+ Cl

(FeCl)

+ OH

FeO(H

+ Cl

(4.3)

Ainda, segundo os autores, na presença de íons cloretos (equação (4.1)),

ocorre a despassivação da camada protetora sobre a superfície do aço, o filme é

rompido e forma-se um íon complexo, intermediário que contribui para a formação

de hidróxidos solúveis que irão se depositar longe da área anódica, responsável pelo

início e propagação do processo de corrosão. Na presença de nitritos (equação

(4.2)), existe sempre uma competição entre as concentrações dos íons nitritos e

cloretos para inibição do inicio da reação de corrosão. Inicialmente ocorre a reação

entre os íons nitritos e os íons ferrosos, oxidação essa, bastante rápida com

precipitação, mantendo estável o filme de passivação

equação (4.1)

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

112

ROSEMBERG & GAIDIS (1979) estudaram o efeito da adição de nitrito de

cálcio como inibidor de corrosão em uma solução contendo 2 g de Ca(OH)

100 mL de água. O percentual de inibidor, nitrito de cálcio Ca(NO

)

, variou entre

0 a 3 % e o percentual de cloreto de sódio NaCl, variou também na mesma faixa

de percentual. Os autores alegaram que, como o nitrito de cálcio Ca(NO

)

, é um

inibidor anódico, ele atua sobre a superfície metálica, dificultando a reação

anódica (produção de íons ferrosos no ânodo). O efeito do inibidor é, portanto,

relacionado com a capacidade de oxidar íons ferrosos a íons férricos, que são

insolúveis em solução alcalina, mesmo em presença de cloretos. E mais, o

transporte de íons ferrosos é reduzido pela presença dos inibidores. Se ocorrer

algum deslocamento de íons ferrosos através de um filme já existente, a

espessura do filme é aumentada pela reação com inibidor ainda presente na

solução. Se mesmo assim, ainda ocorrer alguma falha no filme existente, haverá

uma restauração local do filme e com isso o restabelecimento da passivação da

armadura de aço naquele ponto que se tornaria ânodo se não existisse o inibidor

presente na solução. As principais observações a serem feitas quanto ao uso do

nitrito como inibidor de corrosão é que não se conhece ainda, por quanto tempo

dura sua ação protetora e se utilizados em quantidades inferiores à

concentração adequada, podem acelerar o processo de corrosão em vez de

inibi-la

(ANDRADE, 1984).

Os nitritos são os inibidores mais recomendados para meios alcalinos e

neutros, os quais retardam, também, o inicio da corrosão provocada pela

carbonatação do concreto, pois mantêm o potencial da armadura na faixa de

passivação (ANDRADE et al. 1984

)

Segundo RAMANATHAN (1986), os nitritos são inibidores anódicos e,

portanto induzem o metal a formar sua própria película passivante. A vantagem

principal dos nitritos é a sua habilidade para passivar o aço oxidado. O autor cita

também o molibdato de sódio como inibidor anódico que, usado em

concentrações maiores que a dos cromatos ou nitritos, parece ser o inibidor

anódico muito eficiente.

Segundo FIGUEIREDO (1994), desde muito tempo os nitritos são os

inibidores de corrosão mais recomendados quando os agentes agressivos são

os íons cloretos. O nitrito estimula a formação de uma camada passivante

compacta e aderente sobre a armadura, mesmo que os cloretos estejam

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

113

presentes. Para que isto ocorra sabe-se da existência de uma relação

nitrito/cloreto que ainda não foi totalmente elucidada pelos pesquisadores da

área.

LIMA & HELENE (1995) pesquisaram sobre o mecanismo de ação dos

principais inibidores adicionados à massa de concreto. Os autores justificam ser

viável a utilização de inibidores para proteger as armaduras, tanto de estruturas

de concreto armado quanto protendido em razão da facilidade de aplicação e o

seu baixo custo relativo.

Através de uma revisão da literatura realizada por BERKE (1998) sobre a

influência da adição de vários inibidores em concretos e argamassas. O autor

observou que, entre os inibidores estudados por vários pesquisadores (nitrito de

sódio, dicromato de potássio, benzoato de sódio, cloreto estanhoso e nitrito de

cálcio), o nitrito de cálcio é o inibidor mais efetivo para o concreto, pois retarda o

processo de corrosão na presença de cloreto e não altera as propriedades do

concreto fresco ou endurecido.

Estudos realizados por NGALA et al. (2002) mostraram a eficiência do

inibidor de corrosão nitrito de cálcio quando usado como material de reparo

aplicado em concreto reforçado na presença ou ausência de cloreto e/ou

carbonatação. Segundo o autor o monitoramento da corrosão no concreto

reforçado com e sem a presença do inibidor era feita através de técnicas

eletroquímicas, por um período de 18 meses. Após o período de exposição dos

corpos-de-prova, foram realizadas medidas gravimétricas de perda de massa e

eletroquímica de resistência de polarização para avaliar a velocidade de

corrosão nas barras de aço. Os autores estudaram, também, a corrosão

provocada por carbonatação e por cloreto na presença e ausência do inibidor

para verificar a sua eficiência. Os autores concluíram que o nitrito de cálcio é

recomendado para retardar a corrosão do aço embutido no concreto em alta

relação a

c e sua eficiência na redução da velocidade de corrosão é mais efetiva

no concreto não carbonatado com baixa concentração de cloreto e para o caso

do concreto contaminado com cloreto.

DHOUIBI et al. (2002) estudaram o efeito de dois inibidores de corrosão

comerciais: nitrato de cálcio e alcanolamina na resistência de corrosão de barras

de aço como função de tempo. Nesse trabalho foram preparados corpos-de-

prova de um concreto com consumo de cimento portland, com alta resistência a

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

114

sulfato, da ordem de 400 Kg

e relação a

c 0,4. Os inibidores foram

adicionados à mistura durante a preparação do concreto fresco em diferentes

percentuais. Os ensaios foram realizados em cupons de concretos reforçados,

os quais foram imersos em solução de cloreto de sódio 0,5 M por um período de

três anos. Durante todo este período, as condições das barras de aço eram

monitoradas, com as medidas do potencial zero e impedância eletroquímica. O

inibidor alcanolamina não apresenta nenhum efeito negativo na espessura da

camada do concreto, porém, o inibidor nitrato de cálcio não melhora as

propriedades do concreto. Estes inibidores comerciais não são efetivos, quando

o íon cloreto está presente na interface concreto/aço. Os autores afirmam que o

uso de inibidores de corrosão é um dos vários métodos possíveis de proteger a

armadura da corrosão. A prática mais comum é a adição deles junto com a água

de amassamento e misturando durante a preparação do concreto fresco. A

excelente resistência do aço em concreto é diminuída na presença de

carbonatação ou na penetração de cloreto nesta camada protetora. Os autores

concluíram que, após o primeiro ano de imersão, o inibidor à base de nitrito de

cálcio diminui a solubilidade de alguns componentes do cimento na redondeza

do aço reforçado, então a resistividade do concreto é aumentada e a taxa de

corrosão é reduzida. Mas quando a imersão ultrapassa um ano, o efeito deste

inibidor desaparece, e a taxa de corrosão do aço aumenta principalmente nas

soluções contendo cloreto.

Os inibidores à base de alcanolamina aumentam a resistividade do

concreto passando o mesmo a apresentar uma aparência de envelhecido,

depois de muito tempo de imersão o inibidor migra para fora do concreto. Este

inibidor forma uma camada interfacial instável no aço que pode manter-se no

estado passivo por um bom período, e, portanto diminuir a intensidade de

corrosão. Porém, quando o concreto é contaminado por cloreto, a eficiência

desta camada protetora é reduzida e ocorre a corrosão. Assim, nestas

condições de estudo, nenhum dos inibidores avaliados mostraram ser eficientes

durante um longo prazo quando usado em concreto contaminado por cloreto.

AL-AMOUDI et al. (2003) estudaram o efeito da adição de inibidores de

corrosão em concretos dosados com 0,8 % de cloreto, 0,8 % de cloreto e 1,5 %

de SO

, água do mar e água potável. Os resultados mostraram que os inibidores

de corrosão estudados não alteram a resistência à compressão do concreto. No

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

115

entanto o nitrito de cálcio mostrou-se mais eficiente, retardando o inicio da

corrosão no concreto reforçado, dosado com cloreto, cloreto e sulfato e água do

mar. Os autores observaram que todos os inibidores foram eficientes e

reduziram a velocidade de corrosão do aço para o concreto dosado com água

potável. Observaram ainda que o percentual de inibidor adicionado depende do

nível de contaminação.

Segundo HOPE & IP (1990), compostos à base de molibdatos têm sido

usados como inibidores de corrosão em muitas aplicações: motor de refrigeradores,

pinturas e revestimentos, em fluidos hidráulicos, em líquidos para refrigeração, etc.

Embora os molibdatos tenham sido utilizados com sucesso nas áreas acima, estes

compostos não foram usados para a proteção da corrosão do aço em estruturas de

concreto até 1990.

Os diferentes sais de molibdatos apresentam solubilidade variada de maneira

significativa. Na Tabela 4.2 são apresentadas algumas propriedades dos molibdatos,

VUKASOVICH & FARR (1986) apud HOPE & IP (1990). A solubilidade do molibdato

de sódio e do molibdato de potássio, por exemplo, fica entre 39 e 65

gramas/100gramas de água, respectivamente. De acordo com HOPE & IP (1990),

para uma proteção eficaz da armadura no concreto, um inibidor de corrosão deve

ser solúvel na água de amassamento, de modo a ter uma distribuição uniforme em

todo concreto.

Tabela 4.2. Propriedades de alguns molibdatos simples (VUKASOVICH & FARR,

1986 apud HOPE & IP, 1990).

Peso Molecular

143,94 205,94 237,97 195,94 200,02 225,33

Cor

branco

branco branco branco branco branco

Densidade (g/cm

)

4,69 3,28 2,34 2,28 4,28 -

Forma Cristalina

Ortorrômbico Espinélio Monoclínico Monoclínico Scheelite Tetragonal

Ponto de Fusão (ºC)

795 686 919 40* 965 ~1000

Solubilidade (g/100g H

0,5 39,38 64,57 ~74 0,005 0,4

Sobre o molibdato de sódio, LIMA & HELENE (1995) descrevem que seu

mecanismo de inibição está estritamente associado à adsorção de íons do inibidor

na interface metal-solução e que as propriedades de adsorção dos íons é que

determinam a eficiência como potencial de oxidação. Por exemplo, o efeito da

presença de íons cloretos na concentração necessária do inibidor, para uma

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

116

proteção efetiva, pode ser explicado pelo fenômeno de troca iônica na interface. Um

íon cloreto, tendo baixa energia, move-se na interface metal-eletrólito deslocando os

íons do inibidor e, no caso do ferro, um íon complexo solúvel é formado, acelerando

a corrosão.

Os íons responsáveis pela inibição, em soluções com concentração

insuficiente, são removidos quimicamente pela reação de corrosão e também

pela formação de produtos insolúveis, ou são adsorvidos nos produtos de

corrosão e removidos da interface metal-solução. Para os íons molibdato, uma

pequena parte dos íons é removida; a maior parcela está adsorvida na superfície

do metal. Segundo as reações de formação dos produtos insolúveis propostas

por ROBERTSON (1951),

MoO

-2



FeM

(4.4)



+ 2 OH



Fe(OH)

(4.5)

+ 3 OH



Fe(OH)

(4.6)

-2



)

(4.7)

De acordo com LIMA & HELENE (1995), o molibdato de sódio pode, em

razão de suas características de atuação, não apresentar eficiência satisfatória

em determinada aplicação, pois este inibidor somente apresenta inibição efetiva

em uma determinada concentração, aproximadamente 10

-3

mol/L, e em qualquer

outra concentração mostra-se mais agressivo ao metal do que sua não-

utilização.

A utilização de inibidores de corrosão é uma prática bastante difundida na

indústria, possuindo uma tradição de aproximadamente 100 anos. Há 40 anos

os inibidores são adicionados ao concreto, destacando-se entre os inibidores

mais utilizados aqueles à base de nitritos (BERKE et al. 1998).

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

117

Segundo CRAIG & WOOD (1970), o benzoato de sódio faz parte do grupo de

inibidores anódicos, e requer concentrações maiores quando comparado com o

nitrito de sódio para uma passivação efetiva. Esse inibidor vem sendo usado no

Reino Unido em estruturas de concreto expostas em locais sujeitos a corrosão

severa e também em combinação com o nitrito de sódio em pastas de cimento, para

impregnação das armaduras antes da concretagem. O benzoato de sódio tem sido

usado nos percentuais de 6 % a 8 % em relação à massa de cimento. Segundo

GOUDA & SAYED (1973), o efeito da passivação desse inibidor nas armaduras

pode ser mais duradouro do que aquele obtido pelo nitrito de sódio. Este inibidor não

é recomendado para melhorar a camada de passivação do aço em soluções não

aeradas. A presença de oxigênio dissolvido é essencial para o desenvolvimento das

características de inibição do produto.

A presença de benzoato de sódio em eletrólitos não-aerados provoca o

surgimento de taxas de corrosão mais elevadas do que no caso de sua não

utilização. Quanto maior o valor do pH da solução, menor a quantidade de

oxigênio necessária para uma inibição efetiva DAVIES & SLAIMAN (1971). De

acordo com os autores a atuação deste inibidor depende da concentração, do

pH da solução e da concentração de oxigênio dissolvido. A Figura 4.1 apresenta

a relação entre a concentração do inibidor e o pH mínimo para inibição efetiva.

Figura 4.1 - Influência da concentração de benzoato de sódio no pH mínimo

necessário para inibição (solução aerada) adaptada de (DAVIES & SLAIMAN, 1971).

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

118

CRIVELARO et al. (2000) estudaram a eficiência do inibidor de corrosão

benzotriazol em um traço de concreto armado, através da técnica de curvas de

polarização. No traço estudado o consumo de cimento era de 425 Kg

. Os

autores estudaram ainda, a eficiência de vários inibidores de corrosão em

argamassas com consumo de cimento 454 Kg

, com 1,5 % de

superplastificante e o fator a

c = 0,4.

De acordo com COLLINS et al. (1993), após estudos realizados com

vários inibidores comerciais, demonstraram que tanto o Aminoá

lcool, aditivado a

água de amassamento quanto impregnado ao concreto, são potencialmente

eficientes após a remoção do concreto contaminado por cloreto. Os autores

resaltam, entretanto, que devido às suas propriedades naturais, o mecanismo exato

de sua capacidade de inibir a corrosão ainda são desconhecidas. Os pesquisadores

concluíram, ainda, que não há alteração na resistência à compressão e na

resistividade elétrica do concreto.

Segundo MACDONALD (1996), os primeiros estudos para comprovar a

eficiência do Aminoá

lcool

foram realizados no Instituto de Ciências de la

Construção Eduardo Torroja por ANDRADE et al. (1984) empregando técnicas

eletroquímicas em barras de aços em solução alcalina em elevadas

concentrações de cloreto com colocação prévia do inibidor. Nesses estudos,

observou-se um retardamento no início da corrosão por pites. E para corrosão

generalizada uma eficiência do inibidor de 98 % para uma concentração de 3%

de inibidor.

FIGUEIREDO et al. (1998) estudaram o comportamento de inibidores

orgânicos à base aminoálcois, como método de reparo de estruturas de concreto

armado, onde à corrosão da armadura foi devido à ação dos íons cloreto.

Utilizou-se um concreto padrão de cimento Portland, 18 MPa, relação a/c 0,60 e

abatimento em tronco de cone de 70mm ± 10mm, obtendo-se um traço em

massa de 1,0:1,80:2,40. A corrosão foi acelerada através do uso de aditivo

acelerador de pega à base de cloreto de cálcio adicionado na água de

amassamento. Foram moldadas baterias de três vigas de concreto armado com

dimensões de 15x15x50 cm para cada produto inibidor e três vigas do concreto

de referência. Depois de concretadas, as vigas foram mantidas em câmara

úmida com 95 % de umidade relativa. A corrosão foi monitorada através das

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

119

técnicas eletroquímicas de potencial de eletrodo e resistência de polarização

(RP). Após quatro meses e meio da moldagem os inibidores foram aplicados na

superfície das vigas. Esta operação foi repetida por mais duas vezes, em

períodos pré-determinados. Passados quatro meses da primeira aplicação dos

inibidores, todas as vigas foram retiradas da câmara úmida e armazenadas no

laboratório (40-60 % UR). Após 45 dias nestas condições, os inibidores foram

novamente aplicados na superfície das vigas como método de reparo. A

eficiência do inibidor está sendo verificada através da comparação entre as

medidas de potencial de corrosão (E

corr

),e da corrente de corrosão (i

corr

), do

grupo de vigas que recebeu inibidor com as do grupo de vigas de referência,

sem inibidor. Os autores constataram que, devido ao período de testes ter sido

considerado pequeno, os inibidores não demonstraram interferência na corrosão

das armaduras, ou seja, não foram eficientes como era esperado.

TRITTHART (2003) estudou o efeito de inibidores orgânicos de corrosão

do tipo aminoalcool como material de reparo aplicado na superfície da pasta de

cimento ou no concreto. Segundo o autor este inibidor penetra muito

rapidamente no concreto, entretanto o seu mecanismo de transporte não tem

sido suficientemente estudado. A maior parte dos estudos está focalizado no

transporte dos inibidores (aminoalcoois e compostos fosforosos), na pasta de

cimento e no concreto. Foram mostradas as diferentes formas dos sais

insolúveis de cálcio precipitarem quantitativamente no ambiente de cimento.

Desta forma, ele não consegue penetrar da parte externa para dentro da região

de alcalinidade do concreto onde é capaz de desenvolver o efeito de inibição. De

outra maneira, o aminoalcool é totalmente dissolvido na solução liquida

remanescente dos poros do cimento, onde existem condições ideais para alta

mobilidade. A análise do mecanismo de transporte revelou que o estudo do

mecanismo de difusão em solução, na maioria dos casos, mostra-se eficiente.

O autor justifica ainda, que o transporte do aminoalcool é possível que ocorra

basicamente em fase gasosa. Surpreendentemente essa substância

remanescente da superfície do concreto tem sido absorvida inicialmente por

sucção capilar.

WOMBACHER et al. (2003) comprovaram em laboratório e em campo

para concretos aditivados apenas com o inibidor fósforo aminoálcool no

percentual de 2 % e 4 % um ligeiro aumento do teor de ar da mistura e que não

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

120

há prejuízo nas propriedades dos concretos frescos ou endurecidos.

ANZOLA et al. (1999) estudaram a eficiência dos inibidores de corrosão à

base de ésteres e aminas em diferentes traços de concreto, através de medidas

de potencial de eletrodo e resistência de polarização. As composições do

concreto utilizadas na pesquisa tiveram diferentes relações a

c (0,48; 0,52; 0,60;

0,64; 0,70 e 0,80). A concentração de inibidor era de 5,0 L/m

de concreto.

Depois de curado aos 28 dias, os corpos-de-prova foram expostos numa câmara

de névoa salina a 5,0 % de NaCl, com ciclos intermitentes de exposição a

exposição em névoa salina e aerados durante 300 dias. Paralelamente os

corpos-de-prova eram submetidos a medidas de potenciais de corrosão,

resistência de polarização e curvas potenciodinâmicas. Após a avaliação dos

resultados experimentais, principalmente das curvas cíclicas potenciodinâmicas

com e sem inibidor, os autores puderam comprovar a formação da camada

passiva atribuída ao inibidor estudado para as relações a



0,64.

Estudos realizados por GLASS et al. (2000) mostraram que muitas das

propriedades importantes do concreto são reduzidas, devido à redução

localizada do pH, proporcionando a quebra do filme de passivação atribuída à

presença de cloreto na solução dos poros e provocando o aparecimento da

corrosão por pite. Nesse trabalho os autores utilizaram a técnica de análise da

neutralização ácida para caracterizar as propriedades do concreto. Os autores

observaram que a composição química da solução nos poros do concreto é

quem controla o pH e sua redução, devido a qualquer fator externo, é

responsável pelo inicio da corrosão. Podemos afirmar que uma contribuição

importante para o concreto é dada pelo hidróxido de cálcio presente em mais de

75 % dos produtos de hidratação. A redução da alcalinidade nos poros do

concreto para valores de pH compreendidos entre 10 e 11 pode ser atribuída à

concentração de cloreto disponível nos poros do concreto. Porém, a inibição

natural do concreto está relacionada à sua capacidade de neutralização ácida,

mas depende necessariamente da composição química do cimento, ou melhor

esclarecendo, da concentração de óxido de cálcio (CaO) no cimento. Existe,

portanto, a necessidade de minimizar os efeitos que ocorrem nas variações de

pH obtidas nos testes de neutralização ácida. Entretanto os autores afirmam que

a técnica utilizada no trabalho mostrou-se reprodutiva e bastante eficiente.

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

121

Estudos posteriormente realizados por NGALA et al. (2003) mostraram o

comportamento do inibidor de corrosão monofluorfosfato de sódio (MFP) em

forma de solução aquosa 15 % em massa do inibidor, usado como material de

reparo, aplicado na superfície da estrutura do concreto armado. Os autores

estudaram, também, a eficiência do inibidor em barras de aço despassivadas

por carbonatação e contaminadas por diferentes percentuais de cloreto e

imersas na solução aquosa com 15 % do inibidor. Foram realizados vários

ensaios conduzidos no laboratório através de vários experimentos em corpos-

de-prova de concreto armado, contaminado com diferentes percentuais de

Cloreto e carbonatado para avaliar a efetividade do tratamento. A avaliação da

taxa e velocidade de corrosão nas barras de aço que foram embebidas com o

inibidor era monitorada por técnicas eletroquímicas e acompanhamento temporal

da imersão e secagem dos corpos-de-prova para acelerar o processo de

corrosão ao longo de 18 meses. Após o período de exposição dos corpos-de-

prova, foram realizadas medidas gravimétricas de perda de massa e

eletroquímica de resistência de polarização para avaliar a velocidade de

corrosão nas barras de aço. Os autores mostraram que houve uma redução na

velocidade de corrosão do aço para o concreto carbonatado e não carbonatado

para as condições estudadas. A análise do extrato aquoso para determinar as

espécies presentes nos poros do concreto foram realizadas por cromatografia de

íons, revelando que a penetração do MFP era desprezível, pois os íons F(PO

)

-2

não foram detectados, mas produtos de hidrólises do MFP estão presentes em

profundidades significativas do extrato aquoso do concreto carbonatado e

somente íons fluoreto foi encontrado no extrato aquoso da espécie não

carbonatada. Os autores concluíram que a redução na velocidade de corrosão

foi moderada, para o aço corroído em concreto não carbonatado e modesta,

para o aço no concreto contaminado por cloreto. Segundo os autores, após a

conclusão dessa pesquisa, o MFP pode ser recomendado como inibidor de

corrosão para o aço banhado com solução aquosa 15 % desse inibidor para

retardar o inicio da corrosão do aço no concreto, mas não é eficiente quando

aplicado na superfície do concreto armado, pois o transporte do MFP da

superfície para as maiores profundidades dentro do concreto deve durar muito

tempo, por isso a pouca efetividade do inibidor.

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

122

SARICIMEM et al. (2002) estudaram o efeito da adição de inibidores de

corrosão no aço do concreto reforçado, avaliando através de varias técnicas

como polarização anódica, espectroscopia Auger e espectroscopia eletrônica

para analise química. A eficiência do inibidor em retardar o processo de corrosão

do concreto reforçado foi avaliada por diferentes técnicas, medidas do potencial

de corrosão e densidade de corrente de corrosão. Os resultados indicam que o

tempo para a despassivacão do aço no concreto contaminado quando

adicionados os inibidores alcanolamina, M2 e nitrito de cálcio R2 é muito longo.

Os autores mostraram que a velocidade de corrosão do concreto contaminado

indica que o inibidor de corrosão estudado R2 retarda o inicio da corrosão no

concreto reforçado. Os resultados dos ensaios eletroquímicos e técnicas de

analise de superfície usando ESCA e AES mostraram um melhor desempenho

para o inibidor R2, quando comparado ao M2 e retardaram a corrosão do aço

em ambiente saturado com hidróxido de cálcio na presença de íons cloretos.

BREMNER et al. (2003) estudaram lajes de concreto armado com uma

cobertura de concreto de 20 mm. A relação de a

c era 0,40, e as lajes de

concreto eram pré-calculadas. Uma ruptura de 0,2 ou 0,4 mm era simulada.

Logo foi formado um eixo transversal com a barra reforçada durante o

lançamento da lage. Os autores avaliaram dois inibidores de corrosão (nitrato de

sódio e aminas/éster em água) adicionados à água de amassamento durante a

preparação do concreto para proteger as barras de aço da corrosão. Foram

colocadas lajes de aproximadamente 1 m em exposição na atmosfera marinha

natural. As espécies foram inspecionadas visualmente e as taxas de corrosão

eram medidas anualmente utilizando a técnica de polarização linear. Algumas

das lajes de concreto vão enfraquecendo depois de 12 meses de exposição e as

causas da corrosão são avaliadas. Inicialmente era realizada a análise do

conteúdo de cloreto solúvel em água. Após três anos de exposição, foi

constatado que ambos os inibidores de corrosão eram efetivos, reduzindo a taxa

de corrosão para lajes de concreto, mas pouco eficiente para prevenir a

corrosão localizada de aço na área de ruptura das lajes de concreto. Os autores

concluíram que, geralmente, o uso de inibidores de corrosão em concreto com

relação a

c = 0,40 é recomendado, mas apenas no concreto e não em serviços

de recuperação. Com o pré-cálculo reforçaram as lajes com 20 mm de

cobertura de concreto. Desta forma, a corrosão localizada é considerada

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

123

significante na área de fissura e pôde ser visualizada após um ano de

exposição. O inibidor comercial orgânico mostrou-se mais eficiente que nitrito de

cálcio em termos de redução de taxa de corrosão em concretos fissurados.

ICHIMURA & SOEDA (2003) relataram as pesquisas de utilização e o

desenvolvimento de inibidores de corrosão no Japão. O mecanismo de ação

desses inibidores também é explicado, bem como a utilização na construção

civil. No Japão, os inibidores de corrosão foram bastante comercializados

durante a decada de 70 e o uso destes mostrou um rápido crescimento para o

período 1975 -1977 como uma medida preventiva, quando usava-se areia de

praia, bem como agregado. O uso de inibidores de corrosão, no Japão, diminuiu

bastante após o ano 1979 por causa da regulamentação por normas para os

percentuais totais do conteúdo de cloreto em concreto. Portanto, a utilização de

concretos com inibidores de corrosão diminuiu significantemente em 1990.

Todavia, no campo da construção civil, os engenheiros parecem saber como

lidar com o problema do aumento do conteúdo de cloreto em concreto e a

utilização de vários materiais de desperdício na industria da construção civil.

4.5 PESQUISAS COM INIBIDORES DE CORROSÃO NO BRASIL

Segundo ALMEIDA (2000), o uso de inibidores de corrosão adicionados à

água de amassamento ou aplicados na superfície do concreto no Brasil, ainda é

praticamente inexistente, devido à reduzida oferta do mercado e

desconhecimento da sua utilização pela maioria dos profissionais da engenharia

civil. Como alguns centros nacionais de excelência tecnológica já se encontam

desenvolvendo estudos relativos às alterações das propriedades do concreto na

presença desses inibidores, o interesse, sua utilização e divulgação, tanto no

meio técnico como no de produção, com certeza aumentarão significativamente,

num curto espaço de tempo.

A primeira pesquisa no Brasil sobre inibidores de corrosão aplicados a

soluções dos poros do concreto foi desenvolvida por MIRANDA (1991). O autor

estudou a influência de íons cloretos e nitritos no processo corrosivo de

armaduras embutidas em concreto. O efeito dos íons nitritos foi estudado com a

utilização do inibidor nitrito de sódio adicionado a argamassas ou às soluções

simuladoras da fase líquida do concreto.

MUNIZ (1996) estudou a influência da adição do nitrito de sódio como

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

124

inibidor do processo de corrosão do aço embutido no concreto num traço (1:2:3),

cimento

areia

brita em massa, e relação a

c = 0,7. O nitrito de sódio foi

adicionado nas proporções 2 %, 4 %, 6 % , 8 % e 10 % em relação a um

concreto referência com mesmo traço e relação a/c, sem inibidor. Segundo o

autor a resistência à compressão diminui em 35 % nos corpos-de-prova com 8

% de nitrito de sódio, quando comparado com o concreto de referência sem

inibidor. Segundo o autor a partir do percentual do nitrito de 6% deverá ser

usado combinado com 5 % de fumo de sílica para que não altere

significativamente o valor da resistência à compressão.

Segundo FIGUEIREDO et al. (1998), o uso de aminoálcool como inibidor

de corrosão no Brasil teve início em 1998. Os autores avaliaram o

comportamento do aminoálcool e do nitrito de sódio e concluíram que o concreto

aditivado com aminoálcool despassiva com o dobro dos ciclos molhagem e

secagem em solução de 3 % de NaCl que um concreto sem inibidor.

Concluíram, ainda, que os aditivos não alteram as propriedades do concreto

fresco e endurecido, tendo em vista o aumento da plasticidade ocasionada pela

adição do inibidor possibilitando a redução da relação água-cimento, tornando

possível obter a mesma resistência à compressão que o concreto sem inibidor.

Quanto ao aminoálcool aplicado na superfície do concreto os pesquisadores não

observaram efetividade no controle da corrosão nas condições de estudo. No

entanto, frisam a necessidade de observar seu comportamento para períodos

mais prolongados e em menores concentrações de cloreto.

Apesar de existirem vários estudos quanto à utilização de inibidores de

corrosão aplicados em estruturas de concreto armado, tanto como técnica de

recuperação quanto de prevenção, a aplicação no Brasil ainda é muito pequena.

Tem-se registro de apenas dois casos de utilização e, em ambos os casos, o

inibidor utilizado foi o nitrito de sódio (LIMA, 1996).

A primeira iniciativa no Brasil foi do Professor PAULO HELENE, da Escola

Politécnica da Universidade de São Paulo, realizada em uma fábrica de papel e

celulose localizada no interior de São Paulo. O outro registro de utilização foi

relatado por CARMONA FILHO (1999) referente a recuperação e proteção do

Terminal de Fertilizantes do Porto de Santos – TEFER no litoral paulista. Em

ambos os casos, o ambiente era extremamente agressivo à estrutura de

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

125

concreto armado e as condições em que se encontravam e a que continuariam a

ser expostas exigiram materiais com uma alta capacidade de proteção.

4.6 INIBIDORES UTILIZADOS NO TRABALHO

GAIDIS (2004) afirma que há um número de inibidores de corrosão

comerciais no mercado para o uso no concreto armado. Devido à

comercialização, as empresas mantêm em segredo a formulação dos produtos.

E, segundo destaca RIBEIRO & FIGUEIREDO (2001), os inibidores de corrosão

podem ser utilizados de maneira intermitente, uma vez que, após a dosagem

inicial com solução concentrada do inibidor, capaz de formar a película

passivadora, é possível reduzir-se a sua concentração sem que ocorra ataque

do metal. Ou ainda, em alguns casos, pode-se adicioná-lo de tempos em

tempos.

Trabalhos de (MUNIZ, 1996; FIGUEIREDO et al. 1998; ANZOLA et al.

1999; OLIVEIRA, 2000; SILVA 2002; NÓBREGA 2004) também fazem menção

ao uso de inibidores adicionados à água de amassamento do concreto; sendo

este, um dos métodos de prevenção ao processo de corrosão de armaduras.

Várias são as substâncias utilizadas como inibidores de corrosão em

estruturas de concreto armado, sendo encontrado estudos com compostos

orgânicos, tais como: aminas, aminoálcoois, ácidos graxos, etc. (MAEDER,

1996, apud LIMA, 2000); compostos inorgânicos, tais como: o nitrito de cálcio

(TOURNEY & BERKE, 1993, apud LIMA, 2000) e o nitrito de sódio (MIRANDA et

al. 1991) sistemas combinados de duas substâncias, como a avaliação

simultânea do nitrito de cálcio com o molibdato de sódio realizada por (HOPE &

IP, 1990), onde foi observado que estes inibidores juntos pareciam ser mais

eficaz que o nitrito de cálcio sozinho. Logo, com base nesta colocação, na

presente pesquisa, pretende-se estudar os inibidores de corrosão nitrito de

sódio, dicromato de sódio e molibdato de sódio analisando-os isoladamente e

combinados entre si.

4.6.1 Nitrito de Sódio

O nitrito de sódio é uma substância química de fórmula molecular NaNO

de massa molar 69,01, granulação fina e coloração branca. Adquire aspecto

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

126

úmido quando exposto ao ar e é parcialmente oxidado. É facilmente solubilizado

em água e em soluções alcalinas. O preparo de soluções com essa substância é

acompanhado de uma queda de temperatura.

Segundo LIMA (2000), o nitrito de sódio, juntamente com o nitrito de cálcio

(Ca(NO

)

), estão entre os inibidores de corrosão para estruturas de concreto

armado mais empregados e mais citados em bibliografias. A passivação do aço

pode ser obtida com baixas concentrações deste inibidor, cerca de 1 % a 2 %

em relação à massa de cimento (CRAIG & WOOD, 1970), é capaz de inibir o

processo de corrosão em meios alcalinos e neutros tendo apresentado eficiência

tanto sobre a ação de cloretos (CALLEJA & ANDRADE, 1973, apud LIMA, 2000)

como sobre a ação da carbonatação, sem contudo ser eficiente quando atuam

conjuntamente os dois agentes agressivos (ANDRADE & ALONSO, 1990).

Uma das controvérsias quanto ao uso do NO

no concreto diz respeito ao

seu período de atividade, pois alguns autores relatam que esse íon pode oxidar-

se para NO

nesse meio. Ao se combinar com o C

A e C

AF do cimento, sua

quantidade efetiva no concreto passa a ser menor que aquela inicialmente

adicionada à água da mistura. Deve-se lembrar também que a única quantidade

de íons efetivamente agressiva ou passivadora é aquela que atinge a superfície

do aço por difusão.

Na maioria dos trabalhos técnicos e científicos publicados, se encontra

que a concentração ideal do nitrito de sódio é de 3 % em relação à massa de

cimento. Ressalta-se, também, que a partir de resultados encontrados por

(ANDRADE, 1995; RIBEIRO & FIGUEIREDO, 2001), pode-se deduzir que na

argamassa ou no concreto a relação Cl

/NO

deve ser menor que 1 para garantir

uma melhor inibição. Portanto, quando o concreto estiver em contato com água

salina, a quantidade de NO

capaz de inibir o ataque agressivo deverá ser maior

que o teor máximo de Cl

, supostamente capaz de atingir a área delimitada.

Assim, destaca-se que, apesar do mecanismo de ação do nitrito de sódio

ser bastante debatido, devido a muitos aspectos ainda desconhecidos acerca de

seu comportamento, quando o NO

é adicionado a água da mistura, observa-se

que o ataque progride ou pára por completo após alguns dias, a depender da

relação NO

/Cl

. Relações menores que 1:1 não são eficazes em ambientes de

alta umidade relativa, quando a resistividade do concreto é baixa e a corrosão

pode progredir facilmente, levando-se em consideração que há vários fatores

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

127

que podem diminuir as propriedades passivadoras naturais do concreto, como:

alta porosidade, alta umidade, cimento não-adequado e outros.

Diversos pesquisadores, TREADAWAY & RUSSELL (1968); CRAIG &

WOOD (1970), verificaram que o nitrito de sódio oferecia a melhor proteção à

ação do cloreto, mas que a resistência do concreto era reduzida devido ao uso

desses inibidores. LIMA, et al. 2000 também aprovaram a eficiência do inibidor

nitrito de sódio.

Em estudos realizados por LIMA, et al. (2000) os autores realizaram

experimentos visando analisar o comportamento do nitrito de sódio como

inibidor de corrosão, em relação à proteção contra a corrosão das armaduras

em estruturas de concreto armado, provocada pela atuação dos cloretos.

Para o estudo do fenômeno, utilizaram medidas de potencial de corrosão de

armaduras usadas como sensores embutidos nos corpos-de-prova.

Segundo LIMA (1996), o nitrito de sódio altera as seguintes

propriedades: possui efeito plastificante, retarda o início e o final de pega,

reduz o valor final da resistência à compressão (podendo chegar a 30 % para

teores mais elevados) e aumenta o índice de vazios.

Em estudos realizados por LEÃO & FIGUEIREDO (1997), estes

obtiveram como resultados com relação aos 3 % de nitrito de sódio

incorporado ao concreto na água de amassamento, que este não alterou

significativamente a consistência inicial, mas observaram que, após mais ou

menos 30 minutos da mistura, houve uma brusca queda na trabalhabilidade,

visto que ele também se comporta como acelerador de pega. Quanto à

resistência à compressão, este sofreu pequenas variações com a adição do

inibidor no concreto.

4.6.2 Molibdato de Sódio

Compostos à base de molibdatos têm sido usados como inibidores de

corrosão em muitas aplicações: motor de refrigeradores, pinturas e revestimentos,

em fluidos hidráulicos, em líquidos para refrigeração, etc (HOPE & IP, 1990).

Segundo os autores embora os molibdatos tenham sido utilizados com sucesso nas

áreas acima, estes compostos só foram usados para a proteção da corrosão do aço

em estruturas de concreto depois de 1990.

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

128

Para proteção eficaz da armadura no concreto, um inibidor de corrosão deve

ser solúvel na água de amassamento, de modo a ter uma distribuição uniforme em

todo concreto (HOPE & IP, 1990).

Evidências indicam que a inibição do molibdato de sódio está estritamente

associada com a adsorção de íons do inibidor na interface metal-solução e que as

propriedades de adsorção dos íons é que determinam a eficiência, mais do que as

propriedades químicas, como o potencial de oxidação. Por exemplo, o efeito da

presença de íons cloreto na concentração necessária do inibidor, para uma proteção

efetiva, pode ser explicado pelo fenômeno de troca iônica na interface. Um íon

cloreto, tendo baixa energia, move-se na interface metal-eletrólito deslocando os

íons do inibidor e, no caso do ferro, um íon complexo solúvel é formado, acelerando

a corrosão.

Esse efeito pode ser contornado aumentando-se a concentração do inibidor.

(ROBERTSON, 1951). A eficiência do molibdato de sódio depende somente da sua

concentração, pois seu processo de inibição ocorre por adsorção na superfície do

metal (LIMA, 1996).

4.6.3 Dicromato de Sódio

Vale destacar que não foram reportados, na literatura científica vigente,

trabalhos desenvolvidos com o dicromato de sódio ou potássio como inibidores

de corrosão para o aço imerso no concreto, apesar de ser citado com tal função

por pesquisadores (CRAIG & WOOD, 1970; HELENE, 1986; FONTANA, 1987;

BERKE, 1998). Na literatura existem vários trabalhos utilizando o Cromato como

inibidor de corrosão, porém em outros meios (VIDIGAL & ALMADA, 1998).

Para VIDIGAL & ALMADA (1998), o cromato, CrO

-2

protege a área

anódica ao induzir a formação de uma mistura de óxidos protetores constituída

por Fe

e Cr

. Para o caso de inibição em sistemas de refrigeração, os

autores destacam que:

x

se a concentração usada não for a mais adequada, podem aparecer áreas de

corrosão localizadas em sistemas fechados (circuitos de motores diesel) além

da temperatura elevada há metais com potenciais diferentes e assim, devem

usar-se concentrações na ordem dos 2000 ppm;

x

em sistemas fechados sujeitos à corrosão por cavitação, a concentração

necessária é da ordem dos 4000 ppm;

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

129

x

aumentam a eficiência do inibidor valores de pH acima de 7,5; superfícies

metálicas isentas de depósitos biológicos ou minerais; água isenta de

substâncias redutoras como H

S, SO

e matéria orgânica.

Capitulo 4. Inibidores de Corrosão

Djalma Ribeiro da Silva

130

4.7 EFICIÊNCIA DOS INIBIDORES DE CORROSÃO

A eficiência da inibição é influenciada pela variação de concentração do

inibidor na solução aquosa, pela quantidade de oxigênio, pela variação de

temperatura, valores de pH, concentração de íons agressivos, etc.

(RAMACHANDRAN, 1983).

Antes da escolha de um método para avaliar a eficiência do inibidor para

minimizar o processo de corrosão, deve-se estudar o problema como um todo e

determinar exatamente que características serão exigidas do inibidor, isto é, que

parâmetros serão testados e que fatores podem afetar os resultados. Estas

questões e suas respostas auxiliarão na obtenção de dados significativos, que

serão utilizados na seleção do inibidor mais eficiente para o meio-ambiente de

interesse (LIMA, 2000).

ANDRADE, (2002) destaca que a eficiência dos inibidores de corrosão

pode ser avaliada em laboratório através de equipamentos como

potenciostato/galvanostato, em que um meio corrosivo atua sobre eletrodos

metálicos. O aparelho registra a corrente elétrica, representada por i, que

percorre o meio pela ação de uma diferença de potencial. Quando dispersas no

meio corrosivo, as moléculas da substância inibidora alteram o valor da corrente

de corrosão. Pode-se denotar por

scorr,

a corrente de corrosão na ausência de

inibidor, e por

ccorr,

a corrente observada quando o inibidor está presente,

conforme equação 4.8.

100

scorr,

ccorr,scorr,



(4.8)

De acordo com o autor, para ser eficiente, portanto, um inibidor de

corrosão deve reduzir, significativamente, a corrente de corrosão que percorre

um sistema sendo analisado, quanto à sua carga corrosiva.

Capitulo 5

Procedimentos Experimentais

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

131

5. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS

5.1 INTRODUÇÃO

Neste capítulo são descritos os procedimentos experimentais realizados para

obtenção de dados onde cada procedimento faz parte de uma metodologia que visa

ampliar a vida útil do concreto proposto nesta pesquisa. Faz parte deste capítulo: a

seleção e caracterização dos materiais, definição do traço, da relação água/cimento,

do percentual do superplastificante, e dos inibidores, da preparação dos corpos-de-

prova, caracterização do concreto fresco e endurecido e a descrição dos ensaios.

5.2 CONSIDERAÇÕES INICIAIS

Inicialmente foram realizados os experimentos de caracterização dos

materiais, dentre os quais, os ensaios de controle, como a consistência do

concreto fresco, resistência à compressão e a absorção de água. Como também

os experimentos que forneceram características do material relacionadas à

durabilidade, mais especificamente ao comportamento frente a agressividade

por cloretos, através dos ensaios eletroquímicos de curvas de polarização,

resistência de polarização e potencial do eletrodo. Na seqüência, serão

apresentadas as metodologias utilizadas e feitas algumas considerações.

Vale salientar que os ensaios eletroquímicos para avaliação da eficiência

dos inibidores são de grande importância para o melhor entendimento do seu

comportamento, quando submetidos a ambientes agressivos. A utilização dos

ensaios acelerados em laboratório se faz necessário devido ao elevado tempo

para o início do processo corrosivo numa obra construída com um concreto de

características iguais ao usado no presente trabalho. Porém, os resultados

obtidos não invalidam as respostas, já que estes ensaios simulam de forma

coerente, situações com características de agressividade muito próximas às

reais.

Ressalta-se que a importância dos estudos das propriedades do concreto

no estado plástico e endurecido, com inibidores de corrosão, baseia-se no fato

de que esses aditivos serão viáveis por minimizarem ou retardarem o início do

processo de corrosão, mas também por não acarretarem, paralelamente, efeitos

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

132

prejudiciais nas propriedades do concreto, tal como sua consistência,

adensamento, resistência à compressão ou durabilidade (LIMAYE et. al. 2000).

5. 3 VARIÁVEIS ENVOLVIDAS NO PROJETO EXPERIMENTAL

5.3.1 Variáveis independentes



Traço adotado para o concreto

O traço utilizado no presente trabalho foi 1,0:1,5:2,5 (cimento,areia e brita)

em função da massa de cimento, com relação água/cimento de 0,40. Esses

valores foram adotados com base em trabalhos anteriormente desenvolvidos no

Grupo de Eletroquímica e Corrosão, do Departamento de Química, da

Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), possibilitando, assim, a

comparação com trabalhos desenvolvidos anteriormente pelo grupo. Além disso,

é um traço onde temos uma relação entre a pasta e o agregado graúdo de 50%

e apresenta uma alta reserva alcalina devido ao consumo de cimento utilizado,

em torno, de 450 Kg/m

, possibilitando obter a resistência à compressão da

ordem de 48 MPa.



Aditivo superplastificante

Vários testes preliminares foram realizados em laboratório e, com base

nesses experimentos e em trabalhos anteriormente desenvolvidos pelo nosso

grupo foi utilizado 2 % de aditivo superplastificante, como forma de se obter um

concreto com excelente fluidez para lançamento.



Ensaios eletroquímicos

Foi fixado o tempo para início das medidas eletroquímicas em 35 dias

após a moldagem dos corpos-de-prova; sendo, 28 dias para o processo de cura,

conforme a NBR 5738 (2003), e 7 dias de imersão em solução 3,5 % de NaCl.

Este período de imersão de 7 dias foi arbitrado com base em pesquisas

anteriormente desenvolvidas (OLIVEIRA, 2000; SILVA, 2002; NOBREGA 2004),

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

133

sendo necessário para acelerar o processo corrosivo, bem como para garantir

que todos os poros dos corpos-de-prova em análise estivessem totalmente

preenchidos com o eletrólito.



Aditivos inibidores de corrosão

Diante dos resultados obtidos em pesquisas anteriores pelo nosso grupo,

decidiu-se utilizar os inibidores de corrosão o nitrito de sódio, o molibdato de sódio e

o dicromato de sódio, por serem de fácil aquisição no mercado nacional e possuírem

preços competitivos em escala industrial.



Percentual de inibidores

Além dos corpos-de-prova de referência (0 %), ou seja, o denominado

traço de referência, estabeleceu-se o estudo de porcentagens de adições dos

inibidores de corrosão entre 0 % e 3,5 %, com intervalos de 0,5 %, para cada

inibidor isoladamente ou misturados em iguais percentuais: 0,25 % e 0,25 %,

totalizando 0,50 %, na seqüência, 0,5 % e 0,5 %, totalizando 1 %, e assim por

diante.

A influência destes compostos no processo de corrosão foi avaliada em

corpos-de-prova de concreto, comparando-os com um traço de referência (sem

aditivos) e entre si.

Vale salientar que foi utilizado o intervalo de 0 % a 3,5 %, por ser

comumente reportado na literatura científica para o inibidor de corrosão nitrito de

sódio. Para o molibdato de sódio e dicromato de sódio como não foi encontrada

nenhuma referência, optou-se por adotar a mesma faixa, a título de comparação

dos resultados com outros trabalhos do nosso grupo; embora, na literatura, o

cromato de sódio e potássio sejam utilizados em teores de 2 % a 4 % em

relação à massa do cimento, apresentando os mesmos efeitos do nitrito de

sódio, com exceção da cor esverdeada (KULAKOWSKI, 1994).

Ressalta-se, ainda, que todos os percentuais de inibidores de corrosão

usados foram adotados em relação à massa de cimento e adicionados ao

concreto por dissolução na água de amassamento.

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

134

5.3.2 Variáveis dependentes



Para o concreto:

I. Determinação da consistência pelo abatimento do

tronco de cone – NBR NM 67 (1998).

II. Determinação da absorção de água, índice de

vazios e massa específica – NBR 9778 (2005).

III. Ensaios de compressão de corpos-de-prova cilíndricos –

NBR 5739 (1994).



Para o sistema aço/corpos-de-prova de concreto:

I. Corrente de corrosão em µAcm

-2

(Curvas de polarização)

II. Corrente de corrosão em µAcm

-2

(Resistência de polarização)

III. Potencial de corrosão em mV (Potencial de corrosão) – ASTM C 125

(1998)

Na Tabela 5.1 apresenta-se um resumo das variáveis analisadas.

Tabela 5.1 - Resumo das variáveis da pesquisa.

Variável Descrição

Ensaios eletroquímicos

35 dias – 28 dias de cura

em dessecador e 7 dias

de imersão em solução

NaCl 3,5 %.

Dependentes

Inibidores de corrosão (%) 0; 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3;

3,5.

Superplastificante (%)

Concreto

Consistência, resistência

à compressão e absorção

de água.

Independentes

Sistema aço/concreto

Taxa de corrosão

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

135

5.4 SIMBOLOGIA UTILIZADA

Como havia grande quantidade de corpos-de-prova para os ensaios

eletroquímicos foram adotadas siglas para identificá-los de modo a facilitar o

desenvolvimento da pesquisa, assim como o tratamento dos dados obtidos.

Estas siglas representam o teor adotado, a numeração do corpo-de-prova

referente e o inibidor usado, ficando assim descritos:



051N – 0,5 % de nitrito de sódio, corpo-de-prova 1;



11N – 1 % de nitrito de sódio, corpo-de-prova 1.

A Tabela 5.2 apresenta um resumo da simbologia adotada.

Tabela 5.2 - Resumo da simbologia usada na identificação de corpos-de-prova.

Traços Teores Siglas

00 (sem aditivo) 0 % 0000 a 0000

N(nitrito de sódio)

0,5 % a 3,5 % 051N a 351N

M(molibdato de sódio)

0,5 % a 3,5 % 051M a 351 M

D(dicromato de sódio)

0,5 % a 3,5 % 051D a 351 D

N(nitrito de sódio)/M(molibdato de sódio) 0,5 % a 3,5 % 051 a 351 N/M

N(nitrito de sódio)/D(dicromato de sódio) 0,5 % a 3,5 % 051 a 351 N/D

M(molibdato de sódio)/D(dicromato) 0,5 % a 3,5 % 051 a 351 M/D

5.5 PROPORCIONAMENTO DOS MATERIAIS

O traço adotado para o presente trabalho foi 1,0:1,5:2,5 (Cimento, areia e

brita) em função da massa de cimento, com relação a/c 0,40 e 2 % de

superplastificante.

5.5.1 Ajuste de traço

Adotou-se esse traço devido ao fato de vários componentes do grupo já

terem utilizado (OLIVEIRA, 2000; SILVA, 2002; NÓBREGA, 2004). Usou-se a

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

136

relação água/cimento 0,40 e o percentual de superplastificante 2 %, pois

desejava-se obter um concreto com baixa porosidade e de média resistência à

compressão.

5.6 ENSAIOS PARA CARACTERIZAÇÃO DO CONCRETO NO ESTADO

PLÁSTICO E ENDURECIDO

Durante os experimentos, três fases distintas do trabalho foram

executadas para cada nova mistura no que diz respeito aos ensaios de

caracterização do concreto no seu estado plástico e endurecido. A primeira fase

foi a caracterização dos materiais constituintes. A segunda fase diz respeito à

confecção e moldagem dos corpos-de-prova e a terceira, foi a realização dos

ensaios de consistência, absorção de água, resistência à compressão e

eletroquímicos.

5.6.1 Seleção e caracterização dos materiais

5.6.1.1. Cimento

Utilizou-se como aglomerante hidráulico o cimento Portland composto CP-II-F

32 da marca Zebu, em referência ao trabalho desenvolvido anteriormente por

NÓBREGA (2004). Esta marca obteve um melhor desempenho no que diz respeito à

absorção de água em relação a duas outras marcas muito utilizadas no mercado

local, sendo as demais propriedades analisadas, semelhantes entre si. Suas

características físicas e químicas foram previamente determinadas e são descritas

na Tabela 5.3.

Em estudos como esse o cimento deve ser sempre adquirido de um

mesmo fornecedor em quantidade suficiente para todos os traços usados na

pesquisa, a fim de evitar qualquer problema na reprodutibilidade dos ensaios.

Para tanto, foram utilizados sacos de 25 kg, da mesma marca, adquiridos

sempre no mesmo estabelecimento comercial, porém não necessariamente

oriundos do mesmo lote de fabricação.

Destaca-se o cuidado no acondicionamento desse cimento em sacos

plásticos sobre bancadas, a fim de evitar umidade. Além disso, sempre que

visualmente detectava-se formação de grumos no cimento, o saco era

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

137

descartado. A partir da abertura de um saco de cimento, o período máximo para

sua utilização no presente trabalho era de 7 dias.

O resultado da análise físico química do cimento Portland CP II - F - 3 2 é

mostrado na Tabela 5.3 e os resultados dos ensaios físicos na Tabela 5.4.

Tabela 5.3 – Caracterização química do cimento Portland CP II - F - 3 2

Componentes Químicos (%)

Óxido de alumínio (Al

) 4,72

Óxido de ferro (Fe

) 2,39

Óxido de potássio (K

O) 0,80

Óxido de sódio (Na

O) 0,09

Óxido de Magnésio (MgO) 4,36

Dióxido de silício (SiO

) 18,62

Trióxido de enxofre (SO

) 2,04

Óxido de cálcio (CaO) 62,28

Óxido de cálcio (CaO) Livre 1,21

Resíduo Insolúvel 1,40

Equivalente alcalino 0,61

Perda ao fogo 4,46

Tabela 5.4 – Caracterização física do cimento Portland CP II - F - 3 2

Propriedades determinadass

Resíduo na # 200 (%) 3,10

Resíduo na # 325 (%) 12,40

Massa específica (Kg/dm

) 3,11

Área específica (m

/Kg) 355

Consistência da pasta (%) 27,2

Início de pega (min) 130

Fim de pega (min) 200

Observa-se nas Tabela 5.3 e 5.4 que todos os valores obtidos na

caracterização do cimento estão de acordo com as normas relativas ao cimento

Portland.

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

138

5.6.1.2 Agregado graúdo

O agregado graúdo foi selecionado entre os disponíveis no mercado local,

buscando-se aquele que apresentasse melhores características para utilização neste

trabalho de pesquisa, conforme NBR 7126 (1987). Para tanto, escolheu-se o

agregado do tipo brita granítica de 19 mm, recomendado para concretos de média e

alta resistência (DAL MOLIN, 1995).

Foram realizados ensaios de granulometria e índice físico do agregado

graúdo, conforme a norma da NBR NM 248 (2003). A Tabela 5.5 mostra os

respectivos resultados.

Tabela 5.5 – Caracterização granulométrica do agregado graúdo (brita granítica)

Diâmetro da Peneira

( mm )

Material Retido

( g )

Percentagem

Retida (%)

Percentagem

Acumulada (%)

12,7 2,00 0,04 0,04

9,5 7,00 0,14 0,18

4,8 1945,00 38,90 39,08

2,4 2369,00 47,39 86,47

< 2,4 676,50 13,53 100,00

Total 5000,00 100,00 100,00

O agregado graúdo após sofrer peneiração para eliminação de impurezas

maiores. Foram lavados e seco em estufa a uma temperatura de aproximadamente

105 ºC, durante 24 horas e retirados da estufa pelo menos 3 horas antes da

preparação dos corpos-de-prova.

Vale salientar que todo o agregado graúdo utilizado no presente trabalho

foi adquirido em um único lote de compra, buscando-se a maior uniformidade

possível em suas propriedades, para a utilização em todos os corpos-de-prova

moldados.

5.6.1.3 Agregado miúdo

O agregado miúdo empregado neste estudo foi uma areia de rio de

composição predominantemente granítica, cujo módulo de finura encontrado no

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

139

ensaio de granulometria corresponde a MF = 3,0 que a classifica como uma areia

do tipo média. A areia era do tipo quartzona proveniente de São Paulo do Potengi-

RN.

A Tabela 5.6 mostra os resultados encontrados na análise granulométrica do

agregado miúdo e seus índices físicos; os ensaios foram realizados segundo as

normas NBR 7126 (1987); NBR 7117(1987);

NBR NM-52 (2003),

NBR NM-248

(2003).

Tabela 5.6 – Caracterização granulométrica do agregado miúdo (areia média)

Diâmetro da Peneira

(mm)

Material Retido

(g)

Percentagem

Retida (%)

Percentagem

Acumulada (%)

4,80 - - -

2,40 70,00 7,00 7,00

1,20 217,00 21,70 28,70

0,60 314,00 31,40 60,10

0,30 281,00 28,10 88,20

0,15 101,00 10,10 98,30

< 0,15 15,00 1,50 99,80

Total 998,00 99,80 99,80

Todo agregado miúdo foi previamente peneirado na malha de # 2,4 mm,

sendo retirada, assim, toda fração superior a este valor, e seco em estufa por um

período de 48 horas, e retirado com 3 horas de antecedência à moldagem dos

corpos-de-prova.

5.6.1.4 Água de amassamento utilizada

A água de amassamento utilizada para preparação dos concretos foi

proveniente dos poços de abastecimento da UFRN, já que sua qualidade é

comprovada como boa para o consumo humano.

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

140

5.6.1.5 Aditivo superplastificante

Vários testes preliminares foram realizados em laboratório com o aditivo

superplastificante. Com base nesses experimentos e em trabalhos já

desenvolvidos pelo grupo foram utilizados 2,0 % de aditivo superplastificante,

visando um concreto com excelente fluidez para lançamento.

O aditivo superplastificante utilizado pode ser normalmente encontrado no

mercado nacional, cujas características indicam ser à base de condensado de

formaldeído naftaleno sulfonado, conforme alguns dados técnicos que encontram-se

na Tabela 5.7

Tabela 5.7 Dados técnicos do superplastificante.

Propiedades Aparência

Aparência Liquido viscoso e secativo ao ar livre

Cor Castanho escuro

Odor Muito forte e parecido com café

Densidade Média 1,2 g/cm

pH 9,0 a 11,0

Dosagem Recomendada 0,6 % a 3,0 %

Teor de sólidos 39,3 %

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

141

Figura 5.1 – Aspecto do superplastificante utilizado nos experimentos

Adotou-se como procedimento, a agitação manual do aditivo, antes de

ser empregado, a fim de proporcionar sua homogeneização. A dosagem de

aditivo utilizada foi sempre de 2,0 % em relação à massa de cimento, sendo que

este era adicionado à água de amassamento e homogeneizado, previamente, à

dissolução dos inibidores de corrosão nesta mesma água.

5.6.1.6 Inibidores de corrosão

Diante de resultados obtidos em estudos anteriores pelo nosso grupo,

decidiu-se utilizar os inibidores de corrosão nitrito de sódio, molibdato de sódio, e

dicromato de sódio, por serem facilmente encontrados no mercado nacional. Nessa

pesquisa os inibidores utilizados foram da marca Quimex PA. A aparência e o

aspecto dos inibidores podem ser visualizadas na Figura 5.2 (nitrito de sódio), Figura

5.3 (molibdato de sódio) e na Figura 5.4 (dicromato de sódio).

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

142

Figura 5.2 – Aspecto do nitrito de sódio utilizado na realização dos experimentos

Figura 5.3 – Aspecto do molibdato de sódio utilizado nos experimentos.

Figura 5.4 – Aspecto do dicromato de sódio utilizado nos experimentos.

10 cm

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

143

5.6.2 Confecção e moldagem dos corpos-de-prova

A confecção, moldagem, e cura dos corpos-de-prova foram realizadas com

base na norma NBR 5738 (2003).

5.6.2.1 Planejamento experimental

Em função do nosso planejamento experimental, decidiu-se trabalhar com

seis corpos-de-prova para cada traço estudado, a fim de realizar os ensaios de

resistência à compressão e os ensaios de absorção de água; sendo o resultado

computado, nos dois casos, em função da média aritmética dos valores obtidos.

5.6.2.2 Moldagem

Para a pesagem dos inibidores de corrosão e superplastificante foi

utilizada uma balança eletrônica digital, CG INSTRUMENTOS CIENTÍFICOS -

LIBOR, com capacidade máxima de 2,8 kg e resolução de 0,01 g, enquanto que

o cimento, o agregado graúdo e o agregado miúdo, destinados à confecção dos

corpos-de-prova, foram pesados em balança eletrônica marca MICROWA com

capacidade de carga 15000 g e resolução de 0,50 g. Vale salientar que a água

foi medida em uma proveta de 1000 ml.

A operação de mistura foi realizada em betoneira de eixo vertical, com

capacidade máxima de 80 litros. Inicialmente, o cilindro era molhado e toda a

água restante drenada. A ordem de colocação dos materiais na betoneira, já em

movimento, foi o seguinte: 75 % da mistura de água e superplastificante,

seguido da mistura de cimento, areia e brita; por fim, 25 % da mistura de água e

superplastificante. Esta ordem foi mantida constante para todas as misturas.

Vale salientar, ainda, que a areia e o cimento eram misturados previamente,

antes de serem incorporados ao agregado graúdo. Nos traços contendo

diferentes percentuais de inibidor de corrosão, estes foram misturados à água de

amassamento.

O tempo de mistura foi de 5 minutos após todos os materiais estarem no

misturador, sendo o intervalo de tempo de dois minutos entre cada adição de

material ou água com superplastificante e/ou inibidor de corrosão, quando fosse

o caso. Acrescenta-se, que a cada três minutos, parava-se o misturador e o

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

144

cilindro era raspado para evitar que, com a rotação, uma parcela do material

aderisse às paredes do mesmo. Na seqüência, derramava-se a mistura em uma

bandeja, previamente molhada, avaliava-se a consistência do concreto fresco

pelo abatimento do tronco de cone e moldavam-se os corpos-de-prova.

Destaca-se que todos os corpos-de-prova necessários para a avaliação do

concreto, do ponto de vista mecânico, foram moldados a partir de uma mesma

betonada para cada inibidor de corrosão versus porcentagem deste.

Para a análise da resistência à compressão foram moldados seis corpos-de-

prova em moldes cilíndricos metálicos de 150 mm de diâmetro e 300 mm de altura

NBR 5739 (1994). No caso dos corpos-de-prova para os ensaios de absorção de

água foram utilizadas formas de PVC de 72 mm de diâmetro e 80 mm de altura,

devido ao fato da brita utilizada na pesquisa ter sido 19 mm.

O processo de adensamento adotado foi manual, seguindo as prescrições da

norma NBR 5738 (2003), realizado em duas camadas de 20 golpes cada, e tendo-se

o cuidado de manter sempre o mesmo operador e intensidade do golpe constante.

Após a moldagem, os corpos-de-prova eram cobertos com lona plástica

preta e mantidos no ambiente do laboratório por aproximadamente 24 horas,

onde, após este período, efetuava-se a desmoldagem dos mesmos.

5.6.2.3 Cura

Após a desmoldagem e identificação dos corpos-de-prova, procedeu-se a

cura dos mesmos através de imersão em um tanque de água. Vale ressaltar que

se manteve um período de 28 dias, a partir da data de concretagem, para a

realização dos ensaios; pois, com esta idade, pode-se dizer que a resistência

prevista já tenha sido alcançada (MEHTA, 1994).

5.6.3 Ensaios realizados

A caracterização do concreto ocorreu através dos seguintes ensaios:

1. Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone – NBR

NM 67 (1998);

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

145

2. Absorção de água por imersão – Índice de vazios e massa específica – NBR

9778 (2005); e,

3. Ensaios de compressão de corpos-de-prova cilíndricos – NBR 5739 (1994).

5.6.3.1 Consistência do concreto fresco

A consistência dos concretos produzidos foi determinada através da medida

de abatimento do tronco de cone, de acordo com a prescrição da NBR NM 67

(1998).

Os equipamentos utilizados para a realização deste ensaio foram:

x Molde de aço em forma de tronco de cone reto, com 300 mm de altura e ambas

as bases abertas, a inferior com diâmetro igual a 200 mm e a superior com

diâmetro igual a 100 mm;

x Haste de aço para socamento com 600 mm de comprimento e diâmetro de 16

mm.

A adição do superplastificante foi indispensável devido à necessidade de

se obter um concreto fluido, pois era o único parâmetro que podíamos medir. A

fluidez do concreto produzido permitiria uma facilidade no adensamento e, que

depois de endurecido, apresentaria uma superfície muito regular.

5.6.3.2 Absorção de água

Para este ensaio, confeccionou-se seis corpos-de-prova cilíndricos com

diâmetro de 75 mm por 80 mm de altura, obtendo-se a média aritmética dos

resultados de acordo com a norma NBR 9778 (2005)

Nos experimentos de absorção de água utilizou-se:

x Estufa FANEM com controle de temperatura Microprocessado mod. 515 C,

x Balança eletrônica digital CG INSTRUMENTOS CIENTÍFICOS - LIBOR, com

capacidade máxima de 2,8 kg e resolução de 0,01 g.

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

146

5.6.3.3 Resistência à compressão

Ao completar 28 dias de idade, os corpos-de-prova cilíndricos foram

retirados do tanque de cura, duas horas antes do ensaio, e submetidos a um

capeamento à base de enxofre em conformidade com a NBR 5739 (1994). Este

capeamento foi feito de modo que os topos dos corpos-de-prova ficassem

nivelados, tendo em vista as irregularidades causadas pela desempenadeira

metálica utilizada para dar acabamento nos topos dos corpos-de-prova.

Depois de capeados, os corpos-de-prova cilíndricos foram levados à prensa

para ruptura. A máquina utilizada para a realização dos ensaios de compressão foi

uma prensa da marca CONTROLS – 20063, Cernusco, Italiana, com capacidade de

3000 kN.

Os corpos-de-prova cilíndricos foram colocados na prensa e submetidos a

uma carga de ruptura. A velocidade de carregamento contínuo foi de 0,50 MPa.s

-1

Foram analisados seis corpos-de-provas para cada variável em estudo. O

procedimento do ensaio seguiu a NBR 5739 (1994) e o resultado foi apresentado

como a média dos valores.

Vale destacar que no ensaio de resistência à compressão era reduzido ao

máximo a excentricidade da aplicação da carga com a utilização de uma rótula

mais sensível e de dimensão adequada ao tamanho dos corpos-de-prova.

a) Para os testes de resistência à compressão os corpos-de-prova foram

confeccionados conforme a norma NBR 5738 (2003).

Em todos os traços desta tese utilizou-se um consumo de cimento de 446

kg/m

de concreto, relação a

c = 0,40, percentagem de superplastificante 2,0 %

e de inibidores variando de 0,0 % a 3,5 %, bem como as misturas. A

metodologia para preparação dos corpos-de-prova estar descrito no ítem 5.6.2.2

As propriedades analisadas inicialmente para definição do traço padrão do

trabalho foram: trabalhabilidade, isto é, a facilidade com a qual se pode trabalhar

com o concreto, através do ensaio do abatimento do tronco de cone NBR NM 67

(1998), com a finalidade de caracterizar os conceitos de consistência adequada,

para garantir a concretagem eficiente das peças no canteiro de obras ou lançamento

do concreto em grades e com isso garantir uma boa resistência do concreto,

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

147

resistência à compressão, NBR 5739 (1994) e absorção de água NBR 9778 (2005).

5.7 ESTUDOS EXPERIMENTAIS ELETROQUÍMICOS

Na avaliação do desempenho dos inibidores de corrosão estudados

decidiu-se pelo emprego das técnicas eletroquímicas, por serem de fácil

utilização, de rápida resposta de resultados, possibilitarem o monitoramento do

processo corrosivo ao longo do tempo e oferecerem como principal vantagem o

fato de não serem destrutivas. Essa avaliação será embasada

fundamentalmente na comparação das magnitudes dos parâmetros

eletroquímicos de corrosão dos corpos de prova com armaduras de aço

embutidas longitudinalmente. Para o estudo das técnicas eletroquímicas de

curvas de polarização e resistência de polarização planejou-se o monitoramento

da velocidade de corrosão (i

corr

); e do potencial de corrosão (E

corr

De acordo com as pesquisas experimentais desenvolvidas por OLIVEIRA

(2000), necessita-se repetir no mínimo três vezes os ensaios eletroquímicos e para

se obter resultados confiáveis e reprodutíveis são necessários muitos cuidados na

preparação dos corpos-de-prova.

5.7.1 Materiais utilizados

O cimento, agregado miúdo, agregado graúdo, superplastificante e água de

amassamento, estes têm as mesmas características dos materiais já relatados para

a confecção dos corpos-de-prova utilizados nos ensaios de caracterização do

concreto nos estados plásticos e endurecidos.

5.7.2 Preparação das barras de aço

O aço utilizado foi o CA-50, redondo trifilado, com diâmetro 8 mm, em barra

de 6 m o qual foi cortado em pedaços de 100 mm de comprimento. Antes da

moldagem dos corpos-de-prova de concreto com as barras de aço, se faz

necessário o tratamento das mesmas. Inicialmente as barras de aço foram

submetidas a um processo de decapagem química, secas em estufa a 100

C e

após a retirada da estufa foram colocadas em dessecador e posteriormente pintadas

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

148

com duas demãos de tinta epóxi alcatrão de hulha com espessura média de 400 µm.

O processo de decapagem foi realizado no próprio laboratório, seguindo as

seguintes etapas:

a) Primeiramente, as barras de aço foram mergulhadas em uma solução de ácido

nítrico a 10 %, por aproximadamente 10 minutos, até que se notasse o início do

desprendimento de toda a camada de óxido;

b) Em seguida, as barras foram lavadas em água corrente para que a camada preta

de óxido largasse totalmente da superfície; e colocadas em uma solução de

hidróxido de cálcio a 10 % por 5 minutos;

c) Na última etapa, as barras já neutralizadas, foram retiradas da solução alcalina e,

em seguida, limpamos toda a superfície das barras com Álcool Isopropílico e

secamos em estufa a uma temperatura de 50 ºC por aproximadamente 30

minutos. É muito importante salientar que as barras eram analisadas

minuciosamente com uma lupa, procurando-se pontos de ferrugem. Caso a peça

fosse rejeitada, esta passaria por todo o processo novamente.

d) As barras de aço eram, então, isoladas 30 mm para delimitar a área de estudo e

o restante pintadas com duas demãos de tinta epóxi alcatrão de hulha.

Toda esta preparação minuciosa tinha como finalidade iniciar os experimentos

supondo-se que o aço não tivesse nenhum ponto de corrosão. Além disso, vale

salientar que durante e após a limpeza das barras, e até a imersão nos corpos-de-

prova durante a preparação do concreto, as mesmas foram manipuladas somente

com a utilização de luvas cirúrgicas, a fim de impedir seu engorduramento.

5.7.3 Confecção e moldagem dos corpos-de-prova para os ensaios

eletroquímicos

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

149

5.7.3.1 Planejamento

Em função do planejamento do experimento, decidiu-se trabalhar com dez

corpos-de-prova para cada um dos ensaios eletroquímicos, sendo o resultado

computado como a média aritmética dos valores obtidos.

5.7.3.2 Moldagem

Foram confeccionados corpos-de-prova de 50 mm x 100 mm (diâmetro x

altura), com o cobrimento médio da armadura em toda a extensão da barra de

aço de 21 mm. O diâmetro da barra de aço era 8 mm e comprimento 100 mm,

imersa no concreto, pintada com tinta epóxi alcatrão de hulha, de forma a

proteger toda a sua superfície da oxidação prematura devido ao contato com a

meio ambiente. O processo de adensamento para os corpos-de-prova em

questão foi realizado em mesa vibratória, devido ao tamanho da brita (19 mm)

frente às dimensões dos moldes utilizados

5.7.3.3 Cura

Para os ensaios eletroquímicos do concreto, os corpos-de-prova não foram

imersos em água, mas colocados num dessecador em presença de água, de modo

que a umidade ambiente fosse mantida sempre em 100 %. Assim, com esse

artifício, garantiu-se que a concentração do inibidor não se alterasse devido ao

contato direto com a água pelo fenômeno de osmose, prejudicando os

experimentos. O arranjo experimental para cura dos corpos-de-prova pode ser visto

na Figura 5.5.

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

150

Figura 5.5. Arranjo experimental para cura dos corpos-de-prova utilizados nas

medidas eletroquímicas.

5.7.3.4 Condicionamento dos corpos-de-prova

Após os corpos-de-prova terem sido previamente confeccionados e

desmoldados após 1 dia, foram curados por mais 27 dias em dessecador. Após

a cura foram imersos em solução de NaCl a 3,5 % em massa por um período de

96 horas antes do início dos ensaios de curva de polarização, procedimento

também utilizado em estudos realizados por (OLIVEIRA, 2000; SILVA, 2002;

NÓBREGA, 2004).

5.7.4 Descrição do material utilizado na célula eletroquímica

5.7.4.1 Eletrodo de trabalho

Como eletrodo de trabalho utilizou-se uma extremidade da barra de aço

anteriormente lixada e imersa no concreto com a área delimitada para as medidas

no potenciostato. Pelo fato da superfície de estudo do eletrodo de trabalho estar,

voltada para a parte inferior do corpo-de-prova, e para garantir a realização das

leituras sempre na mesma posição, fez-se necessária à utilização de um capilar de

Luggin atuando sempre nessa superfície do eletrodo de trabalho.

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

151

5.7.4.2 Eletrodo de referência

O eletrodo de referência utilizado no presente trabalho foi o de prata-

cloreto de prata (Ag/AgCl), em forma de haste.

Destaca-se ainda, que o mesmo eletrodo de referência foi utilizado para a

realização de todas as medidas na célula eletroquímica, tendo-se o cuidado de

sempre colocá-lo na mesma posição, muito próximo à superfície do eletrodo de

trabalho a fim de minimizar a queda ôhmica no sistema.

5.7.4.3 Contra-eletrodo

O contra-eletrodo ou eletrodo auxiliar utilizado, era um cilíndrico de aço

inoxidável, circundando todo o corpo de prova, conforme pode ser visto na Figura

5.6.

Figura 5.6. Cela eletroquímica usada nos experimentos de curvas de polarização.

5.7.4.4 Cela eletroquímica

Para os experimentos das medidas de curvas de polarização, montou-se a

cela eletroquímica, onde o contra-eletrodo era um cilíndrico de aço inoxidável, quase

Contra eletrodo

Eletrodo de trabalho

Eletrodo de referência

Eletrólito

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

152

que totalmente imerso em solução de NaCl 3,5 % em massa, com o eletrodo de

trabalho no centro do corpo-de-prova e o eletrodo de referência, de prata-cloreto de

prata (Ag/AgCl), em forma de haste fixado na parede externa do corpo-de-prova e

sempre na mesma posição, no sentido longitudinal.

5.7.5 Metodologia experimental dos ensaios eletroquímicos

5.7.5.1 Curvas de polarização

A curva de Tafel permite obter a corrente de corrosão através da interseção

das extrapolações dos segmentos lineares das curvas anódicas e catódicas como

também as conhecidas constantes de Tafel, que são derivadas dos segmentos

lineares da curva. O procedimento experimental básico consiste em uma varredura

potenciodinâmica em um intervalo de potencial de ±150 mV em relação ao potencial

de equilíbrio, a uma velocidade de varredura de 0,1 mV/s. O levantamento das

curvas de polarização foi realizado com o auxílio de um potenciostato da PAR &

EGG, modelo 273A conectado a um microcomputador e monitorado pelo software

352 SoftCorr III, conforme Figura 5.7.

Figura 5.7 - Potenciostato utilizado nos experimentos de curva de polarização e

resistência de polarização.

ptou-se por utilizar curvas de polarização nessa pesquisa, como uma

das técnicas eletroquímicas, por permitir resposta muito rápida, bastante

reprodutiva e ter sido utilizada com sucesso pelo nosso grupo em pesquisas

anteriores (ALMEIDA, 1996, MUNIZ, 1996; OLIVEIRA, 2000; SILVA, 2002;

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

153

NÓBREGA 2004). Pretendeu-se, paralelamente, analisar o comportamento

desta técnica quanto às respostas, no que diz respeito às variáveis

eletroquímicas de corrosão, em seus aspectos de reprodutibilidade, quando

comparadas com outras técnicas utilizadas nesse trabalho como potencial de

corrosão e resistência de polarização.

5.7.5.2 Obtenção das curvas de polarização

A cela eletroquímica depois de montada, conforme Figura 5.6 é ligada a

um potenciostato/galvanostato da PAR & EGG 273 A, instrumento que controla

a diferença de potencial que atravessa o conjunto eletrodo de trabalho - contra-

eletrodo. O sistema é ajustado para manter a diferença de potencial entre o

eletrodo de trabalho e o eletrodo de referência de acordo com o programa

fornecido por um gerador de função. Seu objetivo é forçar, através do eletrodo

de trabalho, qualquer corrente de modo a alcançar o potencial desejado a

qualquer tempo, conforme destaca BARD & FAULKNER (1980).

Para a obtenção das medidas experimentais, foi utilizada uma célula

eletroquímica de vidro clássica de três eletrodos. Inicia-se o experimento,

montando a célula eletroquímica na qual o corpo-de-prova, denominado de

eletrodo de trabalho, é montado dentro de um cilindro de aço inox, aberto em

ambas as extremidades, chamado de contra eletrodo ou eletrodo auxiliar. Esse

eletrodo tem a função de evitar qualquer queda ôhmica no sistema, absorvendo

qualquer excesso de íons que possa interferir na leitura. O conjunto é, por sua

vez, depositado dentro de um becker de 500 mL, contendo uma solução de

cloreto de sódio a 3,5 % de concentração a 25 ºC. Paralelamente ao eletrodo de

trabalho (corpo de prova) montou-se o eletrodo de referência, de prata-cloreto

de prata (Ag/AgCl), em forma de haste fixado na parede externa do corpo-de-

prova e sempre na mesma posição, no sentido longitudinal, de tal forma que sua

ponta inferior ficasse na altura e direção da zona do aço do corpo-de-prova que

não foi pintado com epóxi-alcatrão, possibilitando assim o fluxo de elétrons entre

os dois eletrodos. Antes de iniciarmos a varredura, medimos o potencial de

corrosão do circuito aberto em relação ao eletrodo de prata-cloreto de prata,

chamado potencial de equilíbrio. Nesta fase, o programa desconecta o eletrodo

auxiliar e adquire o potencial entre o eletrodo de trabalho e o de referência. Este

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

154

potencial é também denominado de potencial de repouso. Logo em seguida, foi

realizada a polarização, iniciando no potencial de corrosão medido e fazendo

uma varredura programada de ± 150 mV, de forma linear a uma velocidade de

1,0 mV/s, em relação ao potencial de equilíbrio. Durante todo o experimento o

potenciostato se encontra ligado a um computador monitorado pelo software 352

Softcorr. As medidas da intensidade de corrosão foram determinadas utilizando-

se a técnica de curvas de polarização, que permite, através da utilização do

potenciostato com compensação de queda ôhmica, a medida da corrente de

corrosão em cada momento de ensaio, mediante a operação denominada:

aquisição de potencial x tempo. Desse modo, o programa gerador de função

desconecta o contra eletrodo e adquire o potencial do eletrodo de trabalho com

relação ao eletrodo de referência (condição de trabalho do potenciostato 273 A

da PAR). Assim, várias informações como potencial de corrosão, corrente de

corrosão e resistência de polarização pode ser obtidas.

5.7.5.3 Medidas da resistência de polarização

Para se obter as medidas experimentais de resistência de polarização, foi

utilizado uma célula eletroquímica de três eletrodos conforme Figura 5.8.

Figura 5.8. Arranjo experimental utilizado nos experimentos de resistência de

polarização.

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

155

Inicia-se o experimento, montando a célula na qual o corpo-de-prova

denominado de eletrodo de trabalho, é montado dentro de um cilindro de aço

inox, aberto em ambas as extremidades, denominado de contra eletrodo. Esse

eletrodo em forma de casca esférica com uma grande superfície de contato tem

a função de diminuir a resistência ôhmica no sistema, entre os eletrodos de

referência e de trabalho. Diferentemente das medidas de curvas de polarização

a célula montada não será imersa na solução de cloreto de sódio. Por esse

motivo, o acompanhamento temporal das medidas será demorado, uma vez que

a solução condutora será a existente dentro dos canalículos dos corpos de

prova. Paralelamente ao eletrodo de trabalho (corpo de prova) montou-se o

eletrodo de referência, de prata-cloreto de prata (Ag/AgCl), em forma de haste

(capilar de Luggin) fixado na parede externa do corpo-de-prova perpendicular ao

eletrodo de trabalho e sempre na mesma posição, ou seja na região do eletrodo

de trabalho sem revestimento, possibilitando assim o fluxo de elétrons entre os

dois eletrodos. Para iniciarmos a varredura, inicialmente medimos o potencial de

corrosão do circuito aberto em relação ao eletrodo de prata-cloreto de prata,

chamado potencial de equilíbrio. Nesta fase, o programa desconecta o eletrodo

auxiliar e adquire o potencial entre o eletrodo de trabalho e o de referência.

Logo em seguida, foi realizada a medida, iniciando no potencial de corrosão

medido e fazendo uma varredura programada de ± 20 mV, de forma linear a

uma velocidade de 10,0 mV/s, em relação ao potencial de equilíbrio.

As medidas de i

corr

foram determinadas utilizando-se a técnica de resistência

de polarização. O software calcula a inclinação da curva obtida mediante o

quociente formado pela variação do potencial (

wE) em função da variação da

intensidade de corrente (

wi), ou seja, o coeficiente angular da reta da curva de

polarização nas proximidades do potencial de corrosão.

= (wE/wi)

corr

(5.1)

A velocidade de corrosão ou intensidade de corrosão (I

corr

), a partir da R

, foi

determinada pela aplicação da equação de STERN & GEARY (1957), discutida

anteriormente no ítem 3.8.2. A constante de proporcionalidade B utilizada nesse

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

156

trabalho foi de 52 mV, pelo fato de que em nossas medidas o aço embutido no

concreto encontrar-se no estado passivado.

corr

(5.2)

A intensidade de corrosão foi obtida ao dividir o I

corr

pela área geométrica em

estudo A, que nessas medidas foi igual a 7,5 cm

, determinada conforme o exposto

no Item, obtendo-se a densidade de corrosão i

corr

em PAcm

-2

. Ao final das medidas,

obteve-se uma curva da i

corr

em função do tempo.

5.7.5.4 Medidas de potencial de eletrodo

Os ensaios para avaliação do início da corrosão através do

acompanhamento da evolução do potencial do eletrodo, ao longo do tempo, nos

corpos-de-prova com as barras de aço CA-50. Análise dos corpos-de-prova

confeccionados conforme descrito no ítem 5.7.3 foi baseado na obtenção de

valores de potencial de corrosão, de acordo com a norma ASTM C 876 (1998),

sendo neste caso avaliada a termodinâmica do processo, ou seja, se existe ou não

ocorrência de corrosão sem, no entanto, obter-se informações sobre a velocidade do

processo.

O instrumento utilizado para medir e/ou monitorar o potencial de corrosão nas

estruturas de concreto armado dos corpos de prova foi do tipo semi-pilha da

THOMASTEC, conforme Figura 5.9 e comparado às medições com um multímetro

de alta impedância (>10 Mȍ com escala de 1 mV), com base na norma ASTM C 876

– Método Padrão para Obtenção de Potenciais de Corrosão em Armadura de

Concreto.

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

157

Figura 5.9 Arranjo experimental e equipamento utilizado nas medidas da evolução

do potencial de corrosão.

Para o início das medidas a garra do terminal positivo do voltímetro foi

sempre conectada à armadura exposta na extremidade superior dos corpos-de-

prova. Essa barra foi limpa, eliminando a corrosão, para evitar uma ineficiência de

contato elétrico do terminal. A garra do terminal negativo do voltímetro foi sempre

conectada a um eletrodo de referência de cobre/sulfato de cobre, dessa forma

estará formada a pilha elétrica. Na colocação do eletrodo de referência na superfície

do corpo de prova se faz necessária a utilização de uma esponja de poliuretana

umedecida com uma solução aquosa com detergente neutro para melhorar as

estabilizações dos potenciais medidos. Sempre que houvesse variações nas

medidas sem estabilizações, foi necessário molhar novamente a superfície do corpo-

de-prova para obter melhor contato de ligação e boa reprodutibilidade nas medidas.

No acompanhamento da evolução do potencial de eletrodo ao longo do

tempo, os corpos-de-prova de concreto com as barras de aço embutidas, com as

mesmas dimensões e preparação descritas no item 5.7.5.4, foram submetidas a

ciclos de imersão/secagem segundo o seguinte procedimento. Após a retirada do

dessecador os corpos-de-prova, foram secos em estufa a 50

C até peso constante.

Logo após a retirada da estufa esperou-se a temperatura estabilizar a 25

colocou-se em imersão numa solução de cloreto de sódio a 3,5 % por 48 horas.

Retirou-se da imersão e colocou-se os corpos-de-prova ao ar por 120 horas. As

medições das variáveis eletroquímicas foram feitas ao final de cada semi-ciclo,

durante 500 dias.

Capítulo 5. Procedimentos Experimentais

Djalma Ribeiro da Silva

158

Nos

corpos-de-prova

foram realizadas 20 medições em posições

intermediárias ao eixo ao longo de toda barra. As medidas foram tomadas da seção

mais afastada em direção a extremidade da barra onde está conectada a garra.

Devido à grande reprodutibilidade nesses experimentos, os

corpos-de-prova

foram

utilizados em triplicatas. Antes do início de cada medida foi verificado se o eletrodo

de referência estava em perfeito funcionamento e se o seu potencial estava

estabilizado. Para isso, media-se a diferença de potencial com outros eletrodos e

verificava-se que em nenhum momento houve

variações superiores a 2,0 mV.

Capítulo 6

Resultados e Discussão

Capítulo 6. Resultados e Discussão

alma Ribeiro da Silva

160

6. RESULTADOS E DISCUSSÃO

6.1 INTRODUÇÃO

As análises aqui apresentadas buscam estabelecer correlação entre as

variáveis e as propriedades estudadas. Observando quanto são significativas as

influências provocadas pelos inibidores de corrosão, nitrito de sódio, molibdato de

sódio e dicromato de sódio, bem como suas misturas, nitrito de sódio/molibdato de

sódio, nitrito de sódio/dicromato de sódio e molibdato de sódio/dicromato de sódio

nas propriedades do concreto em seu estado plástico e endurecido, assim como

analisar a eficiência destes inibidores de corrosão, no aço embutido no concreto.

6.2 PROPRIEDADES DO CONCRETO NO SEU ESTADO PLÁSTICO E

ENDURECIDO

Nessa fase foi analisada a compatibilidade dos inibidores de corrosão com o

concreto no estado plástico e endurecido, levando em consideração a consistência

pelo ensaio de abatimento no tronco de cone, resistência à compressão e absorção

de água. Os resultados das propriedades dos concretos, relativos aos parâmetros

analisados serão colocados em gráficos e cada propriedade discutida

separadamente para, posteriormente, serem comparadas conjuntamente visando

uma discussão mais ampla e conclusões mais próximas da realidade.

6.2.1 Trabalhabilidade

O comportamento da trabalhabilidade do concreto de referência e aditivados

com diferentes percentuais dos inibidores de corrosão nitrito, (N) molibdato (M) e

dicromato, (D) bem como as misturas nitrito/molibdato, (N/M) nitrito/dicromato (N/D)

e molibdato/dicromato (M/D) podem ser observados na Figura 6.1. Comparando–se

o comportamento da perda de abatimento no concreto fresco quando se adiciona

cada inibidor isolado e/ou suas misturas. Constata-se que o nitrito é quem provoca

menos influência no abatimento do concreto fresco com o aumento do percentual de

inibidor adicionado à água de amassamento. Observa-se, nitidamente, que essa

diminuição dos valores de abatimento é menos pronunciada nesse trabalho quando

Capítulo 6. Resultados e Discussão

alma Ribeiro da Silva

161

comparado com os resultados das pesquisas desenvolvidas por NÓBREGA (2004),

onde o autor utilizou um percentual menor de superplastificante. Nessa pesquisa

utilizamos 2 % de superplastificante, o que evitou a queda brusca no abatimento em

todos os percentuais de inibidores estudados.

Além disso, verifica-se que o molibdato de sódio no percentual de 3,5 % foi

quem mais influenciou no abatimento, atingindo o valor de 40 mm; equivalendo a

uma perda de 24 % nessa propriedade em relação ao traço de referência, ou seja,

sem adição, o qual apresentou um abatimento de 220 mm.

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

Percentual de Inibidores e misturas (%)

Abatimento (mm)

N M D NM ND MD

Figura 6.1 – Valores médios do abatimento (mm) versus percentual dos inibidores

de corrosão, isolados e suas misturas.

O nitrito de sódio (N) foi o inibidor que provocou a menor redução no

abatimento em todos os percentuais ensaiados, com uma redução de 50 % nesse

parâmetro o o percentual adicionado foi de 3,5 %. Destaca-se ainda, que, apesar de

proporcionar uma grande redução no abatimento do concreto fresco no percentual

de 3,5 % a magnitude deste parâmetro manteve-se no patamar de 120 mm. Esse

abatimento corresponde a uma trabalhabilidade adequada para um excelente

lançamento em obras de grande porte de acordo com NEVILLE (1997).

Enquanto isso, o concreto aditivado com 3,5 % de molibdato de sódio (M),

apresentou um abatimento de 40 mm, representando uma perda de abatimento de

aproximadamente 82 % e a mistura molibdato/dicromato, com 3,5 % de adição em

Capítulo 6. Resultados e Discussão

alma Ribeiro da Silva

162

iguais proporções, apresentou um abatimento de 60 mm cuja perda deste parâmetro

foi de aproximadamente 73 %, quando comparado ao concreto de referência.

Uma das possíveis explicações para essas perdas de abatimento é que os

inibidores estudados,

quando adicionados ao concreto, absorvem a água de

amassamento em relação ao concreto de referência. Uma outra explicação está

relacionada com a eficiência dos superplastificantes para impedir a reaglomeração

das partículas de cimento que persistem enquanto houver moléculas de

superplastificantes disponíveis para envolver as superfícies expostas das partículas

de cimento. Como parte das moléculas do superplastificante fica aprisionada pelas

moléculas dos inibidores estudados, diminui a disponibilidade de superplastificante

para envolver as partículas de cimento, logo a trabalhabilidade da mistura diminui

rapidamente, prejudicando as propriedades deste aditivo.

Deve-se chamar muita atenção dos pesquisadores para a importância de

estudos específicos da dosagem de superplasticante quando se trabalhar com os

inibidores de corrosão nitrito, molibdato e dicromato, bem como suas misturas

nitrito/molibdato, nitrito/dicromato e molibdato/dicromato, devido à sua tendência de

diminuir a trabalhabilidade em concretos com baixa relação água/cimento.

Existe uma controvérsia na literatura sobre a questão dos inibidores

aumentarem ou diminuirem a trabalhabilidade dos concretos, bem como os

parâmetros que afetam esse fato. Alguns trabalhos realizados no meio científico

mostram conclusões diferentes para a perda de abatimento com o aumento do

percentual do inibidor. Em cada caso estudado deve-se ter o cuidado de observar

outros parâmetros modificados em cada traço de concreto, como o consumo de

cimento, o módulo de finura do agregado miúdo, a relação água/cimento, e assim

por diante, pois não deve-se comparar resultados de traços diferentes.

6.2.2 Resistência à compressão

Os valores obtidos nos ensaios de resistências à compressão para o traço de

referência e os traços aditivados com diferentes percentuais dos inibidores nitrito,

molibdato, dicromato, bem como para as misturas nitrito/molibdato, nitrito/dicromato

e molibdato/dicromato, são apresentados na Figura 6.2. Pode-se observar que os

traços com adição de diferentes percentuais de inibidores em estudo apresentam

Capítulo 6. Resultados e Discussão

alma Ribeiro da Silva

163

praticamente os mesmos valores para a resistência à compressão, quando

comparado ao concreto de referência. Uma das possíveis explicações para esse

comportamento pode ser atribuída às reações químicas que ocorrem entre os

inibidores de corrosão e os silicatos formando complexos intermediários com a

mesma resistência que a etringita, ou ainda, devido a possíveis cristalizações dos

inibidores nos espaços vazios da zona de transição, mantendo-a com a mesma

espessura e mesma porosidade, proporcionando uma resistência à compressão

praticamente constante de todo concreto aditivado.

46,0

47,0

48,0

49,0

50,0

0,00,51,01,52,02,53,03,54,0

Percentual de Inibidores e Misturas (%)

Resistência à Compressão (MPa)

N M D NM ND MD

Figura 6.2 – Valores médios da resistência à compressão (MPa) versus percentual

dos inibidores de corrosão, bem como de suas misturas, após 28 dias de cura.

Os resultados encontrados para os valores da resistência à compressão

estavam dentro da faixa de erro previsto pela NBR 5739 (1994) e apresentaram

excelente repetitividade.

Esses resultados mostram que, apesar dos inibidores provocar alterações

diferentes na trabalhabilidade do concreto fresco, o mesmo não acontece com a

resistência à compressão. Isso indica que a cinética de endurecimento é diferente,

porém o produto final é o mesmo.

As pequenas variações nos valores determinados para os resultados da

resistência à compressão, tanto no concreto de referência, quanto no concreto

aditivado com diferentes percentuais de inibidores, além de estarem abaixo do erro

Capítulo 6. Resultados e Discussão

alma Ribeiro da Silva

164

experimental já previsto na norma NBR 5739 (1994), podem ser atribuídas à

complexidade das reações de hidratação do cimento, dos diferentes tipos de

produtos formados, da estrutura dos poros e da heterogeneidade da matriz.

6.2.3 Absorção de água

A Figura 6.3 mostra os resultados dos ensaios de absorção de água no traço

do concreto de referência em relação a outros seis traços, em função da variação do

percentual dos inibidores de corrosão nitrito, molibdato, dicromato, bem como as

misturas nitrito/molibdato, nitrito/dicromato e molibdato /dicromato.

1,0

2,0

3,0

4,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

Percentual de Inibidores e Misturas (%)

Absorção de Água (%)

N M D NM ND MD

Figura 6.3 – Valores médios da absorção de água (%) versus percentual dos

inibidores nitrito, dicromato, molibdato e misturas (%).

Observa-se que o aumento nos percentuais dos inibidores de corrosão

estudados não altera os valores da absorção de água nos concretos aditivados, ou

seja, a absorção de água se mantém num patamar praticamente constante mesmo

após a adição de qualquer percentual de inibidores ou suas misturas. Uma possível

explicação para essa constância na absorção de água pelos concretos aditivados

com inibidores para esse traço poderia ser justificada possivelmente pela formação

da mesma quantidade de vazios, pois os inibidores estudados absorvem parte da

Capítulo 6. Resultados e Discussão

alma Ribeiro da Silva

165

água de amassamento, ou reagem de algum modo com os silicatos, deixando a

quantidade de água presente suficiente apenas para as reações de hidratação do

cimento. E com isso, mantendo-se constante a distribuição e diâmetros de poros por

unidade de área, tornando o concreto com a mesma distribuição média de vazios

quando comparado com o concreto de referência, justificando-se, portanto, a mesma

percentagem na absorção de água. Comportamentos semelhantes foram obtidos em

trabalhos anteriores desenvolvidos por MUNIZ, (1996); SILVA, (2002); OLIVEIRA,

(2000); NÓBREGA, (2004).

A Figura 6.3 mostra que o parâmetro estudado absorção de água apresentou

excelente repetitividade, uma vez que cada ponto representa a média de seis

corpos-de-prova. Essas discussões também justificam a constância nos valores da

resistência à compressão.

6.3 MEDIDAS ELÉTRICAS

6.3.1 Curvas de Polarização

A Figura 6.4 exemplifica o comportamento de uma curva de Tafel relativa à

polarização do concreto de referência calculada e observada através do método

proposto, utilizado para determinação da corrente de corrosão (I

corr

) e do potencial

de corrosão (E

corr

Figura 6.4 – Curva de Tafel experimental da polarização do concreto de referência

para o eletrodo de referência Ag/AgCl. Potencial (mV) versus logaritmo da densidade

da corrente (A.cm

-2

Traço Referência

-650

-600

-550

-500

-450

-400

-350

-300

-250

-8 -7,5 -7 -6,5 -6 -5,5 -5 -4,5 -4 -3,5 -3

log i (A.cm

-2

)

Potencial (mV)

Potencial medido

Potencial calculado

Capítulo 6. Resultados e Discussão

alma Ribeiro da Silva

166

A Figuras 6.5 mostra, o comportamento da variável i

corr

em função do

percentual dos inibidores de corrosão nitrito, molibdato e dicromato, assim como

suas misturas em relação ao traço de referência.

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0

Percentual de inibidores e misturas %

corr

µAcm¯²

N M D N/M N/D M/D

Figura 6.5 – Valores médios da densidade de corrente de corrosão (µAcm

-2

) versus

percentual dos inibidores nitrito, molibdato, dicromato e as misturas (%).

Diante dos resultados mostrados na Figura 6.5 por comparação entre as

curvas, pode-se concluir que quanto maior a densidade da corrente de corrosão,

maior será a taxa de corrosão e, conseqüentemente, maior será a velocidade deste

processo, sendo a recíproca igualmente verdadeira. Cada um dos inibidores de

corrosão estudados, bem como suas misturas apresentam um percentual de adição

crítico onde a densidade de corrente de corrosão é mínima, sendo este de 2 % para

o nitrito, 1 % para o molibdato, 1,5 % de dicromato e para as misturas

nitrito/molibdato, 1,5 %, nitrito/dicromato 1,5 % e molibdato/dicromato 1,5 %.

Após uma avaliação do gráfico mostrado na Figura 6.5 ficou evidenciado que

entre todos os inibidores estudados, assim como suas misturas nas mesmas

proporções, o nitrito foi o inibidor que no percentual de 2 % apresentou a menor taxa

de corrosão, ou seja, a menor velocidade de corrosão para o aço carbono embutido

no concreto. No entanto, devido ao fato de outros grupos de pesquisas no Brasil não

Capítulo 6. Resultados e Discussão

alma Ribeiro da Silva

167

utilizarem a técnica de Curvas de Polarização onde os resultados dos parâmetros

eletroquímicos são obtidos em poucos minutos após os experimentos realizados

era necessário comparar esses resultados com os obtidos pelas técnicas de

Resistência de Polarização e Potencial de Corrosão, permitindo com isso que se

cheguasse a melhores conclusões sobre a eficiência dos inibidores e as misturas

estudadas.

6.3.2 Resistência de Polarização

Os valores referentes às densidades da corrente de corrosão em função da

evolução temporal para os traços de referência e aditivados com os inibidores de

corrosão nitrito, molibdato e dicromato, isolados e suas misturas, estão

representados na Figuras 6.6 e 6.7, respectivamente.

Figura 6.6 Evolução da taxa de corrosão (µAcm

-2

) em função do tempo (dias), para o

concreto referência e o concreto com adição de 2 % dos inibidores nitrito, molibdato

e dicromato.

Observa-se na Figura 6.6 que aos 30 dias de ensaios houve uma diminuição

da densidade de corrosão para o traço aditivado com 2 % de nitrito para um valor de

corrosão desprezível ou seja 0,19 PAcm

-2

, permanecendo bem abaixo desse valor

(0,03 PAcm

-2

) por um período de 184 dias e atingindo uma densidade de corrosão

da ordem de 0,13 PAcm

-2

aos 492 dias de ensaios, justificando desse modo que o

nitrito nesse traço e percentual estudados se comporta como um excelente inibidor

0,01

0,10

1,00

10,00

0 100 200 300 400 500

Tempo (dias)

corr

(µAcm

-2

)

R N M D

Capítulo 6. Resultados e Discussão

alma Ribeiro da Silva

168

para o aço carbono, em meio básico na presença de cloreto de sódio, quando

comparado com o traço de referência, onde somente aos 208 dias de ensaios a

densidade de corrosão era da ordem de 0,20 PAcm

-2

. O molibdato aos 68 dias

apresentou uma densidade de corrosão da ordem de 0,19 PAcm

-2

, permanecendo

abaixo desse patamar até os 336 dias quando apresentou uma densidade de

corrente de corrosão em torno de 0,18 PAcm

-2

o que justifica que esse inibidor é

menos efetivo que o nitrito. Por último analisa-se o comportamento do dicromato que

aos 96 dias de ensaios apresentou uma densidade de corrosão da ordem de 0,19

PAcm

-2

, permanecendo abaixo desse patamar até os 350 dias o que se justifica

também que esse inibidor é menos efetivo que o nitrito, logo pode-se admitir que

pelos resultados encontrados da densidade de corrente de corrosão o nitrito mostrou

o melhor desempenho contra a corrosão, pois quanto menor a densidade de

corrosão, menor será a taxa de corrosão e, conseqüentemente, menor será a

velocidade deste processo.

Os resultados encontrados nessa tese, através dos experimentos de

resistência de polarização, estão coerentes com as indagações de CASCUDO

(1997) que como ainda não foram estabelecidos critérios para relacionar a taxa de

corrosão com o grau de deterioração e importância do ataque, portanto, foram

considerados os critérios de avaliação propostos em trabalhos anteriores por

ANDRADE & ALONSO (1990), onde se os valores encontrados da densidade de

corrosão variam entre 0,1 PAcm

-2

e 0,2 PAcm

-2

determinam o grau de corrosão

desprezível, quando obtidos pela técnica resistência de polarização. Mas se os

valores de densidade de corrosão estiverem entre 0,2 µAcm

-2

e 1,0 µAcm

-2

determinam o intervalo que caracteriza o início da corrosão ativa, quando obtidos

pela mesma técnica.

Capítulo 6. Resultados e Discussão

alma Ribeiro da Silva

169

Figura 6.7 Evolução da taxa de corrosão (µAcm

-2

) em função do tempo (dias), para

o concreto referência e o concreto com adição de 2 % das misturas nitrito/molibdato,

nitrito/dicromato e molibdato/dicromato.

A Figura 6.7 mostra a evolução da taxa de corrosão com o tempo, para o

concreto de referência quando comparado aos concretos com adição das misturas

de 2 % dos inibidores nitrito/molibdato, nitrito/dicromato e molibdato/dicromato.

Pode-se observar que aos 68 dias a mistura nitrito/molibdato atingiu a região de taxa

de corrosão desprezível, pois com esse tempo a densidade de corrente medida era

de 0,19 PAcm

-2

. Aos 124 dias de experimento a taxa de corrosão chegou a um

mínimo de 0,10 PAcm

-2

permanecendo até os 236 dias nesse patamar e após esse

período voltando a crescer suavemente e somente aos 332 dias atingiu a taxa de

corrosão 0,19 PAcm

-2

o que de acordo com alguns autores seria uma taxa ainda

considerada muito baixa, evidenciando que a mistura de inibidores utilizada tem uma

boa eficiência quando comparada com o concreto referência, no entanto a eficiência

é menor em relação ao inibidor nitrito no mesmo percentual. Quanto à mistura

nitrito/dicromato a mesma atingiu o mínimo aos 152 dias com uma taxa de corrosão

de 0,13 PAcm

-2

, porém permaneceu nesse patamar apenas 28 dias, onde a taxa de

corrosão começou a evoluir lentamente e aos 264 dias a taxa de corrosão de 0,23

PAcm

-2

, passou da região de corrosão desprezível para a região de baixa taxa de

corrosão. Já a mistura molibdato/dicromato atingiu o mínimo aos 236 dias com uma

taxa de corrosão de 0,10 PAcm

-2

, porém permaneceu nesse patamar por 96 dias

0,01

0,10

1,00

10,00

0 100 200 300 400 500

Tempo (dias)

corr

(µAcm¯²

)

R N/M N/D M/D

Capítulo 6. Resultados e Discussão

alma Ribeiro da Silva

170

onde a taxa de corrosão começou a evoluir suavemente e somente aos 406 dias a

taxa de corrosão chegou ao valor de 0,21 PAcm

-2

passando da região de corrosão

desprezível para a região de baixa taxa de corrosão. Podemos afirmar que de

acordo com os resultados experimentais da Resistência de Polarização, que a taxa

de corrosão das misturas no percentual de 2 % tem uma eficiência melhor que o

concreto de referência, no entanto, nenhuma mistura apresentou melhor eficiência

que o nitrito no mesmo percentual. Finalmente a Figura 6.7 mostra o comportamento

da evolução da taxa de corrosão com o tempo, para o concreto referência e o

concreto aditivado com 2 % da mistura nitrito/molibdato, onde podemos observar

que entre as misturas estudadas foi a que permaneceu mais tempo com a taxa de

corrosão desprezível, onde somente aos 322 dias atingiu a taxa de corrosão 0,19

PAcm

-2

o que de acordo com alguns autores seria uma taxa ainda considerada

muito baixa.

6.2.3 Potencial de Corrosão ( E

corr

)

A determinação do potencial de corrosão (E

corr

) da armadura consiste no

registro da diferença de voltagem entre a armadura de aço e um eletrodo de

referência, que é colocado em contato com a superfície do concreto umedecida, ou

seja, mede a atividade elétrica do processo corrosivo. A medida do processo de

corrosão através do potencial de corrosão é de natureza termodinâmica, e permite

diagnosticar sobre a possibilidade de ocorrência da reação de corrosão.

De acordo com VASCONCELOS (1997), em estudos comparativos das

medidas de intensidade de corrosão com potencial de corrosão, observou-se que o

momento da despassivação observado através da i

corr

em função do tempo

corresponde a valores de potencial em torno de -300 mV, o que está coerente com o

pressuposto da ASTM 876 (1998).

Os resultados referentes a evolução do potencial de corrosão com o tempo

estão apresentados nos gráficos representados pelas Figuras 6.8 e 6.9.

Capítulo 6. Resultados e Discussão

alma Ribeiro da Silva

171

-0,6

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0 100 200 300 400 500

Tempo (dias)

Potencial (V)

N M D R

Figura 6.8 Evolução do potencial de corrosão em corpos-de-prova de concreto de

referência e aditivado com 2 % dos inibidores nitrito, molibdato e dicromato.

-600,0

-500,0

-400,0

-300,0

-200,0

-100,0

0,0

0 100 200 300 400 500

Tempo (dias)

Potencial (V)

R N/M N/D M/D

Figura 6.9 Evolução do potencial de corrosão em corpos-de-prova do concreto de

referência e aditivado com 2 % das misturas nitrito/molibdato, nitrito/dicromato e

molibdato/dicromato.

Capítulo 6. Resultados e Discussão

alma Ribeiro da Silva

172

Analisando-se os gráficos constata-se o comportamento dos inibidores de

corrosão, bem como suas misturas em relação ao potencial de corrosão durante

vários ciclos de ensaios acelerados - imersão em uma solução de NaCl 3,5 % em

massa, durante dois dias e secagem ao ar durante cinco dias.

Durante os primeiros dias de ensaios o comportamento do potencial de

corrosão apresentado pelo concreto de referência era da ordem de -120 mV, que de

acordo com a norma ASTM 876 (1998) apresenta um caráter passivo, pois a

armadura de aço se encontra protegida. Comportamento semelhante no potencial de

corrosão apresenta os concretos aditivados com 2 % de inibidores de corrosão, bem

como 2 % de suas misturas, embora tenham chegado ao patamar passivo logo nos

primeiros dias de ensaios, mas o concreto de referência foi o que mostrou o pior

desempenho, diminuindo significativamente os valores de potencial após 98 dias,

passando imediatamente de uma faixa de potencial onde a probabilidade de

corrosão era menor que 95 %, para valores que acusavam probabilidade de

corrosão maior que este patamar.

Os concretos, bem como as misturas com 2 % de inibidores, não

apresentaram mudanças de comportamento do potencial de corrosão durante vários

ciclos, mas vale a pena destacar que dentre eles o concreto aditivado com 2 % de

Nitrito foi o que apresentou o melhor desempenho, sofreu pequenas variações no

potencial, mas sem ultrapassar o limite crítico de despassivação.

De acordo com as Figuras 6.8 e 6.9, pode-se verificar que os valores do

potencial de corrosão dos corpos-de-prova de referência, após 95 dias de testes,

foram geralmente mais negativos quando comparados com os valores do potencial

medido nos corpos-de-prova com inibidores de corrosão ou a mistura entre eles,

mostrando assim um pior desempenho.

6.4 CÁLCULOS DAS EFICIÊNCIAS DOS INIBIDORES E MISTURAS E UMA

BREVE DISCUSSÃO

Comparando-se os resultados obtidos pelas técnicas utilizadas para avaliação

da eficiência dos inibidores, bem como suas misturas, podemos acrescentar que o

nitrito de sódio foi o inibidor que apresentou um melhor desempenho e maior

eficiência, entre os diferentes traços utilizados no presente trabalho. A concentração

Capítulo 6. Resultados e Discussão

alma Ribeiro da Silva

173

crítica determinada para o nitrito foi de 2 %, obtendo-se uma eficiência máxima de

98 %, conforme mostrado na Figura 6.10.

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0

Inib N

Inib M

Inib D

Mist NM

Mist ND

Mist MD

Inibidores e Misturas

EFICIÊNCIA DE INIBIDORES

Figura 6.10 – Eficiência máxima dos inibidores de corrosão nitrito, dicromato,

molibdato e as misturas nitrito/molibdato, nitrito/dicromato e molibdato/dicromato

em (%).

O molibdato e o dicromato apresentaram as seguintes concentrações críticas

1,0 % e 1,5 %, sendo as eficiências determinadas de 55 % e 68 % respectivamente,

enquanto que as misturas nitrito/molibdato, nitrito/dicromato e molibdato/dicromato

apresentaram as seguintes concentrações críticas 1,5 %, 1,5 % e 2 %, que após

efetuado os cálculos correspondem às seguintes eficiências 74 %,

62 %, 64 % respectivamente, onde podemos afirmar para o caso do dicromato, bem

como a mistura nitrito/molibdato que são, também, eficiências muito boas quando

considerado o sistema estudado.

Ressalta-se que, acima ou abaixo destas concentrações críticas, pode ocorrer

que, em determinadas concentrações, o inibidor se torne mais agressivo ao metal

que a sua não-utilização. Na Figura 6.5, tem-se este caso para o nitrito, onde esses

percentuais são maiores que 2,5 %, o molibdato, maiores que 1,5 % e para o

dicromato, maiores que 2 %, bem como as misturas nitrito/molibdato, maiores que 2

% nitrito/dicromato, maiores que 2 % e molibdato/dicromato, maiores que 2,5 %.

Os resultados obtidos nos diferentes experimentos comprovaram que o

inibidor que apresentou maior eficiência na proteção do aço embutido no concreto foi

Capítulo 6. Resultados e Discussão

alma Ribeiro da Silva

174

o nitrito no percentual 2 %, apresentando, para este patamar o abatimento de 160

mm, e mesmo considerando no percentual de 3,5 % o abatimento de 120 mm, que

pode tranquilamente ser lançado em obras de grande porte. Outro fato interessante

é que através das outras técnicas eletroquímicas como a Resistência de Polarização

o nitrito obteve o melhor desempenho apresentando a menor taxa de corrosão (0,02

µAcm

-2

) por um maior período de experimento. Destaca-se ainda que o nitrito não

altera as propriedades de resistência à compressão e absorção de água para o

concreto em questão.

Os inibidores de corrosão estudados mostraram-se eficientes, sem efeitos

prejudiciais na qualidade e propriedades do concreto, exceto em sua

trabalhabilidade; embora esse parâmetro tenha se mostrado adequado, quando

comparado com resultados da literatura NEVILLE (1997) nas concentrações críticas

dos inibidores em estudo.

Capítulo 7

Conclusões e Sugestões para Futuros Trabalhos

7. Conclusões e Sugestões para Futuros Trabalhos

alma Ribeiro da Silva

176

7. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS

7. 1 CONCLUSÕES

Nessa pesquisa estudou-se a influência da adição ao concreto armado dos

inibidores de corrosão nitrito de sódio, molibdato de sódio e dicromato de sódio,

bem como suas misturas, com os seguintes objetivos:

x Verificar a influência da adição de diferentes percentuais dos inibidores de

corrosão nitrito de sódio, molibdato de sódio e dicromato de sódio, isolados ou

combinados, com: a consistência do concreto fresco, a resistência à

compressão, a absorção de água, a corrente de corrosão e o potencial de

corrosão;

x Selecionar o inibidor de corrosão ou a mistura entre eles que apresentasse a

melhor eficiência, para proteger o aço embutido no concreto na presença de

cloreto de sódio;

x Combinar técnicas eletroquímicas de curvas de polarização, resistência de

polarização e potencial de corrosão para avaliar a eficiência de inibidores de

corrosão para o concreto armado com melhor clareza.

Diante dos resultados obtidos nos experimentos para a caracterização do

concreto no estado plástico e endurecido, dos ensaios eletroquímicos e das

análises e discussões apresentadas e descritas neste trabalho, podem ser

estabelecidas as conclusões a seguir:

x A adição do percentual de 3,5 % de molibdato, bem como a mistura

molibdato/dicromato à água de amassamento do concreto no seu estado

plástico reduz a sua consistência para 40 mm e 60 mm respectivamente,

tornando o concreto impróprio para lançamento;

7. Conclusões e Sugestões para Futuros Trabalhos

alma Ribeiro da Silva

177

x A adição de diferentes percentuais de inibidores, bem como suas misturas à

água de amassamento do concreto no seu estado plástico, não apresentou

nenhuma influência nas propriedades de resistência à compressão e absorção

de água, após a cura aos 28 dias;

x Os resultados dos ensaios de consistência do concreto no estado fresco

determinado pelo abatimento do tronco de cone apresentaram valores

satisfatórios nas concentrações críticas para os inibidores de corrosão, bem

como suas misturas. Vale a pena salientar que na concentração crítica houve

perda de consistência sem comprometer essa propriedade;

x O inibidor de corrosão mais eficiênciente foi o nitrito de sódio no percentual de

2 % chegando a uma eficiência máxima de 98 %, sem alterar a resistência à

compressão do concreto e apresentando valor de consistência satisfatório

nesta concentração;

x A metodologia aplicada para estudar a eficiência dos inibidores mostrou-se

adequada para os objetivos propostos, conseguindo-se através dos ensaios de

curvas de polarização destacar o inibidor de corrosão que apresentou melhor

eficiência, bem como a concentração crítica de cada inibidor e suas misturas;

x A adição de percentuais de inibidores de corrosão nitrito, molibdato e

dicromato, bem como, as misturas nitrito/molibdato, nitrito/dicromato e

molibdato/dicromato, apresentam uma concentração crítica, onde a taxa de

corrosão determinada é mínima, possibilitando determinar naquele percentual,

uma eficiência máxima. Para o inibidor nitrito o percentual determinado foi 2 %;

x O sinegismo entre as misturas de inibidores de corrosão, só foi evidenciado

para o caso da mistura nitrito/molibdato que apresentou melhor eficiência

quando comparado às outras misturas e ao molibdato e dicromato no mesmo

percentual, porém não foi superior ao nitrito de sódio;

7. Conclusões e Sugestões para Futuros Trabalhos

alma Ribeiro da Silva

178

x Os experimentos de potencial de corrosão permitiram avaliar qualitativamente o

comportamento dos inibidores de corrosão nitrito, molibdato e dicromato, bem

como suas misturas nitrito/molibdato, nitrito/dicromato e molibdato/dicromato,

mostrando que o concreto de referência foi que apresentou o pior desempenho,

por outro lado mostrou também que o nitrito de sódio manteve-se passivado

por um maior período;

x O início da corrosão do aço nos corpos-de-prova com 2% de Nitrito de Sódio, é

bem maior que os corpos-de-prova do concreto de referência e os aditivados

com outros inibidores, bem como suas misturas;

x Os experimentos de curvas de polarização apresentaram resultados de

corrente de corrosão com excelente repetitividade, ratificando sua

aplicabilidade no estudo da seleção de inibidores de corrosão para concreto.

Desde que seja feito um bom condicionamento nos corpos-de-prova e que a

interface concreto/aço esteja protegida.

x A técnica de curvas de polarização, além de se obter respostas rápidas,

mostrou-se adequada para avaliar a eficiência de inibidores de corrosão na

proteção do aço no concreto armado.

7. Conclusões e Sugestões para Futuros Trabalhos

alma Ribeiro da Silva

179

7.2 SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS

A revisão bibliográfica e o trabalho experimental desenvolvido nessa tese

mostraram que embora muitas pesquisas já tenham sido desenvolvidas em

relação a inibidores de corrosão para aço embutido no concreto armado,

várias questões ainda permanecem sem respostas e deveriam ser pesquisadas

a fim de esclarer muitos questionamentos e alavancar o uso desses aditivos.

x A caracterização da estrutura física através da realização de ensaios de

porosimetria de mercúrio e permeabilidade;

x Análise da microestrutura do concreto, utilizando-se a microscopia eletrônica

de varredura (MEV), posibilitando relacionar a microestrutura com suas

propriedades físicas e mecânicas e identificar características morfológicas da

zona de transição;

x Propõe-se ainda, para trabalhos futuros, a realização de ensaios de

impedância eletroquímica, nas mesmas condições e parâmetros utilizados para

a moldagem dos corpos-de-prova na presente pesquisa, a fim de comparar o

desempenho dos inibidores de corrosão quanto à passivação do aço embutido

no concreto obtidos pelas tecnicas de curvas de polarização e resistência de

polarização;

x Planejamento experimental aplicando o modelo estatístico mais adequado;

x Estudar o efeito da adição de inibidores orgânicos em microemulsões.

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