Sinduscon 2015 parte 1_reduzida

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Apresentação_Parte 1: Patologias nas estruturas de concreto armado e técnicas de recuperação e proteção

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  • Dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio compartilhados (ligação covalentes). O átomo de oxigênio atrai de maneira mais intensa os elétrons do que o hidrogênio, o que gera uma carga parcial positiva no hidrogênio e uma negativa no oxigênio. É a polaridade que garante algumas importantes propriedades da água, tais como seu ponto de fusão e ebulição, bem como a capacidade de dissolver substâncias.
  • Tuiti, introdução
  • Tuiti, introdução
  • Montemor
  • Montemor
  • Montemor: Ca2Al(OH)6.2H2O ou C3ACaCl2.10H2O onde C3A é o tricálcio aluminato
  • Sinduscon 2015 parte 1_reduzida

    1. 1. Patologias nas estruturas de concreto armado e técnicas de recuperação e proteção Parte 1 Adriana de Araujo Laboratório de Corrosão e Proteção 23/setembro/2015
    2. 2. CONTEÚDO Parte 1 introdução (visão geral e normalizações); corrosão do aço-carbono e manifestações patológicas; Parte 2 técnicas de avaliação da corrosão; Parte 3 técnicas de recuperação e proteção.
    3. 3. Alguns tempo atrás se enfatizava muito a importância da resistência mecânica do concreto para a durabilidade das estruturas. Depois, passou-se a considerar a interação da estrutura com as condições de exposição e o seu comportamento em uso ao longo dos anos (desempenho)... ....isso levou ao desenvolvimento de muitos modelos de vida útil e de estudos de desempenho e de ciclos de vida útil e seus custos, com ênfase aos custos relativos às intervenções de manutenção em diferentes períodos...
    4. 4. ...as normalizações têm refletido as mudanças, apresentando critérios e parâmetros relativos à obtenção de um concreto durável.... Em consequência, foi crescente o interesse em melhor descrever os processos de deterioraçãoos processos de deterioração das estruturasdas estruturas e as medidas que podemmedidas que podem aumentar a sua vida útil, como uso adiçõesaumentar a sua vida útil, como uso adições,, técnicas de monitoramento de proteção contratécnicas de monitoramento de proteção contra corrosãocorrosão etc...etc... E, mais recentemente, das medidas que podemmedidas que podem minimizar o impacto ambiental e visam àminimizar o impacto ambiental e visam à sustentabilidade, como uso de resíduos.sustentabilidade, como uso de resíduos.
    5. 5. ABNT NBR 6118 (2014): Projeto de estruturas de concreto ABNT NBR 15575 (2013): Edificações habitacionais - Desempenho ABNT NBR 12655 (2015): Preparo, controle, recebimento e aceitação ABNT NBR 16230 (2013): Inspetor de estruturas de concreto ABNT NBR 9452 (consulta pública): Vistorias de pontes e viadutos de concreto
    6. 6. ABNT NBR 5674 (2012): Manutenção de edifícios ABNT NBR 16280 (2014): Reforma de edificações ABNT NBR 14037 (2011): Diretrizes para elaboração de manuais de uso, operação e manutenção das edificações
    7. 7. VUP: período estimado de atendimento aos critérios de desempenho, considerando requisitos das normas aplicáveis, o estágio do conhecimento e supondo o atendimento da periodicidade e correta execução de manutenção ABNT NBR 15575 (2013): Edificações habitacionais Vida Útil de Projeto – VUP
    8. 8. Vida Útil de Projeto – VUP Parte 1 – Anexo C (informativo) ABNT NBR 15575 (2013): Edificações habitacionais - Desempenho
    9. 9. ABNT NBR 6118 (2014): Item 6 ABNT NBR 12655 (2015): Tabela 1
    10. 10. ABNT NBR 12655 (2015): Tabela 5 Classes de agressividade Todas III e IV II I Teor máximo de íons cloreto (Cl- ), % massa de cimento 0,05 0,15 0,30 0,40 Condições em serviço da estrutura Concreto protendido Concreto armado exposto a cloretos Concreto armado não exposto a cloretos Concreto armado exposto a brandas condições de exposição
    11. 11. ABNT NBR 6118 (2014): Tabela 7.1 ABNT NBR 12655 (2015): Tabela 2 CP: Componentes e elementos estruturais de concreto protendido CA: Componentes e elementos estruturais de concreto armado
    12. 12. EN 206-1 (2014): Concreto – Parte 1: Especificação, desempenho, produção e conformidade XC XS
    13. 13. http://www.apeb.pt/ EN 206-1 (2014): Concreto – Parte 1: Especificação, desempenho, produção e conformidade
    14. 14. EN 206-1 (2014): Concreto – Parte 1: Especificação, desempenho, produção e conformidade http://www.apeb.pt/
    15. 15. http://www.ua.pt/decivil/ XC 4 XC 4 XC 4 XC 4 XC 4 XC 3 XC 1 XC 3
    16. 16. http://www.ua.pt/decivil/
    17. 17. Em condições de exposição adversas devem ser tomadas medidas especiais de proteção do tipo: aplicação de revestimento hidrofugantes e pinturas impermeabilizantes sobre as superfícies do concreto; revestimentos de argamassas, de cerâmicas ou outros sobre a superfície do concreto; galvanização da armadura; proteção catódica da armadura e outros. ABNT NBR 6118 (2014): Item 7 Restrição de normas nacionais....
    18. 18. De modo geral, admite-se que a proteção contra corrosão nas estruturas pode ser garantida somente com uma correta especificação (espessura de cobrimento, fator água/cimento, consumo de cimento e resistência do concreto), conforme descrevem as normas para diferentes classes de agressividade. Mas será que na prática essas medidas têm sido de fato aplicadas/executadas corretamente e são suficientes para garantir a durabilidade? Falando da corrosão...
    19. 19. O Brasil é um país tropical com uma vasta faixa litorânea: muitas edificações estão sujeitas a variações constantes de umidade e temperatura e expostas aos íons cloretos... Independente do ambiente de exposição, a ausência de manutenção preventiva implica no aparecimento prematura de patologias...
    20. 20. A presença de patologias eleva o ingresso de agentes agressivos no concreto, acelerando a deterioração da estrutura...o que implica em perda da capacidade resistente dos elementos estruturais, além de risco de segurança e impedimento da utilização da edificação em Uma manutenção corretiva inadequada (especificação, execução e fiscalização) e alterações dos requisitos estruturais previstos na fase de projeto (aumento do espectro de cargas e maior agressividade ambiental) e a ocorrência de acidentes, resultam no agravamento do quadro patológico...
    21. 21. VAYBURD e EMMONS (2000): em ambiente agressivo, um processo de degradação pode ocorrer em um curto intervalo de tempo. Na presença de cloretos, a estratégia é adotar concreto de qualidade e adicionar proteção. DHIR et al. (1991): a especificação do concreto não é um guia da provável durabilidade da estrutura. Somente as suas características (fck, % C, a/c) não garantem uma adequada durabilidade em ambiente contaminado com cloreto.
    22. 22. Além disso.... na prática, não há garantia da qualidade do concreto, pois uma série de falhas podem ocorrer nas etapas de projeto, execução, cura, transporte e manutenção...implicando no não atendimento à vida útil projetada... Com isso, o custo global da construção é elevado, bem como espera-se um impacta ao meio ambiente e a segurança do homem.
    23. 23. O período de iniciação da corrosão e a sua taxa ao longo dos anos são essencialmente dependentes das qualidade e propriedades do concreto executado e da condições de exposição e uso. O avanço da corrosão afeta a segurança estrutural: capacidade de carga, resistência à fadiga e módulo de elasticidade Deterioração da estrutura A corrosão da armadura é um dos principais processos de deterioração da estrutura
    24. 24. METHA,IBRACON2009 Material naturalmente heterogêneo que apresenta certa porosidade que dá acesso a água, ao oxigênio e a outros agentes potencialmente agressivos ao mesmo e a armadura, resultando na deterioração da estrutura. Os mecanismos de transporte de massa no concreto são: permeabilidade sob pressãopermeabilidade sob pressão (movimento sob gradiente demovimento sob gradiente de pressãopressão), difusãodifusão (deslocamento pordeslocamento por gradiente de concentração do íonsgradiente de concentração do íons), absorção capilarabsorção capilar (movimento pormovimento por sucção em poros abertos ao meiosucção em poros abertos ao meio ambienteambiente) e migraçãomigração (deslocamentodeslocamento dos íons por campo elétricodos íons por campo elétrico). Concreto O tamanho e a continuidade dos poros controlam o acesso de agentes.
    25. 25. • alterações na coloração do concreto: manchas (eflorescência, corrosão da armadura) e presença de fuligem e fungos; • disgregação do concreto: fenômenos físicos como impacto e forças interna de trações localizadas; • armadura corroída exposta associada à disgregação do concreto de cobrimento: ingresso Manifestações patológicas: apresentação física do processo de deterioração Deterioração da estrutura de concreto
    26. 26. • desagregação do concreto: ataque químico (lixiviação); • fissuração: retração por secagem, ações mecânicas, variações térmicas, degradação química (carbonatação, corrosão, álcali-agregado) etc; • rupturas localizadas, flechas, torções e recalques: ações mecânicas associado ou não a deficiência de armadura ou acidentes que geram danos, deslocamentos ou deformações excessivas dos elementos; • segregação e porosidade superficial: massa não uniforme (vazios), devido à espaço reduzido entre barras, concreto de alta/baixa trabalhabilidade, deficiência na vibração etc
    27. 27. CEB, BI 193, 1992
    28. 28. CEB, BI 183, 1992
    29. 29. PATOLOGIA DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO ORIGENS: - Falhas de projeto; - Falhas de execução; - Materiais inadequados; - Uso impróprio; - Má conservação; - Ocorrências acidentais (impactos, incendios, etc); - Etc. AGENTES: - Sobrecarga e vibrações; - Variações térmicas; - Bactérias e fungos; - Chuva e vento; - Gases e névuas; - Partículas agressivas; - Etc. SINTOMAS/ANOMALIAS: - Manchas; - Fissuras; - Disgregação, - Segregação; - Desagregação; - etc. MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS:
    30. 30. FissuraçãoDesagregação/Desgaste abrasão erosão cavitação mudanças de volume (retração e mov. higrotérmica), cargas estruturais (flexão, torção e cisalhamento) Concreto deterioração por processo físico - mecânico AGENTES: gases, líquidos e partículas... AGENTES: variações térmicas e de umidade Sobrecarga e vibrações
    31. 31. Desgaste é fenômeno de desagregação progressiva do concreto, usualmente, provocada por ação de partículas em suspensão em água em movimento (chuva ácida, lençol freático, lixiviação), comum em drenos, canaletas etc. Abrasão: refere-se a atrito seco; Erosão: ações de colisão, escorregamento ou rolagem das partículas em fluido em movimento, ar ou água. Cavitação: erosão por impacto de bolhas de ar que implodem em fluido em movimento (velocidade > 12 m/s). Físico - Desagregação/desgaste
    32. 32. Físico - Fissuração As fissuras podem ser estruturais e não estruturais. As estruturais são devido à recalque, cisalhamento, flexão, torção, tração etc. As não estruturais são devido a diversos fatores, como variação da temperatura, má execução da junta de concretagem, retração térmica e por secagem, corrosão da armadura, impacto, revestimento etc
    33. 33. Físico - Fissuração
    34. 34. ACI 222.3R (2003): se a fissura ocorre sobre a armação ou em paralelo, a corrosão será não somente acelerada mas também significativa. Físico - Fissuração
    35. 35.  assentamento plástico ou movimentação/ deformação de fôrmas/solo: vibração e exsudação do concreto;  concretagem em plano inclinado;  retração por secagem/hidráulica (contração volumétrica pela saída de água);  contração térmica inicial (calor de hidratação e mudança das condições atmosféricas);  falhas no acabamento superficial do concreto etc. Fissuração anteriormente ao endurecimento
    36. 36.  ação mecânica (impactos, cargas cíclicas, desforma precoce, sobrecargas, recalque);  origem térmica (gradientes de temperatura e congelamento, fogo);  pressão de cristalização de sais nos poros (sulfato, carbonatação, lixiviação);  retração por secagem (perda lenta da água de amassamento);  corrosão da armadura;  reação álcali-agregado etc Fissuração após endurecimento
    37. 37. Aço: Coeficiente de dilatação é semelhante mas não igual ao do concreto, condutibilidade térmica do aço é superior. Aço CA-50 e cabos de proteção perdem significativa resistência acima de 700 C.◦ Incêndios resultam na evaporação da água dos poros, criando tensões internas elevadas que resultam em fissuração e lascamento. (COSTA C.N., 2002)
    38. 38. AGENTES: dióxido de carbono (CO2) Líquidos (águas moles e ácidas) Concreto deterioração por processo físico - químico Carbonatação/ Eflorescências reações com componentes da pasta de cimento Lixiviação ação extrativa de componentes da pasta de cimento e dos agregados Disgregação reações envolvendo formação de produtos expansivos diminuição da resistência perda da integridade aumento da porosidade Machas esbranquiçadas diminuição da resistência AGENTES: sulfatos (SO4 2- ) Reação álcali-agregados redução do pH
    39. 39. Redução do pH Carbonatação A carbonatação se refere ao fenômeno de diminuição da alcalinidade do concreto. O dióxido de carbono (CO2) atmosférico reage com compostos da pasta que conferem pH elevado à água de poros (hidróxido de cálcio/portlandita - Ca(OH)2, íons alcalinos - Na+ , K+ e OH- e álcalis - K O e Na O.).
    40. 40. A lixiviação é o processo de dissolução e transporte para a superfície do concreto de componentes da pasta de cimento e, eventualmente de agregados finos, por ação de água de infiltração. A lixiviação resulta na redução na resistência mecânica do concreto e facilita a penetração de agentes agressivos. Redução do pH Lixiviação/Eflorescência
    41. 41. Eflorescência O contato dos compostos lixiviados com o CO2 atmosférico gera eflorescência (mancha esbranquiçada) e umidade na superfície do concreto: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O CaCO + H O + CO → Ca(H.CO ) Manchas esbranquiçadas e deManchas esbranquiçadas e de corrosão – umedecimento docorrosão – umedecimento do concretoconcreto Depósitos de carbonato deDepósitos de carbonato de cálcio (CaCOcálcio (CaCO33)) Estalactites deEstalactites de CaCOCaCO33 Resultado de reações químicas, devido à exposição a água de lenço freático, solo, infiltrações ou intempéries
    42. 42. Reação lenta, envolvendo constituintes mineralógicos reativos do agregado e compostos alcalinos do cimento, produzindo um gel que, na presença de água, exerce pressões hidráulicas interna. Há casos em que o gel exsuda e há geração de fissuras e trincas irregulares na superfície do concreto. A reação pode resultar na redução na resistência mecânica do concreto e facilitar a penetração de agentes agressivos. Pecchio;Kihara; Battagin; Andrade, “IBRACON, 2006 Química – Expansão por reação álcali agregado
    43. 43. Reação álcali-sílica - envolve a presença de sílica amorfa ou certos tipos de vidros naturais (vulcânicos) e artificiais. Reação álcali-silicato - é da mesma natureza, porém o processo ocorre mais lentamente, envolvendo, fundamentalmente, a presença do quartzo e minerais expansivos. Reação álcali-carbonato - envolve a presença de certos calcários dolomiticos e causa intensa fissuração do concreto. Não há formação de gel.
    44. 44. Sulfatos (SO4 2- ) + Ca(OH)2 / Aluminatos de cálcio Expansã o SulfatosQuímica – Expansão por sulfatos
    45. 45. O aumento do volume da massa, resulta na perda de coesão na pasta e perda de aderência pasta/agregado e, possível, fissuração irregular do concreto. As fissuras facilitam a penetração de mais substâncias agressivas, acentuando a deterioração. perda deperda de aderênciaaderência
    46. 46. Prof. Dr. Valdecir Angelo Quarcioni Química – Expansão por sulfatos Água do mar
    47. 47. Prof. Dr. Valdecir Angelo Quarcioni Química – Expansão por sulfatos Água do mar
    48. 48. Prof. Dr. Valdecir Angelo Quarcioni Química – Expansão por sulfatos Água do mar
    49. 49. Prof. Dr. Valdecir Angelo Quarcioni Química – Expansão por sulfatos Água do mar
    50. 50. Química – sulfatos (ácido sulfúrico) Tubulação com compostos orgânicos etringita gipsita www.steelconstruction.info Gás Sulfídrico ácido sulfúrico
    51. 51. DIPAYAN JANA AND RICHARD A. LEWIS, 27TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON CEMENT MICROSCOPY H2S Decomposição anaeróbica de sulfato (SO4 2- ) e outros compostos orgânicos de enxofre (S) 2H2S + 3O2 → 2H2O + 2SO2 2SO2 + O2 + 2H2O → 2H2SO4 2CH2O + SO4 2– → H2S ↑ + 2 HCO3 – BRSMatéria orgânic a dióxido de enxofre ácido sulfúrico gás sulfídrico Disgregação do concreto - sulfato
    52. 52. Prof. Dr. Valdecir Angelo Quarcioni
    53. 53. Alterações das características do concreto de cobrimento e/ou sua contaminação Disgregação: fissuração e desplacamento Mancha de oxidação: lixiviação dos produtos de corrosão Exposição da armadura (perda da seção e da aderência) AGENTES DESPASSIVANTES DA ARMADURA: CO2 (frente de carbonatação) íons cloreto (Cl- ) Armadura corrosão dissolução do filme protetor Quebra localizada do filme protetor
    54. 54. Ânodo CátodoElétrons: 2e- Condutividade elétrica do concreto Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2 → Fe3O4 Fe(OH)2 + ½O + H2O→ Fe(OH)3 Fe(OH)3 → Fe2O3 .n(H2O) Superfície do concreto Fe2+ H2O + ½ O2 + 2e → 2OH-O2 H2O O2 H2O 2OH- CO2 O2 OH- CO2 CO2 H2O OH- onde o metal se oxida: formação de íons metálico onde os elétrons liberados no anodo reagem com o oxigênio e a água Condução elétrica: caminho que permite a passagem de elétrons entre o anodo e o catodo; Condução iônica: caminho que permite a passagem de íons, mantendo o balanço iônico da célula de corrosão. ...sempre existe uma diferença de potencial....
    55. 55. Fe → Fe++ + 2e (reação de oxidação, anódica ou reação de corrosão propriamente dita) 2 H+ + 2e → H2 (reação de redução ou catódica. O H+ é proveniente da dissociação da água) O2 + 2 H2O + 4e → 4OH- (reação de redução ou catódica. O2 é o oxigênio do ar dissolvido na água) Em temperaturas ambiente, o aço apenas corrói na presença de água, sendo responsáveis por esta corrosão as seguintes reações: Em meios neutros ou alcalinos, predomina a reação de redução do gás oxigênio dissolvido na água. Para valores de pH muito elevados (concreto íntegro) ocorre apenas a reação de redução do gás oxigênio.
    56. 56. Diferençadepotencialecorrente eletrônica Correnteiônica (eletrosferadosíons) Fe → Fe2+ + 2e O2 + 2H2O + 4e→ 4OH- Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2 → Fe3O4 Fe(OH)2 + ½O + H2O→ Fe(OH)3 Fe(OH)3 → Fe2O3 .n(H2O) Hidróxido férrico O2 + 4H+ + 4e→ 2H2O2H+ + 2e→ H2 O2 O2H+H+ H2OH2O e+e+ e+e+ Fe2+Fe2+ H+H+ 2H2O → 2H+ + 2OH-
    57. 57. o tamanho e a continuidade dos poros controlam o coeficiente de permeabilidade Anodo: onde o metal se oxida: formação de íons metálico; Catodo: onde os elétrons liberados no anodo reagem com o oxigênio e a água; Condução elétrica: caminho que permite a passagem de elétrons entre o anodo e o catodo; Condução iônica: caminho que permite a passagem de íons, mantendo o balanço iônico da célula de corrosão. ...sempre existe uma diferença de potencial.... Célula de corrosão
    58. 58. • na ausência de água, não ocorrerão a reação catódica (O2 + 2 H2O + 4e → 4OH- ) e, portanto, não ocorrerá a corrosão; • o aumento da resistividade elétrica do concreto dificultará a circulação da corrente elétrica (iônica) e, portanto, diminuirá a taxa de corrosão.
    59. 59. • se os produtos de corrosão formarem uma camada barreira para a transferência de cargas na interface aço/meio, as reações de corrosão ocorrerão com taxa mais baixas ou não ocorrerão, pois a circulação da corrente elétrica é dificultada ou interrompida. Quando a taxa de corrosão for muito baixa, diz-se que o metal está passivado;
    60. 60. • se ocorrer a quebra da camada passiva, o aço corroerá como se estivesse exposto à atmosfera sem nenhuma proteção, tendo como agravante o fato do tempo de molhamento em concreto ser maior, pois a umidade é retida no mesmo por mais tempo. Como o aço é hidrofílico, naturalmente deve-se ter a formação de um filme de água em superfície; • uma vez iniciada a corrosão do aço, a sua taxa dependerá de muitos fatores...resistividade do concreto; teor de umidade e acesso de oxigênio; temperatura; existência de pares galvânicos; relação a/c; presença de anomalias...
    61. 61. Os produtos deOs produtos de corrosão do aço-corrosão do aço- carbono são porososcarbono são porosos e expansivos.e expansivos. A corrosão generalizada tendo a gerar uma fissuraA corrosão generalizada tendo a gerar uma fissura ao longo da camada de cobrimento, posicionadaao longo da camada de cobrimento, posicionada no alinhamento da armadura.no alinhamento da armadura. Inicialmente, preenche poros e microfissuras, comInicialmente, preenche poros e microfissuras, com o aumento do acúmulo, ocorre tensão que fissurao aumento do acúmulo, ocorre tensão que fissura o concreto, podendo provocar a delaminação e oo concreto, podendo provocar a delaminação e o lascamento do concreto de cobrimento.lascamento do concreto de cobrimento. 2 a 8 vezes maiores!
    62. 62. A fissuração ao longo do posicionamento daA fissuração ao longo do posicionamento da armadura facilita o acesso de agentes, o quearmadura facilita o acesso de agentes, o que acelera a corrosão, tendo-se um aumento daacelera a corrosão, tendo-se um aumento da presença de produtos de corrosão expansivos.presença de produtos de corrosão expansivos. Os esforços de tração gerados pelos mesmos,Os esforços de tração gerados pelos mesmos, desplaca o concreto de cobrimento.desplaca o concreto de cobrimento.
    63. 63.  depende da presença de água e de oxigênio simultaneamente: o que significa em dizer que concretos molhados porém sem O2 e em concretos secos com muito O2, a taxa é desprezível;  pH: quanto menor, maior é a taxa de corrosão;  solubilidade e higroscopicidade dos produtos de corrosão formados: produtos insolúveis formam barreira protetora e produtos hidroscópicos retêm umidade. Os ciclos de molhamento lixiviam os produtos de corrosão, acelerando a corrosão. Taxa de corrosão
    64. 64.  condição de molhamento e secagem: quanto o concreto seca entra oxigênio e quando este volta a molhar, o oxigênio contido na rede de poros se dissolve, acelerando a corrosão;  temperatura: o aumento acarreta a mobilidade dos íons (um aumento de 10 o C pode dobrar a taxa de corrosão) e, as suas variações, resultam em ciclos de maior e menor umidade do concreto, acelerando também a corrosão. Taxa de corrosão
    65. 65. Curvas eletroquímicas de polarização Curva mostrando comportamento de metal passivável Curva mostrando metal ativo
    66. 66. Anodo: oxidação do metal Catodo: redução do metal Evans diagrama – passivação do aço-carbono GU et al, Electrochemical incompatibility Anodo: evolução do oxigênio Anodo passivado Anodo ativo C A Fe→Fe2+ +2e 2H 2 O + O 2 + 4e → 4OH - Icorr Ecorr Potencial de corrosão Densidade de corrente Normalmente, a amadura se mantém estável (Icorr insignificante) porque a intersecção das curvas A e C ocorre na região de passivação Potencial Taxa de corrosão de passivação = iPassiv do aço 0,1 µA/cm2 ⇒ 1,1 µm/ano
    67. 67. Evans diagrama - corrosão cloreto e carbonatação GU et al, Electrochemical incompatibility C A 1 Fe→Fe2+ +2e Icorr 1 Ecorr Ecorr 2 Ecorr 3 Ecorr 4 A 2 A 3 A 4 Potencial de corrosão mais negativo Aumento do teor de íons Cl- , maior é a redução da região passiva, sendo esta perdida no A 4 Icorr 2 A4 Corrosão cloreto ou carbonatação 2H 2 O + O 2 + 4e → 4OH - Taxa de corrosão muito alta = iLimite do O2 > 10 µA/cm2 ⇒ 110 µm/ano Densidade de corrente Potencial
    68. 68. Grau de corrosão da armadura de aço µA/cm2 µm/ano Desprezível 0,1 a 0,2 1,1 a 2,2 Início da corrosão ativa > 0,2 > 2,2 Ataque importante mais não severa ~ 1,0 ~11,0 Ataque muito severo ≥ 10,0 110,0 Potencial de corrosão Risco de ocorrência da corrosão na armaduramVEPH mVECS VECSC Ecorr>300 Ecorr>59 Valores positivos Falta de umidificação ou a resistência é muito alta. Desprezar tais valores 300>Ecorr>100 59>Ecorr>-141 0>Ecorr>-200 90% de probabilidade de não estar ocorrendo corrosão 100>Ecorr>50 -141>Ecorr>-291 -200>Ecorr>-350 A ocorrência de corrosão é incerta 50>Ecorr -291>Ecorr -350>Ecorr 90% de probabilidade de estar ocorrendo
    69. 69. MANCHAS DE OXIDAÇÃO/CORROSÃO Os produtos de corrosão podem ser lixiviados, manchando a superfície do concreto, que assume a cor marrom-avermelhado. Ocorre preferencialmente em concreto exposto a umidificação, poroso ou fissurado ou com baixa espessura de cobrimento e, especialmente, na face inferior dos elementos.
    70. 70. CONCRETO DISGREGADO A disgregação se caracteriza pelo lascamento do concreto em razão de esforços internos ou externos superiores a resistência do material. Usualmente, é resultante da corrosão da armadura ou choque ou impacto ou, ainda, esmagamento por aparelho de apoio e junta de dilatação.
    71. 71. CONCRETO DISGREGADO e CORROSÃO EM CONCRETO PROTENDIDO
    72. 72. CONCRETO DISGREGADO A disgregação do concreto por esmagamento na região de aparelho de apoio e em junta de dilatação, com armadura exposta e corroída.
    73. 73. CONCRETO SEGREGADO A segregação se caracteriza pela concentração heterogênea dos componentes da mistura do concreto, resultando em área não coesa e com vazios. Esses vazios podem afetar a proteção por barreira física e eletroquímica conferida pelo concreto à armadura.
    74. 74. Técnica de execução Qualidade do concreto Proteção física: barreira que limita o acesso de agentes (difusão) Espessura de cobrimento Relação A/C Adidtivos Tipo de cimento Dimesões do agregado Reserva alcalina Cura Vibração Vazios Resistência 20 cm a 55 cm Patologias: variação da espessura de cobrimento, fissuração, segregação, porosidade superfícial etc
    75. 75. Proteção química: indução da passivação da armadura Face líquida altamente alcalina com pH em torno de 12,5 a 13,5 Fase líquida do concreto, de boa qualidade, tem pH elevado em razão da dissolução de hidróxido de cálcio - Ca(OH)2, de sódio - NaOH e de potássio - KOH. Nessa condição, é formado um filme de óxidos de ferro à superfície do aço. A estabilidade desse filme é garantida até pH em torno de 11,5, sem presença de cloretos no concreto. (BENTER; DIAMOND; BERKE, 1997).
    76. 76. A passivação é resultante da interação aço- carbono com compostos hidratados do cimento com formação de um filme de óxidos de ferro estável. Adicionalmente, há proteção (efeito tampão) pelo acúmulo dos mesmos compostos na superfície do aço. á c i d o a l c a l i n o (hidróxido de cálcio) 70 13,5 PASSIVAÇÃO 11,5 CORROSÃO FILME ESTÁVEL Fe2O3
    77. 77. Natureza do filme passivante do aço-carbono • A teoria mais aceita é a da formação de um filme transparente, fino, aderente e estável, composto por Fe3O4 (magnetita) e/ou Fe2O3 (hematita) ou ainda γ-FeOOH (lepidocrocita). • Alguns autores declaram que as reações de passivação envolvem compostos da pasta de cimento, os quais também se acumulam na interface aço/concreto (efeito tampão).
    78. 78. Enquanto o pH do concreto estiver suficientemente alcalino e não ocorrer a contaminação do meio com algum tipo de substância capaz de quebrar a camada passiva, o aço permanecerá passivo. Se por uma razão qualquer, ocorrer a quebra da camada passiva, o aço corroerá como se estivesse exposto à atmosfera, tendo como agravante o fato do tempo de molhamento, pois a umidade é retida por mais tempo pelo concreto (absorve rapidamente a umidade, porém demora para eliminá-la) do que em aço exposta à atmosfera.
    79. 79. o tamanho e a continuidade dos poros controlam o coeficiente de permeabilidade  Despassivação por carbonatação;  Despassivação por íons cloreto. Mecanismos de despassivação do aço-carbono Concreto: Carbonatação: despassivação generalizada; Sulfatos: reações expansivas com o cimento; Alcalis agregado: reações expansivas com os inertes; Armadura: Íons cloreto: despassivação localizada.
    80. 80. Pollutants which are considered to have an important role in the degradation of building materials are C02 , S02 , NOx, hydrogen chloride (HC1), hydrogen fluoride (HF) and (03 ) along with Air Pollution Effects on Brick, Concrete and Mortar 109 "secondary pollutants" formed from the above in the atmosphere, such as H2S04 and HNO3 for example Carbonatação Processo físico-químico, resultante da difusão do CO2 atmosférico pela rede de poros insaturados do concreto, com interação com compostos básicos (NaOH, KOH, Ca(OH)2) presentes na fase aquosa do concreto, resultando na diminuição do seu pH. Com a redução do pH o aço está suscetível à corrosão. A diminuição do pH também ocorrer por reações com o dióxido de enxofre (SO2) e do gás sulfídrico (H2S). O CO2 e o SO2 são os principais poluentes atmosférico, ambos são captadas pela umidade, formando ácido carbônico (H2CO3) e sulfuroso (H2S04), respectivamente.
    81. 81. Dissolução do CO2: CO2 + 2OH- →→ CO3 2- + H2O Dissolução do Ca(OH)2: Ca(OH)2 →→ Ca2+ + 2OH- Formação do carbonato de cálcio: Ca2+ + CO3 2- →→ CaCO3 Ca2+ + 2OH- + CO2 →→ CaCO3 + H2 CO2 pH < 10,5 corrosão da armadura CaCO3 é um produto de baixa solubilidade e possui volume maior (~ 11 %) do que Ca(OH)2 :  refinamento dos poros e, possível, colmatação de outros, dificultando a entrada de CO2 do ar e outros;  fissuração do concreto. Umedecimento do concreto! (aumento da hidratação do cimento)
    82. 82. José Roberto Perim, 2013
    83. 83. CO3 2- + Ca2+ → CaCO3 H+H+ H2OH2O O2 O2 OH-OH- CO2 + H2O → H2CO → H+ + HCO3 - → 2H+ + CO3 2- OH+0nH.SiO+CaCO→OnH.SiO.CaO+COH 22232232 OH2+CaCO)OH(Ca+COH 23232 →
    84. 84. Tempo 0 Tempo 1 Tempo 2 Tempo N pH em torno de 13 A armadura está suscetível à corrosão! O processo de corrosão é controlado pela umidade na superfície do aço e disponibilidade de oxigênio na mesma pH ≤ 9(zona parcialmente carbonatada pH ≤ 11,5) O filme passivante começa a ficar instável!
    85. 85. Avanço da frente é dependente dasAvanço da frente é dependente das características do concretocaracterísticas do concreto:: • tipo e teor de cimento e de adições minerais; • relação a/c (maior ou menor permeabilidade); • cura (em cura adequada o gel hidratado preenche espaços ocupados originalmente pela água, reduzindo comunicação intercapilar); • fissura e rede de poros comunicantes (caminho facilitado de penetração de agente agressivos). No tempo N, o avanço da frente é menor que nos Tempos 1 e 2, em razão da maior dificuldade de acesso do CO2 em camadas mais internas, considerando que as mais externas, já carbonatadas, reduzem a comunicação da rede de poros
    86. 86. Tempo N Avanço da frente é dependente do meio de exposiçãoAvanço da frente é dependente do meio de exposição: • atmosfera: urbana, o teor de CO2 no ar pode chegar a 10x ao teor natural e, em industrial, pode chegar a 100 x; • exposição: região imersas e sujeita à zona de respingos e marolas estão pouco sujeitas à carbonatação: estruturas marinhas geralmente apresentam frente de carbonatação muito menor do que a de penetração de íons cloreto; • deterioração : fissuração, segregação etc; • temperatura e umidade relativa do ar:
    87. 87. Em concreto muito úmido (> 75 %) ou saturado, a frente de carbonatação é muito pouco significativa, avançando muito lentamente ao longo dos anos. Isso ocorre devido à baixa penetração do gás ao longo da camada de cobrimento da armadura e, consequentemente, sua baixa difusibilidade na solução aquosa que preenche a rede de poros (incluindo capilares e microfissuras). A difusão do CO2 na água é cerca de 104 vezes menor que no ar
    88. 88. Em concreto pouco úmido (< 50 %) ou seco (< 25 %), a frente de carbonatação também é muito pouco significativa, avançando muito lentamente ao longo dos anos. Isso porque, mesmo com o fácil acesso do gás na rede de poros da camada de cobrimento da armadura, a sua reação com Ca(OH)2 ocorre lentamente, em razão da restrição de solução aquosa que preenche e interliga os poros, sendo a mesma necessária as reações. Nessa condição, há também restrição de umedecimento da superfície da armadura, restringindo a ocorrência das reações de corrosão da armadura.
    89. 89. A frente de carbonatação avançará mais rapidamente em concreto em que a rede de poros está parcialmente preenchida. há disponibilidade do CO2 na parte não preenchida dos poros e facilidade de sua difusão solução aquosa contida nos mesmos. Umidade relativa atmosférica – maior frente de carbonatação entre 50 % e 70 %. Temperatura ambiente – pouco efeito, mas em climas tropicais as reações químicas são mais aceleradas do que os de menor temperatura.
    90. 90. Ambientes interiores: a velocidade de carbonatação é máxima Ambientes exteriores com chuva: a velocidade de carbonatação é baixa Ambientes exteriores protegidos: a velocidade de carbonatação é mais elevada Condição enterrada ou submersa: a velocidade de carbonatação é muito baixa Concentração atmosférica entre 0,03 % a 1 % (NEVILLE, 1997) Tempo NModelo analítico para carbonatação:    ex   =   K . t 1/2ex = espessura da frente de carbonatação (mm) K = constante determinada em campo ou no laboratório t = tempo (anos)
    91. 91. DIPAYAN J.; BERNARD E., Concrete internacional, 2007 Em fissura de abertura 0,2 mm, a frente de carbonatação avança em torno de 3 x mais rápido que em concreto de boa qualidade íntegro (não fissurado). (VAYSBURD; EMMONS, 2004)
    92. 92. aproveitando...............aproveitando...............Corrosão generalizadaCorrosão generalizada Qualquer metal pode sofrer corrosão generalizada, depende do meio. Não é totalmente uniforme: haverá alvéolos de dimensões variadas e rugosidade variável, conforme acúmulo de produtos de corrosão e deposições etc Inicio da corrosão do aço-carbono, áreas anódicas e catódicas bem definidas Produto esverdeado óxido ou hidróxido de Fe2+ (oxidação incipiente por restrição de oxigênio na solução) Produto alaranjado a vermelho óxido ou hidróxido de Fe3+ (presença de oxigênio na solução) Produto preto magnetita (restrição de oxigênio)
    93. 93. POPOVICS, S. Durability of reinforced concrete in sea water. In: Alan P. Crane, ed. Corrosión of reinforcement in concrete construction. London, Society of Chemical Industry, Ellis Horwood, 1983.p.19-38.
    94. 94. o tamanho e a continuidade dos poros controlam o coeficiente de permeabilidade  Despassivação por carbonatação;  Despassivação por íons cloreto. Mecanismos de despassivação do aço-carbono Concreto: Carbonatação: despassivação generalizada; Sulfatos: reações expansivas com o cimento; Alcalis agregado: reações expansivas com os inertes; Armadura: Íons cloreto: despassivação localizada.
    95. 95. Adsorção de íons Cl- com deslocamento simultâneo de O2- o que determina o início da quebra do filme passivo (Uhlig Kolotorkyn). Os íons Cl- determinam a formação de trincas e defeitos no filme quando as forças que repulsam os adsorvidos são elevadas (Hoar e Sato). Mecanismos de quebra do filme passivo Os íons Cl- penetram no óxido, ocupando vacâncias de O2- , alcançando a superfície óxido/metal, isso possibilita a formação de complexos com os íons de Fe2+ , os quais são solúveis. Os íons Cl- são incorporados no filme espesso, formando defeitos iônicos favorecendo o seu transporte através da camada de óxidos. Em filme fino, o íons Cl- competem com os íons hidroxila e não permitem a passivação nestes locais.
    96. 96. No concreto, os íons Cl- podem reagir com compostos do cimento, formando cloroaluminatos, não os deixando livres para reagirem na camada passiva da armadura. Desse modo, somente os cloretos livres são usualmente considerados na avalição do risco de corrosão da armadura Teor de cloreto limite Na literatura os teores críticos variamNa literatura os teores críticos variam muito, usualmente 0,05 % (CP) a 0,4 %muito, usualmente 0,05 % (CP) a 0,4 % (massa de cimento) ou(massa de cimento) ou em relação [Clem relação [Cl-- ]/[OH]/[OH-- ] ≤ 0,6] ≤ 0,6 HAUSSMANN, 1967HAUSSMANN, 1967
    97. 97. Pollutants which are considered to have an important role in the degradation of building Íons cloreto - Origem • contaminação da massa de cimento durante a construção: uso de água do mar, de areia contaminada com cloreto, ou ainda, no passado, presença de aditivos aceleradores à base de cloreto de cálcio (CaCl2); • ingresso de cloreto: exposição da estrutura ao ambiente marinhos ou industrial contaminados com cloretos, limpeza de fachada ou de piso com ácido muriático (clorídrico). Todos os fatores que favorecem o ingresso de água, favorecem também o ingresso do cloreto.
    98. 98. Fatores influenciadores  condições de exposição e característica do concreto: tipo de cimento e o pH:  quanto menor o pH, menor é o valor limite de Cl- ;  a queda do pH pode determinar a dissolução de Cl- “aprisionados” (cloroaluminatos).  concentração que a armadura pode tolerar;  resistividade elétrica do concreto;  presença de fissuras e outras anomalias na superfície do concreto.
    99. 99. Condições de exposição Zona atmosférica: deposição de cloretos na superfície do concreto (distância do mar, direção dos ventos e exposição a lavagem pela chuva), seguida absorção superficial e difusão pela estrutura de poros comunicantes. Zona de rebentação e respingos e variação de maré: absorção, seguida de difusão Zona submersa: permeabilidade, seguida de difusão Os mecanismos de transporte de massa no concreto são: permeabilidade sob pressão (movimento sob gradiente de pressão), difusão (deslocamento por gradiente de concentração do íons), absorção capilar (movimento por sucção em poros abertos ao meio ambiente) e migração (deslocamento dos íons por campos elétricos).
    100. 100. Íons cloreto Interagem com o filme passivante, danificando-o e expondo-o ao meio. Em consequência, há formação de pequenas crateras (pites). Com o avanço do ataque, os pites aumentam em número e tamanho e acabam generalizando a corrosão. Também aumentam a mobilidade de íons na água de poros! Uma vez iniciado a corrosão, os compostos solúveis formados com cloreto, difundem-se atingindo regiões com maior pH, reagindo com os íons hidroxila, formando hidróxidos que se precipitam e liberam o cloreto (auto catalítico).
    101. 101. Área anódica:Área anódica: FeFe →→ FeFe2+2+ + 2e+ 2e (oxidação)(oxidação) FeFe2+2+ + 2Cl+ 2Cl-- →→ FeClFeCl22 FeFe3+3+ + 3Cl+ 3Cl-- →→ FeClFeCl33 FeFe2+2+   +  H  +  H22O O →→  Fe(OH)Fe(OH)22 + 2H + 2H++ FeClFeCl22 + 2OH+ 2OH-- →→ Fe(OH)Fe(OH)22 + 2Cl+ 2Cl-- FeClFeCl33 + 3OH+ 3OH-- →→ Fe(OH)Fe(OH)33 + 3 Cl+ 3 Cl-- Acidificação Área catódica: 2H2O + O2 + 4e → 4OH- (redução) Produto de corrosão: Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2
    102. 102. aproveitando............aproveitando............Corrosão por piteCorrosão por pite É um tipo de corrosão que se caracteriza pelo ataque em pequenas áreas de uma superfície que se mantém passivo •geralmente tem diâmetro igual ou menor do que a sua profundidade. Podem ter formas diversas, preenchidas ou não; •é perigosa, pois nem sempre é perceptível: a degradação ao longo da superfície aparente do metal é pouca se comparada à profundidade que o pite pode atingir!
    103. 103. aproveitando............aproveitando............Corrosão por pite em concretoCorrosão por pite em concreto Ocorre independente do pH da água de poros do concreto. Com isso, a redução do pH é visto mais como uma possível consequência, do que como a causa da corrosão. O início da corrosão ocorre pelo crescimento do pite ou por sua nucleação, sendo esta última frequente, pois o filme passivo do aço-carbono não é perfeito (GLASS et al, 2008).
    104. 104. Fratura de uma fissura de abertura 0,2 µm, que apresentou concreto umedecido e armadura com locais sem corrosão (região acinzentada), locais com armação despassivada (região escurecida) e locais com corrosão (região verde)
    105. 105. Com o avanço do ataque, aCom o avanço do ataque, a corrosão tende a secorrosão tende a se generalizar, podendo sergeneralizar, podendo ser preservada o pH do concretopreservada o pH do concreto da interface com o aço:da interface com o aço:
    106. 106. Macrocélula de corrosão Desequilíbrio do potencial eletroquímico entre áreas da armadura, sendo uma delas exposta a uma concentração crítica de íons cloreto (Anodo) ou a carbonatação (frente não uniforme). A heterogeneidade e a relação distinta entre a área anódica e a catódica (bem maior), acelera a corrosão da barra de aço, que pode ter uma perda localizada significativa de seção.
    107. 107. Macrocélula de corrosão
    108. 108. Macrocélula de corrosão Ecorr = -100 mV-500 mV Ecorr = -100 mV
    109. 109. Anodo: oxidação do metal Catodo: redução do metal Evans diagrama – passivação do aço-carbonoGUetal,Electrochemical incompatibility Anodo: evolução do oxigênio Anodo passivado Anodo ativo C A Fe →Fe 2+  + 2e 2H 2 O + O 2  + 4e → 4OH- Icorr Ecorr Potencial de corrosão Densidade de corrente Normalmente, a amadura se mantém estável (Icorr insignificante) porque a intersecção das curvas A e C ocorre na região de passivação
    110. 110. A1: aço embutido no material  de reparo (sem íons Cl- ) Evans diagrama – reparo localizado em  estrutura contaminada com cloretos GU et al, Electrochemical incompatibility A2 – Aço embutido no concreto  contaminado com íons Cl- C A1 2H 2 O + O 2  + 4e → 4OH - Icorr - Irp Ecorr Erp A2Ecorr Erb Icorr - Irb Incompatibilidade  eletroquímica
    111. 111. VAYSBURD; EMMONS, 2004: as principais causas da corrosão prematura em região de reparo localizado são a incompatibilidade eletroquímica e a sua própria fissuração (cura deficiente, retração plástica, ação mecânica, gradiente térmico).
    112. 112. VAYBURD e EMMONS (2004): durante o reparo é esperada um teor de cloreto residual no concreto da região, o que é sempre um risco para a continuação da corrosão e sua aceleração. HANSSON; POURSAEE; JAFFER (2012): as fissuras aceleram a penetração dos íons Cl- no aço, incluindo em sua adjacência, sendo uma região de possível formação de macrocélula de corrosão
    113. 113. MARCOTTE; HANSSON, (2003): em concreto de qualidade, as fissuras transversais tem pouco impacto na corrosão da armadura, no entanto, o desempenho não é igual a concreto íntegro. OKULAJA; HANSSON (2003): Quanto maior é a qualidade do concreto, mais localizada pode ser a corrosão, podendo a mesma ser severa, se desencadear uma perda significativa da seção do aço. Isso é dependente da resistividade elétrica, do acesso do oxigênio e da reção de área catodo/anodo.
    114. 114. A abertura da fissura e o sua posicionamento não são fatores críticos para a corrosão, mas sim a quantidade de fissura por unidade de área (VAYBURD e EMMONS, 2004) . A taxa de corrosão do aço é controlada pela condutividade do concreto, pelo diferença de potencial entre área anódica e catódica e a taxa que o oxigênio atinge esta última área (VAYBURD e EMMONS, 2004). Em concreto com múltiplas fissuras, a corrosão do aço sob uma delas pode eventualmente proteger as demais adjacentes, sendo as mesmas o catodo (SUZUKi et al, 1990).
    115. 115. Como posso driblar a corrosão ? • projeto adequado que evite a circulação de água desnecessária através do concreto; • espessura adequada e uniforme de cobrimento; • qualidade adequada do concreto em termos de homogeneidade e relação a/c; • tipo de cimento e proporção adequada para assegurar uma adequada compacidade e impermeabilidade ao concreto; • cura adequada uma cura insuficiente afeta a porosidade do concreto;
    116. 116. • estado superficial das armaduras de aço: sobre superfície limpa e isenta de produtos de corrosão, forma-se uma camada passiva mais resistente do que sobre uma superfície contaminada com carepas, óleos e graxas, produtos de corrosão ou material particulado qualquer. Uma camada de passivação eficiente requer níveis mais elevados de contaminação e/ou acidificação.
    117. 117. aaraujo@ipt.br Aaraujobonini@gmail.com lcp@ipt.br Laboratório de Corrosão e  Proteção Fone: +55 (11) 3767-4044  http://www.ipt.br/centros_tecnologicos/CTMM http://lattes.cnpq.br/7121918010413028 Obrigada! “A mente que se abre a uma nova ideia jamais voltará ao seu tamanho original.” Albert Einstein

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