1. PCC 2526 Tópicos que serão abordados
Patologia e Recuperação de Estruturas de Concreto • Definição de corrosão;
• Tipos de corrosão;
• Fenômeno da passivação;
• Custo;
• Carbonatação;
Corrosão de armaduras • Fatores que influenciam na carbonatação;
• Medida da profundidade de carbonatação;
• Ação dos íons cloreto;
• Principais fatores que influenciam na penetração dos íons;
Fernanda Giannotti da Silva
• Medida da profundidade de penetração
Paulo Helene
• Considerações finais
• Bibliografia
o Estudo de concretos frente a ação de íons cloreto e
São Paulo, 11 de abril de 2007.
o Estudo experimental de carbonatação
O que é corrosão? Tipos de corrosão
• Processo inverso pelo qual o metal volta à condição da sua • Corrosão química (seca ou oxidação direta)
origem (óxidos/hidróxidos)
- Ausência de água líquida;
- Temperaturas elevadas e
- Interação direta entre o metal e o meio corrosivo
• Corrosão eletroquímica – corrosão de armaduras
- Ocorre na presença de água;
• Transformação de um metal em íon metálico devido à - Temperaturas ambientes e
interação com o meio
- Formação de um pilha ou célula de corrosão, onde há a
circulação de elétrons na superfície metálica.
• Interação destrutiva do material com o meio ambiente
Pilha de ação local
Diferenças de
potencial –
heterogeneidades do
material
Zonas anódicas dissolucão do metal por oxidacão
4 elementos: Fe → Fe2+ + 2e-
Regiões anódicas: onde verifica-se a corrosão; Zonas catódicas consumo dos e- gerados nas zonas anódicas com
redução do oxigênio.
Regiões catódicas: superfície protegida;
2H2O + O2 + 4e-→4OH-
Eletrólito: solução condutora e
Ligação elétrica. Fe2++2OH- → 2Fe(OH)2
Diferenças de potencial entre os materiais
1

2. 2Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe(OH)3
Passivação
2Fe(OH)3 → Fe2 O3 .3H2 O
Película fina de um filme de óxido estável e aderente formado
Produtos que chegam a ocupar 7 x o volume inicial do metal na superfície do aço.
Barreira para a transferência de cargas na interface aço/meio
Consequências:
• Fissuração; Estado em que o aço se encontra no interior do concreto por ser um
meio bastante alcalino (pH=12,6).
• Destacamento do concreto de cobrimento;
• Redução da ligação armadura-concreto; Ca(OH)2 Hidratação dos silicatos
• Redução da seção transversal do aço.
Diagrama de Pourbaix Agentes agressivos
- CO2
- Sulfatos
- Íons cloreto
Despassivação do aço
Corrosão
Temperatura 25 oC e pressão de 1 atm
Corrosão de armaduras em Corrosão de armaduras em concreto armado
concreto armado
2

3. Corrosão de armaduras em concreto armado
Fotos
Parafuso ex posto durante 5 anos a óleos
Tu bulação enterrada para condução de gás com ácidos naftalênicos
Freqüente ex posição da base do poste à urina
dos cães Poste – Barra da Tijuca - RJ
Custo Corrosão de armaduras
É um dos piores e mais freqüentes problemas em estruturas de
concreto armado
Perdas causadas pela corrosão - 1,25% a 3,5% do PIB
No Brasil – 10 bilhões de dólares – 1994.
Índices de corrosão de armaduras em estruturas de concreto armado
- Cidade de SP – 58% das principais patologias (145 pontes e viadutos);
- Cidade do RJ – 49%;
5 dólares – manutenção
- Sitter (1986) → Regra dos cinco - Estado RS – 40%;
25 dólares – reparação
1 dólar – execução - Região Centro-Oeste – 30%;
125 dólares – renovação
- Região Amazônica – 46%
• Nacional – representa 20% das principais manifestações patológicas
Ação do CO2 e dos íons cloreto
Carbonatação Mecanismo de difusão do CO2 (CEB, 1984)
Ca(OH)2 + CO2 H2O CaCO3 + H 2O C O2
DIFUSÃO D O C O2 N O AR
AT R A V É S D O S P O R O S D O
C ON C R E T O
P R OC E S S O D E C A R B ON A T A Ç Ã O D O
C ON C R E T O
M O DELO :
Redução do pH da solução contida nos poros do concreto PORO S ( S I P LI F I C A D O )
M
CO 2
de 12, 5 para 8 C a( O H ) 2 + C O 2 C a C 0 3 + H 2O
⇓
DI USÃO
F
Despassivação do aço, forma generalizada D I MI N U I Ç Ã O D O p H D E
CARBO NATAÇÃO
(NEUTRAL IZAÇÃO ) ≅ 12 , 5 A 8
PROFUND I ADE
D
No concreto: Aumenta resistência mecânica do material R EA ÃO QUÍMICA
Ç
Volume do cristal de CaCO3 é 12% maior que o do Ca(OH) 2
3

4. Principais fatores que influenciam na carbonatação Concentração de CO2
Sat = 100% de CO 2
Meio ambiente: 6 = 6% de CO 2
Concentração de CO 2 na atmosfera
Umidade relativa do ambiente
Temperatura
Concreto:
relação água/cimento
cura Campo aberto 0,015%
Centro urbano 0,036%
tipo de cimento (presença de adições)
Zona industrial 0,045%
Exaustão veículo motorizado 16,69%
Respiração humana 3,62%
Umidade relativ a do ambiente Relação água/cimento
Relação água/cimento
Porosidade
Maior a velocidade de
penetração do CO2
Condição ideal → 50 a 70%
T
emperatura
Temperaturas muito
Temperatura Reações químicas elevadas diminuem a
solubilidade do CO2
Cura Adições – Sílica ativ a
• Quanto maior o grau de hidratação do cimento, Partículas menores que as partículas de cimento, ocasionam um melhor
menor a penetração de substâncias agressivas no empacotamento
concreto, um vez que o gel hidratado preenche os
espaços originalmente ocupados pela água,
reduzindo a comunicação entre os capilares. Efeito fíller
Reação pozolânica:
pozolânica: Sílica + Ca(OH)2 C-S-H
Tipo de cimento
Presença e quantidade de adições → diminui a reserva alcalina
Desconexão dos poros
capilares
Diminui a permebilidade
(a) (b) (c) (d)
4

5. Adições
Fissuras
Sílica de casca de arroz (SCA) Contituem o caminho preferencial para entrada dos agentes
agressivos
A abertura de fissuras no concreto é inevitável, devido a sua
baixa resitência à tração, devendo-se, então, controlar suas
aberturas.
De acordo com a NBR 6118:2003, a abertura máxima de fissura
SCA (wk) é 0,4 mm para concreto armado e exposto a uma classe de
agressividade ambiental fraca; de 0,3 mm quando essa classe for
Asu p = 93 m2 /g de moderada a forte e de 0,2 mm quando for muito forte.
Concretos com sílica da casca de arroz apresentaram um desempenho dos Devido a retração plástica, de origem térmica,
concretos quanto à carbonatação que o concretos com a sílica ativa reações álcali-agregado…
Modelo de difusão do CO2 Métodos de ensaio de carbonatação
Fórmula simplificada da Métodos de exposição natural
segunda Lei de Fick
Métodos acelerados
e CO2 = k CO2 . t 1/
1/2
Ainda não há, no Brasil, métodos padronizados
eco 2 = espessura da profundidade carbontada (mm) ;
(mm);
t 1/2 = tempo de exposição do CO2 (anos) e O que fazer para acelerar?
k co2 = coeficie nte de carbonatação , cons tante que depende
das características do material e do ambiente (mm/ano ½) .
Condições do meio ambiente
Métodos de ensaio acelerados Medida da profundidade de carbonatação
Dificuldade atual Aspersão do indicador ácido/base
Condições de ensaio não
têm sido aplicadas de Aspecto importante
forma uniforme no meio Correlação entre os
científico métodos de exposição Indicador de pH Intervalo de mudança de cor
natural e acelerada Incolor-vermelho carmim
Fenolftaleína
pH 8,0 - 9,8
Incolor-azul
Timolftaleína
pH 9,3-10,5
Amarelo claro-amarelo escuro
Amarelo de alizarina GG
isto leva à impossibilidade de pH 10,0-12,0
Amarelo-vermelho alaranjado
comparação entre resultados de Amarelo de alizarina R
pH 10,1-12,0
estudos desenvolvidos em várias partes
do mundo. Solução 1% de fenolftaleína+70% de álcool etílico+29% de água destilada
Programa interlaboratorial Análises microscópicas
5

6. Íons cloreto Íons cloreto
Promovem a corrosão do aço mesmo em meios altamente Meio externo
alcalinos
• Atmosfera marinha;
• Água do mar;
• Uso de aceleradores de pega que contém CaCl2;
• Limpeza de fachadas com ácido muriático.
Internamente
• Quimicamente combinado (cloroluminatos);
• Fisicamente adsorvido nos poros;
• Quimicamente adsorvido ao C-S-H;
• Livre na solução dos poros do concreto.
Íons cloreto Íons cloreto
Teor crítico
Autor/Normas Teor máximo de cloretos (%)*
BRE 1
ACI Committee 222 0,15
região catódica
BS 8110: Part 1 – BSI 0,4 para concreto armado
0,1 para concreto protendido
Andrade (1992) 0,4
região catódica Thomas (1996) 0,2 – para concretos com 50% cinza volante
0,7 – para concretos sem cinza volante
Fe2+ + 2Cl- → FeCl2 NBR 6118 Não há especificação
FeCl2 + 2H2 O → Fe(OH)2 + 2Cl * Em relação à massa de cimento
6FeCl2 + O2 + 6H2 O → 2Fe3 O4 + 12H+ +12Cl- Teor total de cloretos adotado 0,4 % - massa de cimento
0,1 % - massa de concreto
Íons cloreto Principais fatores que influenciam na v elocidade e
profundidade de penetração dos íons cloreto
Teor de cloretos
Tipo de cimento
pH da solução contida nos poros
Quantidade de C-S-H
Teor de umidade
Temperatura
Cobrimento da armadura
6

7. pH da solução contida nos poros
Tipo de cimento
Capacidade de fixação de cloretos
Quantidades de C 3A e C4AF presentes no cimento
Maior alcalinidade, menor a capacidade de fixação de cloretos
Cl + C3A, C4AF → cloroaluminatos de cálcio hidratado (sal de Friedel) Para valores de pH menores, como no caso em que ocorre a
carbonatação, há a desestabilização dos compostos formados, sendo
a combinação dos íons cloreto desfeita.
rros ão (dias)
250
nc ntração d c o retos li res (%)
120
200 100
v
Maior a quantidade de íons cloreto livres → penetração mais
mpo de in ia ão da c o
80
150
rápida dos íons → despassivação da armadura
e l
60
100
ic ç
40
50 20
Co e
0 0
Quantidade de C-S-H
Te
0 5 10 15 0 2 4 6 8 10 12 14 16
Q uantida de C3 A do c im
de ento (%) Q u d ade de C3A do c imento (%)
anti - quimicamente adsorvido ao C-S-H
Íon pode combinar-se com o C-S-H - na superfície do C-S-H
- compondo o C-S-H
Cimentos com escória → maior capacidade de fixação de cloretos
Maior a quantidade de C-S-H → menor é a penetração dos íons
→ maior é o tempo de iniciação da corrosão
T
eor de umidade T
emperatura
Transporte dos íons cloretos só ocorrem em presença de 1. Durante o período de cura: o aumento da tempertura acelera as
água: difusão, absorção capilar ou migração. reações de hidratação, melhorando as condições microestruturas do
material.
• é o principal fator que controla a propagação da corrosão, pois 2. Em ensaios acelerados de penetração de íons cloreto, o aumento da
fixa a disponibidade de oxigênio a altas umidades relativas e temperatura provoca maior agitação das moléculas, ocasionando maior
resistividade elétrica do material a baixas umidades. mobilidade dos íons e, consequente o transporte para o interior do
concreto.
Coeficiente de d f usç o de Cl
18
110
Grau de saturação do poros (% )
15
100 0 Cl
%
ã
2 Cl
%
(x 10 c /s)
90 12
2
m
i
80
s
9
-9
70
6
60
50 3
40 0
30
0 10 20 30 40 50
20
3 4 5 6 7 8
10 10 10 10 10 10 T empera tura de exposição dura nte a cur a (o C)
Resisti idade (ohm.cm)
v
a/ agl 0,28 0,35 0,45 0 ,60 0,7 5
Cobrimento da armadura
Medida da profundidade de penetração dos
íons cloreto
Qualidade do concreto: porosidade e permeabilidade
Aspersão da solução de nitrato de prata com
Execução de um bom cobrimento Proteção física e concentração de 0,1 M
química das
Realização de uma espessura prevista em projeto AgNO3 + Cl- → AgCl + NO3
armaduras
NBR 6118:2003
Classe de agressividade
Componente ambiental
Tipo de estrutura I II III IV Ausência de cloretos
ou elemento
Cobrimento nominal (mm)
Laje (2 ) 20 25 35 45
Método qualitativo
Concreto armado
Viga / Pilar 25 30 40 50
Presença de cloretos
Concreto
Todos 30 35 45 55
protendido
7

8. Medida da profundidade de penetração dos Corrosão de armaduras
íons cloreto
Dissolvidas em ácido projeto adequado que evite a circulação de água através do concreto;
concreto;
espessura adequada e uniforme de cobrimento (meio ambiente);
ambiente);
Gravimentria; qualidade adequada do concreto em termos de homogeneidade e
Amostras em pó Tituladas relação a/c;
Análise volumétrica;
proporção adequada de cimento para assegurar uma adequada
- Extraídas com auxílio furadeira Potenciometria
compacidade e impermeabilidade ao concreto;
- Fragmentos – moagem tipo de cimento e
Determina-
Determina-se a concentração
% massa de cimento ou % cura adequada - uma cura insuficiente bloqueia ou perturba
massa de concreto determinadas reações de hidratação, o que determina a obtenção de
concreto poroso
Relação Cl/OH Difícil obtenção
O método de extração da solução dos poros do concreto, aplicando-se uma tensão
aplicando- Concreto de cobrimento Barreira química e física
triaxial elevada no concreto. O extrato aquoso é coletado com auxílio de uma
seringa e, então, avalia -se o teor de cloretos através do pH da solução.
avalia-
Bibliografia
ANDRADE, C. Manual para diagnóstico de o bras deterioradas por corrosão
de armaduras. Pini. São Paulo, 1992.
BROOMFIELD, J. P. Corrosion of steel in concrete. St. Edmund bury Press
Limited. Great Britain, 1997.
GENTIL, V. Corrosão. 3 a . ed. Rio de Janeiro, 1996.
HELENE, P. R. L. Corrosão em armaduras para concreto armado. Editora Pini.
São Paulo, 1986.
ISAIA, G. C. Efeitos de misturas binárias e ternárias de pozolanas em concreto
de elevado desempenho: um estudo de durabilidade com vistas à corrosão da
armadura. Tese (Doutorado) - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São
Paulo, 1995.
PANOSSIAN, Z. Corrosão e proteção contra corrosão em equipamentos e
estruturas metálicas. Instituto de Pesquisas Tecnológicas. Pu blicação IPT 2032,
1993.
FIGUEIREDO, E. P.; HELENE, P.; ANDRADE, C. Fatores determinantes da
iniciação e pro pagação da armadura do concreto. BT/PCC/121. EPUSP, São
Paulo, 1993.
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