Influência da microestrutura na taxa de migraçÃo de cloretos no concreto



Baixar 36.17 Kb.
Encontro02.12.2017
Tamanho36.17 Kb.

INFLUÊNCIA DA MICROESTRUTURA NA TAXA DE MIGRAÇÃO DE CLORETOS NO CONCRETO

I.H.L. SANTOS, * (a); F.M. SOUZA(a); V.R.P. MATTA(a); D.V. RIBEIRO (a)



(a) Depart. de Ciência e Tecnologia dos Materiais / Universidade Federal da Bahia

Rua Aristides Novis, 02. Federação. 40210-630. Salvador/BA, Brasil.

* e-mail: ivan.engcivil@hotmail.com

Tel.: +55 71 32839852; Fax: +55 71 33615404



RESUMO

Em estruturas de concreto, é largamente aceito que a presença dos íons cloreto é responsável por causar uma quebra localizada na camada passiva e subsequente corrosão nas barras de aço da armadura. No presente estudo, observou-se o efeito da microestrutura (fundamentalmente a porosidade) na taxa de migração de cloretos. Para tal, a concentração de cloretos foi monitorada por meio da medida da condutividade do anólito, que inicialmente era água destilada. Adicionalmente, foram estimados os coeficientes de difusão nos estados estacionário e não-estacionário, obtidos através do “time lag” e do “tempo equivalente” de medida. Os resultados obtidos mostraram que um aumento gradativo da porosidade da matriz de concreto é diretamente proporcional à taxa de migração de cloretos.



Palavras-chave: concreto, migração, cloretos, difusão, durabilidade.
INTRODUÇÃO
A construção civil assumiu um expressivo crescimento nos últimos anos. Acompanhado desse cenário, cresce a preocupação da sociedade civil sobre a qualidade e segurança das edificações, sobretudo quanto à corrosão em estruturas de concreto armado, responsável por fragilizar a estrutura das edificações, além de exigir dispendiosa manutenção, oferecendo diretamente risco de vida a população.

Segundo a Câmara Brasileira da Indústria da Construção (CBIC), nos últimos sete anos, a construção civil cresceu cerca de 42,41%, uma média anual de 5,18%. Esse crescimento movimentou em 2010 cerca de 165 bilhões de reais, o equivalente a 5,3% do PIB brasileiro(1).

Em contrapartida, o número de acidentes envolvendo a corrosão “consome” cada vez mais as reservas de instituições publicas e privadas pelo mundo. Em 2002, a CC Technologies Laboratories Inc., com o suporte da MACE International e do U.S. Federal HighwayAdministration (FHWA), concluíram que entre os anos de 1999 e 2001 os EUA consumiram cerca de 276 bilhões de dólares com o custo direto da corrosão, equivalente a 3,1% do seu PIB(2). No Brasil, cerca de 4% do PIB é destinado a esse problema. Exemplo como o de 2007, onde o desprendimento da placa de concreto no Estádio de Futebol Otávio Mangabeira (Fonte Nova) em Salvador/BA matou sete pessoas e feriu gravemente outras 17(3) demonstra a gravidade desse problema.

Visando o desenvolvimento de técnicas que avaliem a qualidade do concreto de cobrimento, foi utilizado no presente trabalho a técnica de análise de migração de cloretos com o intuito de observar a influência da microestrutura (porosidade) na taxa de migração de cloretos. Para tal, foram moldados corpos-de-prova de concreto com relação água/cimento variando entre 0,4 e 0,6.


MATERIAIS E MÉTODOS
Materiais
Cimento Portland CP-II 32 Z da marca Poty, areia quartzosa proveniente de jazida encontrada na região metropolitana de Salvador, brita basáltica e água proveniente de poço. Para realização do ensaio de migração de cloretos, utilizou-se água destilada e deionizada, além de cloreto de sódio P.A.
MÉTODOS
Porosidade, absorção de água por imersão, Densidade Aparente e Absorção de água por capilaridade
Para a verificação da porosidade, absorção de água por imersão e densidade aparente das amostras, foi utilizada como base a NBR 9778/95. Para análise dos resultados, os corpos de prova eram mantidos em estufa durante 72h para determinação de suas massas secas, logo após, deixadas imersas durante 72h para determinação de suas massas imersas e massas úmidas. Com posse desses dados, calculava-se a porosidade, a absorção de água por imersão e a densidade aparente.

O ensaio de absorção de água por capilaridade foi baseado na NBR 9779/94. Após os 28 dias de idade foram utilizados três corpos de prova cilíndricos de dimensões 10x20 cm3. As massas dos corpos de prova eram determinadas a intervalos normatizados pela NBR 9779 e calculado assim, o coeficiente de absorção capilar (S) que corresponde numericamente ao coeficiente angular da reta proveniente do gráfico “absorção (A) (kg/m²) x Raiz do tempo (t, min0,5)” até que seja atingido o ponto de saturação, conforme equação (A):


A = S.t0,5 + b (A)
Ensaio de migração de cloretos
O ensaio de migração de cloretos baseia-se na indução dos movimentos dos íons sob a ação de um campo elétrico externo, na qual é aplicada uma diferença de potencial entre duas células: uma negativa, contendo íons cloreto (célula catódica) e a outra positiva, contendo água destilada (célula anódica) possibilitando o transporte dos cloretos da célula catódica para a célula anódica. O esquema e realização são apresentados nas Figuras 1A e 1B respectivamente:
group 2

Figura 1. (A) Esquema e montagem do aparato para a realização do ensaio de migração de cloretos; (B) Realização do ensaio de migração de cloretos.


Foram utilizados corpos de prova de 50 mm de diâmetro com espessura média de 25 mm, aos 28 dias de idade. Os corpos-de-prova foram imersos em água durante 24 horas para que ficassem completamente saturados, como proposto por SANTOS apud RIBEIRO (4), garantindo assim o transporte de cloretos pela difusão. Esse método difere do proposto pela Norma americana ASTM C-1202/97(“Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete's Ability to Resist ChlorideI on Penetration) que preconiza a utilização do processo de saturação a vácuo das amostras antes da execução dos ensaios de migração.

Como o ensaio de migração consiste no transporte acelerado de cloretos devido à aplicação de uma tensão elétrica, é necessário que o controle das medidas de condutividade seja realizada diariamente. Para tal, foi utilizado o Condutivímetro Digital Portátil tipo caneta modelo CD-880 da marca Instrutemp obtendo assim, a evolução da condutividade elétrica da solução a partir da correlação obtida experimentalmente entre a concentração de íons cloreto (Cl-) e a condutividade elétrica (Figura 2), podendo-se fazer uma estimativa da concentração de cloretos.


Figura 2. Correlação entre a condutividade elétrica (a 25 ºC) e a concentração de íons cloretos, obtida experimentalmente.


RESULTADOS E DISCUSSÕES
Caracterização das matérias primas
O cimento Portland CP-II 32 Z apresentou área superficial específica igual a 0,93 m2/g e massa específica igual a 3,11 kg/dm3. A areia apresentou massa específica igual a 2,62 Kg/dm3, modulo de finura igual a 2,18 e dimensão máxima característica igual a 2,36 mm, o que classifica esta areia como “areia média” (faixa 3, NBR 7211/83) e utilizável inferior (NBR 7211/2009).

O agregado graúdo (brita) utilizado apresentou massa específica igual a 2,70 Kg/dm3, massa unitária em estado compactado igual a 1,55 Kg/dm3 e Dimensão Máxima Característica igual a 9,5 mm, sendo classificada como "brita 0" (NBR 7211/2009)


Porosidade, absorção de água por imersão, Densidade Aparente e Absorção de água por capilaridade
Como conhecido, a porosidade aparente e a absorção de água por imersão são diretamente proporcionais à relação água/cimento (a/c) e ambos são inversamente proporcionais à densidade aparente do concreto. Os resultados obtidos confirmaram essa correlação, o que pode ser visto nas Figuras 3A e 3B.


(A) (B)

Figura 3. (A) Porosidade aparente e Absorção de água por imersão em função da relação água/cimento; (B) Densidade aparente em função da relação a/c.


Tanto a absorção de água por imersão (Fig. 3A), como o coeficiente de absorção capilar também são diretamente proporcionais a relação a/c, como pode ser visualizado na Figura 4.

Figura 4. Coeficiente de absorção capilar em função da relação a/c.



Ensaio de Migração de Cloretos
O ensaio de migração de cloretos avalia a capacidade do concreto em resistir à penetração dos cloretos. A Figura 5A mostra a evolução da concentração de cloretos na célula anódica durante os ensaios de migração que aumenta com o tempo, pois, devido a um fluxo forçado, tem-se início a migração de cloretos através da amostra de concreto.

O “time-lag”(τ) é definido como o tempo necessário para que os íons cloreto saturem a amostra de concreto e atravessem-na, estabelecendo um fluxo constante caracterizado pelo estado estacionário. Esse parâmetro pode ser obtido através da interseção do prolongamento da reta que caracteriza o estado estacionário com o eixo do tempo (abscissas). A Figura 5B mostra que o “time-lag” diminui à medida que a relação a/c aumenta, possivelmente devido a um aumento da quantidade relativa de poros e da porosidade total.




(A) (B)

Figuras 5. (A) Evolução da concentração de cloretos na solução presente na célula anódica em função do tempo (Δ = início do estado estacionário e ○ = final do estado estacionário); (B) Valores de “time lag” (τ), estimados a partir de ensaios de migração de cloretos, em função da relação água/cimento (a/c)


O fluxo de íons cloreto (JCI), obtido pela inclinação da curva do gráfico da concentração de cloretos pelo tempo, representa a velocidade com que os íons cloreto atravessam a amostra de concreto. O estado não-estacionário apresenta um período em que o fluxo não ocorre de forma constante devido à ação conjunta da saturação da amostra de concreto e da fixação dos íons cloreto. Já o regime estacionário, caracterizado por um fluxo constante, ocorre após a saturação, que se dá após o time-lag”(4,5,6,7). A partir deste, calcula-se os coeficientes de difusão nos estados não-estacionário e estacionário.

Os coeficientes de difusão apresentaram uma redução nos seus valores à medida que a relação a/c era reduzida. Tal comportamento ratifica os resultados obtidos por alguns autores(5,8) que observaram uma redução na porosidade total em função da diminuição dessa relação. As Figuras 6A e 6B mostram as evoluções.




(A) (B)

Figura 7. (A) Fluxo de íons cloreto (JCI), estimado a partir de ensaios de migração; (B) Evolução dos Coeficientes de difusão estimados a partir do ensaio de migração.


CONCLUSÕES
Os dados obtidos confirmaram a relação diretamente proporcional entre a porosidade aparente, absorção de água por imersão e absorção de água por capilaridade em função da relação água/cimento e inversamente proporcional com a densidade aparente, o que também justifica a relação inversa entre o “time-lag” e a relação água/cimento (a/c).
REFERÊNCIAS
1. Informativo Econômico. Construção Civil: Desempenho e Perspectivas. Brasília: CBIC, 2011.

2. KOCH, G.H.; BRONGERS, M.P.H.; THOMPSON, N.G.; VIRMANI, Y.P.; PAYER, J.H. Corrosion Costs and Preventive Strategies in the United States.Disponívelem: . Acesso em: 01 ago. 2012.

3. Acidente na Fonte Nova mata sete torcedores. Atarde Online, Bahia, 26 nov. 2007. Disponível em: . Acesso em: 11 mar. 2012.

4. RIBEIRO, D.V. Influência da adição da lama vermelha nas propriedades e na corrosibilidade do concreto armado. 2010,108p.Tese( Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos.

5. CASTELLOTE, M.; ANDRADE, C.; ALONSO, C. Measurement of thesteady and non-steady-state chloride diffusion coefficients in a migrationtest by means of monitoring the conductivity in the anolyte chamber.Comparison with natural diffusion tests.Cement and ConcreteResearch, v.31, n. 10, p. 1411–1420, 2001.

6. ANDRADE, C. Calculation of diffusion coefficients in concrete from ionic migration measurements. Cement and Concrete Research, v.23, n. 3, p.724-742, 1993.

7. SHAFIQ, N. Effects of fly ash on chloride migration in concrete and calculation of cover depth required against the corrosion of embedded steel reinforcement. Structural Concrete.v.5, n.1, p 5-9, 2004.

8. AMPADU, K.O.; TORII, K.; KAWAMURA M. Beneficial effect of fly ash on chloride diffusivity of hardened cement paste. Cement and Concrete Research, v. 29, n. 4, p. 585-590, 1999.


INFLUENCE OF MICROSTRUCTURE ON MIGRATION RATE OF CHLORIDE IN CONCRETE
Abstract
In concrete structures, it is widely accepted that the presence of chloride ions is responsible for causing a breaking located in the passive layer and subsequent corrosion of the steel reinforcement bars. In the present study, the effect of microstructure (mainly porosity) in the rate of migration of chlorides was evaluated. To do so, the chloride concentration was monitored by measuring the conductivity of the anolyte, which was initially distilled water. Additionally, the diffusion coefficients in the states stationary and non-stationary was estimated, obtained through the "time lag" and the "equal time" measurement. The results showed that a gradual increase in the porosity of the concrete matrix is directly proportional to the rate of migration of chlorides.
Keywords: concrete, migration, chlorides, diffusion, durability.







©ensaio.org 2017
enviar mensagem

    Página principal