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COMUNICAÇÃO TÉCNICA ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Nº 175974

Projeto Petrobras - armadura: tecnologias para novos projetos e prolongamento de vida útil das estruturas de concreto armado Adriana De Araujo

Palestra apresentada no Centro de Tecnologia em Metalurgia e Materiais, IPT. 32 slides A série “Comunicação Técnica” compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública. ___________________________________________________________________________________________________

Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S/A - IPT

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www.ipt.br

“Projeto Petrobras - armadura” Tecnologias para novos projetos e prolongamento de

vida útil das estruturas de concreto armado

Período: 28.07.2015 a 21.04.2019

Adriana de Araujo

Laboratório de Corrosão e Proteção - IPT

14/12/2018

O objetivo geral do projeto é estudar novas tecnologias de proteção contra corrosão de estruturas de concreto, novas

e existentes, expostas ao ambiente marinho tropical

Grande parte das estruturas brasileiras estão sujeitas a uma degradação prematura, sendo isto

devido a falhas de execução, ausência de manutenções

periódicas eficientes e a não adoção de técnicas adequadas de proteção.

CO2 atmosférico penetra no concreto e reage com Ca(OH)2. As reações químicas resultam na redução do pH do concreto até 7,5, desestabilizando o filme passivo

do aço-carbono (corrosão generalizada). Esse fenômeno é denominado de carbonatação.

CO2

pH < 9,5

Corrosão da armadura em taxa

significativa em concreto úmido

Nas estruturas de concreto, a corrosão é desencadeada pela ação de dois agentes agressivos: CO2 e Cl-

Os íons Cl- são originários principalmente de atmosfera marinha. A presença de íons cloreto pode induzir à quebra localizada do filme passivo do aço-carbono, com formação de pites (corrosão localizada).

TECNOLOGIAS DISPONÍVEIS

ARMADURA aço-carbono

métodos eletroquímicos de proteção

proteção superficial por película

armaduras resistentes à corrosão

zincagem da armadura proteção catódica desalinização ou realcalinização

pintura epoxídica da armadura

aços ferríticos especiais aços inoxidáveis: Compósitos poliméricos reforçados com fibra de vidro

AÇÃO SOBRE

O CONCRETO

a/c; cobrimento fissuração.

Mo

nit

ora

men

to d

o c

on

cret

o e

da

arm

ad

ura

do ponto de vista físico

reserva alcalina; fixadores de Cl-

inibidores de corrosão etc.

do ponto de vista químico

Tra

ço

Cim

ento

Ad

ição

Ad

itiv

o

Técnicas de proteção economicamente viáveis ao se considerar o custo de construção, o custo de manutenção e a extensão da vida útil.

Proteção superficial: pinturas e hidrofugantes

Proteção catódica por corrente impressa;

Barras de aço-carbono revestidas: • zincagem por imersão a quente; • zincagem por aspersão térmica

sob revestimento por pintura epoxídica – duplex (dual-coated);

Barras de aço inoxidável: • AISI 304; • UNS 32304 (Lean duplex).

Barras de aço-carbono (referência); Sistemas de monitoramento.

Obras existentes: Proteção catódica por

corrente impressa em concreto reparado;

Proteção catódica galvânica em concreto reparado;

Proteção por inibidor de corrosão em concreto reparado;

Concreto reparado (referência).

OBRAS NOVAS OBRAS EXISTENTES

Bloco prismático: 400 mm x 150 mm x 150 mm. Barras: 3 barras com comprimento de 500 mm Recipiente acrílico: sem fechamento no fundo, com 270 mm x 60 mm x 56 mm Fissura artificial central na face superior: 0,3 mm de abertura e 260 mm de comprimento e 15 mm de profundidade, alinhada com a barra superior (distância de 5 mm).

Concepção dos corpos de prova e exposição a solução salina seguindo diretrizes das normas ASTM A955: 2015 e ASTM G109: 2007

Recipiente de solução NaCl 3 % sobre a fissura

Barra B1 – a ser contaminada

𝐶𝐴𝑥 = 𝐶𝐴𝑥−1 + 𝑡𝑥 − 𝑡𝑥−1 × 𝐼𝑥 − 𝐼𝑥−1

2

Em que CA é a carga acumulada, em coulombs, t é o tempo decorrido entre o início do ensaio e a medida da corrente, em segundos, I é o valor da corrente medida no tempo t, em amperes, e x é ciclo atual. Com essa determinação, obtém-

se a taxa de corrosão da macrocélula:

𝑇𝐶 =11600 ∗ 𝑉

𝐴 ∗ 𝑅

Concepção dos corpos de prova

Concepção dos corpos de prova – Técnicas de monitoramento

Tipos de corpos de prova Identi-ficação

Obras Novas

Lab Campo

Aço-carbono protegidos catodicamente

NPI 24 -

Aço-carbono AC 12 12

Aço-carbono zincado ZN 12 12

Aço inoxidável AISI 304 304 12 12

Aço inoxidável UNS 32304 LN 12 12

Par galvânico aço inoxidável AISI 304/aço-carbono

PGI 12 -

Par galvânico aço inoxidável UNS 32304/aço- carbono

PGL 12 -

Aço-

carb

ono

com

re

vest

imen

to d

úple

x Íntegro ZB I 6 6

Defeitos conforme recebido

ZB 6 6

Defeito 1,5 mm expondo o aço-carbono

ZB D1.5 10 10

Defeito 3 mm expondo o aço-carbono

ZB D3.0 2 2

Sistemas de monitoramento - 3 -

Tipos de corpos de prova Identi- ficação

Obras existentes

Lab Campo

Aço-carbono protegidos catodicamente

RPI 24 -

Aço-carbono com reparo convencional

R 12 12

Aço-carbono com reparo convencional associado ao embutimento de anodo de proteção catódica galvânica

RPG 12 12

Aço-carbono com reparo convencional associado à inibidor de corrosão

RI 12 12

OBRAS NOVAS OBRAS EXISTENTES

Resultados

Obras novas – Prevenção catódica iniciada após a construção (concreto não contaminado e armadura passiva)

17

18

15

NPI-13 231

NPI-14 201

NPI-15 0

NPI-16 17

NPI-17 47

NPI-18 0

NPI-19 178

NPI-20 123

Critério - ciclo 18

NPI-13 424

NPI-14 333

NPI-15 351

NPI-16 499

NPI-17 142

NPI-18 360

NPI-19 289

NPI-20 54

Critério final

Gráfico do potencial natural barra B1 – PN (4h)

Reajuste constante p/ estabelecer o

critério de 100 mV!

Reajuste constante p/ estabelecer o critério de

100 mV! Comportamento

variável!

Reajuste somente no

Ciclo 18!

CPs NPI 21-24 – sem proteção!

Critério < 100

Mais intensa a corrosão, menor é o valor de

critério! Heterogeneidade do concreto!

B1

Obras novas – Prevenção catódica iniciada quando da contaminação (concreto contaminado e armadura ativa)

NPI-1 572

NPI-2 96

NPI-3 331

NPI-4 193

NPI-5 186

NPI-7 389

NPI-8 238

Critério final


Sem proteção catódica

Menos intensa a corrosão, maior o é o valor de critério!

7

1




variável!

Obras reparadas – Proteção catódica iniciada quando da contaminação

(concreto reparado e contaminado e armadura “passiva”)

RPI-1 91

RPI-2 126

RPI-3 85

RPI-4 89

RPI-5 82

RPI-6 103

RPI-7 100

RPI-8 159

Critério final


Heterogeneidade do concreto!


Regulagem constante para manter e ajustar

o critério! Comportamento

variável!



variável!

B1

Obras Existentes – Proteção catódica galvânica após reparo (armadura passiva/corrosão incipiente)

Valor do PN dos CPs protegidos se manteve ao longo do tempo de contaminação, sendo

próximo do valor do PCA dos CPs sem proteção!


Reparo

Concreto

original

Reparo

Anodo de

sacrifício

CPs R – sem proteção!

RPG - 1 144

RPG - 2 199

RPG - 3 243

RPG - 5 300

RPG - 6 182

RPG - 8 257

RPG - 11 183

Critério final

Obras Existentes – Proteção por inibidor de corrosão no reparo (inibidor em pó) e no concreto original (MCI)

Elevação dos potencias indicando repassivação e

diminuição da taxa de corrosão!


Reparo

Anodo de

sacrifício

Reaplicação do inibidor Ciclo 4

Aplicação do inibidor

B1

Obras Existentes - Proteção catódica galvânica em meio contaminado


-1100

-1000

-900

-800

-700

-600

-500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718

Po

ten

cia

l (

Ag

|Ag

Cl|

KC

l 3 m

ol/L

)

Tempo (mês)

B1

B2

B3

B4

B5

Sentinel-PN4h

0

50

100

150

200

250

300

350

400

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Cri

téri

o d

e 1

00 m

V

Tempo (mês)

B1

B2

B3

B4

B5

150 C


-1100

-1000

-900

-800

-700

-600

-500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718

Po

ten

cia

l (

Ag

|Ag

Cl|

KC

l 3 m

ol/L

)

Tempo (mês)

B1

B2

B3

B4

B5

MasterProtect-PN4hMasterProtect-PN24h

0

50

100

150

200

250

300

350

400

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Cri

téri

o d

e 1

00 m

V

Tempo (mês)

B1

B2

B3

B4

B5

250 C

Obras Existentes - Proteção catódica galvânica em meio contaminado

Obras Novas – sistema de monitoramento

Corpo de prova CPA

EPCP

(externo)

EPCP-3

(interno)

SE1

(CorroZoa)

SE3

(BAC)

SE2

(SensorTec)

PCA indicativo de CORROSÃO!

B1/B1.1 B2/B2.1 B3/B3.1 B4/B4.1

Avaliação em laboratório eletrodos – sistema de monitoramento

Solução saturada de Ca(OH)2

Solução saturada de Ca(OH)2 variação oxigênio Solução Ca(OH)2 + NaCl 0,4 %

Solução Ca(OH)2 pH 9,5

Avaliação em laboratório eletrodos – sistema de monitoramento

Solução Ca(OH)2 + NaCl 1 %

Concreto íntegro – CP1 Concreto íntegro – CP2

Obras novas – Barra zincada

Corpos de prova de concreto

ZN–01, 09, 10 e 11: estabilização final dos valores de PCA indicam possível passivação, enquanto a variação

dos valores dos depois CPs e maior eletronegatividade, indica possível estado ativo, sendo o anodo e as B2-B3

o catodo da macrocélula. A carga cumulada e taxa indica maior corrosão dos

CPs ZN–02 e 05.

PCA barra B1 Carga acumulada

Taxa de corrosão

Barra superior- B1 Barra inferior – B2 Produto de

corrosão escuro e

brancos - 500 mV

Estabilização PCA

Obras novas – Barra zincada

Preparação das barras

Barras de aço-carbono na etapa de limpeza química, seguida de fluxagem e secagem em forno, antes da zincagem.

Barras de aço-carbono, em destaque, sendo retirado do banho de zinco, ao final de 5 min de imersão

(a)

(b)

(c)

Figura 1 – Finalização do processo de zincagem. Cromatização das barras zincadas após o resfriamento (a), secagem

ao ar após cromatização (b) e embalagem para transporte (c).

Cromatização das barras zincadas após o resfriamento (a), secagem ao ar após cromatização (b) e embalagem para transporte (c).

Corpos de prova de concreto - PCA barra B1

Obras novas – Barra zincada sob pintura epoxídica - duplex

Revestimento duplex das barras conforme recebido

ZB–01, Ciclo 1 -5: valores de PCA característicos do estado ativo do zinco, no Ciclo 19, possível PCA do estado passivo do

zinco, bem como p/ ZB–03 e 02 ZB–04, 05 e 06 : valores de PCA

característico de estado passivo do aço (nas falhas)

Revestimento duplex das barras íntegro (exame visual)

ZBI–02, 03 e 04: valores de PCA próximo de zero , característico de revestimento íntegro.

ZBI–01 e 06, Ciclo 1 -6: valores de PCA característico do estado ativo do zinco,

seguido de estabilização do PCA.

Zinco ativo

Estabilização PCA

Estabilização PCA

Resistência química 15 corpos de prova com as seguintes características:

100 mm de comprimento 2 defeitos equidistantes de 3 mm de diâmetro expondo o aço

Critério da ASTM A1055/A1055M (2010) Durante o período de ensaio, não pode: • formar bolhar; ficar macio; perder aderência; desenvolver fissuras

Após 45 dias de ensaio: • não deve apresentar cortes embaixo do revestimento, ao redor do furo intencional

• Resultado: não foram observadas alterações do revestimento ao final do ensaio

H2O DI CaCl2 3 mol/L NaCl 3 mol/L Ca(OH)2sat NaOH 3 mol/L

24

Obras novas – Barra zincada sob pintura epoxídica - duplex

Source: Gerdau (2016)

Epoxy coating

Zinc coating

Steel rebar

Descolamento catódico

Solução 3 % de NaCl

Eletrodo de referência calomelano saturado

Contraeletrodo de platina

25

• Critério da ASTM A1055/A1055M o O raio médio do descolamento do revestimento nas 3 barras ensaiadas não

deve exceder 7,5 mm;

o A medida é feita a partir da borda do defeito em 0°, 90°, 180° e 270°;

o Resultado: o raio médio de descolamento nos corpos de prova foi muito baixo (2,9 mm)

180°

270°

0°

90°

Obras novas – Barra zincada sob pintura epoxídica (dual-coated)

3 corpos de prova com 610 mm de comprimento

com três defeitos propositais com Ø 3 mm

816 h de ensaio em câmara de névoa 5 % NaCl

(ABNT NBR 8094: 1983)

Critério da ASTM A1055/A1055M • A média do raio de descolamento do revestimento de 9 áreas de testes

em 3 barras revestidas não pode exceder 3 mm quando medido do limite do defeito inserido no revestimento;

• A medida é feita a partir da borda do defeito em 0, 90, 180 e 270;

• Resultado: o raio médio de descolamento nos corpos de prova foi baixa (3,0 mm).

26

Obras novas – Barra zincada sob pintura epoxídica

Névoa salina

Obras novas – Barras de aços inoxidáveis

Corpos de prova de concreto

B1 AISI 304/B2-B3 AISI 304 Valores de PCA característico

de estado passivo do aço. Cargas acumuladas

desprezíveis.

B1 UNS S32304/B2-B3 UNS S32304

Valores de PCA característico de estado passivo do aço.

Cargas acumuladas desprezíveis, com condição

de anodo e catodo das barras indefinida

Obras novas – Barras inoxidáveis

Macrocélula de corrosão

Solução Concreto

B1 Aço-carbono (solução

NaCl 3 %) / B2-B3 Aço-carbono

B1 ativa Carga acumulada elevada (entre em torno de 400 C

a 900 C)

B1 AISI 304 (solução NaCl

3 %) / B2-B3 AISI 304

B1 passiva Carga acumulada

desprezível (abaixo de 5 C)

B1 LEAN DUPLEX (solução NaCl 3 %) /

B2-B3 LEAN DUPLEX



ENSAIO EM SOLUÇÃO – PAR GALVÂNICO

B1 AISI 304 (solução NaCl 3 %) /

B2-B3 Aço-carbono

B1 passiva Carga acumulada desprezível

(abaixo de 5 C) * Contaminação da solução

B2-B3 em dois ensaios



* Contaminação da solução B2-B3 em três ensaios


B2-B3 AÇO-CARBONO

Conclusões ensaios em solução: Apenas o aço-carbono apresentou estado ativo de corrosão. Ensaios de AISI 304/AC e LD/AC indicaram que as barras de aço inoxidável não apresentaram corrosão e, devido à contaminação, algumas barras de AC apresentação corrosão.

ENSAIO EM CONCRETO

B1 AISI 304 (solução NaCl 3 %) /

B2-B3 AÇO-CARBONO


B2-B3 AÇO-CARBONO

B1 passiva (diferença PCA B1(catodo)/B2-B3 desprezível

=20 mV). Carga acumulada desprezível,

valor negativo (até em torno de -10 C)

B1 passiva (diferença PCA B1(anodo)/B2-B3 desprezível

=10 mV). Carga acumulada desprezível

(abaixo de 5 C)

Conclusões ensaios em concreto: Apenas o aço-carbono apresentou estado ativo de corrosão, após 504 dias. Ensaios de AISI 304/AC e LD/AC indicaram que as barras de aço inoxidável se mantiveram passivas e apresentaram comportamentos distintos: AISI 304 é o anodo do par com AC; Lean duplex é o catodo do par com AC.

“A mente que se abre a uma nova ideia jamais voltará ao

seu tamanho original.”

Albert Einstein

Obrigada!

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Laboratório de Corrosão e Proteção Fone: +55 (11) 3767-4044

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