universidade estadual de goiÁs – ueg unidade...

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS – UEG

UNIDADE UNIVERSITÁRIA DE LUZIÂNIA

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

JEANN WILSON AGUIAR CAVALCANTE

ISAAC DA SILVA BARBOSA

AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA DE DIFERENTES INIBIDORES DE

CORROSÃO EXISTENTES NO MERCADO NA PREVENÇÃO E

PROTEÇÃO DAS ARMADURAS EMBUTIDAS NO CONCRETO

PUBLICAÇÃO N°: ENC. PF-018/10

LUZIÂNIA / GO

2010






PUBLICAÇÃO N°: ENC. PF-018/10

PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

DA UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS.

ORIENTADOR: PROF. MARCELO BATISTA LIMA, M.Sc.

LUZIÂNIA / GO: 2010

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FICHA CATALOGRÁFICA

CAVALCANTE, JEANN WILSON AGUIAR; BARBOSA, ISAAC DA SILVA.

Avaliação da Eficiência de Diferentes Inibidores de Corrosão Existentes no Mercado naPrevenção e Proteção das Armaduras Embutidas no Concreto [Goiás] 2010

xv, 71P. 297 mm (ENC/UEG, Bacharel, Engenharia Civil, 2010)

Projeto Final - Universidade Estadual de Goiás. Unidade Universitária de Ciências Exatas eTecnológicas.

Curso de Engenharia Civil.

1. Causas e Corrosão 2. Efeitos da Corrosão3. Inibidores de corrosão 4. Comparativo entre Inibidores de corrosãoI. ENC/UEG II. Bacharel (2010)

REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

CAVALCANTE, Jeann Wilson Aguiar; BARBOSA, Isaac da Silva. Avaliação da Eficiência

de Diferentes Inibidores de Corrosão Existentes no Mercado na Prevenção e Proteção das

Armaduras Embutidas no Concreto. Projeto Final, Publicação ENC. PF-018/10, Curso de

Engenharia Civil, Universidade Estadual de Goiás, Luziânia, GO, 71p. 2010.

CESSÃO DE DIREITOS

NOME DOS AUTORES: Jeann Wilson Aguiar Cavalcante e Isaac da Silva Barbosa

TÍTULO DA DISSERTAÇÃO DE PROJETO FINAL: Avaliação da Eficiência de Diferentes

Inibidores de Corrosão Existentes no Mercado na Prevenção e Proteção das Armaduras

Embutidas no Concreto.

GRAU: Bacharel em Engenharia Civil ANO: 2010

É concedida à Universidade Estadual de Goiás a permissão para reproduzir cópias

deste projeto final e para emprestar ou vender tais cópias somente para propósitos acadêmicos

e científicos. O autor reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte deste projeto final

pode ser reproduzida sem a autorização por escrito do autor.

_____________________________Jeann Wilson Aguiar CavalcanteSRES Quadra 12 Bloco S casa 25 CruzeiroCEP: 70645-195 - Brasília/DF - Brasil

_____________________________Isaac da Silva BarbosaQSA 03 Lote 01 Ap. 304 - Tag. SulCEP 72015-030 - Brasília/DF - Brasil

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TRABALHO MONOGRÁFICO APRESENTADO AO CORPO DOCENTE DOCURSO DE ENGENHARIA CIVIL DA UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS,COMO PARTE DOS REQUISITOS PARA OBTENÇÃO DO TÍTULO DEGRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL.

APROVADO POR:

___________________________________________________MARCELO BATISTA LIMA, Eng. Civil - UEGORIENTADOR

___________________________________________________MARINA VAZ MONTEIRO LIMA, Eng. Civil - UEGEXAMINADOR INTERNO

___________________________________________________ISA LORENA BARBOSA, Eng. Civil - UEGEXAMINADOR INTERNO

DATA: LUZIÂNIA / GO, 12 de JUNHO de 2010.

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Aos meus pais e a minha esposa e ao meu orientador, pela compreensão, ajuda, paciência ecompanheirismo durante esta fase de estudo.

À minha mãe e minha esposa que sempre acreditaram e incentivaram a vontade de poder ser adiferença no mundo.

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AGRADECIMENTOS

Gostaria de expressar os meus sinceros agradecimentos a todos os professores do curso deengenharia civil em especial ao orientador Prof. Marcelo Batista Lima, pois se dedicaram edesprenderam um grande tempo nesta nobre missão que é repassar conhecimento, ensinar etrocar experiências com o objetivo de transformar as pessoas, para que com o ensinamentopossamos transformar o mundo que vivemos em um mundo melhor, sem nos esquecer dodesenvolvimento sustentável, pois haverão novas gerações que deverão desfrutar do bensadquiridos pela geração anterior.À minha família, pois foi a base da minha educação e estrutura para o minha vida, à minhaesposa que souber entender os momentos difíceis que era ficar longe da família, paracaminhar em busca do conhecimento, ao meu filho que me inspirou a buscar mais, pois nosmomentos de cansaço era o sorriso dele que me fortalecia.Aos amigos de turma, pelos momentos de luta que passamos juntos, mas isso serviu para nosfortalecer e aprender que podemos ser fortes juntos mas fracos quando separados.Muito obrigado a todos.

À Deus, por manter o plano espiritual para a conclusão desse desafio.Ao pilar básico de toda essa empreitada: Minha família. Especialmente, em memória à minhamãe, Senhora Terezinha, que sempre incentivou e ensinou-me que desistência e retrocessonão fariam parte da minha vida e à minha esposa, Sheyla, que esteve do meu lado nessesmomentos de luta, esforço e dedicação e, sobretudo, no sentimento de ambas que sempreacreditaram no potencial que destinei para a engenharia e compreenderam que os momentosabdicados de suas companhias, pois sabiam que dias muito melhores nasceriam e acompensação seria gratificante.É muito satisfatória a oportunidade em agradecer todo o corpo docente da UniversidadeEstadual de Goiás que colaboraram com a minha formação, orientação e agregação de valorprofissional, ressaltando o trabalho dos Professores Marcelo Batista Lima, Edson T. Calderóne Edson Nishi, que desempenharam de forma altamente didática o ensino, os quais mefizeram imergir no campo de conhecimentos científicos em que a razão e a emoção podem sirestar no mesmo plano e, sobretudo, pela excelente experiência de poder prosseguir com acrença desses ilustres profissionais que é de manter o espírito altruísta e nobre da engenharia,a qual busca incessantemente por soluções para a sustentabilidade de nosso país certamenteesses valores influenciarão toda a minha jornada de vida e das conquistas que virão.Ao Corpo de Bombeiros Militar do Distrito Federal, pela oportunidade e preocupação empatrocinar e proporcionar o tempo para lapidar a sabedoria e aperfeiçoar o lado profissional-científico de seu Oficial.A todos os amigos de turma que passaram nessa temporada por todos os desafios e momentos,mas que juntos compartilham o mesmo sentimento de vitória.

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Não basta ensinar ao homem uma especialidade, porque se tornará

assim uma máquina utilizável e não uma personalidade. É necessário

que adquira um sentimento, senso prático daquilo que vale a pena ser

empreendido, daquilo que é belo, do que é moralmente correto.

Albert Einstein

"Tudo aquilo que pode ser imaginado, pode ser realizado".

Nikola Tesla

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RESUMO

Umas das formas de se prevenir o processo de oxidação de armaduras no concreto armado é autilização de aditivos inibidores de corrosão. Neste contexto, um estudo experimental foidesenvolvido no Departamento de Apoio e Controle Técnico (DCT.C) de Furnas CentraisElétricas S.A., em conjunto com a dissertação do presente orientador. O objetivo do estudo éavaliar a capacidade de proteção inerente aos diferentes inibidores de corrosão existentes nomercado frente à ocorrência do fenômeno da corrosão em armaduras. Os aditivos inibidoresde corrosão que foram estudados são o nitrito de sódio, o nitrito de cálcio, a amina e o tanino,nos seguintes teores de sólidos em relação à massa de cimento: 0%, 0,76%, 2,21% e 3,66%.Na metodologia de avaliação aplicada, os concretos foram induzidos e acelerados à corrosãopor meio de ciclos de molhagem e secagem em solução contendo cloretos. Ensaios depotencial de corrosão foram utilizados na avaliação dos concretos sob ação dos cloretos. Nointuito de se evidenciar não só a capacidade de proteção fornecida por cada aditivo inibidor decorrosão, bem como comparativos de custo entre os diferentes inibidores foram realizados aofinal da pesquisa.

Palavras-chave: corrosão de armaduras, inibidor de corrosão, comparativo de custo.

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ABSTRACT

One of the ways to prevent the process of corrosion of reinforcement in reinforced concrete isthe use of additives of corrosion inhibitors. In this context, an experimental study wasdeveloped in the Department of Technical Support and Control (DCT.C) from Central FurnasElectric SA, together with the supervisor of this dissertation. The objective of the study is toevaluate the ability of protection provided by different inhibitors of corrosion in the marketopposite the phenomenon of corrosion of reinforcement. The additives of corrosion inhibitorsbeing studied are the sodium nitrite, the nitrite of calcium, the amine and tannin in thefollowing levels of solids on the mass of cement: 0%, 0,76%, 2,21% and 3,66%. To theevaluation methodology applied, the concrete had been induced and accelerated corrosionthrough cycles of wetting and drying in a solution containing chlorides. Potential forcorrosion tests had been used to assess the action of chlorides in concrete. In order tohighlight not only the ability of protection provided by each of corrosion inhibitor additive,comparative costs between different inhibitors will be made at the end of the search.

Keywords: corrosion of reinforcement, corrosion inhibitor, comparative cost.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 - Manchas de ferrugem por corrosão da armadura (NÓBREGA e SILVA, 2002). ..5

Figura 1.2 - Fissuração do concreto de cobertura devido ao aumento de volume (NÓBREGA eSILVA, 2002). ............................................................................................................................5

Figura 2.1 - Diagrama de equilíbrio termodinâmico. Potencial x pH para o sistema de Fe-H2Oa 25ºC, delimitando os domínios de corrosão, passivação e imunidade (POURBAIX,1963) ...8

Figura 2.2 - Mecanismos das reações eletroquímicas (MAINIER, 2007)..................................9

Figura 2.3 – Processo eletroquímico de corrosão (FERREIRA, 2003)....................................10

Figura 2.4 - Corrosão eletroquímica, decorrente da exposição atmosférica ............................10

Figura 2.5 - Pilha de corrosão eletroquímica com dois eletrodos diferentes (NUNES e LOBO,1990).........................................................................................................................................12

Figura 2.6 - Efeito de alguns sais na redução em expansão de concreto (MCCOY eCALDWELL, 1951).................................................................................................................15

Figura 2.7 - Atuação dos inibidores anódicos (SCHULTZ, 2004)...........................................17

Figura 2.8 - Sistema anódico de controle de corrosão (RAMACHANDRAN, 2001) .............17

Figura 2.9 - Taxa de corrosão em função do tempo de imersão depois da carbonatação paraamostras com e sem NaNO2 (MATERIALS PERFORMANCE, 2004) .....................................18

Figura 2.10 - Barra em gelatina com cloreto (GAIDIS e ROSENBERG, 2001) .....................19

Figura 2.11 - Barra em gelatina com cloreto e nitrito (ROSENBERG e GAIDIS, 1979)........20

Figura 2.12 - Corrosão total do concreto medido com 2% de Nitrito de Cálcio (NACEINTERNATIONAL, 2000).........................................................................................................20

Figura 2.13 - Atuação dos inibidores catódicos (SCHULTZ, 2004)........................................21

Figura 2.14 - Taxa de corrosão em função do tempo de imersão depois da carbonatação comamostras com e sem MCI (MATERIALS PERFORMANCE, 2004) .........................................24

Figura 3.1 – Organograma das variáveis ..................................................................................30

Figura 3.2 – Ensaios de caracterização dos concretos: a) abatimento, b) massa específica, c)teor de ar e d) resistência à compressão ...................................................................................31

Figura 3.3 - Detalhe da barra de aço (a) e do modelo de corpo-de-prova utilizados naavaliação dos concretos sob a ação de cloretos (b) ..................................................................33

x

Figura 3.4 – Processo de indução e aceleração da corrosão: a) molhagem em solução comcloreto de sódio (durante 3 dias) b) secagem em uma estufa com circulação de ar (duração 4dias) ..........................................................................................................................................33

Figura 3.5 – a) Potenciostato utilizado nas medidas eletroquímicas e b) Célula de corrosão..34

Figura 3.6 – Ensaio de potencial de corrosão. a) equipamentos utilizados no ensaio e b)realização do ensaio..................................................................................................................35

Figura 4.1 – Potenciais de corrosão em função do tempo (número de ciclos) .........................39

Figura 4.2 – Superfície de resposta obtida dos valores de resistência à compressão aos 28 diasem função das variáveis do estudo (LIMA, 2009) ...................................................................41

Figura 4.3 – a) Concretos com tanino e b) Mistura do tanino em pó na água do traço............42

Figura 4.4 – Tempo de ataque (em ciclos) até o comportamento típico de despassivação,baseado nos valores de potencial de corrosão, dos concretos com relação a/c 0,45 do estudoespecífico sobre teores de aditivos inibidores de corrosão.......................................................43

Figura 4.5 – Resistência de polarização dos concretos com relação a/c 0,45 do estudoespecífico sobre aditivos inibidores de corrosão ......................................................................45

Figura 4.6 – Taxa de corrosão eletroquímica em função do tempo (número de ciclos) ..........46

Figura 4.7 – Custo dos inibidores utilizados considerando apenas os teores de sólidos. Preçono varejo dos aditivos: Tanino (pó) = R$ 3,21 o kg; Nitrito de cálcio (forma líquida com33,14% de sólidos) = R$ 70,00 balde de 20 kg; Nitrito de Sódio (pó) = R$ 14,00 o kg; amina(forma líquida, com 21,63% de sólidos) = R$335,00 balde de 25 kg ......................................51

Figura 4.8 – Acréscimo no valor do m3 de concreto (considerando concretos com relação a/c0,45, idênticos ao concreto de referência do estudo específico sobre inibidores) utilizando osinibidores nos teores 0,76%; 2,21% e 3,66% ...........................................................................52

Figura 4.9 – Acréscimo no valor do m3 de concreto utilizando os inibidores nos teoresrecomendados pelos fabricantes ...............................................................................................52

Figura 4.10 – Viabilidade técnico-econômica dos concretos do estudo que apresentaramelevadas eficiências ..................................................................................................................54

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1.1 - Alguns valores de potenciais padrões de eletrodo................................................11

Tabela 3.1 – Caracterização física e mecânica do aglomerante hidráulico: CPII F–32. ..........26

Tabela 3.2 – Caracterização do agregado miúdo......................................................................27

Tabela 3.3 – Caracterização do agregado graúdo.....................................................................27

Tabela 3.4 – Características básicas do aditivo superplastificante...........................................28

Tabela 3.5 – Caracterização e principais características do Tanino .........................................28

Tabela 3.6 – Caracterização e principais características do Nitrito de Cálcio .........................28

Tabela 3.7 – Caracterização e principais características da Amina..........................................29

Tabela 3.8 – Caracterização e principais características do Nitrito de Sódio P.A. ..................29

Tabela 3.9 – Proporcionamento das misturas e codificação utilizada......................................31

Tabela 3.10 – Caracterização do Concreto nos Estados Fresco e Endurecido .........................32

Tabela 3.11 – Critério de avaliação dos valores de potencial de corrosão de acordo com aASTM C 876 ............................................................................................................................35

Tabela 3.12 Critério de avaliação dos valores de taxa de corrosão (ALONSO; ANDRADE,2001).........................................................................................................................................38

Tabela 4.1 – Tempo de ataque total ao qual foi submetido cada concreto do estudo específicosobre inibidores de corrosão e os respectivos ciclos de despassivação do aço. .......................44

Tabela 4.2 – Eficácia dos inibidores usando os valores de taxa de corrosão eletroquímica dosconcretos do estudo específico sobre aditivos inibidores de corrosão, em seus 16º de ataque 48

Tabela 4.3 – Custo por metro cúbico dos concretos do estudo em R$.....................................53

Tabela 4.4 – Custo por metro cúbico dos concretos do estudo, destacando-se, em negrito, osque não apresentaram comportamento de despassivação após 112 dias de ataque..................54

xii

LISTA DE ABREVIATURA E SIGLAS

a/agl Água / Aglomerante

a/c Água / Cimento

ABIQUIM - Associação Brasileira da Indústria Química

ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas

ABRACO - Associação Brasileira de Corrosão

ASTM - American Society for Testing and Materials

C2S - Silicato dicálcico

C3A - Aluminato tricálcico

C3S - Silicato tricálcico

C4AF - Ferro-aluminato tetracálcico

CCIA - Concrete Corrosion Inhibitors Association

C-H - Hidróxido de cálcio

Cl- - Íon Cloreto

CPI - Cimento Portland Comum

CPII - Cimento Portland composto

CPII-E - Cimento Portland composto com escória

CPII-F - Cimento Portland composto com fíler

CPIII - Cimento Portland de alto forno

CPII-Z - Cimento Portland composto com pozolana

CPI-S - Cimento Portland comum com adição

CPIV - Cimento Portland pozolânico

CPV - Cimento Portland de alta resistência inicial

C-S-H - Silicatos de Cálcio Hidratado

DCT.C Departamento de Apoio e Controle Técnico

et. al. - entres outros

Mn+ - Íons Metálicos

N.E. Não Especificado

NACE - The National Association of Corrosion Engineers

NaCl - Cloreto de sódio

NaOH - Hidróxido de sódio

NBR - Norma Brasileira

pH - Potencial hidrogênio-iônico

xiii

RILEM - Reunião Internacional dos Laboratórios de Ensaios de Materiais

xiv

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .....................................................................................................................1

1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO ....................................................................................................1

1.2 OBJETIVOS DO TRABALHO ...........................................................................................4

1.3 JUSTIFICATIVA DO TEMA..............................................................................................4

1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO .........................................................................................6

2 REVISÃO DA LITERATURA ............................................................................................7

2.1 CORROSÃO DE ARMADURA..........................................................................................7

2.1.1 Corrosão Eletroquímica.....................................................................................................8

2.2 PREVENÇÃO DA CORROSÃO.......................................................................................12

2.3 INIBIDORES .....................................................................................................................13

2.3.1 Considerações Iniciais .....................................................................................................132.3.2 Conceituação ...................................................................................................................142.3.3 Grau de Proteção dos Inibidores......................................................................................152.3.4 Classificação de Inibidores..............................................................................................152.3.4.1 Quanto à concentração..................................................................................................162.3.4.2 Quanto à reação eletroquímica .....................................................................................162.3.4.2.1 Inibidores Anódicos...................................................................................................162.3.4.2.1.1 Nitrito de Sódio ......................................................................................................182.3.4.2.1.2 Nitrito de Cálcio .....................................................................................................192.3.4.2.2 Inibidores Catódicos ..................................................................................................212.3.4.2.3 Inibidores de Adsorção (Orgânicos a base d’água) ...................................................212.3.4.2.3.1 Amina .....................................................................................................................222.3.4.2.3.2 Tanino.....................................................................................................................24

3 METODOLOGIA................................................................................................................26

3.1 MATERIAIS ......................................................................................................................26

3.2 - VARIÁVEIS ....................................................................................................................29

3.3 - CONCRETOS ESTUDADOS .........................................................................................30

3.4 - MÉTODOS ......................................................................................................................31

3.4.1 Processo de Monitoramento da Corrosão por meio de Técnicas Eletroquímicas ...........343.4.2 Potencial de Corrosão (ASTM C 876, 2003) ..................................................................343.4.3 Resistência de Polarização...............................................................................................353.4.3.1 Determinação da Taxa de Corrosão Eletroquímica Via Resistência de Polarização ...36

4 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS .............................................39

4.1 POTENCIAIS DE CORROSÃO........................................................................................39

4.1.1 Relação Água / Aglomerante (a/agl) ...............................................................................39

4.2. TAXA DE CORROSÃO VIA RESISTÊNCIA DE POLARIZAÇÃO.............................44

xv

4.2.1 Relação Água / Aglomerante (a/agl) ...............................................................................44

4.3 ANÁLISE GLOBAL DOS RESULTADOS......................................................................47

4.3.1 Eficácia de Inibição dos Aditivos Inibidores de Corrosão e Discussões Gerais sobre aAtuação desses Inibidores ........................................................................................................47

4.4 ANÁLISE COMPARATIVA DE CUSTO DOS CONCRETOS .....................................51

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS..............................................................................................56

5.1 CONCLUSÕES..................................................................................................................56

5.2 SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS ................................................................57

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................58

ANEXO A – Catálogos dos Aditivos Inibidores de Corrosão ............................................64

A.1 – Catálogo do fabricante do nitrito de cálcio.....................................................................65

A.2 – Catálogo do fabricante da amina ....................................................................................67

A.3 – Catálogo do fabricante do tanino....................................................................................69

A.4 – Catálogo do fabricante do Nitrito de Sódio ....................................................................71

1

1 INTRODUÇÃO

Na dissertação do orientador deste trabalho (LIMA, 2009), diversos tipos de inibidores

de corrosão em conjunto com diferentes tipos de adições minerais e relações água/cimento

foram estudados no intuito de produzir concretos duráveis e econômicos para serem utilizados

na confecção de torres de energia eólica, estruturas de concreto armado de considerável valor

econômico agregado e com fim de vida útil de serviço bastante precoce. O pesquisador em

referência adotou os aditivos inibidores em sua dissertação nos teores mínimo e máximo

recomendados pelos fabricantes, o que prejudicou na obtenção da importante resposta da

eficiência real de cada aditivo inibidor, uma vez que os teores mínimo e máximo são

totalmente diferentes para cada tipo de aditivo. Diante do desafio de avaliar a eficiência de

diferentes aditivos inibidores de corrosão disponíveis no mercado na prevenção do processo

de corrosão de armaduras, é que se propõe o presente trabalho, eminentemente experimental,

o qual foi desenvolvido no Departamento de Apoio e Controle Técnico (DCT.C) de Furnas

Centrais Elétricas S.A., em Aparecida de Goiânia (GO), em conjunto com a dissertação do

presente orientador.

1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO

O aço tem sido o material mais empregado na maioria dos segmentos de bens de

produção básicos da sociedade. Nas últimas décadas, tem havido progressos consideráveis,

tanto na fabricação de novas ligas ferrosas quanto no desenvolvimento de novos materiais.

Com a utilização em larga escala em nível mundial do aço, há de se esperar que a corrosão

também ocorra de forma ampla.

A corrosão é um processo resultante da ação do meio sobre um determinado material,

causando sua deterioração, e se este fenômeno não for inibido ou interrompido, causará a

inutilização para uso. Segundo a definição de Ramanathan (1995), "o metal é convertido em

um estado não metálico, quando isso ocorre, o metal perde suas qualidades essenciais tais

como resistência mecânica, elasticidade e ductibilidade".

Segundo Panossian (1993), a corrosão metálica é definida como sendo, "a

transformação de um metal em íon metálico pela sua interação química ou eletroquímica

como o meio em que se encontra”.

2

A primeira alusão que se faz a corrosão é o aparecimento de ferrugem, sendo este uma

camada de cor marrom-avermelhada formada em superfícies metálicas. Apesar da relação

direta deste fenômeno com os metais, isso também ocorre em outros materiais, mesmo que

não visualmente percebidos, como no concreto e polímeros orgânicos, dentre outros materiais.

O concreto, segundo Helene (1992) devido à sua natural alcalinidade, proporciona ao

aço além da proteção química (pH > 12 a 13,5), a física, provenientes do cobrimento da

armadura; talvez por este motivo, acreditava-se que as obras construídas em concreto sejam

eternas. Porém, o aço submerso no concreto está sujeito a ataques dos agentes agressivos,

causando problemas de corrosão.

Do ponto de vista econômico, os prejuízos causados pelos danos da corrosão atingem

custos extremamente elevados, tanto direto como indiretamente, resultando em consideráveis

desperdícios de investimento; isto sem contabilizar os acidentes e perdas de vidas humanas

provocadas por desabamentos ocorridos pela deterioração total ou parcial do aço presente no

concreto armado.

Segundo a Comissão de Estudos de Corrosão de Elementos Metálicos em Concreto da

ABNT (CONSTRUÇÃO, 1991), problemas com a corrosão do aço no concreto no Brasil

trazem prejuízos anuais compreendidos em 3,5 a 4,0% do Produto Interno Bruto (PIB).

Gemelli (2001) reforça a questão, observando que “estima-se que a corrosão destrua 25% da

produção mundial de aço por ano, o que corresponderia, em média, entre 5 a 7 toneladas por

segundo”.

Pelos altos custos gerados pela corrosão, grandes indústrias de países desenvolvidos,

têm investindo altos custos em pesquisas no sentido de repensar projetos e processos em

buscas de soluções combinatórias, ao mesmo tempo mais eficazes e menos onerosas.

Mesmo com o avanço tecnológico no desenvolvimento de novos materiais e novos

produtos químicos, novos processos ou adequações de processos tradicionais persistem,

desencadeando direta ou indiretamente outros problemas de corrosão exigindo ainda mais

pesquisas, como é o caso de ligas especiais de alta resistência mecânica ou de materiais

"composites". No caso da indústria de energia nuclear ou aeroespacial, apesar do grande

progresso alcançado neste campo, não se conseguiu ainda elucidar os mecanismos de alguns

fenômenos da corrosão.

Atualmente a questão ambiental está sendo amplamente debatida, com vistas a

preservação do planeta para as gerações futuras. Conforme estudo realizado pela

3

Environmental Protection Agency - EPA, órgão de controle ambiental americano, estima-se

que existam cerca de 3 a 5 milhões de tanques de armazenamento de combustíveis e produtos

químicos enterrados no mundo, armazenando produtos de petróleo, solventes e outros

produtos perigosos, dos quais alguns milhares apresentam graves riscos de vazamentos, com

desperdícios de custos incalculáveis. Prováveis vazamentos nestes tanques, devido ao

processo de corrosão, podem acarretar na passagem de produtos para o concreto existente nas

bases da fundação, para as instalações de esgoto e para as tubulações de água potável,

trazendo sérios riscos à saúde e à segurança, contaminando o solo e conseqüentemente o

lençol freático dos aqüíferos em grandes proporções.

Atualmente, são realizadas em nível mundial, várias pesquisas científicas sobre

corrosão integrando várias áreas do conhecimento como a Química, Física, Metalurgia,

Eletroquímica, Termodinâmica, havendo com isso a integração de diversos centros de

pesquisa, associações, técnicos especializados e empresas privadas interessadas neste setor,

como podemos citar:

Internacional

A National Association of Corrosion Engineers - NACE, entidade mundial

voltada ao estudo e prevenção da corrosão, registra em seu site que já

possui mais de 20.000 membros em mais de 100 países (Fonte: Site Nace).

Nacional

Associação Brasileira de Corrosão - ABRACO, com sede no Rio de

Janeiro já reúne considerável contingente de profissionais de campos

variados do conhecimento técnico (Fonte: Site Abraco).

Instituto Brasileiro de Petróleo – IBP analisa casos práticos de Corrosão, a

partir dos fundamentos teóricos mais relevantes para o dia-a-dia na

indústria, possibilitando aos profissionais das áreas de inspeção,

manutenção e projetos a caracterização dos processos corrosivos e a

indicação de medidas protetoras adequadas.

Associação Brasileira da Indústria Química e de Produtos Derivados –

ABIQUIM possuem comissões técnicas que tratam da interação do

processo corrosivo com equipamentos industriais.

4

Estas instituições por meio de vários congressos e seminários têm apresentado

respeitado volume de produção científica e, por conseguinte, um excelente trabalho de

divulgação.

1.2 OBJETIVOS DO TRABALHO

O presente trabalho teve por objetivo geral avaliar a eficácia dos diferentes tipos de

inibidores de corrosão, existentes no mercado, adicionados de maneira prévia à mistura para

minimizar ou retardar o início das reações de corrosão de armaduras embutidas no concreto.

Dentre os objetivos específicos pode-se citar:

Determinar os teores para os quais os aditivos escolhidos são eficientes;

Determinar os critérios de desempenho para os diferentes aditivos

escolhidos;

Avaliar a viabilidade técnica e econômica dos diferentes aditivos

inibidores utilizados mediante a realização de comparativos de custo entre

os mesmos;

Contribuir com a difusão e utilização de inibidores de corrosão como

métodos de proteção das barras do concreto armado, visando maior

durabilidade das estruturas e garantindo menor investimento a médio e a

longo prazo, por parte dos construtores, diminuindo a relação custo-

benefício da edificação.

1.3 JUSTIFICATIVA DO TEMA

Este 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 determinados ambientes agressivos

(NÓBREGA e SILVA, 2002).

Conforme apresenta Berke (1989), "enquanto numerosos inibidores têm sido

sugeridos, apenas um pequeno grupo tem sido estudado seriamente, e somente o Nitrito de

5

cálcio, está sendo utilizado comercialmente, em grande escala, nos Estados Unidos, Japão e

Europa".

A utilização de aditivos inibidores de corrosão vem crescendo gradativamente

principalmente após a década de 90, onde houve a intensificação maior de estudos por

migração, aliada a uma adesão mundial do uso de adições e aditivos no preparo do concreto,

com a finalidade de aumentar a durabilidade das estruturas (RIBEIRO, 2001; MEDEIROS et

al., 2002; GROCHOSKI, 2006).

Contemplando, a RILEM (1993), no relatório 124-SCR, declara que, se por um lado

os inibidores são eficazes no combate à corrosão, por outro é necessário especificar as

concentrações necessárias para que sua eficácia seja satisfatória.

Nas Figuras 1.1 e 1.2, é possível visualizar alguns problemas relacionados à corrosão

das armaduras em estruturas de concreto armado.

Figura 1.1 - Manchas de ferrugem por corrosão da armadura (NÓBREGA e SILVA, 2002).

Figura 1.2 – Vista inferior da fissuração do concreto de cobertura devido ao aumento de volume (NÓBREGA eSILVA, 2002).

6

1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO

O presente trabalho foi estruturado, até o momento, em cinco capítulos, além das

referências bibliográficas. A seguir será apresentada uma descrição sucinta a respeito do

conteúdo dos capítulos.

No capítulo 1, explana-se uma abordagem geral do trabalho, demonstrando a

necessidade de realização de pesquisas nesta área, visto que o fenômeno da corrosão atinge

grande parte das estruturas de aço, causando enormes prejuízos financeiros a nível mundial.

Neste capítulo foram abordadas também, as justificativas para a realização desta pesquisa,

bem como os objetivos a serem alcançados ao final do trabalho.

No capítulo 2, fundamenta-se uma revisão da literatura sobre os as causas e efeitos da

corrosão em estruturas de concreto armado, bem como a apresentação dos principais produtos

utilizados para inibir a corrosão neste tipo de estrutura.

No capítulo 3, apresenta-se o programa experimental do trabalho, sendo descritos os

materiais empregados, as variáveis do estudo, o planejamento estatístico dos experimentos

adotados, além dos métodos utilizados para a obtenção dos resultados, visando atingir os

objetivos propostos.

No capítulo 4, serão apresentados e discutidos os resultados dos testes comparativos

entre os diferentes tipos de inibidores de corrosão, sendo possível verificar o desempenho

característico de cada tipo de substância, frente aos diversos ciclos de ataque de cloreto

realizados.

No capítulo 5, serão apresentadas as conclusões e considerações finais dos testes

realizados, sendo realizadas algumas sugestões para futuras pesquisas na área.

7

2 REVISÃO DA LITERATURA

2.1 CORROSÃO DE ARMADURA

A corrosão consiste na interação destrutiva dos materiais pela ação química ou

eletroquímica do ambiente, podendo estar ou não associado a esforços mecânicos. A corrosão

pode incidir sobre diversos tipos de materiais, sejam metálicos, como os aços ou as ligas de

cobre, ou não metálicos, como plásticos, materiais cerâmicos ou no concreto.

A corrosão das armaduras de concreto armado é um fenômeno de natureza

predominantemente eletroquímica que ocorre em presença de água, íons e oxigênio

(NÓBREGA e SILVA, 2002).

Segundo Pourbaix (1963), a armadura no interior do concreto encontra-se em meio

altamente alcalino, pH em torno de 12,5 a 13,5. Esta alcalinidade provêm da fase líquida,

constituinte dos poros do concreto, a qual, nas primeiras idades basicamente é uma solução

saturada de hidróxido de cálcio – Ca(OH)2 (Portlandita), sendo esta oriunda das reações de

hidratação do cimento (CASCUDO, 1996).

Pourbaix (1963) em seus estudos demonstrou que conforme o potencial versus pH do

sistema ferro-água a 25ºC (Figura 2.1), que para a ordem de grandeza do pH no concreto e

para uma faixa usual do potencial de corrosão, também no concreto, da ordem de +0,1 a -0,4V

em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio (HELENE, 1992), as reações de eletrodo

verificadas no ferro são de passivação. Esse tipo de diagrama indica as condições de potencial

e pH em que um processo particular de reação corrosiva é termodinamicamente favorável

(CASCUDO, 1997).

8

Figura 2.1 - Diagrama de equilíbrio termodinâmico. Potencial x pH para o sistema de Fe-H2O a 25ºC,delimitando os domínios de corrosão, passivação e imunidade (POURBAIX,1963)

Além disso, uma série de outros fatores intrínsecos, (espessura do recobrimento,

permeabilidade do concreto, resistividade elétrica, o tipo de cimento, areia e brita utilizada)

exercem importante papel na velocidade da corrosão. Outro fator a ser considerado é o

ambiente onde a estrutura se encontra, pois este também exerce influência no

desenvolvimento da corrosão (NÓBREGA e LIMA, 2002).

O termo corrosão tem sido empregado para designar o processo de destruição total,

parcial, superficial ou estrutural dos materiais por um ataque eletroquímico, químico ou

eletrolítico (MERÇON et al, 2004). Com base nesta definição, pode-se classificar a corrosão

em três tipos:

Eletroquímica;

Química;

Eletrolítica.

Como o objetivo deste trabalho é o estudo da influência dos inibidores da corrosão no

aço embutido no concreto armado, será abordado mais amplamente o processo eletroquímico,

pois é o tipo de corrosão que predominantemente ocorre.

2.1.1 Corrosão Eletroquímica

A corrosão eletroquímica é um processo espontâneo, passível de ocorrer quando o

metal está em contato com um eletrólito, onde acontecem, simultaneamente, reações anódicas

e catódicas.

A transferência dos elétrons da região anódica para a catódica é feita por meio de um

condutor metálico, e uma difusão anions e cátions na solução fecha o circuito elétrico

(GENTIL, 2003).

A intensidade do processo de corrosão é avaliada pelo número de cargas de íons que

se descarregam no cátodo ou, então, pelo número de elétrons que migram do ânodo para o

càtodo (MAINIER, 2007), conforme ilustra a Figura 2.2.

9

Figura 2.2 - Mecanismos das reações eletroquímicas (MAINIER, 2007)

Helene (1992) apresenta que, para que a corrosão das armaduras no interior do

concreto se desenvolva, são necessários três fatores:

a. Eletrólito, que irá conduzir os íons, gerando uma corrente de natureza iônica

e, para dissolver o oxigênio. O eletrólito, no concreto é constituído

basicamente, por íons em solução, pois, salvo raras exceções (altas

temperaturas), sempre haverá água presente nos poros do concreto.

b. Diferença de potencial entre dois pontos quaisquer da armadura, seja pela

diferença de umidade, aeração, concentração salina, tensão no concreto e/ou

no aço, impurezas no metal, heterogeneidades inerentes ao concreto, pela

carbonatação ou pela presença de íons. Formam-se assim duas regiões

distintas, ou seja, uma região catódica e outra anódica. Qualquer diferença de

potencial entre as zonas anódicas e catódicas acarretam no surgimento de

corrente elétrica. Dependendo da magnitude dessa corrente e do acesso de

oxigênio, poderá ou não ocorrer corrosão.

c. Oxigênio, que regulará todas as reações de corrosão, dissolvido na água

presente nos poros do concreto.

Segundo Cascudo (1997), a corrosão eletroquímica ocorre como resultado da

formação de pilhas ou células de corrosão, com eletrólito e diferença de potencial entre

trechos da superfície do aço. O eletrólito ou fase líquida do concreto, trata-se basicamente de

uma solução saturada de hidróxido de cálcio ou Portlandita - Ca(OH)2, contendo também íons

de hidróxido de sódio - NaOH e hidróxido de potássio - KOH, além de íons agressivos

originários do meio externo carregados iônicamente. Já com relação à diferença de potencial,

10

essa pode ter origem a partir de várias causas, dentre as quais destacam-se: diferença de

umidade, concentração salina diferencial, tensão e/ou heterogeneidades no concreto e no aço;

sendo que a literatura ressalta a aeração diferencial devida à maior ou menor compacidade e

qualidade do concreto como a principal causa geradora da diferença de potencial. As partes

que possuem um potencial maior se convertem em ânodo e as que possuem um potencial

menor se convertem em cátodo. A Figura 2.3 ilustra o processo eletroquímico.

Figura 2.3 – Processo eletroquímico de corrosão (FERREIRA, 2003)

Pode-se verificar na Figura 2.4, os efeitos do processo de corrosão eletroquímica

causada pela exposição atmosférica.

Figura 2.4 - Corrosão eletroquímica, decorrente da exposição atmosférica

11

A diferença de potencial da pilha (ddp) é mais acentuada quanto mais distante

estiverem os metais na tabela de potenciais de eletrodo, Tabela 1.1 (NUNES e LOBO, 1990).

Tabela 1.1 - Alguns valores de potenciais padrões de eletrodo

Fonte: Nunes e Lobo, 1990

Na Figura 2.5, mostra-se um exemplo de uma pilha galvânica, onde a área anódica

(Fe) sofre o desgaste. O eletrólito é uma solução condutora ou condutor iônico que envolve

simultaneamente as áreas anódicas e catódicas.

12

Figura 2.5 - Pilha de corrosão eletroquímica com dois eletrodos diferentes (NUNES e LOBO, 1990).

2.2 PREVENÇÃO DA CORROSÃO

Os principais mecanismos de deterioração sobre concreto aparente são corrosão de

armaduras, acúmulo de fuligem, proliferação de fungos e lixiviação superficial.

Uma das soluções para se diminuir a incidência de problemas de corrosão relacionados

ao concreto consiste em alterar as suas propriedades superficiais.

Para evitar a corrosão de armaduras, deve-se conferir os cobrimentos mínimos com

medidas preventivas e controle da qualidade adequado. Na ocorrência de fissuras na

superfície do concreto, seja por retração ou por outros esforços, indica-se a estucagem

(argamassa) que tampa os vazios, obstruindo a entrada dos agentes agressivos. Em fissuras ou

trincas mais profundas, deve-se injetar material de baixa viscosidade, geralmente resina epóxi,

como medida para reduzir o risco de corrosão (ROSSO, 2009).

O possível contato do concreto com ácidos pode desintegrar a pasta de cimento e

expor o agregado. Como efeito secundário, a alcalinidade é reduzida, eliminando a

passividade das armaduras, que ficam sujeitas a fenômenos corrosivos.

13

Um das maneiras de prevenir a corrosão seria a redução da relação água/cimento,

inserindo adições minerais e uma película de proteção e utilizando ainda inibidores de

corrosão e aplicando impermeabilização nas superfícies, modificando a absorção de água,

capilaridade, porosidade e rugosidade do material, minimizando o surgimento de manchas e

reduzindo a manutenção corretiva.

Como as adições já são algo consagrado e as pinturas possuem pouca durabilidade

necessitando de constantes reparos, neste trabalho optou-se pelo estudo dos inibidores.

Os inibidores de corrosão podem ser definidos como substâncias ou misturas que,

adicionadas ao meio corrosivo, têm a função de inibir ou retardar as reações de corrosão dos

materiais metálicos ou não-metálicos.

Neste trabalho serão abordados alguns tipos de inibidores largamente utilizados como:

Nitrito de Sódio;

Nitrito de Cálcio;

Amina;

Tanino.

2.3 INIBIDORES

2.3.1 Considerações Iniciais

Os mecanismos de atuação desses produtos podem ser classificados da seguinte forma:

Impregnação da ferrugem: substância que penetra na camada porosa de

óxidos, encapsulando cada partícula, estabelecendo um sistema estável

com boa aderência. Ex: óleo de linhaça;

Conversão de ferrugem a outros compostos: mecanismo que envolve a

reação de produtos químicos diversos com os óxidos de ferro, dando

origem a produtos estáveis. Ex: tanino, ácido fosfórico, fosfato de

alumínio;

Inativação de sais solúveis: pigmentos ativos (óxido de chumbo) que

possuem efeito estabilizante, pois inativam ânions tais como cloreto ou

sulfato.

14

2.3.2 Conceituação

Inibidor de corrosão é uma substância química ou uma composição de substâncias que

pelo seu uso em ambiente corrosivo reduz ou elimina os efeitos da corrosão e não causa efeito

adverso no concreto, seja este no estado fresco ou endurecido. Andrade (1992) define que, “os

inibidores de corrosão são substâncias que possuem a capacidade de bloquear a atividade da

reação anódica, da reação catódica ou de ambas. No caso particular do concreto, estas

substâncias devem ser ativas em um meio alcalino, e não alterar substancialmente suas

propriedades físicas, químicas e mecânicas.”

Existem duas maneiras de se adicionar o inibidor ao concreto:

Adicioná-lo junto com o concreto fresco para prevenção da corrosão;

Aplicá-lo na superfície das estruturas de concreto já existentes, para a

manutenção ou conservação (DE SCHUTTER e LUO, 2004).

Assim, depreende-se, conforme Callister Jr (1991), que os inibidores não deverão

alterar as propriedades do concreto (tempo de pega, aderência, retração, resistência,

expansões) e, além disso, estes terão que ser compatíveis com o concreto e, como são

adicionados à água de amassamento, não precisam de mão de obra especializada, facilitando

sua utilização (LIMA, 1996), sendo a exceção, no caso de corrosão por cloretos vindos do

exterior, pode ser que, eventualmente, a quantidade de inibidor não seja suficiente para conter

as ações dos cloretos, dando origem a corrosão localizada (ANDRADE, 1992) e nesse caso

pode requerer o uso de técnicas de recuperação localizadas.

As misturas diferentes conhecidas pela ação de reduzir as reações álcali-agregado

(RAA) dividem-se em dois grupos: aqueles que são efetivos em reduzir a expansão devido a

reação álcali-sílica e aqueles que baixam as expansões resultantes da reação álcali-carbono.

Para as reações álcali-sílica, as reduções na expansão de amostras de concreto foram obtidas

com o emprego de sais solúveis de lítio, bário e sódio, agentes protéicos de entrada de ar, pó

de alumínio, CuSO4, silicofluorídio de sódio, dentre outros, o nitrito de sódio e potássio

também podem ser usados (RIXOM e MAILVAGANAM, 1999).

A Figura 2.6 demonstra a ação de alguns sais devido à reação álcali-agregado.

15

Figura 2.6 - Efeito de alguns sais na redução em expansão de concreto (MCCOY e CALDWELL, 1951)

2.3.3 Grau de Proteção dos Inibidores

O grau de proteção (θ) é definido como a fração coberta da superfície de um metal

exposto a um meio corrosivo, em que exista a presença de moléculas de substâncias que

tenham a capacidade de se adsorver na superfície do metal, quer por um processo físico ou

químico (GUEDES, 1996).

O grau de proteção ou de cobertura (θ) é dado por:

θ = (i o - i i ) / i o (Equação 2.1)

onde: io e ii são as taxas de corrosão, sem e com inibidor, respectivamente.

A eficácia de um inibidor de corrosão, Ef, é definida em termos das taxas de corrosão,

com e sem inibidor, segundo a Equação 2.2:

Ef = (io - ii ) / io * 100 (Equação 2.2)

2.3.4 Classificação de Inibidores

Os inibidores podem ser classificados de duas formas:

16

Quanto à concentração;

Quanto à reação eletroquímica.

2.3.4.1 Quanto à concentração

Os inibidores podem ser classificados de duas formas:

Inibidor seguro: Quando em concentração insuficiente na superfície

metálica ocasiona corrosão uniforme sem danos localizados. Ex.: Inibidor

misto.

Inibidor perigoso: Quando em concentrações insuficientes na superfície

metálica causa corrosão de caráter localizado, gerando assim corrosão

mais grave do que se estivesse sem inibidor. Ex.: Inibidores anódicos.

2.3.4.2 Quanto à reação eletroquímica

2.3.4.2.1 Inibidores Anódicos

Os inibidores anódicos são aqueles que atuam nas reações anódicas, ou seja, retardam

ou impedem a reação do ânodo. Este tipo de inibidor, de uma forma geral, funciona reagindo

com o produto de corrosão inicialmente formado, Equação 2.3, dando origem a um filme

aderente e extremamente insolúvel na superfície do metal, Equação 2.4, o que resulta em uma

proteção quanto a corrosão (GENTIL, 2003).

OH-, CO3-, SiO4

4-, BO33- + H2O ácido + OH

-(Equação 2.3)

OH- + Metal n+M(OH)n (inibidor de corrosão) (Equação 2.4)

Na Figura 2.7 e 2.8, visualiza-se, a interferência da ação da concentração do inibidor

anódico sobre a corrente de corrosão. A curva catódica (amarela) sofre um giro da esquerda

para a direita. A curva anódica (azul) não se altera.

17

Figura 2.7 - Atuação dos inibidores anódicos (SCHULTZ, 2004)

Figura 2.8 - Sistema anódico de controle de corrosão (RAMACHANDRAN, 2001)

18

2.3.4.2.1.1 Nitrito de Sódio

O nitrito de sódio é um sal que funciona com o inibidor anódico, geralmente associado

com alta eficácia e baixo custo, mas os produtos da reação de compostos do concreto com o

nitrito são tóxicos (TRITTHART, 2003; ZHANG e LI, 2003; SCHIMITT, 2005).

Lima (1996), verificou o efeito do nitrito de sódio, molibdato de sódio e benzoato de

sódio como inibidores de corrosão em corpos-de-prova compostos por concreto e argamassa

de reparo durante um período de três meses. A menor taxa de corrosão obtida foi para corpos-

de-prova de argamassa com 1% (em massa) de nitrito de sódio.

O nitrito de sódio é um inibidor efetivo em concentrações suficientes praticáveis no

concreto. O fato que NaNO2 em dosagens acima de 4% não protege a corrosão da barra, no

caso do ataque conjunto de carbonatação e cloreto, isto implica que os inibidores compostos

por nitritos devem ser inadequados para este tipo de aplicação, pelo menos em níveis de

dosagens de 4%, porque eles tem mecanismos inibidores semelhantes. A dosagem mínima

para o NaNO2 é de 2%. Os resultados dos testes, Figura 2.9, demonstram que o NaNO2, pode

efetivamente combater a corrosão induzida por carbonatação do aço no concreto

(MATERIALS PERFORMANCE, 2004).

Figura 2.9 - Taxa de corrosão em função do tempo de imersão depois da carbonatação para amostras com e semNaNO2 (MATERIALS PERFORMANCE, 2004)

Um dos problemas associados com o uso do NaNO2 é seu efeito contrário na

resistência do concreto. Há uma preocupação quanto à adição de nitrito de sódio ao concreto,

pois neste podem conter agregados alcalinos que contribuem na expansão álcali-agregado. Se

19

quantidades inadequadas são usadas ou se proporção do inibidor em relação ao teor de cloreto

é pequena, a corrosão se torna intensamente localizada e o ataque é significante, causando

pites. Dessa forma seu uso é restrito devido a essas limitações. (RIXOM e

MAILVAGANAM, 1999).

As vantagens do uso do NaNO2 é a redução da lixiviação, eflorescências e da

probabilidade de ocorrências de reações álcali-agregado.

No mercado existem dois tipos de misturas de nitrito de sódio, uma do tipo acelerador-

resistência e outro do tipo normal, sendo ambos compatíveis com qualquer cimento Portland e

ainda se caracterizam por reduzirem a entrada de ar.

2.3.4.2.1.2 Nitrito de Cálcio

Em estudos, foi usado inicialmente como acelerador de pega do concreto em

substituição a outros produtos que continham cloreto, como o cloreto de cálcio (WR GRACE,

1969). É proposto o mecanismo de ação através do qual o nitrito de cálcio reage com os íons

ferrosos para formar um filme de óxido férrico, Fe2O3, ao redor do ânodo, de acordo com as

Equações 2.5 e 2.6 (VAYSBURD e EMMONS, 2004; ELSENER, 2001).

2 Fe2+ + 2OH− + 2 NO2 → 2 NO + Fe2 O3 + H2O

− (Equação 2.5)

2 Fe2+ + 2 OH− + 2 NO2 → 2 NO+ – FeO + OH− (Equação 2.6)

A Figura 2.10, ilustra uma seção de barra num conteúdo médio de gelatina com 2% de

cloreto de sódio. No anodo, íons ferrosos difundem da barra e reagem com um indicador

complexo para produzir uma cor azul. No cátodo, moléculas de oxigênio são reduzidas a íons

hidróxidos, virando fenolftaleína vermelha. Pode se notar, como o ferro foi removido da

barra.

Figura 2.10 - Barra em gelatina com cloreto (GAIDIS e ROSENBERG, 2001)

20

Na Figura 2.11, a mesma quantidade de cloreto de sódio é acrescentada a 2% de nitrito

de cálcio e não foi observada nenhuma perda de ferro ou redução de oxigênio. Observa-se

também que a armadura com o inibidor permanece imutável. Para serem usadas no concreto

armado, as misturas de inibidores de corrosão devem não só controlar a corrosão, mas

também ser compatível com o concreto (ROSENBERG e GAIDIS, 1979).

Figura 2.11 - Barra em gelatina com cloreto e nitrito (ROSENBERG e GAIDIS, 1979)

O nitrito de cálcio tem sido usado como inibidor de ataque por cloreto e como

acelerador no concreto há mais de 20 anos. Dados consideráveis estão disponíveis a respeito

de seus efeitos na inibição de corrosão (Figura 2.12), tempo de uso, resistência ao

congelamento, resistência e outras propriedades. Segundo Berker (1989), o nitrito de cálcio já

se demonstra como um efetivo inibidor de corrosão para aço no concreto.

Figura 2.12 - Corrosão total do concreto medido com 2% de Nitrito de Cálcio (NACE INTERNATIONAL, 2000)

As misturas baseadas em nitrito de cálcio inibem por reagirem com íons ferrosos

formando um filme protetor de óxido ferroso (RAMACHANDRAN et. al, 2001).

21

2.3.4.2.2 Inibidores Catódicos

Os inibidores catódicos atuam reprimindo a reações catódicas. Eles fornecem íons

metálicos que reagem com a alcalinidade catódica, produzindo compostos insolúveis que

inibe a difusão do oxigênio e a condução de elétrons. São utilizados como inibidores

catódicos os sulfatos de zinco, de magnésio e de níquel, pois seu íon Zn2+, Mg2

+ e Ni2+

formam com as hidroxilas, OH-, na área catódica os hidróxidos insolúveis: Zn (OH)2 e

Mg(OH)2 e Ni(OH)2, parando o processo corrosivo (GENTIL, 2003).

A Figura 2.13, demonstra a interferência da ação dos inibidores catódicos, repare que

não há um afastamento da curva anódica do aço. Nota-se que a curva catódica sofre um giro

da direita para a esquerda.

Figura 2.13 - Atuação dos inibidores catódicos (SCHULTZ, 2004)

2.3.4.2.3 Inibidores de Adsorção (Orgânicos a base d’água)

As misturas orgânicas à base d’água (aminas e ésteres) que funcionam por reduzir o

ingresso de íons cloreto no concreto e por formarem uma cobertura na superfície do metal

incrustado (RAMACHANDRAN et. al, 2001), ou seja, um inibidor orgânico de corrosão

(IOC) é um inibidor misto que inclui uma emulsão aquosa de ésteres e aminas, afetando

ambas as reações de corrosão anódicas e catódicas através de um mecanismo passivo-ativo.

22

Esse estudo, que se estende por mais de uma década, explora a parte ativa do IOC, o qual é

um filme formado de amina (FFA), usando a Spectroscopia de Transformação Infravermelha

Fourier (STIF) em pastoreação de reflexo. O mecanismo passivo do IOC reduz a

permeabilidade pela hidrólise de um éster à prova d’água orgânico e a deposição de sais de

cálcio insolúveis de ácidos graxos nos poros do concreto (BUFFENBARGER et al., 2000).

Destacam-se os colóides, aldeídos, compostos heterocíclicos nitrogenados, polifosfatos e

uréia. Muitas pesquisas têm apresentado aminas como eficientes inibidores de corrosão em

metais, utilizando-se desde aminas primárias a sais quaternários de amônio com cadeias

hidrocarbônicas simples, ramificadas ou cíclicas, ou ainda, aromáticas, variando de 4 a mais

de 8 átomos de carbono na cadeia (NETO et al., 2005).

As vantagens dos inibidores orgânicos são:

Presença de filme que protege de ataques por corrosão;

Inibidores orgânicos aumentam a energia de ativação na superfície do

metal (passivação);

Inibidores orgânicos caracterizam-se por eliminar corrosão sobre variações

de PH;

Adsorvem e formam uma fina camada polimérica.

2.3.4.2.3.1 Amina

As aminas são compostos orgânicos nitrogenados derivados do amoníaco (NH3)

resultantes da substituição parcial ou total dos hidrogênios da molécula por grupos

hidrocarbônicos e são divididas em primárias, secundárias e terciárias.

Estas têm como características a formação de uma película protetora que age na

adsorção das moléculas na superfície do aço, que o protege da umidade e dos cloretos.

Segundo Bavarian et. al (2000), utilizam-se compostos que funcionam na formação de um

filme monomolecular entre o metal e a água. Esses componentes são polares e tem uma

afinidade para superfície nas quais elas são adsorvidas. No caso dos filmes formados por

aminas, uma molécula é hidrofílica a outra hidrofóbica. Essas moléculas arranjam-se paralelas

a outras e perpendicular à armadura tal como é formada uma barreira contínua.

A presença desses filmes nas amostras da armadura encoberta no concreto com uma

mistura de inibição orgânica foi evidenciada pelos métodos de espectroscopia ultravioleta e

23

cromatografia a gás. Esses tipos de inibidores são conhecidos como inibidores de corrosão por

migração se forem capazes de penetrar pelo concreto para proteger o aço da presença de

cloretos. As formas pelas quais os inibidores migram é primeiro pela difusão através da

umidade que é normalmente válido para o concreto, e em seguida pela sua alta pressão de

vapor e finalmente pela fissuras e micro-rachaduras.

Esse mecanismo de migração permite aplicar uma grande quantidade da substância

onde é mais preciso. O processo de difusão dos inibidores ao longo do tempo migra através

dos poros do concreto para alcançar a superfície da barra e formar uma camada protetora.

Sugere-se que os inibidores migratórios são fisicamente adsorvidos na superfície do metal.

No mercado, existem vários tipos de inibidores baseados em aminas tais como os

Inibidores de Corrosão por Migração (MCI), hexametilenotetramina, propilamina, n-

butilamina, hexilamina, n-octilamina, dodecilamina, isopropilamina, sec-butilamina,

dietilamina, di-n-butilamina, tri-etilamina, tri-butilamina, ciclo-hexilamina, anilina,

difenilamina, dentre outros.

A eficácia das aminas como inibidores de corrosão está relacionada a um balanço entre

o número de grupamentos polares, seu peso molecular e ao fato de ser uma amina primária,

secundária ou terciária. O processo de adsorção do inibidor está relacionado à concentração

de Cr na liga. Os ensaios de polarização indicam redução nos valores das correntes anódicas e

catódicas, muito embora não impeçam o processo de dissolução ativa dos metais. Os

resultados de impedância confirmam a eficácia da anilina e tributilamina, verificando-se

aumento nos valores de resistência a transferência de carga, indicando maior proteção dos

metais. O aumento da temperatura tende a minimizar a eficácia dos compostos testados

(CARDOSO et al., 2005).

Conforme a revista Materials Performance (2004), foi concluído que as dosagens de

MCI entre 1,6 e 2% provê a efetiva inibição à corrosão para ataques por carbonatação e

cloreto, conforme ilustrado na figura 2.15, sendo assim a dosagem mínima pode ser

aumentada em comparação ao de carbonatação induzida em relação à concentração de cloreto.

24

Figura 2.14 - Taxa de corrosão em função do tempo de imersão depois da carbonatação com amostras com e semMCI (MATERIALS PERFORMANCE, 2004)

2.3.4.2.3.2 Tanino

Os taninos são polifenóis encontrados nos tecidos vasculares das plantas como folhas,

flores e sementes, cascas das árvores e gramas. Os taninos são responsáveis pelo gosto

adstringente presente no vinho e nas frutas verdes, além das cores que existem nas flores e nas

folhas que caem das árvores no outono. As espécies nativas do Brasil, pouco exploradas

comercialmente, mas com elevados teores de tanino na casca, são o Angico (Ana denanthera

colubrina), o Araribá (Centrolobium robustus), o Quebracho (Schipnosis lorentzil) e o

Barbatimão (Stryphnodendron rotundifolium). Mas as fontes vegetais de tanino incluem

também as folhas de árvores utilizadas para a fabricação de diversos tipos de chá. No Brasil, a

principal fonte vegetal de folhas para fabricação de chá é a Erva-mate (Ilex paraguariensis St.

Hil).

Taninos interagem com produtos de corrosão do ferro, como íons ferrosos e íons

férricos. O tanino é usado como agente conversor de ferrugem porque modifica a composição

e estrutura dos produtos de corrosão. Há evidência de que o filme formado na superfície

metálica com produtos de corrosão proporciona proteção frente à corrosão (CRIVELARO;

ROSSI; COSTA, 2004).

25

A reação do tanino com íons de ferro parece ser predominante em todo o processo,

tanto que se propõe que os taninos não sejam chamados de convertedores, mas sim de

estabilizadores de ferrugem. Segundo Knowles e White (1969, apud CRIVELARO, 2004), a

reação é dependente de oxigênio, com o tanato de ferro sendo formado nas áreas anódicas do

metal, enquanto hidrogênio seria liberado nas áreas catódicas. Rastrepin e Bazhmin (1967,

apud Crivelaro, 2004) concordaram com Knowles e White (1942, apud CRIVELARO, 2004)

quanto aos mecanismos que levam à formação do filme protetor, atribuindo-os às reações

eletroquímicas. Segundo Cupr e Pelikan (1965, apud CRIVELARO, 2004), os filmes amorfos

de tanato ancorados à superfície, formam uma barreira, sendo este a principal causa de

proteção.

Segundo Iwanow et al. (1990), os fatores que influenciam os tratamentos com tanino

são:

Concentração de tanino;

O pH do meio;

Potencial do metal;

Presença de ânions ativadores nos produtos de corrosão ou no meio.

Vários trabalhos indicaram que o aumento do teor de tanino nas soluções de

tratamento da superfície implica em perda de estabilidade da camada formada com o tempo.

Efetivamente, a maioria das soluções de tratamento citadas na literatura possui concentrações

que variam de 0,5 a 3,66% em massa.

26

3 METODOLOGIA

Neste capítulo é apresentada a caracterização dos materiais utilizados, as variáveis do

estudo, o procedimento de preparo dos concretos e dos corpos-de-prova adotados, assim como

também são expostos os métodos de avaliação que foram utilizados na obtenção dos

resultados, visando atingir os objetivos propostos.

3.1 MATERIAIS

Nesta pesquisa, fez-se uso de barras de aço carbono CA-50 com diâmetro nominal de

10 mm, como armadura longitudinal, e fios de aço carbono CA-60 com diâmetro nominal de

4,8mm, como estribos.

Para a preparação dos concretos empregou-se o cimento CP II F-32, cuja

caracterização encontra-se disposta na Tabela 3.1.

Tabela 3.1 – Caracterização física e mecânica do aglomerante hidráulico: CPII F–32.

Propriedades DeterminadasCP II – F – 32

Método de EnsaioValores

EncontradosLimites

NBR 11578(1991)

Massa específica (g/cm3) NBR NM 23 (2001) 3,00 não executado

FinuraResíduo na peneira 200 (%) NBR 11579 (2001) 2,1 ≤ 12 Resíduo na peneira 325 (%) NBR 12826 (2001) 5,1 não executadoÁrea específica – Baline (cm2/g) NBR NM 76 (1998) 4930 ≥ 2600

Tempos de Pega Início de Pega (h:min) NBR NM 65 (2003) 02:30 ≥ 1:00 Fim de Pega (h:min) NBR NM 65 (2003) 04:00 ≤ 10:00

Água de Consistência – pasta (%) NBR 11580 (1991) 29,60 não executadoExpansibilidade de Le Chatelier (mm) a quente NBR 11582 (1991) 0,00 ≤ 5

Resistência àCompressão

(MPa)

3 dias NBR 7215 (1996) 23,50 ≥ 10 7 dias NBR 7215 (1996) 30,10 ≥ 20 28 dias NBR 7215 (1996) 39,20 ≥ 32 e ≤ 49

ComponentesQuímicos (%)

Perda ao fogo NBR NM 18 (2004) 9,88 ≤ 6,5 Resíduo insolúvel NBR NM 15 (2004) 3,23 ≤ 2,5 Trióxido de Enxofre (SO3)

ProcedimentoFURNAS

IT.DCT.TC.403

1,82 ≤ 4,0 Dióxido de Silício (SiO2) 17,69

não executadoÓxido de Ferro (Fe2O3) 2,37Óxido de Alumínio (Al2O3) 5,01Óxido de Magnésio (MgO) 1,73 ≤ 6,5 Óxido de Cálcio (CaO) 60,46

não executado

Óxido de Cálcio livre (CaO) 1,40

ÁlcalisTotais

Óxido de Sódio (NA2O) ProcedimentoFURNAS

IT.DCT.TC.409

0,34Óxido de Potássio (K2O) 0,64Equivalente Alcalino 0,76

ÁlcalisSolúveisem àgua

Óxido de Sódio (NA2O) ProcedimentoFURNAS

IT.DCT.TC.409

0,32Óxido de Potássio (K2O) 0,37Equivalente Alcalino 0,56

Fonte: Furnas Centrais Elétricas S.A.

27

Como agregado miúdo utilizou-se areia natural de leito de rio, de natureza quartzosa,

com módulo de finura de 1,9 (areia fina). Já o agregado graúdo empregado foi a pedra britada

de rocha ígnea, do tipo litológico granito, com dimensão máxima característica de 12,5 mm

(brita 1). A caracterização destes agregados encontram-se nas Tabelas 3.2 e 3.3.

Tabela 3.2 – Caracterização do agregado miúdo.

Ensaios Realizados Norma Areia NaturalExigências

NBR 7211:2005

Absorção de água (%) NBR NM30:2001

0,7 N.E.*

Granulometria (M.F.) NBR NM248:2003

1,90 N.E.

Massa específica aparente doagregado seco (g/cm3)

NBR NM52:2003

2,55 N.E.

Massa específica do agregado saturadosuperfície seca (g/cm3)

2,57 N.E.

Massa específica (g/cm3) 2,60 N.E.

Massa unitária – Estado solto (kg/dm3) NBR7251:1982

1,37 N.E.

Teor de material pulverulento (%) NBR NM46:2003

1,85 < 5,0%

Teor de matéria orgânica (+/- clara)NBR NM49:2001

+ claranão pode ser mais escura que a

solução padrão

Teor de partículas leves (%)NBR

9936:1987Ensaio emandamento

N.E.

Teor de argila em torrões e materiaisfriáveis (%) – Via úmida

NBR NM44:2005

0,07 < 3,0%

Teor de argila em torrões e materiaisfriáveis (%) – Via seca

NBR7218:1987

0,07 < 3,0%

* N.E. = Não Especificado.Fonte: Furnas Centrais Elétricas S.A.

Tabela 3.3 – Caracterização do agregado graúdo.

Ensaios Realizados Norma Brita 12,5 mmExigências

NBR 7211:2005

Absorção de água (%) NBR NM 53:2003 0,9 N.E.*

Granulometria (M.F.) NBR NM 248:2003 5,66 N.E.

Índice de forma/paquímetro (c/e) NBR 7809:2006 3,1 N.E.

Massa específica S.S.S. (g/cm3)NBR NM 53:2003

2,61 N.E.

Massa específica seca (g/cm3) 2,59 N.E.

Massa unitária – Estado solto (kg/dm3) NBR 7251:1982 1,40 N.E.

Teor de material pulverulento (%) NBR NM 46:2003 1,87 N.E.

* N.E. = Não Especificado.


28

Ressalta-se que um aditivo superplastificante de 3ª geração foi empregado no ajuste do

abatimento requerido ( 13 cm), sem substituição a nenhum constituinte do concreto em

função dos baixos teores requeridos (< 1% em relação à massa do cimento).

Tabela 3.4 – Características básicas do aditivo superplastificante

Tipo de Aditivo Base pH Resíduos Sólidos Densidade

Superplastificante de 3º Geração Policarboxilato 4,6 43,43% 1,1 g/cm³


As caracterizações, bem como as principais características dos aditivos inibidores de

corrosão utilizados (tanino, nitrito de cálcio, amina e nitrito de sódio), encontram-se nas

Tabelas 3.5, 3.6, 3.7, 3.8 (respectivamente).

Tabela 3.5 – Caracterização e principais características do Tanino

Características e Propriedades Determinadas Resultado

Densidade aparente (23oC) 0,500 a 0,700 g/cm3

pH 9,5 a 10,5 (solução aquosa 1% p/v)

Voláteis 5,0% a 7,0% (105oC)

Estado físico Pó marrom

ComposiçãoTanino modificado quimicamente (extrato vegetal

obtido de um processo de lixiviação aquosa da cascada Acácia Negra modificada quimicamente).


Tabela 3.6 – Caracterização e principais características do Nitrito de Cálcio


pH 8,0 - 9,5

Estado físico Líquido amarelo

Solubilidade em água Completa

Voláteis (gr/L) 65% a 70% (21ºC)

Densidade 1,274 g/cm3

Resíduos 33,14


29

Tabela 3.7 – Caracterização e principais características da Amina


Densidade aparente (25oC) 1,06 kg/l

pH 10±1

Estado físico Líquido verde

ComposiçãoCombinação de substâncias inibidoras orgânicas e

inorgânicas

Resíduos 21,63

Dosagem 3% - 4% em relação ao peso de cimento no traço


Tabela 3.8 – Caracterização e principais características do Nitrito de Sódio P.A.

Características e Propriedades Determinadas Teor

Peso molecular 69,00

NaNO2 Mínimo 99,00%

Cálcio (Ca) Máximo 0,002%

Cloreto (Cl) Máximo 0,005%

Ferro (Fe) Máximo 0,001%

Metais pesados (Pb) Máximo 0,001%

Potássio (K) Máximo 0,005%

Sulfato (SO4) Máximo 0,005%


3.2 - VARIÁVEIS

Neste trabalho foram estudadas as seguintes variáveis independentes:

Aditivo inibidor de corrosão: Tanino, Nitrito de cálcio; Amina e Nitrito de

sódio.

Teor de aditivo inibidor: 0,76%; 2,21% e 3,66% (teores de sólidos),

utilizados em relação à massa de cimento, além de uma situação de

referência (0%).

A Figura 3.1, ilustra o organograma das variáveis.

30

Figura 3.1 – Organograma das variáveis

3.3 - CONCRETOS ESTUDADOS

Foram moldados concretos com teor de argamassa seca igual a 57% e com quantidade

de cimento em relação à quantidade de agregados secos totais (relação 1:m) igual a 1:4. Já a

relação água/cimento foi igual a 0,45, atendendo as exigências da NBR 6118 (2003) quanto à

relação a/c a ser adotada para efeitos de projeto de estruturas de concreto armado localizadas

em zonas de respingo de maré ( 0,45).

A Tabela 3.9 apresenta o proporcionamento das misturas, bem como a codificação que

foi utilizada para identificação dos diferentes tipos de concreto.

31

Tabela 3.9 – Proporcionamento das misturas e codificação utilizada

Relação a/agl Aditivo InibidorTeor de

Inibidor (%)Traço Unitário

(cimento:areia:brita:água)Codificação

0,45 Amina 0 1,0:1,85:2,15:0,45 0,45RR0

0,45 Amina 0,76 1,0:1,85:2,15:0,45 0,45RA0,76

0,45 Amina 2,21 1,0:1,85:2,15:0,45 0,45RA2,21

0,45 Amina 3,66 1,0:1,85:2,15:0,45 0,45RA3,66

0,45 Nitrito de Cálcio 0 1,0:1,85:2,15:0,45 0,45RR0

0,45 Nitrito de Cálcio 0,76 1,0:1,85:2,15:0,45 0,45RNC0,76



0,45 Nitrito de Sódio 0 1,0:1,85:2,15:0,45 0,45RR0

0,45 Nitrito de Sódio 0,76 1,0:1,85:2,15:0,45 0,45RNS0,76



0,45 Tanino 0 1,0:1,85:2,15:0,45 0,45RR0

0,45 Tanino 0,76 1,0:1,85:2,15:0,45 0,45RT0,76

0,45 Tanino 2,21 1,0:1,85:2,15:0,45 0,45RT2,21

0,45 Tanino 3,66 1,0:1,85:2,15:0,45 0,45RT3,66

3.4 - MÉTODOS

Ensaios de abatimento pelo tronco de cone (Figura 3.2.a), massa específica (Figura

3.2.b), e teor de ar (Figura 3.2.c), foram utilizados na caracterização do concreto no estado

fresco. Já no estado endurecido os concretos foram caracterizados quanto à resistência à

compressão (Figura 3.2.d), aos 7, 28 e 91 dias de idade.

Figura 3.2 – Ensaios de caracterização dos concretos: a) abatimento, b) massa específica, c) teor de ar e d)resistência à compressão

32

A Tabela 3.10 apresenta os resultados dos ensaios de caracterização.

Tabela 3.10 – Caracterização do Concreto nos Estados Fresco e Endurecido

Concreto

Caracterização no Estado Fresco Resistência à Compressão (MPa)

Abatimento(cm)

Teor de Ar(%)

Massa Específica(kg/dm3)

7 dias 28 dias 91 dias

0,45RR0 10 4,8 2,24 34,33 41,63 47

0,45RA0,76 18 3,8 2,28 31,27 42,55 51,42

0,45RA2,21 9 3,9 2,28 29,30 39,36 43,96

0,45RA3,66 7 2,8 2,29 24,65 32,7 40,91

0,45RR0 10 4,8 2,24 34,33 41,63 47

0,45RNC0,76 12 4,4 2,27 32,59 45,25 47,73

0,45RNC2,21 11 4,8 2,26 33,11 44,13 46,87

0,45RNC3,66 10 4,2 2,29 31,40 44,33 45,71

0,45RR0 10 4,8 2,24 34,33 41,63 47,00

0,45RNS0,76 12 4,4 2,27 32,59 39,22 42,45

0,45RNS2,21 10 4,2 2,29 31,40 36,92 38,40

0,45RNS3,66 11 4,8 2,26 33,11 35,07 32,28

0,45RR0 10 4,8 2,24 34,33 41,63 47

0,45RT0,76 4 3 2,28 34,00 44,74 45,19

0,45RT2,21 0 3 2,28 0,46 1,37 7,51

0,45RT3,66 0 1,3 2,30 0,95 1,59 7,9

Para realização dos ensaios de resistência à compressão foram moldados corpos-de-

prova cilíndricos de 15 cm de diâmetro e 30 cm de altura. Já para a avaliação dos concretos

sob a ação de cloretos, foram moldados corpos-de-prova cúbicos com arestas de 15 cm

armados com quatro barras longitudinais de aço carbono CA-50 (Figura 3.3). Estas barras

foram parcialmente inseridas no corpo-de-prova, garantindo-se um cobrimento de 2,5 cm nas

faces laterais e na base do corpo de prova. Visando estabelecer no interior do concreto uma

área metálica bem definida exposta à corrosão, as barras foram envolvidas com fita isolante

cobertas por pintura epóxi, de tal forma, que no momento da concretagem, parte da fita e da

pintura epóxi pudesse ser retirada, deixando uma área exposta de 5 cm na região central do

corpo-de-prova.

33

Figura 3.3 - Detalhe da barra de aço (a) e do modelo de corpo-de-prova utilizados na avaliação dos concretos soba ação de cloretos (b)

A avaliação dos concretos sob a ação de cloretos e ação do gás carbônico foi iniciada,

aos 91 dias de idade (após 28 dias de câmara úmida e de mais 63 dias de cura ao ar), e foi

realizada ao final de cada ciclo de indução/aceleração da corrosão. Estes consistem em

submeter os concretos ao agente agressivo preponderante em regiões litorâneas, mediante a

imersão em solução contendo cloreto de sódio (NaCl) diluído (Figura 3.4.a). Após esta

primeira etapa do ciclo (duração de 3 dias), os concretos foram induzidos à secagem em uma

estufa com circulação de ar (duração 4 dias), ilustrada na Figura 3.4.b, com temperatura de

(45 5º)oC e umidade do ar de (15 5º)%.

Figura 3.4 – Processo de indução e aceleração da corrosão: a) molhagem em solução com cloreto de sódio(durante 3 dias) b) secagem em uma estufa com circulação de ar (duração 4 dias)

34

3.4.1 Processo de Monitoramento da Corrosão por meio de Técnicas Eletroquímicas

O monitoramento dos concretos compreendeu o emprego das técnicas de potencial de

corrosão e de resistência de polarização as quais se encontram descritas nos subitens

seguintes.Ressalta-se que o equipamento utilizado nas medidas das propriedades supracitadas

foi um potenciostato da marca Voltalab 40 PGZ 301, versão 1.6, fabricado pela Radiometer

Analytical e gerenciado pelo software Voltamaster 4, versão 6.02. Quanto à célula de

corrosão utilizada, esta era constituída por 3 eletrodos, a saber: eletrodo de trabalho (armadura

do próprio corpo-de-prova conectado a um fio metálico), eletrodo de referência (calomelano

saturado conectado à solução por um capilar de Luggin-Haber) e o contra-eletrodo ou eletrodo

auxiliar (uma chapa de aço inoxidável disposta em uma face lateral do corpo-de-prova e

fixada por cinta elástica). A Figura 3.5 apresenta o potenciostato e a configuração da célula de

corrosão empregada, bem como a gaiola de Faraday utilizada com a finalidade de evitar

quaisquer interferências eletromagnéticas nas medidas eletroquímicas.

Figura 3.5 – a) Potenciostato utilizado nas medidas eletroquímicas e b) Célula de corrosão

3.4.2 Potencial de Corrosão (ASTM C 876, 2003)

A medida consiste na determinação da diferença de potencial elétrico entre o aço das

armaduras e um eletrodo de referência (calomelano saturado) que se coloca em contato com a

superfície do concreto. A Figura 3.6 ilustra o ensaio em referência.

35

Figura 3.6 – Ensaio de potencial de corrosão. a) equipamentos utilizados no ensaio e b) realização do ensaio

A avaliação dos resultados das medidas de potencial de eletrodo foi realizada de

acordo com os critérios da ASTM C 876 (ASTM, 2003), o qual associa os valores de

potencial à probabilidade de corrosão com as seguintes faixas de potenciais apresentadas na

Tabela 3.11.

Tabela 3.11 – Critério de avaliação dos valores de potencial de corrosão de acordo com a ASTM C 876

Potencial de corrosão relativo ao eletrodo dereferência de calomelano saturado (mv)

Probabilidade de corrosão (%)

Mais negativo que – 276 > 90

Mais positivo que – 126 < 10

Entre – 126 e – 276 Incerta

3.4.3 Resistência de Polarização

A resistência de polarização representa o quanto um sistema formado por

concreto/eletrólito/aço dificultam o desenvolvimento de um processo eletroquímico de

corrosão, isto é, um processo de transferência de carga elétrica no metal, ante um potencial ou

uma polarização externa imposta.

A técnica consiste em fazer uma varredura aplicando pequenos valores de potencial

(polarização) em torno do potencial de corrosão ou potencial livre do aço (Ecorr), registrando-

se a medida da corrente de polarização. Pode ser obtida, na prática, pela inclinação da curva

de polarização (potencial (E) versus corrente (i)), obtida à baixa velocidade de varredura, no

ponto em que i = 0, conforme a Equação 3.1 (ASTM G 59, 2003).

36

0/,0

dtdEi

pi

ER (Equação 3.1)

Onde: E é a variação da tensão em torno do potencial de corrosão;

i é a densidade de corrente lida para cada variação de tensão.

Na técnica em referência, a polarização é geralmente de 10 mV em relação ao

potencial de corrosão. Quando se impõe esta pequena polarização, faz-se uma extrapolação

das curvas anódicas e catódicas. Como essas curvas são semi-logarítmicas, nas proximidades

do potencial de corrosão (Ecorr), a relação entre o potencial e a soma algébrica das pequenas

correntes anódica e catódica é considerada linear, daí também a denominação do método de

polarização linear.

Nesta pesquisa optou-se pela determinação da resistência de polarização, ao final de

cada ciclo de indução e aceleração, por meio da técnica de voltametria cíclica1, permitindo

dessa forma compensar eventuais quedas ôhmicas. As polarizações aplicadas em torno do

potencial de corrosão (Ecorr) foram de ±10 mV, com taxa de varredura de 0,167mV/s, no

sentido anódico.

3.4.3.1 Determinação da Taxa de Corrosão Eletroquímica Via Resistência dePolarização

Na ausência de perturbações externas, os sistemas se corroem no potencial de corrosão

livre (Ecorr), com a exigência de uma estrita equivalência entre as intensidades dos processos

parciais anódicos e catódicos. No entanto, o equilíbrio elétrico existente no potencial de

corrosão livre impede a determinação direta da taxa de corrosão. Quando se rompe esse

equilíbrio, impondo-se uma polarização ao eletrodo de trabalho, tem-se como resposta uma

corrente externa, sendo esta a diferença entre as duas taxas, a anódica e a catódica (STERN;

GEARY, 1957 apud CHANG et al., 2008).

Dessa forma, os métodos de polarização são convenientemente utilizados para medida

de taxa de corrosão. Além disso, fornecem resultados de forma bastante rápida, enquanto são

necessários vários meses para realizar uma medida por perda de massa (ANDRADE;

ALONSO, 1996).

1 A voltametria cíclica constitui uma técnica eficaz e versátil no estudo de mecanismos de sistemas mediadores, permitindo a suacaracterização a partir dos potenciais dos picos de intensidade registrados e das modificações provocadas por alteração da velocidade devarrimento. Por outro lado, permite o estudo comparativo de materiais de elétrodo e do estado da superfície do material.

37

A base dos métodos de polarização eletroquímica para determinação da taxa de

corrosão, segundo Souza (2007), é a expressão abaixo, que relaciona a corrente aplicada ao

potencial, obtida a partir da equação de Butler-Volmer.

dt

dEC

B

EEEEii

c

corr

a

corrcorrapl

303,2exp

303,2exp

(Equação 3.2)

Onde: iapl é a densidade de corrente aplicada baseada na área eletroquímica superficial do eletrodo de trabalho;icorr é a densidade de corrente de corrosão; E é o potencial aplicado; Ecorr é o potencial de circuito aberto; (E-

Ecorr) é o sobrepotencial

; C é a capacitância interfacial associada à dupla camada elétrica; a e c são oscoeficiente catódico e anódico de Tafel e dE/dt é a variação do potencial aplicado com o tempo (KAEFER,2004).

De uma forma simplificada, conhecendo-se os valores de Rp e das constantes de Tafel

( a e c ), é possível calcular a taxa de corrosão pela relação:

p

corrR

Bi .106 (Equação 3.3)

Onde: ca

caB

.303,2

.(Equação 3.4)

Os valores de B podem ser determinados por vários procedimentos. No entanto,

Andrade e González (1978 apud Cascudo, 1997) encontraram uma relação quantitativa entre

as estimativas eletroquímicas e gravimétricas, utilizando 26 mV, para a armadura no estado

ativo de corrosão, e 52 mV, para a armadura no estado passivo de corrosão, como valores da

constante B. A partir de então, diversos pesquisadores utilizaram tais valores, sempre

apresentando satisfatória correlação quando comparados com ensaios gravimétricos

realizados simultaneamente.

Dessa forma, neste trabalho foram adotados os valores de 26 mV, para valores de

potencial de corrosão mais eletronegativos que -276 mV (ECS) e 52 mV, para valores mais

positivos que -276 mV (ECS) e a seguinte equação para estimação da taxa de corrosão

eletroquímica:

RP

Bicorr (Equação 3.5)

Onde: icorr é a taxa de corrosão em μA/cm2; B é a constante de Stern-Geary, sendo que para o presente trabalhoforam adotados os valores de 26 mV, para valores de potencial de corrosão mais eletronegativos que -276 mV(ECS) e 52 mV, para valores mais positivos que -276 mV (ECS); Rp é a resistência de polarização em KΩcm2,

38

obtida pela técnica de voltametria cíclica.

Na Tabela 3.12 apresenta-se o critério de avaliação da taxa eletroquímica de corrosão

adotado no trabalho, o qual foi proposto por Alonso e Andrade (1990 apud CASCUDO,

1997).

Tabela 3.12 Critério de avaliação dos valores de taxa de corrosão (ALONSO; ANDRADE, 2001)

Taxa de Corrosão Grau de Corrosão≤ 2 Desprezível

> 0,2 Início da corrosão ativa≥ 1 Ataque importante, mas não severo

> 10 Ataque muito importante

39

4 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

Neste Capítulo serão apresentados os resultados e as discussões relativas aos ensaios

realizados no programa experimental. Inicialmente são abordados os resultados das medidas

dos potenciais de corrosão. Em seguida são tratados os resultados de taxa de corrosão

eletroquímica estimada através dos dados de resistência de polarização.

4.1 POTENCIAIS DE CORROSÃO

4.1.1 Relação Água / Aglomerante (a/agl)

Na Figura 4.1 são apresentados os resultados de potencial de corrosão medidos em

função do tempo de ataque dos concretos do estudo específico com os teores dos aditivos

inibidores de corrosão (concretos sem adição mineral e com diferentes aditivos inibidores nos

teores de sólidos de 0,76%; 2,21% e 3,66%), e relação a/c de 0,45.

Figura 4.1 – Potenciais de corrosão em função do tempo (número de ciclos), utilizado software statistica 7.0

Pela Figura 4.1, observa-se que aos 16 ciclos de ataque (ciclo máximo sofrido pela

totalidade dos concretos), dos 13 concretos em análise, 6 não apresentaram comportamento

40

típico de despassivação da armadura, com valores de potencial de corrosão mais positivos que

–276 mV. São eles: os três concretos com amina (0,45RA0,76; 0,45RA2,21 e 0,45RA3,66),

os concretos com 2,21% e 3,66% de nitrito de cálcio (0,45RNC2,21 e 0,45RNC3,66) e o

concreto com 0,76% de nitrito de sódio (0,45RNS0,76). Posteriormente, no 18º e 19º ciclos,

os concretos com 2,21% e 0,76% de amina, respectivamente, já apresentaram indícios de

despassivação de suas armaduras.

Cabe destacar o comportamento apresentado pelo concreto 0,45RNC0,76 (com 0,76%

de nitrito de cálcio). A que se observar que os concretos contendo nitrito de cálcio, após

alguns ciclos da despassivação, este concreto apresenta uma elevação da curva do potencial

de corrosão para valores mais positivos. Este comportamento, provavelmente, deve-se à

atuação anódica do aditivo inibidor em referência, pois segundo Alonso (1986), os inibidores

anódicos são mais eficazes que os catódicos, sendo esta a principal razão pela maior utilização

deste tipo de inibidor. Este inibidor reage com os produtos de corrosão inicialmente formados

na região anódica, originando um filme protetor nesta região em referência.

Destacam-se ainda os concretos com 2,21% e 3,66% de tanino (0,45RT2,21 e

0,45RT3,66), que logo após o 1º e o 2º ciclos de indução, respectivamente, apresentaram uma

queda acentuada dos valores de potencial de corrosão. Além do péssimo desempenho frente à

corrosão, estes apresentaram valores de resistência à compressão aos 28 dias próximos a 1,5

MPa (Tabela 3.10), segundo estudo de Lima (2009), este apresentou os valores de resistência

mecânica extremamente baixos e totalmente diferentes de todos os demais concretos do

estudo específicos de inibidores, como ilustra a Figura 4.2.

41

Figura 4.2 – Superfície de resposta obtida dos valores de resistência à compressão aos 28 dias em função dasvariáveis do estudo (LIMA, 2009)

Segundo Bolina (2008), os mecanismos de transporte que regem a penetração de íons

cloreto no concreto são: absorção ou sucção capilar, permeabilidade sob pressão, migração e

difusão iônica, porém sabe-se que o ingresso de íons cloretos na camada superficial do

concreto ocorre preferencialmente por absorção ou sucção capilar. Em concretos com alta

sucção, a solução contendo cloretos é rapidamente absorvida para o interior do concreto,

deixando as armaduras vulneráveis ao processo de corrosão. Provavelmente, o baixo

desempenho frente à corrosão dos taninos com teores de 2,21% e 3,66%, deve-se à alta

sucção observada no concreto, ocasionada pela incorporação do referido aditivo nesses teores

mais altos, como ilustra a Figura 4.3.a. Nesta Figura, os corpos-de-prova com teores de tanino

de 2,21% e 3,66% localizam-se na parte superior da Figura; enquanto que na parte inferior e à

direita da Figura 4.3-a, encontra-se o concreto com teor de tanino de 0,76%.

42

Figura 4.3 – a) Concretos com tanino e b) Mistura do tanino em pó na água do traço

Pelas Figuras 4.1 e 4.3-a, evidencia-se que o concreto com 0,76% de tanino

(0,45RT0,76) apresentou um comportamento totalmente diferente dos demais concretos com

tanino. Os valores de potencial de corrosão, até o 12º ciclo, não deram indícios de uma

despassivação da armadura e durante a imersão dos corpos-de-prova em água, estes não

apresentavam aspecto visual de elevada absorção de água. Além disso, os valores de

resistência à compressão foram compatíveis com os demais concretos do estudo. Dessa forma,

pode-se inferir, inicialmente, que o baixo desempenho global dos concretos 0,45RT2,21 e

0,45RT3,66 deve-se aos teores utilizados. De modo geral, para todos os teores utilizados,

verificou-se uma dificuldade da utilização do tanino durante a moldagem dos concretos

(Figura 4.3-b);

A Figura 4.4 apresenta o tempo de ataque (em dias) até o comportamento típico de

despassivação da armadura. Na Tabela 4.1 apresenta-se o tempo de ataque total sofrido por

cada concreto da pesquisa e os respectivos ciclos de despassivação.

43

Figura 4.4 – Tempo de ataque (em ciclos) até o comportamento típico de despassivação, baseado nos valores depotencial de corrosão, dos concretos com relação a/c 0,45 do estudo específico sobre teores deaditivos inibidores de corrosão, utilizado software statistica 7.0

Podemos observar na Figura 4.4, o efeito retardador da despassivação para os diversos

inibidores. Verifica-se, claramente, que os teores mais altos não funcionam bem para o nitrito

de sódio, ao passo que para a amina e para o nitrito de cálcio os teores mais elevados

implicaram melhores resultados. Quanto ao tanino, este só apresentou algum resultado de

inibição de corrosão para o teor de 0,76% (mais baixo dos teores), produzindo resultados

anômalos para os outros 2 teores mais altos. Certamente, como comentado anteriormente, a

dificuldade em trabalhar a mistura para obter a homogeneidade do concreto geram esses

resultados negativos para o tanino.

44

Tabela 4.1 – Tempo de ataque total ao qual foi submetido cada concreto do estudo específico sobre inibidores decorrosão e os respectivos ciclos de despassivação do aço.

Concreto Tempo de Ataque (ciclos)

CodificaçãoAdiçãoMineral

Rel.a/agl

AditivoInibidor

TeorInib.(%)

Comportamento deDespassivação

Total Realizado

0,45RR0

sem adiçãomineral

0,45

sem inibidor 11 20

0,45RA0,76

Amina

0,76 19 21

0,45RA2,21 2,21 18 19

0,45RA3,66 3,66 não aconteceu 17

0,45RNC0,76Nitrito de

Cálcio

0,76 14 17

0,45RNC2,21 2,21 não aconteceu 17

0,45RNC3,66 3,66 não aconteceu 17

0,45RNS0,76

Nitrito de Sódio

0,76 não aconteceu 16

0,45RNS2,21 2,21 13 16

0,45RNS3,66 3,66 10 16

0,45RT0,76

Tanino

0,76 13 17

0,45RT2,21 2,21 2 17

0,45RT3,66 3,66 1 17

Em seguida, são apresentados, os resultados de taxa de corrosão via resistência de

polarização.

4.2. TAXA DE CORROSÃO VIA RESISTÊNCIA DE POLARIZAÇÃO

4.2.1 Relação Água / Aglomerante (a/agl)

Na Figura 4.5 são apresentados os resultados de resistência de polarização utilizados

na determinação da taxa de corrosão eletroquímica.

45

Figura 4.5 – Resistência de polarização dos concretos com relação a/c 0,45 do estudo específico sobre aditivosinibidores de corrosão, utilizado software statistica 7.0

Pela Figura 4.5, percebe-se que todos os concretos com aditivos inibidores de corrosão

apresentam valores de resistência de polarização menores que a do concreto de referência,

sem inibidor. Este comportamento inicia-se antes mesmo de se iniciar os ciclos de indução da

corrosão (ciclo 0) e mantém-se até o ciclo imediatamente anterior ao que caracteriza a

despassivação da armadura (15º ciclo). O concreto de referência em geral apresenta valores de

resistência de polarização mais elevados (até a despassivação) em relação aos concretos com

aditivos inibidores.

Muito provavelmente, como discutido por Cascudo (2000), a maior alcalinidade global

inicial do concreto de referência (sem adições e sem inibidores) propicia a formação de uma

camada de passivação mais densa e mais bem formada, o que se reflete em valores

comparativamente mais altos de resistência de polarização (resistência na interface do

eletrodo) antes do início do ataque ou em seus períodos iniciais.

Na Figura 4.6, a seguir, são apresentados os valores de taxa de corrosão eletroquímica

dos concretos do estudo com os inibidores de corrosão.

46

Figura 4.6 – Taxa de corrosão eletroquímica em função do tempo (número de ciclos), utilizado softwarestatistica 7.0

Pela Figura 4.6, observa-se que aos 16 ciclos de ataque (ciclo máximo sofrido pelos

concretos), dos 13 concretos em análise, 2 concretos (0,45RT2,21 e 0,45RT3,66) encontram-

se na zona de corrosão importante, com valores de taxa de corrosão acima de 10 A/cm2 (13

A/cm2 e 16 A/cm2, respectivamente); 5 concretos situam-se na zona de início de corrosão

ativa (0,45RT0,76; 0,45RR0; 0,45RNC0,76; 0,45RNS3,66 e 0,45RNS2,21) e 6 concretos

situam-se no limiar da zona de corrosão desprezível (0,45RA0,76; 0,45RA2,21; 0,45RA3,66;

0,45RNC2,21; 0,45RNC3,66 e 0,45RNS0,76).

O quadro geral de comportamento corrobora o pior desempenho do tanino em relação

a todos os outros inibidores, visto no estudo do potencial de corrosão, notadamente com os

maiores teores de tanino (2,21% e 3,66%). Como comentado anteriormente, isto se deu por

dificuldades operacionais de manuseio deste aditivo, no que tange a produzir uma mistura de

concreto homogênea e trabalhável. Um comentário adicional pode ser feito com o concreto de

amina a 3,66% (0,45RA3,66), que apresentou excelente desempenho até o final do

experimento, porém a partir do 17º ciclo ele assume um comportamento perigoso, em que os

47

valores de taxa de corrosão evoluem muito rapidamente para a zona de ataque importante

(acima de 1,0 A/cm2).

Ressalta-se que neste estudo, não foram empregados os teores de aditivos inibidores

recomendados pelo fabricante de cada aditivo (no caso dos aditivos comerciais). No estudo

foram utilizados como teores de aditivos inibidores aqueles de recomendação, além dos

valores de potencial de corrosão denotarem um estado de passivação da armadura para 6 dos

12 concretos avaliados (no 16º ciclo de avaliação), os valores de taxa de corrosão, ao

contrário dos resultados do estudo, apresentaram-se em sua maioria (67%) na zona de

corrosão desprezível, mostrando os benefícios da utilização dos aditivos inibidores nos teores

recomendados pelo fabricante de cada inibidor.

4.3 ANÁLISE GLOBAL DOS RESULTADOS

4.3.1 Eficácia de Inibição dos Aditivos Inibidores de Corrosão e Discussões Gerais sobrea Atuação desses Inibidores

Os valores de taxa de corrosão eletroquímica dos concretos do estudo sobre aditivos

inibidores de corrosão foram também utilizados, conforme a Equação 4.1, para verificar a

eficácia de inibição proporcionada pelos diferentes aditivos e nos diferentes teores adotados.

Neste grupo de concretos, tendo em vista haver alguns mais antigos (21 ciclos) e outros mais

novos (com apenas 16 ciclos), esta avaliação também foi realizada com os resultados de um

ciclo padrão, neste caso, o 16º ciclo de cada concreto. A Tabela 4.2 evidencia os resultados

desta análise.

100xTs

TcTsEf

(Equação 4.1)

Onde:Ef = eficiência, em porcentagem;Ts = taxa de corrosão do sistema sem uso de inibidor;Tc = taxa de corrosão do sistema com uso de inibidor.

48

Tabela 4.2 – Eficácia dos inibidores usando os valores de taxa de corrosão eletroquímica dos concretos do estudoespecífico sobre aditivos inibidores de corrosão, em seus 16º de ataque

Concreto ApresentouDespassivaçãoaté o 16o ciclo?

Eficiência deInibição (%)Codificação

AdiçãoMineral

Rel.a/agl

Aditivo InibidorTeor

Inib. (%)

0,45RR0

sem adiçãomineral

0,45

sem inibidor sim concreto referência

0,45RA0,76

Amina

0,76 não 79

0,45RA2,21 2,21 não 79

0,45RA3,66 3,66 não 78

0,45RNC0,76

Nitrito de Cálcio

0,76 sim 40

0,45RNC2,21 2,21 não 79

0,45RNC3,66 3,66 não 81

0,45RNS0,76

Nitrito de Sódio

0,76 não 79

0,45RNS2,21 2,21 sim 41

0,45RNS3,66 3,66 sim 23

0,45RT0,76

Tanino

0,76 sim -15

0,45RT2,21 2,21 sim -757

0,45RT3,66 3,66 sim -1400

Pela Tabela 4.2, observa-se que todos os tipos de aditivos inibidores de corrosão, com

exceção do tanino, mesmo nos concretos que apresentaram despassivação antes do 16º ciclo

de indução, mostraram-se eficientes na diminuição dos valores de taxa de corrosão

eletroquímica em relação ao concreto de referência. A amina, para todos os teores avaliados

(0,76%; 2,21% e 3,66%), além de impedir a despassivação da armadura até 16º ciclo de

ataque (112 dias), apresentou valores de eficiência elevados (da ordem de 80%) e muito

próximos entre si. Já o nitrito de cálcio mostrou-se mais eficiente à medida que se

aumentaram seus teores de utilização, sendo que para o teor 0,76%, não houve impedimento

da despassivação do aço no ciclo padrão em análise. O nitrito de sódio, ao contrário do nitrito

de cálcio, apresentou maior eficiência à medida que se diminuiu seu teor de utilização, sendo

que o único teor que apresentou eficiência elevada e impediu a corrosão até 16º ciclo de

ataque foi de 0,76%. O tanino, por fim, além de não se mostrar eficiente para nenhum dos três

teores avaliados, apresentou valores de taxa de corrosão eletroquímica ainda maior que a do

concreto de referência, motivo pelo qual apresentou eficiência negativa, principalmente para o

teor mais alto de utilização (3,66%).

Confrontando estes resultados com os de outras pesquisas, e iniciando pelo de Bolina

(2008), pela importância do referente trabalho na definição dos aditivos inibidores que seriam

utilizados na presente dissertação, a autora estudou os seguintes inibidores em soluções que

simulavam a composição do poro do concreto: nitrito de sódio, molibdato de sódio, nitrito de

cálcio, tanino e amina, nos teores de 0%, 1%, 2,5% e 4% (percentual em massa do inibidor

49

em relação à solução de poro). Quanto aos potenciais de corrosão, os inibidores nitrito de

sódio e nitrito de cálcio em todos os teores estudados (1%, 2,5% e 4%), para barras

submetidas à ação de cloretos, apresentaram melhor comportamento preventivo, e o tanino o

pior resultado global, mostrando-se insatisfatório quanto ao comportamento dos potenciais em

ambientes contendo cloretos. Em relação à taxa de corrosão eletroquímica estimada através da

técnica de resistência de polarização para as barras submetidas à ação de cloretos, o conjunto

de resultados destacou positivamente o desempenho do nitrito de sódio e do nitrito de cálcio,

principalmente nos teores de 4% e 1%, respectivamente. Já com relação à taxa de corrosão

gravimétrica, que é obtida dividindo-se a massa corroída pela área lateral exposta da barra e

pelo tempo de corrosão ativa, a menor taxa obtida foi para o nitrito de sódio 1% e a maior

para o tanino 1%.

Pelo trabalho de Bolina (2008), pode-se concluir que, de uma forma geral, os nitritos

de sódio e de cálcio apresentaram os melhores resultados, seguidos pela amina e, com o pior

desempenho, o tanino. Citando outros trabalhos, destaca-se o de Freire (2005), que avaliou a

eficiência de 7 inibidores frente à corrosão induzida por cloretos, sendo 6 inibidores

comerciais e 1 inibidor confeccionado em laboratório, quais sejam: inibidores inorgânicos à

base de nitrito de cálcio, mistos e orgânicos à base de amina (todos eles adicionados na água

de amassamento dos corpos de prova). Realizando o acompanhamento do processo de

corrosão por meio de técnicas eletroquímicas (espectroscopia de impedância eletroquímica,

potencial de circuito aberto e saltos potenciostáticos) durante um período de 10 meses, Freire

(2005) verificou que os inibidores com maiores teores de nitrito de cálcio foram os que

apresentaram as melhores capacidades de inibição da corrosão da armadura.

Ann et al (2005) também verificaram que o aumento na dosagem de nitrito de cálcio

diminui consideravelmente os valores de taxa de corrosão. Os autores explicam que o

aumento na resistência à corrosão é fortemente associado com a quantidade de íons nitrito na

reação com os íons ferro na superfície do ferro para formar um novo produto, o qual protege a

barra da corrosão ao modificar o comportamento eletroquímico da superfície, restabelecendo

o filme protetor contra a corrosão. Tendo em vista que tanto o nitrito quanto o íons cloreto

(ânions) tendem a reagir com os íons ferro (cátions), a quantidade de íons nitrito pode ser um

fator chave na efetiva inibição da corrosão. Isto, segundo os autores, explica porque quanto

maior for o teor de nitrito de cálcio maior será a proteção da armadura quando atacada pelos

íons cloreto (evidentemente, dentro da faixa percentual de atuação do inibidor).

50

A amina, por sua vez, que nos estudos de Bolina (2008) e Freire (2005) apresentaram

comportamento intermediário, no trabalho de Ormellese et al (2006), no qual também se

estudou diferentes tipos de inibidores, dentre eles a amina e o nitrito de cálcio nos teores

sugeridos pelos fabricantes, verificou-se que o tempo de ataque até a despassivação foi

consideravelmente maior para a amina.

Com relação ao nitrito de sódio, diversos são os trabalhos que estudaram seus teores e

as respectivas eficiências. Citando o de Nóbrega e Silva (2002), que estudaram a influência de

diferentes inibidores de corrosão do aço embutido no concreto na prevenção da corrosão

induzida por cloretos, nas proporções 0%; 0,50%; 1%; 2% e 3% em relação à massa do

cimento, verificaram para o nitrito de sódio um ponto crítico de 2% (ou seja, a concentração

de maior eficácia do inibidor em questão e de grande importância devido ao fato de que a

adição cujo percentual seja diferente desta concentração pode provocar resultados contrários

ao desejado, ou seja, com conseqüente aumento da corrente de corrosão em questão).

Objetivando-se um refinamento dos dados e buscando-se confirmação nos resultados já

obtidos, os autores realizaram ensaios com o nitrito de sódio nos teores 0%; 0,4%; 0,8%;

1,2%; 1,6%; 1,8% e 2,0%; verificando uma concentração ótima deste inibidor, em relação à

massa de cimento, de 1,8%.

Já Lima et al. (2001), avaliando a eficácia de diferentes inibidores de corrosão (nitrito

de sódio 1% e 2% em relação à massa de cimento, molibdato de sódio 2% e 4% e benzoato de

sódio 2% e 6%), concluíram que, considerando o ciclo de 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.

Mennucci et al. (2006) também avaliando o efeito de inibidores na resistência à

corrosão do aço, para uma concentração de aditivo adotada de 1,5% em massa, verificaram

que apenas o nitrito de sódio teve efeito inibidor de corrosão significativo para o aço,

enquanto os outros três aditivos testados: hexametilenotetramina, benzoato e à base de

polietileno glicol, não se mostraram inibidores eficientes nas concentrações adotadas.

Pelos trabalhos anteriormente comentados, verifica-se em linha geral, um desempenho

positivo de nitrito de cálcio, em sua maioria, quando utilizado em teores mais elevados; um

desempenho intermediário da amina, sendo que esta em uma ocasião em que se utilizou os

teores recomendados pelos fabricantes, apresentou um desempenho superior ao do nitrito de

cálcio; e um bom desempenho do nitrito de sódio, principalmente quando da utilização entre

1% a 2% em relação à massa de cimento. Por estes resultados gerais, verifica-se que cada tipo

51

de inibidor se comporta de acordo com o teor utilizado; ou seja, cada inibidor possui seu

ponto ótimo de utilização. Dessa forma, a definição de teores constantes para se estudar

diferentes tipos de inibidores parece não ser uma boa diretriz de estudo, assim como a

utilização de inibidores ainda não consagrados no meio técnico, como o tanino.

4.4 ANÁLISE COMPARATIVA DE CUSTO DOS CONCRETOS

Neste item, é apresentado, inicialmente, um comparativo entre os aditivos inibidores

de corrosão utilizados na pesquisa, permitindo avaliar o acréscimo no valor do metro cúbico

dos concretos do estudo específico sobre inibidores. Posteriormente, é apresentado o custo por

metro cúbico de cada um dos concretos do estudo. Ao final, uma avaliação da viabilidade

técnico-econômica dos concretos do estudo é apresentada.

A Figura 4.14 apresenta o custo unitário, pela massa (em kg), de cada um dos aditivos

inibidores utilizados neste trabalho, tomando-se como base o custo de varejo e considerando

apenas os teores de resíduos sólidos de cada aditivo inibidor de corrosão.

Figura 4.7 – Custo dos inibidores utilizados considerando apenas os teores de sólidos. Preço no varejo dosaditivos: Tanino (pó) = R$ 3,21 o kg; Nitrito de cálcio (forma líquida com 33,14% de sólidos) =R$ 70,00 balde de 20 kg; Nitrito de Sódio (pó) = R$ 14,00 o kg; amina (forma líquida, com21,63% de sólidos) = R$335,00 balde de 25 kg

Considerando os valores do kg de resíduos sólidos de cada aditivo inibidor

(apresentados na Figura 4.7) e verificando o acréscimo financeiro no valor do metro cúbico de

concreto (considerando concretos com consumo de cimento igual a 423 kg/m3, idêntico ao

concreto de referência do estudo específico sobre teores de inibidores) utilizando os inibidores

nos teores 0,76%; 2,21% e 2,66%, obtêm-se o gráfico da Figura 4.8.

52

Figura 4.8 – Acréscimo no valor do m3 de concreto (considerando concretos com relação a/c 0,45, idênticos aoconcreto de referência do estudo específico sobre inibidores) utilizando os inibidores nos teores0,76%; 2,21% e 3,66%

Na Figura 4.8 verifica-se o baixo custo do tanino, uma relativa paridade de custo entre

os nitritos e um elevadíssimo custo da amina. No entanto, ao se verificar as dosagens de

recomendação (Tabela 3.10), nota-se, por exemplo, que os teores de 2,21% e 3,66% fogem

totalmente da recomendação máxima de utilização do fabricante de amina, que é igual a

0,87% (considerando somente o teor de sólidos).

Já na Figura 4.9, apresenta-se o acréscimo (em reais) no valor do metro cúbico de

concreto proporcionado pelos aditivos inibidores, considerando os teores recomendados pelos

fabricantes. Observa-se, por exemplo, que a grande disparidade de preços entre os nitritos e a

amina quando da utilização dos teores fixos (Figura 4.9) reduz-se de forma acentuada.

Figura 4.9 – Acréscimo no valor do m3 de concreto utilizando os inibidores nos teores recomendados pelosfabricantes

53

Os gráficos das Figuras 4.8 e 4.9 apresentam apenas dados comparativos de custo

entre os aditivos inibidores utilizados. Para uma avaliação da viabilidade técnico-econômica

dos concretos utilizados na pesquisa, faz-se necessária a realização de análises de índices de

desempenho. Dessa forma, nesta pesquisa, consideraram-se como critérios de desempenho a

não despassivação da armadura após 16 ciclos de ataque e também os valores de eficiência

obtidos pela taxa de corrosão eletroquímica em relação a um concreto de referência.

Para os concretos do estudo, a análise de viabilidade técnico- econômica foi realizada.

Para tanto, o custo por metro cúbico de cada concreto foi calculado, e encontra-se de forma

detalhada na Tabela 4.3.

Tabela 4.3 – Custo por metro cúbico dos concretos do estudo em R$

ConcretoMateriais utilizados - Custo na mistura (R$/m3)

Custo da Mistura(R$/m3)Cimento Areia Brita Água

AditivoSuperplas.

AditivoInibidor

0,45RR0 169,2 39,13 51,8 0,002 20,76 0,00 280,93

0,45RT0,76 169,2 39,13 51,8 0,002 20,76 10,00 290,93

0,45RT2,21 169,2 39,13 51,8 0,002 20,76 30,00 310,93

0,45RT3,66 169,2 39,13 51,8 0,002 20,76 50,00 330,93

0,45RNC0,76 169,2 39,13 51,8 0,002 20,76 34,00 314,93

0,45RNC2,21 169,2 39,13 51,8 0,002 20,76 99,00 379,93

0,45RNC3,66 169,2 39,13 51,8 0,002 20,76 164,00 444,93

0,45RNS0,76 169,2 39,13 51,8 0,002 20,76 45,00 325,93

0,45RNS2,21 169,2 39,13 51,8 0,002 20,76 131,00 411,93

0,45RNS3,66 169,2 39,13 51,8 0,002 20,76 217,00 497,93

0,45RA0,76 169,2 39,13 51,8 0,002 20,76 199,00 479,93

0,45RA2,21 169,2 39,13 51,8 0,002 20,76 580,00 860,93

0,45RA3,66 169,2 39,13 51,8 0,002 20,76 960,00 1240,93

Preço considerado dos materiais: Cimento CP II F-32: R$ 20,00 (saco de 50 kg); Areia: R$ 70,00 (m³); Brita: R$80,00 (m³); Água: R$ 5,00 (m³); Aditivo superplastificante: R$ 136,00 (balde de 18 kg); Aditivos inibidores: osmesmos valores utilizados na Figura 4.15.

Na Tabela 4.4 apresenta-se novamente o custo de cada mistura, mas com a condição

dos concretos após 16 ciclos de ataque, destacando-se, em negrito, os que não apresentaram

comportamento de despassivação de suas armaduras.

Codificação

0,45RR0

0,45RT0,76

0,45RT2,21

0,45RT3,66

0,45RNC0,76

0,45RNC2,21

0,45RNC3,66

0,45RNS0,76

0,45RNS2,21

0,45RNS3,66

0,45RA0,76

0,45RA2,21

0,45RA3,66

e do custo do metro cúbico dos concretos (Tabelas 4.

viabilidade técnico

Figura 4.10

Tabela 4.4 –

Codificação

0,45RR0

0,45RT0,76

0,45RT2,21

0,45RT3,66

0,45RNC0,76

0,45RNC2,21

0,45RNC3,66

0,45RNS0,76

0,45RNS2,21

0,45RNS3,66

0,45RA0,76

0,45RA2,21

0,45RA3,66

A partir dos valores de eficiência em relação ao concreto, apresentados na Tabela 4.


viabilidade técnico

Figura 4.10 – Viabilidade técnico

Custo por metro cúbico dos concreapresentaram comportamento de despassivação após 112 dias de ataque

Concreto

Aditivo Inibidor

referência

tanino

tanino

tanino

nitrito de cálcio

nitrito de cálcio

nitrito de cálcio

nitrito de sódio

nitrito de sódio

nitrito de sódio

amina

amina

amina



viabilidade técnico-econômica dos

iabilidade técnico

Custo por metro cúbico dos concreapresentaram comportamento de despassivação após 112 dias de ataque

Concreto

InibidorTeor de Inibidor

(%)

referência

0,76

2,21

3,66

nitrito de cálcio 0,76



nitrito de sódio 0,76



0,76

2,21

3,66



econômica dos concretos do estudo (Figura 4.

iabilidade técnico-econômica dos concretos do estudo que apresentaram elevadas eficiências

Custo por metro cúbico dos concretos do estudoapresentaram comportamento de despassivação após 112 dias de ataque

Apresentou despassivação até oTeor de Inibidor

(%)

0

0,76

2,21

3,66

0,76

2,21

3,66

0,76

2,21

3,66

0,76

2,21

3,66



concretos do estudo (Figura 4.

econômica dos concretos do estudo que apresentaram elevadas eficiências

tos do estudo, destacandoapresentaram comportamento de despassivação após 112 dias de ataque

Apresentou despassivação até o16o ciclo ?

sim

sim

sim

sim

sim

não

não

não

sim

sim

não

não

não


e do custo do metro cúbico dos concretos (Tabelas 4.3

concretos do estudo (Figura 4.


, destacando-se, em negrito, os que nãoapresentaram comportamento de despassivação após 112 dias de ataque

Apresentou despassivação até ociclo ?

sim

sim

sim

sim

sim

não

não

não

sim

sim

não

não

não


e 4.4), obteve

concretos do estudo (Figura 4.10).


se, em negrito, os que nãoapresentaram comportamento de despassivação após 112 dias de ataque

Apresentou despassivação até oCusto daMistura(R$/m

280,93

290,93

310,93

330,93

314,93

379,93

444,93

325,93

411,93

497,93

479,93

860,93

1240,93


), obteve-se o gráfico de


54

se, em negrito, os que não

Custo daMistura(R$/m3)

280,93

290,93

310,93

330,93

314,93

379,93

444,93

325,93

411,93

497,93

479,93

860,93

1240,93

A partir dos valores de eficiência em relação ao concreto, apresentados na Tabela 4.2,

se o gráfico de


54

,

se o gráfico de

55

Pela Figura 4.10, é possível observar que dos 6 concretos do estudo que não

apresentaram despassivação, 4 apresentam melhores custos, possibilitando um maior

eficiência, ao eles: 0,45RNC2,21, 0,45RNC 3,66, 0,45RNS0,76, todos eles com custos por

metro cúbico entre R$ 325,93 e R$ 479,93.

Em termos, portanto, de relação custo/benefício, são esses quatro concretos os que

demonstram o melhor potencial de utilização prática em ambientes de elevada agressividade

marinha, pois podem ser especificados para o uso com o respaldo de uma satisfatório

desempenho técnico quanto à durabilidade (dentre vários outros concretos da pesquisa),

porém avaliados a um favorável aspecto econômico, o que os tornam, bastante competitivos.

56

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

A seguir são apresentadas as conclusões do trabalho, sugestões para futuras pesquisas

e algumas considerações finais.

5.1 CONCLUSÕES

Foi possível constatar o efeito retardador da despassivação para os diversos inibidores.

Verifica-se, claramente, que os teores mais altos não funcionam bem para o nitrito de sódio, o

que está de acordo com o especificado pelo fabricante do produto, que recomenda a utilização

deste inibidor na proporção de 0,86% em relação a massa do cimento.

Para o nitrito de cálcio os teores mais elevados implicaram melhores resultados,

confirmando os resultados de pesquisas anteriores que recomendam a utilização entre 2 a 4 %

deste tipo de inibidor, foi verificado também um efeito de repassivação da armadura, após o

rompimento da camada de passivação, demonstrando excelente resultado para este tipo de

produto.

A amina mostrou-se bastante eficaz em todos os teores avaliados, mas há que se

avaliar que o custo elevado do produto é um impedimento para a utilização em teores

elevados, trazendo com isso inviabilidade econômica a obra. Mas em uma porcentagem entre

1 a 2%, o custo foi bem próxima aos outros inibidores estudados.

Quanto ao tanino, inibidor que também foi avaliado neste estudo, este só apresentou

algum resultado de inibição de corrosão para o teor de 0,76% (mais baixo dos teores),

produzindo resultados anômalos e bem perigosos para teores acima de 2%, em relação a

massa do cimento.

Por esses resultados, verifica-se que cada tipo de inibidor se comporta de acordo com

o teor utilizado, ou seja, cada inibidor possui sua concentração ótima de utilização no

concreto.

Avaliando o acréscimo no valor do metro cúbico proporcionado pelos aditivos dentro

da mesma faixa de emprego, verifica-se, em ordem crescente de preços, o baixo custo do

tanino, uma relativa paridade de preços entre os nitritos e um elevadíssimo custo da amina.

No entanto, ao se realizar a mesma análise, mas utilizando os teores recomendados pelos

57

fabricantes de cada inibidor, verifica-se que a grande disparidade de preços entre os nitritos e

a amina, é reduzida de forma considerável.

Uma avaliação da viabilidade técnico-econômica dos concretos foi realizada a partir

dos dados de eficiência e custo por metro cúbico das misturas que não apresentaram

comportamento típico de despassivação de suas armaduras após (16 ciclos) 112 dias de

ataque.

5.2 SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS

Com base em todo o estudo desenvolvido propõe-se a continuação da pesquisa

aprofundando o estudo termodinâmico da passivação dos aços. Assim, sugere-se os tópicos de

análise listados a seguir:

▪ Realizar um estudo semelhante, mas com a indução e aceleração da

corrosão através de dois processos diferentes e de forma concomitante,

carbonatação e ação de cloretos, pela inevitável presença do CO2 no ar

atmosférico;

▪ Proceder estudos mais prolongados com o nitrito de cálcio, verificando a

ação do mesmo após o comportamento típico de despassivação das

armaduras, tendo em vista que alguns concretos contendo nitrito de cálcio,

após alguns ciclos da despassivação, apresentaram uma tendência de

repassivação de suas armaduras.

▪ Investigar o motivo pelo qual o nitrito de sódio, em concentrações mais

elevadas mostra-se menos eficiente do que quando utilizado em teores

menores;

Investigar o tempo de cada ciclo na natureza do concreto exposto a

intempéries.

58

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ANEXO A – Catálogos dos Aditivos Inibidores de Corrosão

Nas páginas seguintes são apresentados os catálogos dos aditivos inibidores de corrosão

utilizados na pesquisa. Como em alguns casos, o nome do produto comercial difere-se do no nome da

substância ativa, segue os nomes dos aditivos e suas respectivas denominações comerciais:

A.1 – Catálogo do fabricante do nitrito de cálcio (DCI – S);

A.2 – Catálogo do fabricante da amina ( SIKA FERROGARD 901);

A.3 – Catálogo do fabricante do tanino ( MACROSPEC L – 37);

A.4 – Catálogo do fabricante do Nitrito de Sódio (NITRITO DE SÓDIO P.A).

65

A.1 – CATÁLOGO DO FABRICANTE DO NITRITO DE CÁLCIO

67

A.2 – CATÁLOGO DO FABRICANTE DA AMINA

69

A.3 – CATÁLOGO DO FABRICANTE DO TANINO

71

A.4 – CATÁLOGO DO FABRICANTE DO NITRITO DE SÓDIO

universidade estadual de goiÁs – ueg unidade...

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