-
ANAIS DO 48 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2006 -
48CBC0029 1
DETERMINAO DO COEFICIENTE DE DIFUSO DE CLORETOS E DA VIDA TIL DE
CONCRETOS DE CIMENTO BRANCO
Determination of Chloride Diffusion Coefficient and Service Life
of White Concretes
Ana Carina Rizzon (1); Jairo Jos de Oliveira Andrade (2)
(1) Eng Civil, Mestre em Engenharia: Energia, Ambiente e
Materiais (PPGEAM) - Universidade Luterana do Brasil (ULBRA)
email: [email protected]
(2) Professor Doutor, Departamento de Engenharia Civil da PUC/RS
email: [email protected]
Resumo Grande parte dos danos nas estruturas de concreto armado
tem como causa a corroso das armaduras onde um dos seus principais
agentes so os ons cloreto (Cl-). Em virtude disto, cresce a
preocupao com a questo da durabilidade e vida til das estruturas.
Desta forma, realizou-se um estudo sobre a influncia do tipo de
cimento (cimento branco e pozolnico) e da relao a/c (0,3; 0,4; 0,5)
no coeficiente de difuso de cloretos (D). Vigas foram imersas em
soluo de cloretos (3,5%) por 6 meses. A cada 2 meses foram
retiradas amostras de material das vigas e obtidos os perfis de
penetrao de cloretos. Utilizando-se a soluo da funo de erro da 2
Lei de Fick, determinou-se o coeficiente de difuso de cloretos e a
vida til de projeto dos concretos de CP B e CP IV de relao a/c 0,5.
Os concretos de CP B apresentaram maiores resultados de resistncia
compresso e de D que os concretos de CP IV. Verificou-se a diminuio
de D ao longo do perodo estudado, o que resultou no aumento da vida
til de projeto dos concretos analisados. A variao de D no
contemplada pela soluo da funo de erro, o que no condiz com a
condio real de servio das estruturas de concreto. Palavra-Chave:
cimento Portland branco; cloretos; coeficiente de difuso; vida
til.
Abstract A great amount of damages in the concrete structures
happens due to corrosion of the reinforcement, mainly due the
action of chloride ions. The ability of concrete to resist ions is
a critical parameter in the durability and service life of
steel-reinforced concrete structures. In this paper, a study was
done to verify the influence of cement type (pozolanic and white
cement) and w/c ratio (0,3; 0,4; 0,5) in chloride diffusion
coefficient. Beams were immersed in a chloride solution (3,5%) for
6 months. Each 2 months concrete sample were collected and a
chloride profile was determined. The error function solution to
Ficks 2nd Law was used to calculate the chloride diffusion
coefficient and the projects service life of the concretes with 0,5
w/c ratio. The results found that compressive strength and the
diffusion coefficient were higher to CP B than the CP IV for the
period evaluated. As the value of D decreased during the
experiments, the calculated project's service life increased. But
the error function solution doesnt consider the variation of the
parameter D, so it doesnt represents the real situation in the
concretes structures. Keywords: white cement; chlorides; diffusion
coefficient; service life.
-
ANAIS DO 48 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2006 -
48CBC0029 2
1 Introduo
O cimento Portland branco estrutural apresenta-se como uma nova
tendncia no mercado da construo civil nacional, sendo utilizado
tanto em estruturas de concreto armado como em elementos isolados,
na forma de pavers, meios-fios, entre outros. A variedade de cores
obtidas atravs da adio de corantes ao concreto branco e a
compatibilidade das propriedades mecnicas com as estticas do
material contribuem a difundir ainda mais esta nova tendncia
(HELENE e GALANTE, 1999).
O cimento branco se diferencia dos demais tipos de cimento por
sua tonalidade mais clara, que obtida atravs da utilizao de
matrias-primas e equipamentos especiais para produo de um clnquer
com teor de ferro inferior ao do cimento cinza. A concentrao de
ferro no clnquer o que confere a diferena de tonalidade clara e
escura ao cimento (METHA e MONTEIRO, 1994).
A quantidade de clnquer no cimento branco , em geral, reduzida
devido substituio por fler calcrio na sua composio, o que contribui
com a alvura do material, porm no contribui com as propriedades
relacionadas durabilidade. O fler exerce apenas a funo de
tamponamento, no forma C-S-H com o passar do tempo como as
pozolanas, e ainda, h uma reduo do material cimentcio pela
substituio por filer (RIZZON, 2006).
Estudos sobre o cimento branco e que abordam a questo da
durabilidade se caracterizam por serem inovadores, pois h
deficincia de pesquisas nesta rea. A nvel nacional pode-se citar
Mattos e Dal Molin (2003) e Kirchheim (2003) que abordaram esta
questo atravs da ao dos agentes agressivos, Cl- e CO2,
respectivamente; em relao s propriedades mecnicas tm-se um estudo
mais amplo, realizado por Hamad (1995), Katz (2002), Benitez et al.
(2002), entre outros. As caractersticas, a fabricao e o emprego do
cimento branco na construo civil nacional so regidos pela norma NBR
12989 (ABNT, 1993).
A literatura sobre durabilidade das estruturas aponta a corroso
da armadura devido ao dos ons cloretos como um dos problemas mais
srios que podem ocorrer nas estruturas de concreto (ANDRADE, 1997;
NEVILLE, 1997). Em decorrncia disto, cresce a preocupao com a
questo de durabilidade e vida til das estruturas. Alguns modelos vm
sendo desenvolvidos com a inteno de prever o tempo necessrio para
que os ons cloreto atinjam a armadura, iniciando assim a propagao
do processo corrosivo. As solues da 2 Lei de Fick so bastante
utilizadas para este propsito. Mas algumas destas solues no
consideram a variao de parmetros fundamentais relacionados ao do
meio ambiente e as modificaes que ocorrem na microestrutura do
concreto ao longo do tempo, tais como o coeficiente de difuso e a
concentrao superficial de cloretos. Desta forma, a vida til
prevista atravs destas solues, no condiz com a vida til real que a
estrutura pode vir a ter. Portanto, estudos devem ser conduzidos
para a verificao da aplicabilidade destes modelos e solues.
-
ANAIS DO 48 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2006 -
48CBC0029 3
2 Materiais e Mtodos 2.1 Caracterizao dos Materiais
Utilizados
2.1.1 Cimentos Para a confeco dos concretos dos corpos-de-prova
e vigas foram utilizados dois
tipos de cimento Portland, o branco estrutural (CP B) e o
pozolnico (CP IV) utilizado como referncia. A composio qumica dos
cimentos encontra-se na Tabela 1, enquanto que suas caractersticas
fsicas e mecnicas encontram-se na Tabela 2. Os valores apresentados
na Tabela 1 e Tabela 2 foram fornecidos pelos fabricantes dos
cimentos, que so de origem nacional.
Tabela 1 - Propriedades qumicas dos cimentos. Parmetros Unidade
CP B CP IV
C3S % 66,86 59,22 C2S % 12,01 10,23
C4AF % 0,55 8,47 C3A % 11,81 6,08 SO3 % 1,84 2,29
Al2O3 % 4,57 11,01 Fe2O3 % 0,18 4,73
CaO (Livre) % 2,53 2,27 CaO % 66,52 34,3
Perda ao Fogo PF % 3,59 1,82 Resduo Insolvel RI % 0,4 41,56
Tabela 2 Propriedades fsicas e mecnicas dos cimentos.
Parmetros Unidade CP B CP IV rea especfica Blaine cm2/g 3271
508
Incio de pega h:min 02:34 07:10
Fim de pega h:min 04:17 -
Massa especfica g/cm3 2,99 2,82
3 dias MPa 23,76 18,60
7 dias MPa 29,48 21,70 Resistncia mecnica (MPa) 28 dias MPa
40,40 34,30
2.1.2 Agregados
-
ANAIS DO 48 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2006 -
48CBC0029 4
Os agregados foram cuidadosamente selecionados de tal forma que
estivessem isentos de impurezas e umidade, o que interferiria
diretamente nas propriedades dos concretos produzidos.
Utilizou-se agregado grado de origem basltica e sua distribuio
granulomtrica e caractersticas fsicas, determinadas conforme as
normas NBR 7217 (ABNT, 1987) e NBR 9776 (ABNT, 1986), encontram-se
na Tabela 3.
Tabela 3 Caractersticas do agregado grado utilizado na produo
dos concretos.
Determinaes Mtodo de ensaio Resultados obtidos
Percentagem retida (em massa)
Abertura da peneira ABNT
(mm) Individual Acumulada 25 0 0 19 4 4
12,5 43 47 9,5 30 77 6,3 21 98 4,8 2 100
Composio Granulomtrica NBR 7217
2,4 0 100 Dimenso mxima
caracterstica NBR 7217 19 mm
Classificao NBR 7217 Brita 1 Massa especfica
(kg/dm3) NBR 9776 2,65
Massa unitria (kg/dm3) NBR 9776 1,56
O agregado mido empregado foi a areia natural de origem
quartzoza e suas
caractersticas, determinadas conforme as normas NBR 7217 (ABNT,
1986) e NBR 9776 (ABNT, 1987), encontram-se na Tabela 4.
-
ANAIS DO 48 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2006 -
48CBC0029 5
Tabela 4 Caracterizao da areia utilizada na produo dos
concretos.
Determinaes Mtodo de ensaio Resultados obtidos
Percentagem retida (em massa)
Abertura da peneira ABNT
(mm) Individual Acumulada 4,8 2 2 2,4 6 8 1,2 10 17 0,6 23 40
0,3 47 87 0,15 12 99
Composio Granulomtrica NBR 7217
< 0,15 1 100 Dimenso mxima
caracterstica NBR 7217 4,8 mm
Mdulo de finura NBR 7217 2,54 Massa especfica
(kg/dm3) NBR 9776 2,62
Massa unitria (kg/dm3) NBR 9776 1,51
2.1.3 Resina Epxi Para a impermeabilizao das vigas do ensaio de
penetrao de cloretos utilizou-se
um adesivo estrutural base de resina epxi, de mdia viscosidade.
2.1.4 Cloreto de Sdio
Utilizou-se cloreto de sdio em forma de sal refinado na preparao
da soluo de imerso das vigas do ensaio de cloretos. 2.2
Procedimentos Experimentais
2.2.1 Mtodo de Dosagem Foi empregado o mtodo de dosagem
IPT/EPUSP (HELENE e TERZIAN, 1993)
para a moldagem dos corpos-de-prova de concreto conforme
especificaes da NBR 5738 (ABNT, 1994), onde se mantiveram fixos um
abatimento de 7,0 1,0 cm e teor de argamassa de 50%.
Em seguida foram feitos os ajustes de trao, com o auxlio do
software Grapher, obtendo-se os diagramas de dosagem dos cimentos.
O diagrama de dosagem fornece a equao da reta cuja varivel
independente a relao a/c, e a dependente, o trao. A partir de
valores pr-fixados de relao a/c (0,4; 0,5; 0,6) determinaram-se os
traos definitivos para a produo dos concretos deste trabalho,
apresentados na Tabela 5, onde consta tambm o consumo de cimento
conforme o trao de concreto e o tipo de cimento.
-
ANAIS DO 48 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2006 -
48CBC0029 6
Tabela 5 - Traos definitivos dos concretos de CP B e CP IV.
Tipo de cimento
Relao a/c
Trao em massa
Consumo de cimento (kg/m)
0,4 1 : 0,68 : 1,86 557,79
0,5 1 : 1,54 : 2,54 414,62 CP IV
0,6 1 : 2,22 : 3,22 330,45
0,5 1 : 1,78 : 2,78 388,94 CP B*
0,6 1 : 2,35 : 3,35 321,54 * Ao final do trabalho verificou-se
um problema relacionado dosagem do concreto de CP B de relao
a/c
0,4, portanto seus resultados no sero apresentados. 2.2.2 Produo
dos Concretos
A partir do proporcionamento apresentado na Tabela 5, foram
selecionados e pesados os materiais utilizados na produo dos
concretos e imprimao da betoneira. As misturas foram realizadas em
betoneira de eixo inclinado, como mostrado na Figura 1a, com a
ordem de colocao dos materiais seguindo o recomendado por HELENE e
TERZIAN (1993). O abatimento do concreto foi verificado atravs do
ensaio de tronco de cone conforme especificaes da NBR 7223 (ABNT,
1982), mostrado na Figura 1b.
(a) (b)
Figura 1 Concreto de CP B: (a) adio de cimento mistura, em
betoneira de eixo inclinado; (b) determinao do abatimento atravs do
ensaio de tronco de cone.
Foram moldados seis corpos-de-prova cilndricos (10x20cm) para a
realizao do
ensaio de resistncia compresso simples e uma viga de dimenses
10x20x50cm para o ensaio de penetrao de cloretos para ambos os
cimentos utilizados. Utilizou-se vibrador mecnico com agulha de 25
mm no adensamento dos corpos-de-prova e vigas que foi executado em
uma nica camada. Como desmoldante, utilizou-se leo mineral.
Aps 24 horas em ambiente de laboratrio, fez-se a desfrma e
realizou-se a cura de forma distinta para os corpos-de-prova e
vigas. Os corpos-de-prova cilndricos foram
-
ANAIS DO 48 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2006 -
48CBC0029 7
imersos em gua (Figura 2a), na temperatura ambiente, onde
permaneceram at as idades de realizao dos ensaios. Para as vigas,
realizou-se um procedimento de cura similar ao de algumas obras de
construo civil, onde os elementos so cobertos por panos, ou at
mesmo serragem, sendo umedecidos por um determinado perodo. Desta
forma, as vigas foram cobertas por pano umedecido durante sete dias
(Figura 2b), e aps a retirada dos panos, permaneceram expostas em
ambiente de laboratrio por mais 21 dias. Completos os 28 dias de
idade, as vigas foram ento preparadas para o ensaio de penetrao de
cloretos.
(a) (b)
Figura 2 (a) cura submersa dos corpos-de-prova; (b) cura das
vigas em ambiente de laboratrio. 2.2.3 Ensaio de Resistncia
Mecnica
Os corpos-de-prova foram submetidos ao ensaio de resistncia
compresso axial aos 3, 7 e 28 dias de idade, sendo retirados da
cura em imerso um dia antes da realizao do ensaio para capeamento.
Os ensaios de resistncia foram realizados conforme especificaes da
NBR 5739 (ABNT, 1994). 2.2.4 Ensaio de Penetrao de Cloretos
Foi realizado um ensaio no acelerado de penetrao de cloretos,
com durao de seis meses, para que a penetrao de cloretos ocorresse
naturalmente, simulando uma situao real.
Para a realizao deste ensaio foram utilizadas as vigas,
impermeabilizadas com resina epxi nas faces de menor rea,
direcionando o fluxo de cloretos atravs das faces maiores de
20x50cm (Figura 3a).
A soluo de cloretos foi produzida a partir da dissoluo de
cloreto de sdio (NaCl) a uma concentrao de 3,5 % em gua, conforme a
concentrao mdia verificada nos oceanos (NEVILLE, 1997; HELENE,
1993). As vigas permaneceram submersas na soluo durante o perodo de
realizao do ensaio, tal como mostra a Figura 3b.
-
ANAIS DO 48 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2006 -
48CBC0029 8
(a) (b)
Figura 3 (a) viga de concreto impermeabilizada nas 4 faces de
menor rea; (b) vigas submersas em soluo de cloretos.
Para determinao do teor de cloretos, foram retiradas amostras de
concreto das
vigas a cada dois meses de imerso sob a forma pulverulenta com
uma furadeira de impacto, com furos a cada 5 mm de profundidade at
25 mm da superfcie, o que permitiu o traado do perfil de penetrao
de cloretos em funo da profundidade.
Para a medida do teor de cloretos das amostras de concreto
realizou-se a titulometria, conforme o princpio apresentado pelo
mtodo de Mohr, que consiste em adicionar soluo de cloretos cromato
de potssio (K2CrO4), como indicador, e em seguida nitrato de prata
(AgNO3), como titulante, at atingir o ponto de viragem. O ponto de
viragem equivale ao volume correspondente de nitrato que permite a
mudana de colorao da mistura para um tom marrom-avermelhado, que
alcanado pela precipitao do cromato de prata (AgCrO4). 2.2.5
Emprego da Soluo da Funo de Erro da 2 Lei de Fick
Utilizando os perfis de penetrao de cloretos, e com auxlio do
software Mathcad, determinou-se o coeficiente de difuso (D) e a
concentrao superficial (Cs) de cloretos para cada trao de concreto
confeccionado. Os dados foram ajustados empregando-se o Mtodo dos
Mnimos Quadrados na soluo da funo de erro da 2 Lei de Fick,
expressa pela Equao 1.
=
tD4xerfcCs)t,x(C Equao 1
Onde: C(x,t) = concentrao de cloretos na profundidade x, em um
tempo t, em %; Cs = concentrao de cloretos na superfcie do
concreto, admitida constante, em %; x = profundidade, em cm; D =
coeficiente de difuso de cloretos, em cm/ano; t = tempo, em anos;
e
-
ANAIS DO 48 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2006 -
48CBC0029 9
erfc = funo complementar de erro de Gauss.
Na Equao 1 isolou-se a varivel tempo tornando-a dependente das
demais variveis, obtendo-se a Equao 2. Na Equao 2, t representa o
tempo para despassivao das armaduras, que vida til de projeto das
estruturas de concreto (ANDRADE, 2005).
2
12
4
=
s
crs
CCCerfc
Dxt Equao 2
Utilizando-se a Equao 2 determinou-se a vida til de projeto dos
concretos
moldados com CP B e CP IV de relao a/c 0,5, utilizando como
dados de entrada os valores de D e Cs dos 2, 4 e 6 meses em que os
concretos estiveram imersos na soluo de cloretos. Adotou-se como
cobrimento de armadura 50 mm, o maior valor recomendado pela
NBR-6118 (ABNT, 2003), para ambientes de agressividade muito forte.
A quantidade crtica de cloretos foi fixada em 0,4% em relao massa
de cimento, como sendo o valor limite da despassivao. 3 Resultados
e Discusses 3.1 Resistncia Compresso
Os resultados obtidos no ensaio de resistncia compresso
encontram-se na Tabela 6, conforme o tipo de cimento e relao a/c
dos concretos, onde tambm esto apresentados os valores de
abatimento verificados para cada trao.
Tabela 6 Valores mdios observados para resistncia compresso.
Fcmdio (MPa) Tipo de
cimento Relao
a/c Abatimento
(cm) 3 dias 7 dias 28 dias 0,5 6,7 20,89 23,18 32,36 CP B 0,6
7,8 14,52 19,36 27,26 0,4 4 20,26 23,06 28,79 0,5 12,5 18,22 21,01
26,5 CP IV 0,6 12 12,1 16,05 24,59
Os concretos produzidos com CP B apresentaram maiores valores de
resistncia compresso que os concretos produzidos com CP IV para as
idades e relaes a/c comparadas, sendo at 22% superior para a relao
a/c 0,5 aos 28 dias. Tal comportamento do CP B j foi observado por
Mattos e Dal Molin (2003), e as autoras creditam este bom
desempenho presena de fler calcrio na composio do cimento, o que
contribui para a densificao da pasta de cimento hidratado atravs do
refinamento dos poros, resultando consequentemente no aumento da
resistncia mecnica. O CP B apresenta ainda uma rea especfica dos
gros bastante superior do CP IV (Tabela 2),
-
ANAIS DO 48 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2006 -
48CBC0029 10
isso se traduz na finura do cimento, contribuindo com o aumento
da resistncia e velocidade de hidratao. 3.2 Penetrao de
Cloretos
Com os resultados dos teores de cloretos obtidos na anlise
titulomtrica, foram traados os grficos dos perfis de penetrao
apresentados na Figura 4.
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
Profundidade (cm)
Teor
Cl (
%)
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
Profundidade (cm)
Teor
Cl (
%)
(a) (b)
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2
Profundidade (cm)
Teor
Cl (
%)
,5
2 Meses CP IV4 Meses CP IV6 Meses CP IV2 Meses CP B4 Meses CP B6
Meses CP BCcr = 0,4
(c)
Figura 4 Perfis de penetrao de cloretos para os concretos de
relao a/c: (a) 0,4; (b) 0,5; (c) 0,6.
-
ANAIS DO 48 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2006 -
48CBC0029 11
Analisando a Figura 4, observou-se o aumento da penetrao de
cloretos com o tempo de imerso das vigas de concreto na soluo
salina, para todas as relaes a/c. O mesmo foi observado com o
aumento da relao a/c, por tornar a estrutura mais porosa
facilitando o ingresso dos ons cloreto.
Observou-se que os concretos moldados com CP B apresentaram
maiores perfis de penetrao que os concretos de CP IV. De acordo com
Page et al. (1986), o C3A e o C4AF, presentes na composio qumica
dos cimentos, combinam-se com os cloretos livres formando
cloroaluminatos, diminuindo o fluxo de penetrao de cloretos na
soluo aquosa dos poros do concreto. Porm, o fler calcrio presente
em grande quantidade no cimento branco, reage com o C3A e com o
C4AF formando monocarboaluminatos de clcio, restando uma menor
quantidade de C3A e de C4AF para fixar os cloretos livres, e j h
uma reduo de material cimentcio no cimento pela substituio de
clnquer pelo fler calcrio.
No CP IV tambm h uma reduo do material cimentcio pela substituio
do clnquer pelas pozolanas, mas diferentemente do fler, de acordo
com Gastaldini et al. (2002), as pozolanas formam C-S-H adicional,
de menor relao C/S, mais suscetvel de adsorver ons e reduzir a
difuso de cloretos.
A presena de fler no CP B responsvel pelo aumento na resistncia
compresso, como observado nos concretos moldados com este cimento.
As adies pozolnicas tambm o so, mas despendem tempo em suas reaes,
tendo um efeito mais pronunciado em maiores idades. Mas observou-se
com o comportamento apresentado pelos concretos de CP B, que a
resistncia mecnica no rege a resistncia do concreto penetrao de
cloretos. A resistncia mecnica influencia na durabilidade das
estruturas de concreto, mas no que se refere penetrao de agentes
agressivos, a permeabilidade e a composio qumica do cimento so os
fatores de maior influncia.
Na Figura 4 tambm est representado o teor crtico de cloretos
(Ccr) definido como 0,4% de acordo com a literatura (HELENE, 1993).
Observou-se que para ambos os cimentos de relao a/c 0,5 e 0,6, aos
2 meses de imerso, o limite crtico j foi alcanado a uma
profundidade de 2,5 cm da superfcie.
Observou-se em todos os perfis de penetrao de cloretos o efeito
de pico, que se caracteriza pelo aumento da concentrao de cloretos
da superfcie do concreto (x=0,0cm) para a primeira camada interna
medida (x=0,5cm), sendo mais acentuado para os concretos de CP IV
que para os concretos de CP B. Quando as vigas foram retiradas da
soluo de cloretos para obteno das amostras houve a evaporao na
camada mais superficial do elemento, enquanto que nas camadas mais
internas a concentrao de cloretos se manteve com a umidade. De
acordo com Andrade (2001), na rea mais prxima superfcie do concreto
o mecanismo preponderante a absoro, com posterior difuso de
cloretos nas reas mais internas, permanentemente midas.
Os valores de D e Cs determinados atravs da Equao 1 esto
apresentados na Tabela 7 e na Figura 5 e Figura 6.
-
ANAIS DO 48 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2006 -
48CBC0029 12
Tabela 7 Valores de D e Cs determinados atravs da soluo da funo
de erro da 2 Lei de Fick.
Relao a/c 0,4 0,5 0,6 Tipo de
cimento
Tempo de Imerso (meses) Cs D (cm/ano) Cs
D (cm/ano) Cs
D (cm/ano)
2 1,51 2,08 1,66 8,11 2,41 9,11 4 2,75 2,03 3,41 2,85 4,41 3,31
CP IV 6 3,5 1,22 4,14 1,59 4,96 1,86 2 - - 2,68 7,52 4,62 8,59 4 -
- 3,41 5,41 4,78 5,55 CP B 6 - - 4,19 2,74 4,81 2,76
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
2 4 6
tempo (meses)
D(c
m/a
no)
a/c 0,5-CP B
a/c 0,6-CP B
a/c 0,4-CP IV
a/c 0,5-CP IV
a/c 0,6-CP IV
Figura 5 Comportamento de D no perodo analisado.
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
2 4 6
tempo (meses)
Cs
(%)
a/c 0,5-CP Ba/c 0,6-CP Ba/c 0,4-CP IVa/c 0,5-CP IVa/c 0,6-CP
IV
Figura 6 Comportamento de Cs no perodo analisado.
-
ANAIS DO 48 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2006 -
48CBC0029 13
Observou-se na Figura 5 uma diminuio de D com o passar do tempo
no perodo analisado. Essa diminuio ocorre principalmente em funo
dos processos contnuos de hidratao do cimento Portland. Maiores
valores foram obtidos nos concretos com maiores relaes a/c e nos
concretos de CP B, como era de se esperar para a difuso de
cloretos, visto o comportamento dos concretos na Figura 4.
Observou-se na Figura 6 que Cs aumentou com o passar do tempo
dentro do perodo analisado. Os valores de Cs foram maiores para as
maiores relaes a/c e para os concretos de CP B.
difcil prever o comportamento que Cs ter nos concretos devido
aos vrios fatores que atuam sobre uma estrutura quando exposta. De
acordo com Andrade (2001), a ao do meio ambiente tem grande
influncia na concentrao de cloretos sobre a superfcie do concreto,
que pode estar sujeita a mudanas de temperatura e ciclos de
molhagem e secagem, dificultando assim prever o comportamento deste
parmetro.
Segundo Lin (1990), existe uma dependncia significativa entre D
e Cs em concretos. Com o passar do tempo, a quantidade de cloretos
sobre a superfcie do concreto vai penetrando para as camadas
adjacentes. Como visto na Figura 6, os concretos com maior Cs
apresentaram tambm maiores valores de D. 3.3 Previso da Vida til de
Projeto
A soluo da funo de erro da 2 Lei de Fick bastante utilizada para
modelagem da penetrao de cloretos no concreto, apresentando bons
resultados quando utilizada na determinao de D e Cs, em um dado
tempo t. Porm, esta soluo no considera a variao dos parmetros com o
passar de tempo, e isso ocorre, tal como mostrado nos resultados do
item 3.2. Na Tabela 8, esto apresentados os valores de vida til de
projeto calculados atravs da Equao 2.
Tabela 8 Previso da vida til de projeto.
Tipo de cimento
Timerso (meses)
D (cm/ano)
Cs (%)
Vida til de Projeto (anos)
2 7,52 2,68 0,8 4 5,41 3,41 0,94 CP B 6 2,74 4,19 1,64 2 8,11
1,66 1,12 4 2,85 3,41 1,79 CP IV 6 1,59 4,14 2,85
A partir dos resultados da Tabela 8, observou-se a grande
influncia da variao de
D e Cs na vida til de projeto prevista para os concretos. Para
os dados referentes aos 6 meses de imerso do CP B, obteve-se uma
vida til de 1,64 anos, 105% maior que o valor inicial (0,8 anos)
referentes aos 2 meses de imerso. O mesmo se observou para o CP IV,
onde o aumento foi de 155%.
-
ANAIS DO 48 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2006 -
48CBC0029 14
Conhecida a influncia do tipo de cimento nas propriedades do
concreto, verificou-se sua influncia tambm sobre a vida til. Para o
concreto de CP IV, a vida til de projeto prevista foi 73% superior
que para o concreto de CP B utilizando os dados dos 6 meses de
imerso.
Mas para a aplicao da Equao 1, de acordo com Andrade (2005),
algumas condies de contorno devem ser consideradas:
a) Admite-se que o concreto um material homogneo e isotrpico; b)
Considera-se que o nico mecanismo de transporte atuante a difuso;
c) Admite-se que no ocorrem interaes entre os cloretos e os
componentes
qumicos do concreto no momento da penetrao; d) O meio
considerado infinito; e) Tanto D como Cs so constantes ao longo do
tempo, isto , o coeficiente de
difuso completamente independente da concentrao superficial.
Estabelecendo uma comparao entre as condies de contorno com os
resultados
mostrados na Tabela 8, percebe-se que a soluo da funo de erro no
representa com realismo a penetrao de ons cloreto no concreto.
Alguns dos mecanismos de transporte podem estar atuando
simultaneamente nas estruturas (NEPOMUCENO, 2005), e a soluo de
erro considera apenas o mecanismo da difuso.
Como mostrado na Tabela 8, D e Cs exercem forte influncia sobre
a vida til dos concretos, porm a soluo da funo de erro no considera
a variao dos parmetros D e Cs com o tempo. Logo, ao se empregar a
funo de erro para a previso de vida til, no esto sendo consideradas
as transformaes que ocorrem na estrutura com o passar do tempo. O
que limita a utilizao da soluo para esta finalidade, pois a
tendncia a de se despender o menor tempo possvel na determinao dos
parmetros D e Cs, utilizando-se os parmetros referentes aos
primeiros meses para a previso da vida til de projeto. Sendo assim,
os resultados obtidos sero pouco representativos, e no
correspondero vida til real que a estrutura pode vir a ter. 4
Concluses
Os concretos de CP B apresentaram maiores resultados de
resistncia compresso que os concretos de CP IV, para todas as
relaes a/c e idades comparadas. Isto se deve presena de fler
calcrio no CP B, que contribui com a densificao da pasta de cimento
atravs do preenchimento dos poros, e sua finura, que contribui com
a hidratao do cimento.
Os concretos de CP B apresentaram maiores perfis de penetrao de
cloretos que os concretos de CP IV, fato tambm observado em
concretos com maior tempo de exposio e relao a/c. A presena de fler
tambm responsvel pelo maior teor de Cl- no concreto de CP B, pela
substituio do clnquer, restando assim uma menor quantidade de
material cimentcio, reagindo ainda com o C3A e o C4AF restando uma
menor quantidade para fixar os cloretos livres.
Observou-se uma diminuio de D com o passar do tempo, devido
hidratao do cimento, com maiores valores nos concretos de CP B e de
maiores relaes a/c. Cs aumentou com o passar do tempo no perodo
analisado.
-
ANAIS DO 48 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2006 -
48CBC0029 15
Verificou-se a influncia do tipo de cimento e de D na previso da
vida til de projeto dos concretos, obtendo-se valores distintos
entre os tipos de cimento para cada perodo em que se realizou a
anlise (2, 4 e 6 meses de imerso). Com a diminuio de D, observou-se
um aumento na vida til. A soluo da funo de erro da 2 Lei de Fick no
considera esta variao, portanto, no se recomenda o emprego desta
soluo para a previso da vida til, j que a mesma no representa as
transformaes que ocorrem no concreto com o passar do tempo no
fornecendo valores de vida til que correspondam aos que
efetivamente a estrutura pode vir a ter. 5 Referncias ANDRADE, J.
J. O. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado: Anlises das
Manifestaes Patolgicas nas Estruturas no Estado de Pernambuco.
Porto Alegre, 1997. Dissertao (Mestrado em Engenharia Civil) -
Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil, UFRGS. 148p. ANDRADE,
J. J. O. Contribuio previso da vida til das estruturas de concreto
armado atacadas pela corroso de armaduras: iniciao por cloretos.
2001. 255p. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) Universidade
Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre. ANDRADE, J. J. O. Vida
til das Estruturas do Concreto. In: Concreto: Ensino, Pesquisas e
Realizaes. Geraldo Isaia (Ed.). IBRACON, So Paulo, 2005. p. 923 -
951. ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR 7217: Agregado -
determinao da composio granulomtrica. Rio de Janeiro, 1987.
ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR 9776: Agregados -
determinao da massa especfica de agregados midos por meio do frasco
Chapman. Rio de Janeiro, 1986. ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS
TCNICAS. NBR 5738: Moldagem e cura de corpos-de-prova cilndricos ou
prismticos de concreto. Rio de Janeiro, 1994. ASSOCIAO BRASILEIRA
DE NORMAS TCNICAS. NBR 5739 - Concreto: ensaio de compresso de
corpos-de-prova cilndricos. Rio de Janeiro, 1994. ASSOCIAO
BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR 6118: Projeto de estruturas de
concreto. Rio de Janeiro, 2003. ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS
TCNICAS. NBR 7223: Concreto determinao da consistncia pelo
abatimento do tronco de cone . Rio de Janeiro, 1992. ASSOCIAO
BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS (ABNT). NBR 12989: Cimento Portland
branco. Rio de Janeiro, 1993.
-
ANAIS DO 48 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2006 -
48CBC0029 16
BENITEZ, A.; BALZAMO, H.; MIGOYA, E. Hormigones de alta
prestacin elaborados com cemento gris y cemento blanco. In: 4
Jornadas de desarrollo e innovacin, noviembre, 2002. GASTALDINI, A.
L. G.; ISAIA, G. C.; CERVO, T. C. Penetrao de cloretos em concretos
com diferentes teores de pozolanas. So Paulo, SP. 2002. 11p.
WORKSHOP SOBRE DURABILIDADE DAS CONSTRUES, 2., 2002, So Jos dos
Campos. HAMAD, B.S. Investigations of chemical and physical
properties of white cement. Advanced Cement Based Materials, v.2,
n. 4, p. 161-167, july 1995. HELENE, P.R.L. Contribuio ao Estudo da
Corroso em Armaduras de Concreto Armado. So Paulo, 1993. 231p. Tese
(Livre Docncia) - Escola Politcnica Universidade de So Paulo.
HELENE, P. R. L.; GALANTE, R. Concreto Colorido , So Paulo, 1999.
In: Congresso Brasileiro do Cimento, 5. Anais. So Paulo: Congresso
Brasileiro de cimento (CBO), 1999 (CD-ROM). HELENE, P.R.L.;
TERZIAN, P. Manual de dosagem e controle do concreto. So Paulo:
PINI, 1993. 349p. KATZ, A. Properties of concrete made with
recycled aggregate from partially hydrated old concrete. Cement and
Concrete Research. N. 2236, p. 1-9, 2002. KIRCHHEIM, A. P. Concreto
de Cimento Portland Branco Estrutural: Avaliao da Carbonatao e da
Absoro Capilar. Dissertao (Mestrado em Engenharia). Programa de
Ps-Graduao em Engenharia Civil, UFRGS, 2003. 175p. LIN, S. H.
Chloride Diffusion in a Porous Concrete Slab. Corrosion Science,
v.46, n.12, 1990. p. 964-7. MATTOS, L.; DAL MOLIN, D. C. C. Avaliao
da influncia do cimento Portland branco estrutural na resistncia
penetrao acelerada de ons cloretos e na absortividade de concretos
com diferentes relaes gua/cimento. In: CONGRESSO BRASILEIRO DO
CONCRETO, 45, 2003, Vitria ES. So Paulo: Instituto Brasileiro do
Concreto, 2003. MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto:
Estrutura, Propriedades e Materiais. So Paulo: PINI, 1994. 580p.
NEPOMUCENO, A. A. Mecanismo de Transporte de Fluidos no Concreto.
In: Concreto: Ensino, Pesquisas e Realizaes. Geraldo Isaia (Ed.).
IBRACON, So Paulo, 2005. p. 793 - 287
-
ANAIS DO 48 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2006 -
48CBC0029 17
NEVILLE, A. M. Propriedades do concreto. So Paulo: PINI, 1997, 2
ed. 828p. PAGE, C. L.; SHORT, N. R.; HOLDEN, W. R. The influence of
diferente cementes on chloride-induced corrosion of reinforcing
steel. Cement and Concrete Research, v. 16,1986, p. 79-86. RIZZON,
A. C. Determinao do Coeficiente de Difuso de Cloretos e da Vida til
de Projeto de Concretos Moldados com Cimento Portland Branco.
Dissertao (Mestrado em Engenharia). Programa de Ps-Graduao em
Engenharia: Energia, Ambiente e Materiais, ULBRA, 2006. 133p.
Resumo Abstract