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
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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
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
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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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
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.
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
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RILEM - Reunião Internacional dos Laboratórios de Ensaios de Materiais
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
3.4.1 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
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).
obtido de um processo de lixiviação aquosa da cascada Acácia Negra modificada quimicamente).
Fonte: Furnas Centrais Elétricas S.A.
Tabela 3.6 – Caracterização e principais características do Nitrito de Cálcio
Características e Propriedades Determinadas Resultado
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
Fonte: Furnas Centrais Elétricas S.A.
29
Tabela 3.7 – Caracterização e principais características da Amina
Características e Propriedades Determinadas Resultado
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
Fonte: Furnas Centrais Elétricas S.A.
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%
Fonte: Furnas Centrais Elétricas S.A.
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 Cálcio 2,21 1,0:1,85:2,15:0,45 0,45RNC2,21
0,45 Nitrito de Cálcio 3,66 1,0:1,85:2,15:0,45 0,45RNC3,66
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 Nitrito de Sódio 2,21 1,0:1,85:2,15:0,45 0,45RNS2,21
0,45 Nitrito de Sódio 3,66 1,0:1,85:2,15:0,45 0,45RNS3,66
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)
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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).