Mecanismos de deterioracão do Concreto

28/11/2010

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Universidade Federal de Minas Gerais

Durabilidade, Patologia e Recuperação das Construções de Concreto Armado

MECANISMOS DE DETERIORAÇÃO DO

CONCRETOCONCRETO

Prof. Aldo Giuntini de Magalhães

IntroduçãoAté o final da década de 80, a resistência à compressãoainda era, praticamente, o único parâmetro adotadopara avaliar a qualidade do concreto. Em função disto,está ocorrendo uma degradação mais acelerada nasestruturas de concreto armado, obrigando acomunidade que trabalha com este material a definirnovos parâmetros de forma a garantir a suanovos parâmetros, de forma a garantir a suaperformance.

Introdução Causas Físicas Causas Químicas Biodeterioração

Surge então um conceito até então pouco conhecido epraticamente não utilizado: a durabilidade do concreto.Este novo parâmetro é a capacidade do concreto deresistir às intempéries e aos demais processos dedegradação.

A deterioração do concreto ocorre muitas vezes comoresultado de uma combinação de diferentes fatoresexternos e internos. São processos complexos,determinados pelas propriedades físico-químicas doconcreto e da forma como está exposto. Os processos

Introdução

p pde degradação alteram a capacidade do materialdesempenhar as suas funções, e nem sempre semanifestam visualmente. Os três principais sintomasque podem surgir isoladamente ou simultaneamentesão a fissuração, o destacamento e a desagregação.


Causas Físicas da Deterioração do Concretoç


Mecanismos de Deterioração do Concreto


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Desgaste Superficial


Desgaste por Abrasão

Abrasão é o processo que causa desgaste superficial no

concreto por esfregamento, enrolamento, escorregamento ou

fricção constante, sendo particularmente importante no

estudo do comportamento de pisos industriais, pavimentos

rodoviários e de pontes.

A resistência superficial e a dureza do concreto influenciam o

desgaste por abrasão. A utilização de agregados graúdos

mais resistentes e o aumento da resistência à compressão,

elevam a sua resistência à abrasão.


Desgaste por Abrasão / Erosão

Influência da relação água/cimento e do tipo de agregado na deterioração à abrasão/erosão no concreto.


Desgaste por Abrasão

Desgaste superficial por abrasão em pavimento de concreto.


Desgaste por Erosão

É necessário separar o desgaste provocado pelocarreamento de partículas finas pela água dosestragos causados pela cavitação. Enquanto aerosão é o desgaste causado pela passagemabrasiva dos fluidos contendo partículas finassuspensas, a cavitação é a degradação dasuperfície do concreto causada pela implosão debolhas de vapor de água quando a velocidade oudireção do escoamento sofre uma mudança brusca.


Desgaste por Erosão

Erosão em galeria de água pluvial.


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Desgaste por Cavitação

Degrau de galeria.


Desgaste por Cavitação

Calha do vertedouro de uma barragem.


Fissuração Devido a Variação VolumétricaVolumétrica


A variação de temperatura provoca uma mudançavolumétrica nas estruturas de concreto. Se ascontrações e expansões são restringidas, e as tensõesde tração resultantes forem maiores que a resistênciado concreto poderão ocorrer fissuras

Gradientes Térmicos

do concreto, poderão ocorrer fissuras.

Em elementos de concreto com grandes dimensões,como por exemplo, barragens ou blocos de fundação,poderão surgir fissuras devido aos efeitos do gradientetérmico causado pelo calor de hidratação do cimento,que pode originar tensões de tração.


Coeficiente de Expansão

Térmica Linear (α) do concreto:

6 a 12 x 10-6 /oC


Considerando:

α = 9 x 10-6 /oC

Vão = 30,5 m = 30500 mm

Δt = 38 oC

Δl = 10,43 mm



IGREJA DA PAMPULHA (BH)


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Variações bruscas de temperatura provocam danossobre as estruturas, uma vez que a temperatura dasuperfície se ajusta rapidamente, enquanto a dointerior se ajusta lentamente. Os efeitos são


destacamentos do concreto causados peloschoques térmicos. Cita-se por exemplo, o topo daschaminés de indústrias, onde as águas frias daschuvas encontram a superfície quente dos anéissuperiores, causando o esfacelamento do concreto.



Topo de chaminé de uma siderúrgica, deteriorado pela variação brusca de temperatura



Anel superior de concreto de uma chaminé dilacerado devido ao choque térmico


Cristalização de Sais nos Poros

Sob certas condições ambientais, por exemplo,quando um lado de um muro de arrimo ou a laje deum concreto permeável está em contato com umasolução de sal e os outros lados estão sujeitos àperda de umidade por evaporação, o material podese deteriorar por tensões causadas pelacristalização de sais nos poros. Grandes pressõessão produzidas pela cristalização de sais a partir desoluções supersaturadas.


Cristalização de Sais nos PorosA extensão do dano depende do local da cristalização do sal

(na superfície externa ou no interior do concreto), que é

determinado por um equilíbrio dinâmico entre a taxa de

evaporação da água a partir da superfície exposta do

material e a taxa de fornecimento da solução de sal para estematerial e a taxa de fornecimento da solução de sal para este

local.

Apenas quando a taxa de migração da solução de sal através

dos poros interconectados do material é mais lenta do que a

velocidade de reposição, a zona de secagem ocorre

substancialmente abaixo da superfície.


Cristalização de Sais nos PorosNa literatura, os termos descamamento por sal,

desagregação por sal e ataque por hidratação de sal têm

sido usados para descrever a manifestação física de um

fenômeno que é observado na alvenaria e no concreto

poroso exposto a sais hidratáveis como sulfato de sódio eporoso exposto a sais hidratáveis, como sulfato de sódio e

carbonato de sódio.

Como consequência dos numerosos ciclos de variações de

umidade e temperatura do ambiente, ocorre uma

deterioração progressiva na superfície do concreto.


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Lixiviação



Descamamento por sal em

prismas de argamassa

parcialmente submersos

em soluções de (a) sulfatoem soluções de (a) sulfato

de sódio e (b) carbonato de

sódio.



Devido às grandes diferenças na densidade, aconsiderável expansão volumétrica está associada àtransformação da forma anidra desses sais na formahidratada.

Esse tipo de ataque puramente físico a partir dapenetração de uma solução de sais é distinto dosdemais ataques envolvendo interações químicas com osprodutos de hidratação.


Fissuração Devido a Exposição a Extremos de

TemperaturaTemperatura


Apesar destes fenômenos não serem tão comuns noBrasil, eles são importantes nos países atingidos porbaixas temperaturas durante o inverno.

Os efeitos destes fenômenos sobre o desempenho do

Ciclos de Gelo/Degelo

concreto dependerão do seu estágio de endurecimento.Se ocorrer o congelamento antes do endurecimento, oprocesso de hidratação do cimento será suspenso,sendo retomado após o descongelamento, sem perdasignificativa da resistência, apesar da expansão internada água.


Se o congelamento ocorrer após o endurecimento do concreto, mas

sem que ele tenha atingido sua resistência final, a expansão devido

ao congelamento da água resultará em perdas significativas de

resistência.


Quando o concreto endurecido é exposto a baixas temperaturas, a

água retida nos poros capilares congela e expande. Ao

descongelar, verifica-se um acréscimo expansivo nos poros, que

aumenta com a sucessão de ciclos, causando uma pressão de

dilatação que provoca fissuração no concreto, e consequentemente

sua deterioração


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A degradação do concreto pode ocorrer também pelaaplicação de sal para acelerar o degelo. As ações decloros neste processo podem ser danosas ao concreto,contribuindo para a sua degradação em função dosmecanismos de corrosão das armaduras.


mecanismos de corrosão das armaduras.

A aplicação do sal produz também uma redução datemperatura na superfície do concreto causando umchoque térmico, além de tensões internas que podemprovocar fissuras devido a diferença de temperaturaentre a superfície e o interior do concreto.



Sequência da propagação

do gelo no vazio de ar

incorporado.


Quando um elemento de concreto é submetido a altastemperaturas sofre modificações importantes.

A água livre ou capilar do concreto começa a evaporar apartir dos 100°C.

Efeito de Altas Temperaturas

p

Entre 200°C e 300°C, a perda de água capilar écompleta, sem que se observem alterações na estruturado cimento hidratado e sem redução considerável naresistência.


De 300°C a 400°C produz-se a perda de água de gel docimento, ocorrendo uma sensível diminuição dasresistências e aparecendo as primeiras fissurassuperficiais no concreto.

Aos 400°C uma parte do hidróxido de cálcio procedente


Aos 400 C, uma parte do hidróxido de cálcio procedenteda hidratação dos silicatos se transforma em cal viva.

Até os 600°C, os agregados que não têm todos osmesmos coeficientes de dilatação térmica, se expandemcom diferentes intensidades, provocando tensõesinternas que começam a desagregar o concreto.


O concreto no processo de elevação de temperatura vaiperdendo resistência e mudando sua coloração.

Assim, a 200°C o concreto é cinza e não há perda deresistência apreciável;


resistência apreciável;

A 300°C a perda de resistência varia em torno de 10%,decrescendo progressivamente a partir destatemperatura;


De 300°C a 600°C a cor muda para rosa a vermelha, aresistência à compressão cai para 50% do valor original,aproximadamente, o módulo de deformação reduz ematé 20% e a resistência à tração chega a ter um valor


praticamente desprezível;

Entre 600°C a 950°C a cor passa para um cinza compontos vermelhos, com resistência à compressão muitopequena;


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De 950°C a 1000°C a cor muda para amarelaalaranjada e o concreto começa a sinterizar-se;

A partir de 1000°C o concreto sofre a sinterização,


virando um material calcinado, mole e sem resistência.



Influência da temperatura sobre a resistência do concreto.



Influência da temperatura sobre a resistência do concreto.


Efeito de Altas TemperaturasNo concreto armado, o efeito da variação de temperatura não

costuma ocasionar o surgimento de tensões quando as

temperaturas são normais, pois o coeficiente de dilatação

dos dois materiais é semelhante: 1,2 x 10-5 /°C para o aço e

1 0x10-5 /°C para o concreto No entanto quando as1,0x10 5 / C para o concreto. No entanto, quando as

temperaturas se elevam, os coeficientes têm

comportamentos diferentes, sendo que o do aço pode chegar

a 30 vezes superior ao do concreto, produzindo tensões

relevantes, que podem provocar o destacamento da camada

de cobrimento das armaduras.



O aço exposto à alta temperatura se dilata,diminui seu limite elástico e sua tensão deruptura, chegando ao colapso perto dos 500°C.É importante considerar que aços doces elaminados recuperam praticamente suaspropriedades originais quando esfriam.



Incêndio provoca danos em vigas de um auditório.


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Efeitos do calor deterioram a laje superior de um túnelpara passagem de peças metálicas com altastemperaturas em uma siderúrgica.



Danos por fogo no revestimento de concreto do Channel Tunnel (1996).


Causas Químicas da Deterioração do Concretoç





Deterioração do Concreto Por Meio de Reações Químicas

A

O hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) e o C-S-H presentes nos cimentos Portland hidratadossão atacados por uma água mole*.

Nota: A dureza da água é definida em termos da concentração dos cátions cálcio emagnésio - geralmente acompanhados dos ânions carbonato, bicarbonato, cloreto e/ousulfeto. Em concentrações acima de 150mg/L, água é classificada como dura. Teoresentre 150 e 75mg/L, como moderadas e, abaixo de 75mg/L é chamada de água mole.

Solução ácida formando compostos de cálcio solúveis como o cloreto de cálcio sulfatoB I Solução ácida formando compostos de cálcio solúveis, como o cloreto de cálcio, sulfatode cálcio, acetato de cálcio ou bicarbonato de cálcio

B IICertos ânions presentes em águas agressivas podem reagir com a pasta de cimentoformando sais insolúveis. Exemplo: soluções de ácido oxálico (HO2CCO2H) formandooxalato de cálcio (CaC2O4).

B IIISoluções de magnésio atacam eventualmente os silicatos hidratados de cálcio (C-S-H)promovendo a substituição do Ca2+ pelo Mg2+ formando o silicato hidratado demagnésio.

C Ataques de sulfatos formando etringita e gesso; reação álcali-agregado; corrosão doaço no concreto; hidratação de cristais de MgO e CaO.


Reações Envolvendo Produtos Expansivosp


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Corrosão de Metais Incorporados ao Concretop


A deterioração do concreto contento metais

incorporados, tais como tubulações, armadura

passiva e cordoalhas de protensão é

l t t ib íd bi ã d

Aspectos Gerais

geralmente atribuída a uma combinação de

efeitos; entretanto, a corrosão dos metais

incorporados é invariavelmente a causa

principal.


Aspectos GeraisDependendo do tipo de ação do meio corrosivo sobre o

material, os processos corrosivos podem ser

classificados em dois grandes grupos, abrangendo

todos os casos deterioração por corrosão:

Os processos de corrosão eletroquímica são mais

frequentes na natureza e são os que ocorrem no caso

dos metais incorporados ao concreto.

1. Corrosão Eletroquímica;

2. Corrosão Química.


Algumas condições devem estar presentes antes que

uma célula de corrosão passe a atuar:

1. Existência de um ânodo e um cátodo;

2. Existência de um potencial elétrico entre o ânodo e o cátodo;

Corrosão Eletroquímica

2. Existência de um potencial elétrico entre o ânodo e o cátodo;

3. Deve existir um caminho metálico conectando eletricamente o

ânodo e o cátodo;

4. O ânodo e o cátodo devem estar imersos num eletrólito

eletricamente condutivo.


Hidróxido de Ferro


Eletrólito: solução eletricamente condutora constituídade água contendo sais, ácidos ou bases presente nosporos da matriz de concreto.

CátodoÂnodo



As reações de corrosão eletroquímica são reações de

oxidação e redução que ocorrem necessariamente na

presença de água no estado líquido.

As reações da área anódica são reações de oxidaçãoAs reações da área anódica são reações de oxidação

(Fe → Fe2+ + 2e-).

As reações da área catódica são reações de redução.

Para um meio básico aerado teremos:

(H2O + 1/2O2 + 2e- → 2(OH)-.


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A diferença de potencial necessária para dar

início a corrosão eletroquímica da armadura do

concreto pode ocorrer devido à falta de

uniformidade do aço (diferentes aços, soldas),

do contato com metais com menor potencial

eletroquímico, assim como da heterogeneidade

do meio físico e químico que rodeia o aço.


A corrosão através do metal e do eletrólito,

entre o ânodo e o cátodo, pressupõe o

funcionamento de um circuito fechado. Se o

O Que Mantem o Processo?

circuito se interrompe em algum de seus

pontos, a pilha não pode funcionar e a corrosão

se detém.


Para que o circuito se mantenha é necessário

que a região catódica continue consumindo os

elétrons provenientes do processo da ionização

O Que Mantem o Processo?

do aço na região anôdica.

A região catódica por sua vez só consegue

continuar consumindo esses elétrons na

presença de H2O e O2.


Influência da Unidade Relativa do Ar

Em um concreto com uma umidade relativa abaixo

de 60%, provavelmente não haverá corrosão.

O mesmo acontece quando o concreto estiver

A umidade ótima para ocorrer o processo encontra-

se entre 70 a 80%, sendo que, acima deste nível, a

difusão de oxigênio é reduzida consideravelmente.

saturado com água.


Os produtos de ferro e aço são normalmente

cobertos por uma fina camada de óxido de ferro

(Fe203) que se torna impermeável e fortemente

Proteção por Passivação da Armadura

aderida à sua superfície em um meio alcalino,

impedindo que a região catódica tenha contato

com a água e com o oxigênio. Esse fenômeno é

conhecido com passivação da armadura.


Essencialmente são duas as causas que podem dar

lugar a destruição da capa passivante:

1. A presença de uma quantidade suficiente de

cloretos, adicionada durante o amassamento do

Proteção por Passivação da Armadura

cloretos, adicionada durante o amassamento do

concreto ou penetrada do exterior, ou outros íons

despassivantes em contato com a armadura;

2. A diminuição da alcalinidade do concreto por reação

com substâncias ácidas do meio.


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Ação de CloretosCloretos são compostos que, em solução, sedissociam liberando o íon Cl- (NBR 13797/97).

Na ausência de Cl-, a camada de passivação doaço se mantem estável enquanto o concreto possuirum pH maior que 11,5.

Em função da natureza dos produtos de hidrataçãodo cimento Portland (≈ 20% de Ca(OH)2 + soluçãobásica presente nos poros), o pH do concretousualmente se mantem acima de 12.


Ação de CloretosOs íons cloretos podem chegar até o concreto através

de diversas formas, como uso de aceleradores de pega

que contêm CaCl2, impurezas na água de amassamento

e nos agregados, água do mar e maresia, sais de

degelo e processos industriais.

A presença de Cl- torna a camada passivadora instável

e permeável, podendo destruí-la na presença de valores

de pH superiores a 11,5.


Ação de Cloretos


Ação de CloretosApesar de ser capaz de destruir a camada passivadora

com níveis elevados de pH, a concentração de cloretos

necessária para promover a corrosão é fortemente

afetada, dentre outros fatores, pelo pH do concreto.

Foi demonstrado que é necessário um nível de 8.000

ppm de íons cloretos para iniciar o processo quando o

pH é de 13,2, mas quando o pH cai para um patamar de

11,6, a corrosão se inicia com somente 71 ppm de íons

cloretos.


Ação de CloretosTabela 1 - Teor máximo de íons cloreto para proteção das armaduras do concreto

Tipo de estruturaTeor máximo de íons cloreto

(Cl-) no concreto % sobre a massa de cimento

Concreto protendido 0,05Concreto armado exposto a cloretos nascondições de serviço da estrutura 0,15

Concreto armado em condições deexposição não severas (seco ouprotegido da umidade nas condições deserviço da estrutura)

0,40

Outros tipos de construção com concretoarmado 0,30

Fonte: ABNT NBR 12655:2006 - Concreto de cimento Portland - Preparo, controle erecebimento - Procedimento


Ação de CloretosO risco dos cloretos induzirem um processo de corrosão

aumenta com a facilidade de migração do Cl- através da

matriz de concreto e da razão Cl-/OH- presente nos poros.

Nos cimentos Portland, a taxa Cl-/OH- diminui com a

presença de C3A.

Parte cloretos se ligam com o C3A formando o

C3A.CaCl2.10H2O (fase sólida menos reativa), mas uma boa

parcela ainda permanece livre nos poros.


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Ação de CloretosA formação do C3A.CaCl2.10H2O pode ser reduzida em

função da presença de sulfatos, devido a formação

preferencial de monosulfatos e da etringita, ou por

carbonatação.

Apesar de cimentos com adições terem menores

concentrações de OH-, as taxas de Cl-/OH- diminuem em

alguns casos devido também a redução do Cl- em solução,

em função de uma maior concentração de C3A ou AFm

presentes, capazes de reter o Cl-.


Cimentos mais resistentes ao ataque de cloretos (em

ordem decrescente):

1. Cimentos com adição de escória granulada de alto-

forno;

Ação de Cloretos

2. Cimento com adição de cinza volante;

3. Cimento Portland comum;

4. Cimento resistente a sulfatos (pouco resistente);

5. Cimento com adição de sílica ativa (pouco

resistente).


Ação de CloretosPara a determinação do teor de cloretos no concreto são

utilizados diferentes métodos, geralmente divididos em dois

grupos: medição da relação cloretos totais/livres e medição

da relação cloretos fixos/livres. O número total de cloretos é

d í li i fisoma de íons livres mais fixos.

O cloreto livre existe na solução intersticial, sendo de fácil

extração, enquanto o fixo é fortemente absorvido pelas

paredes dos poros, sendo quimicamente ligado à matriz

cimentícia, originando os cloro-aluminatos.


Ação de CloretosA medição de cloretos é feita em amostras de pó retiradas do

concreto, em diferentes profundidades da estrutura, e a

análise quantitativa é feita por via química (ASTM C 1152-

1992) ou por análise de fluorescência de Raio-X.


Ação de Cloretos

Ponte rodoviária em área urbana


Ação de Cloretos

Pilar sobre o mar após

10 anos de construção,

deteriorado devido aos

efeitos da interação da ç

carbonatação com íons

e cloretos


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CarbonataçãoO anidrido carbônico, CO2, presente na atmosfera tem

uma tendência notável para se combinar com as bases

do cimento hidratado, resultando compostos com pH

mais baixos.

A ação do CO2 sobre os constituintes do cimento

hidratado é complexa, pois não se limita ao hidróxido de

cálcio, mas ataca e degrada todos os produtos da

hidratação do cimento. O concreto é um material poroso

e o CO2 do ar penetra pelos seus poros.


Carbonatação

O dióxido de carbono (CO2) dissolve-se nassoluções presentes nos poros da pasta decimento, produzindo íons CO3

2-, que reagemcom o Ca2+ para produzir o CaCO3. Os ions OH-

e Ca2+ necessários nessas reações são obtidospela dissolução do Ca(OH)2 e pela redução dataxa Ca/Si do C-S-H. O CH e o C-S-Hcarbonatam-se simultaneamente.


Carbonatação

Conforme já mencionado o concreto possui um pH

da ordem de 12,5, principalmente por causa do

Ca(OH)2. O desaparecimento do hidróxido de cálcio

do interior dos poros da pasta de cimento hidratadodo interior dos poros da pasta de cimento hidratado

e sua transformação em carbonato de cálcio faz

baixar o pH da solução em equilíbrio de 12,5 para

9,4, fator importante para o início da corrosão das

armaduras.


Carbonatação


Carbonatação

A velocidade do processo depende dapermeabilidade do concreto que é afetada pelaquantidade e tipo de cimento usado no traço, pelarelação a/c, pela granulometria dos agregados, pelograu de compactação e pelos cuidados com a cura.

O grau de carbonatação máximo ocorre a umaumidade relativa de 60%, enquanto que em umambiente seco ou saturado a carbonatação éreduzida para 20% deste valor.


CarbonataçãoA cura tem grande influência neste processo.Deficiência de cura pode ocasionar fissuras noconcreto, o que facilita a entrada do CO2.

A b t ã i ó ãA carbonatação por si só não causa adeterioração do concreto, mas possui efeitosimportantes. Observa-se aumento naresistência à compressão do concreto e aretração por carbonatação.


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Carbonatação

FRENTE DE CARBONATAÇÃO

REDUÇÃO DO PH

(AR)

+ HIDRÓXIDO DE CÁLCIO

(CONCRETO)

CO2 + H2O

REDUÇÃO DO PH

DESTRUIÇÃO DA PELÍCULA DE ÓXIDO DE FERRO QUE PROTEGE O AÇO PASSIVADO

INÍCIO DO PROCESSO DE CORROSÃO

DESPASSIVIDADE


CarbonataçãoConcreto em ambiente alcalino PH > 13

Armadura passivada estável indefinidamente

A carbonatação não ocorre quando o concreto estiver debaixo de água


Evolução do CO2 na Atmosfera

337354

378

350

370

390

m

316325

337

279 296

270

290

310

330

Anos

ppm

1765

1900

1960

1970

1980

1990

2004


Carbonatação

Pilar em indústria

com corrosão nas

d d idarmaduras devido

à carbonatação


Medição da Frente de CarbonataçãoA identificação das áreas carbonatadas podeser feita através de difração de Raio-X, análisetérmica diferencial, termografia e observaçãomicroscópica. Mas a comprovação maiscorrente é através de indicadores de pH a basede fenolftaleína ou timolftaleína. Quando do usode fenolftaleína, as regiões mais alcalinasapresentam-se com cor violeta, enquanto asmenos alcalinas são incolor.


Medição da Frente de Carbonatação


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Medição da Frente de Carbonatação

Amostra da Ponte Rio-Niterói indicando uma profundidade de carbonataçãode 2 cm em uma peça com 4 cm de cobrimento de armadura


Corrosão EletroquímicaFatores facilitadores:• presença de oxigênio;• presença de água;• heterogeneidade do meio que

circunda o aço;• perda da alcalinidade do meio;• presença de cloretos;

Fatores inibidores:• concreto pouco permeável;• Alta alcalinidade do meio;• camada de recobrimento da

armadura adequada;• etc.

• etc.



Os óxidos expansivos, gerados na corrosão,

ocupam um volume várias vezes maior que o

volume do aço original, causando fissuras e

destacamento da camada de cobrimento,

facilitando o ingresso de mais agentes

agressivos.



A corrosão da armadura induz ao surgimento detrincas e ao desplacamento de partes do concreto.



Fissuras em viga causadas pela expansão dos óxidos geradosóxidos gerados na corrosão



Processo de expansão.


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Corrosão EletroquímicaO aço em corrosão diminui de seção ou converte-se

totalmente em óxido, há redução da aderência

aço/concreto e consequentemente, ocorre uma perda

da capacidade estrutural do elemento de concreto.



Corrosão generalizada:

A corrosão uniforme ou generalizada ocorre

devido a uma perda generalizada da película

de passivação, resultante da frente de

carbonatação no concreto e/ou presença

excessiva de cloretos.



Corrosão generalizada, atinge todo um pilar de áreapilar de área industrial



Corrosão localizada:

Forma-se a partir de uma célula de corrosão onde existe uma

área passivada intacta, atuando como um cátodo, e uma

pequena área atuando como ânodo, que perdeu a película

passiva e onde se reduz o oxigênio dissolvendo o aço.

As pequenas áreas despassivadas, conhecidas pelo nome de

pite, podem gerar condições suficientes para a sua

continuidade e crescimento, e decrescem o pH localmente.


Corrosão EletroquímicaCorrosão sob tensão:

A corrosão sob tensão se caracteriza por ocorrer em aços

submetidos a elevadas tensões, em cuja superfície é gerada uma

microfissura que vai progredindo muito rapidamente, provocando

uma ruptura brusca e frágil do metal ainda que a superfície nãouma ruptura brusca e frágil do metal, ainda que a superfície não

mostre evidências de ataques.

Este tipo de corrosão acontece, preferencialmente, em concretos

protendidos, sendo um fenômeno muito específico e normalmente

associado à má qualidade do concreto (bainhas mal preenchidas,

lixiviação do concreto) ou a presença de determinados íons.




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Corrosão galvânica:

Este tipo de corrosão ocorre quando existem

diferentes tipos de metal no mesmo meio eletrolítico.

O metal com menor atividade eletroquímica éO metal com menor atividade eletroquímica é

corroído. Uma das situações mais comuns

encontradas é o uso de alumínio dentro do concreto

armado.



Corrosão galvânica de pilar de prédio residencialresidencial




Ataque por Sulfato


Ataque por SulfatoDefinição de Sulfato:

Sulfato segundo a IUPAC (International Union of Pure and

Applied Chemistry) é o íon SO42-, consistindo de um átomo

central de enxofre (S) ligado por ligações covalentes a quatro

átomos de oxigênio (O). O ânion sulfato apresenta estado de

oxidação 2-.

Não é raro encontrar concentrações de sulfato

potencialmente deletérias em águas industriais e naturais.


Ataque por Sulfato

Estrutura química do sulfato de cálcio.


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Ataque por SulfatoPresença de Sulfato:

A maioria dos solos contém sulfato na forma de gipsita

(CaSO4.2H2O) em teores normalmente entre 0,01 a 0,05%

em massa. Essa quantidade é considerada inofensiva ao

tconcreto.

A solubilidade da gipsita na água em temperatura normal é

bastante limitada (aproximadamente 1,4 g de SO4 por litro).

Normalmente, concentrações maiores de sulfato nas águas

subterrâneas se devem à presença de sulfatos de magnésio,

sódio e potássio.


Ataque por SulfatoPresença de Sulfato:

O sulfato de amônia, (NH4)2SO4, está frequentemente

presente nas terras e águas agrícolas.

Efluentes de fornos (que usam combustíveis com alto teor de(q

enxofre) e da indústria química podem conter ácido sulfúrico.

A decomposição de matéria orgânica em pântanos, lagos

rasos, poços de mineração e tubulação de esgoto costuma

levar à formação de gás sulfídrico (H2S), que se transforma

em ácido sulfúrico pela ação bacteriana.


Ataque por Sulfato


Ataque por SulfatoEfeitos do ataque por sulfato no concreto:

O ataque por sulfato pode se manifestar na forma de

expansão e fissuração do concreto, provocando os seguintes

efeitos:

Perda de resistência mecânica;- Perda de resistência mecânica;

- Aumento da permeabilidade;

- Perda de massa devido à perda de coesão dos produtos

de hidratação do cimento;

- Fragmentação da camada superficial;

- Desintegração.


Nomenclatura Química do CimentoFórmulas químicas na indústria do cimento são

frequentemente expressas como somas de óxidos.

Exemplo: O silicato tricálcico, Ca3SiO5, pode ser escrito

também como 3CaO·SiO2.

Isso não quer dizer que os óxidos constituintes são

encontrados separados dentro da estrutura do material.

É também comum utilizar letras para abreviar as fórmulas dos

óxidos mais comuns, tais como C para o CaO ou o S para o

SiO2.


Nomenclatura Química do CimentoNome Óxido Abreviação

Óxido de Cálcio (cal viva ou cal virgem) CaO CDióxido de Silício (sílica) SiO2 SÓxido de Alumínio (alumina) Al2O3 AÓxido de Ferro III (hematite ou hematita) Fe2O3 FÓxido de Magnésio (magnésia) MgO MÓxido de Potássio K2O K

Trióxido de Enxofre (óxido sulfúrico) SO3

Óxido de Sódio Na2O NDióxido de Titânio (titânia) TiO2 TPentóxido de Fósforo P2O5 PÁgua H2O H

Dióxido de Carbono (gás carbônico) CO2


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Ataque por SulfatoReações químicas no ataque por sulfato:

As reações por sulfato são frequentemente analisadas em

termos das reações entre as fases sólidas da pasta de

cimento e os compostos dissolvidos, tais como Na2SO4 ou

MgSO4, presentes na solução.

Deve-se entender, entretanto, que os cátions e os ânions

presentes na solução produzem reações essencialmente

independentes.


Ataque por Sulfato


Ataque por Sulfato


Ataque por Sulfato


Micrografia eletrônica de

varredura de cristais hexagonais

característicos de monossulfato

hidratado e cristais aciculares de

etringita formados pela mistura

Ataque por Sulfato

de soluções de aluminato de

cálcio e sulfato de cálcio.

É consenso que as expansõesno concreto relacionadas aosulfato são associadas àetringita.


Ataque por Sulfato

Agulhas delgadas e longasde etringita.


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Dependendo do tipo de cátion associado à solução de sulfato

(Na+, K+ ou Mg2+), tanto o hidróxido de cálcio quanto o C-S-H

presentes na pasta de cimento Portland hidratada podem se

t i it (C SO 2H O) l t lf tconverter em gipsita (CaSO4.2H2O) pelo ataque por sulfato.

A formação de gipsita ocorre parcialmente como microcristais

misturados com o C-S-H e parcialmente como veios,

frequentemente paralelos à superfície.

Trincas estão frequentemente associadas com a gipsita

formada como veios.



Soluções de sulfato de sódio:

- Na2SO4 + Ca(OH)2 + 2H2O→ CaSO4·2H2O + 2NaOH

A formação da gipsita também necessita de íons Ca2+. Esses

íons serão fornecidos pelo ataque ao Ca(OH)2 podendo

também reagir com o C-S-H.

No caso do ataque por sulfato de sódio, a formação de

hidróxido de sódio como subproduto da reação assegura a

manutenção da alta alcalinidade no sistema, que é essencial

para a estabilidade do produto da hidratação, C-S-H.



Soluções de sulfato de magnésio:

- Mg2SO4 + Ca(OH)2 + 2H2O → CaSO4·2H2O + Mg(OH)2

- 3MgSO4 + 3CaO·2SiO2·3H2O + 8H2Og 4 2 2 2

→ 3 (CaSO4·2H2O) + 3Mg(OH)2 + 2SiO2·H2O

Como produtos do ataque por sulfato de magnésio, temos

além da gipsita a formação da brucita (Mg(OH)2) e da

serpentina (M3S3H2).



O hidróxido de magnésio (brucita - Mg(OH)2) é insolúvel e

reduz a alcalinidade do sistema.

Na ausência de íons hidroxila na solução, o C-S-H deixa de

ser estável e também é atacado pela solução de sulfato.

O sulfato de magnésio, portanto, é mais severo no concreto.

Os cimentos Portland RS (resistentes aos sulfatos) reduzem

a formação de etringita, a descalcificação do C-S-H e a

formação de fissuras.



Soluções de sulfato de cálcio:

Apesar de sua pouca solubilidade, CaSO4 presente em

solução pode também atacar o concreto.

Neste caso, a solução pode prover todos os íons necessários

para a produção da etringita a partir do monossulfato, e

pouca ou nenhuma dissolução do CH ou descalcificação do

C-S-H se torna necessária.

Alguns agregados também podem conter gipsita promovendo

um ataque interno.



A formação de gipsita (CaSO4·2H2O) como resultado das

reações de troca catiônica também pode causar expansão.

Tem-se observado, entretanto, que a deterioração da pasta, , q ç p

de cimento Portland endurecida pela formação de gipsita se

dá através de um processo que primeiro leva à redução do

pH do sistema e perda de rigidez e resistência, seguida pela

expansão e fissuração e, por fim, pela transformação do

concreto em uma massa pastosa ou não-coesiva.


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Ataque por Sulfato

Ataque de sulfato no concreto da Barragem de Fort Peck, 1971.


Ataque por Sulfato

Desintegração por ataque por sulfatos + erosão.


Controle do Ataque por SulfatoFatores que influenciam o ataque por sulfato:

A quantidade de sulfato presente;

O nível da água e sua variação sazonal;

O fluxo de água subterrânea e a porosidade do solo;O fluxo de água subterrânea e a porosidade do solo;

A forma de construção;

A qualidade do concreto.

Se não se pode impedir a água com sulfato de atingir o

concreto, devemos garantir sua qualidade.


Ataque por Sulfato

Tabela 2 - Requisitos para concreto exposto a soluções contendo sulfatos.

Condições de exposição em

função da agressividade

Sulfato solúvel em água (SO4)

presente no solo

% em massa

Sulfato solúvel (SO4) presente na água

ppm

Máxima relação água/cimento, em

massa, para concreto com agregado

normal*

Mínimo fck (para concreto com agregado normal ou leve)

MPa

Fraca 0,00 a 0,10 0 a 150 -- --

Moderada** 0,10 a 0,20 150 a 1500 0,50 35

Severa** Acima de 0,20 Acima de 1500 0,45 40

* Baixa relação água/cimento ou elevada resistência podem ser necessárias para a obtenção de baixa permeabilidade do concreto ou proteção contra a corrosão da armadura ou proteção a processos de congelamento e degelo.** Água do mar.*** Para condições severas de agressividade, devem ser obrigatoriamente usados cimentos resistentes a sulfatos.

Fonte: ABNT NBR 12655:2006 - Concreto de cimento Portland - Preparo, controle e recebimento - Procedimento


Controle do Ataque por SulfatoFatores que influenciam o ataque por sulfato:

A taxa de ataque à estrutura do concreto com todas suas

superfícies expostas à água com sulfato é menor do que

quando a umidade pode ser perdida pela evaporação em

uma ou mais superfícies.

Assim, porões, galerias, muros de arrimo e lajes sobre o solo

são mais vulneráveis do fundações ou estacas.

A baixa permeabilidade do concreto, é a melhor proteção

contra o ataque por sulfato.


Controle do Ataque por SulfatoCimentos Resistentes aos Sulfatos:

O cimento Portland contendo menos do que 5% de C3A é

suficientemente resistente aos sulfatos sob condições

moderadas de ataque por sulfato (quando a única

consideração são as reações de formação de etringita).

Quando altas concentrações de sulfato (≥ 1500 mg/l) estão

envolvidas (normalmente associadas à presença de cátions

de magnésio e álcalis), o cimento RS (≤ C3A ) pode não ser

eficiente contra as reações de troca catiônica que resultam na

formação de gipsita, especificamente se o teor de C3S do

cimento é alto.


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Controle do Ataque por SulfatoCimentos Resistentes aos Sulfatos:

Sob essas condições, a experiência mostra que cimentos

contendo potencialmente pouco ou nenhum hidróxido de

cálcio na hidratação têm desempenho muito melhor.

Como exemplos podemos citar: cimentos com alta

concentração de alumina, cimentos Portland com escória de

alto-forno, com mais de 50% de escória, cimentos Portland

pozolânicos com pelo menos 25% de pozolanas (pozolana

natural, argila calcinada ou cinzas volantes com baixa

concentração de cálcio).


Ataque por Sulfato

Efeitos do tipo e consumo de cimento e da adição de cinzas volantessobre o ataque por sulfato no concreto.


Ataque por Sulfato

Micrografia eletrônica de varredura e representação diagramática daexpansão do concreto causada pela formação de etringita tardia (DEF- delayed ettringite formation).


Ataque por Sulfato

Enfoque holístico para expansão e fissuração por formação deetringita tardia.


Água do Mar


Água do MarA água do mar contém sulfatos e ataca oconcreto. Além da ação química, acristalização dos sais nos poros do concretopode provocar a degradação devido àpressão exercida pelos cristais salinos, nospressão exercida pelos cristais salinos, noslocais onde há evaporação, acima da linha deágua. O ataque só ocorre quando a águapode penetrar no concreto, portanto, o nívelde impermeabilização é muito importanteneste processo.


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Água do MarOs concretos localizados entre os limites damaré, sujeitos à molhagem e secagemalternadas, são severamente atacados,enquanto os concretos submersospermanentemente, são menos atacados.permanentemente, são menos atacados.


Água do Mar

Estrutura de concreto severamente deteriorada, localizada na linha damaré.


Reação Álcali-Agregado


Reações Álcali-Agregado

O primeiro trabalho sobre o assunto foi publicado por Stanton em1940, a partir de suas investigações sobre estruturas fissuradas deconcreto na Califórnia.


Reações Álcali-AgregadoOs íons Na+, K+ e OH- dissolvidos na solução dos poros da

matriz de cimento geram produtos expansivos, que

degradam o concreto e reagem com certos tipos de sílica

que podem estar presentes nos agregados, resultando em

tensões internas que podem causar expansão e fissurastensões internas que podem causar expansão e fissuras.

As condições necessárias para que as RAS ocorram no

concreto de cimento Portland são uma quantidade

suficientemente alta de óxidos alcalinos no cimento, um

constituinte reativo no agregado e a presença de água.


Reações Álcali-AgregadoEm geral, o ataque pode ocorrer em agregados contendo

certas formas de sílica amorfa (reação álcali-sílica) e com

agregados de natureza dolomítica, CaMg(CO3)2, (reação

álcali-carbonatos).

A reação álcali-sílica ocorre com mais frequência.

No concreto massa, a reação álcali-sílica (RAS) gera

fissuras em forma de “mapa”.

No concreto armado, as fissuras tendem a se formar

paralelamente às barras da armadura.


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Fissuras em forma de “mapa” em blocos de fundação devido a reação álcali-agregado.


Reações Álcali-AgregadoMecanismo de deterioração:

Os álcalis derivam, predominantemente, do cimento.

O clincker contém baixos teores de Na2O e K2O que, depoisde hidratados, passam para a solução sob a forma dehidróxidos:hidróxidos:

- Na2O + H2O → 2Na(OH)

- K2O + H2O → 2K(OH)

O teor de álcalis no cimento é expresso como percentualequivalente de Na2O em massa:

- %Na2Oeq = %Na2O + 0,659K2O


Reações Álcali-AgregadoMecanismo de deterioração:

A RAS é improvável de ocorrer no concreto de cimento

Portland (não composto) se o teor de Na2Oeq estiver abaixo

de 4 kg/m3.

Um limite de Na2Oeq ≤ 3 kg/m3 foi proposto de modo a facilitar

o controle tendo em vista as variações do processo produtivo.

Um critério alternativo baseado na composição do cimento

pode ser expresso como Na2Oeq � 0,6%.


Mecanismo de deterioração:

A forma de ataque no concreto envolve a quebra da estrutura

da sílica do agregado por íons hidroxila seguido pela

adsorção dos íons metálico-alcalinos nas superfícies recém-

criadas dos produtos de reação.


p

Forma-se um gel de silicatos de cálcio e álcalis, o qual pode

se dilatar e absorver a água em que entra em contato.

Esta dilatação pode induzir solicitações de tração no concreto

e levar ao aparecimento de um estado vulnerável de

fissuração, influenciada pela geometria e armadura da peça.



Microscopia mostrando as fissuras da reação álcali-agregado.



Esta reação pode passar desapercebida

durante um período de tempo, possivelmente

anos, antes que possa estar evidenciada.

Para se confirmar a reação álcali-agregado é

necessário exames com microscopia

eletrônica.


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Reação Álcali-Agregado em uma Barragem.



a) Desalinhamentode parapeito dabarragem de Val-de-Ia-Mare;

b) Bloco de umab) Bloco de umaponte em SierraNevada;

c) Pista de pouso daBase Aérea Navalde Point Mugu.


Exposição a Produtos Químicos Agressivosg


Produtos Químicos AgressivosCertos produtos químicos em solução irão atacar vários

constituintes do concreto.

Podemos categorizar os produtos químicos agressivos da

seguinte forma:


- Ácidos inorgânicos;

- Ácidos orgânicos;

- Soluções alcalinas;

- Soluções de sais;

- Miscelâneas.

Produtos Químicos Agressivos



Viga de concreto deteriorada por ataque por ácidos em uma indústria.


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Depósito de enxofre em fábrica de fertilizantes.



Ataque químico por ácido sulfúrico deteriorou pilar em indústria defertilizantes.



Ataque químico ao concreto.


Biodeterioração do Concreto


Biodeterioração do ConcretoA biodeterioração é a mudança indesejável naspropriedades do material, devido à ação demicrorganismos.

O concreto é considerado um material bioreceptivo aot i bi ló i d id à di õ dataque microbiológico devido às condições de

rugosidade, porosidade, umidade e composiçãoquímica, que combinadas com as condiçõesambientais como umidade, temperatura eluminosidade, podem promover a biodeterioração doconcreto.


Biodeterioração do ConcretoOs microrganismos podem atuar sobre o concreto emações deletérias contra a pasta de cimento e osagregados, interferindo em sua estética, reduzindosua durabilidade comprometendo sua integridade.

Os principais microrganismos são as algas fungosOs principais microrganismos são as algas, fungos,bactérias, liquens e protozoários.

Os mecanismos de biodegradação podem semanifestar através de formação de biofilme, ataqueácido, tensões provocadas pela cristalização de saise complexação.


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Teto de galeria de águas pluviais contaminada por esgotos apresentamanchas devido ao ataque biológico.


Biodeterioração do ConcretoNa prática o mais significativo ataque biológico aoconcreto é o que ocorre em esgotos.

No interior dos esgotos, em condições anaeróbicas,as bactérias produzem ácido sulfídrico, H2S, que éum composto de pouca agressividade ao concreto.u co pos o de pouca ag ess dade ao co c e o

Ao escapar de dentro do esgoto para o ar, o ácidosulfídrico vai colocar-se ao alcance de bactériasaeróbicas, que habitam na superfície livre do esgoto.

Essas bactérias o transformam em ácido sulfúrico(H2S04) que é bastante agressivo para o concreto.



Ambiente dentro de uma tubulação de esgoto.



Degradação biogênica.



Degradação biogênica.



Outra forma comum de ataque biológico é o

crescimento de raízes de plantas, algas e

liquens em fendas ou zonas porosas do

concreto, originando forças expansivas de

degradam mecanicamente o concreto,

facilitando o transporte de outros agentes

agressivos para seu interior.


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Crescimento de raízes de plantas em fendas do concreto deterioram aestrutura.



Em estruturas marinhas subaquáticas, as

plantas e cracas que se desenvolvem nas

superfícies do concreto têm efeito benéfico,

pelo fato de consumirem o oxigênio antes que

ele possa penetrar no concreto, inibindo o

processo de corrosão das armaduras.



Cracas na linha da água protegem as estruturas marinhas, inibindo oprocesso de corrosão das armaduras.


Agradecimentos

Engineering

Mecanismos de deterioracão do Concreto