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A compreensão da degradação do betão por ações químicas, explorando as causas, mecanismos e consequências de diferentes tipos de ataques químicos. Aborda a carbonatação, reações álcalis-agregado, reações sulfáticas, ataque ácido e corrosão das armaduras, fornecendo informações detalhadas sobre cada processo e os ensaios utilizados para avaliá-los. O documento destaca a importância da prevenção e da adoção de medidas adequadas para garantir a durabilidade das estruturas de betão.
Typology: Schemes and Mind Maps
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Stelio Mamudo Turqueza Inácio
Eng.Mouzinho Alfandega
A Deterioração do Betão por Ações Químicas A deterioração do betão por ações químicas ocorre quando reações químicas entre os componentes do concreto e substâncias externas (ou mesmo internas) causam uma perda de suas propriedades estruturais, levando à degradação de sua resistência e durabilidade. Esse processo pode ser causado por diversos agentes químicos que interagem com os componentes do betão, como o cimento, os agregados e a armadura. Alguns dos principais mecanismos de deterioração química incluem: Carbonatação Reações expansivas internas Ataque por ácidos Ataque por cloretos(CL-) 1.Carbonatação A penetração de dióxido de carbono gasoso dentro do betão, parcialmente, saturado, geralmente inicia uma série de reações com ambos os iões dissolvidos na solução dos poros e na pasta de cimento hidratada. Essa reação designa-se por carbonatação e é um dos mecanismos mais correntes de deterioração do betão armado. O dióxido de carbono presente no ar penetra nos poros do betão e reage com o hidróxido de cálcio formando carbonato de cálcio e água, porém, num betão totalmente saturado de água não haverá carbonatação, pois a difusão do dióxido de carbono (CO2) não é possível através dos poros do betão. Este processo é acompanhado pela redução da alcalinidade do betão. Num betão homogéneo, a carbonatação progride com a frente paralela à superfície. Quando a frente de carbonatação atravessa o recobrimento das armaduras, estas ficam despassivadas (devido à perda de alcalinidade), permitindo o início da sua corrosão (desde que existam água e oxigénio), comprometendo, deste modo, a durabilidade do betão. A carbonatação é o termo genérico dado à neutralização do betão pela reação entre os componentes alcalinos da pasta de cimento e de dióxido de carbono (CO2 ) existente na atmosfera. Uma vez que a reação se processa em solução, a primeira indicação de carbonatação é a diminuição do pH da solução dos poros para cerca de 8.573, nível na qual o filme passivo sobre o aço deixa de ser estável. Quando a frente de carbonatação atinge a armadura de aço, em geral ocorre a depassivação em grandes áreas ou sobre toda a superfície do aço levando à corrosão geral do aço.
A entrada de gases no interior do betão é maior com baixa humidade relativa no ar, mas a reação entre o gás e a pasta de cimento ocorre em solução, o que implica que esta seja maior quanto maior for a humidade. Assim, o meio mais agressivo para a neutralização do betão será o de ciclos alternados de humidade e secagem e de temperaturas elevadas. Em condições constantes, uma humidade relativa de 60% é o ambiente mais favorável para a ocorrência da carbonatação. Três outros fatores importantes que influenciam o tempo de iniciação da corrosão induzida por carbonatação são: recobrimento das armaduras, a presença de fissuras, e a alta porosidade associada à alta razão água/cimento. Figura 1.: Representação esquemática da corrosão da armadura causada pela carbonatação Ensaios No ensaio de carbonatação acelerada (RILEM CPC-18), O concreto é exposto a uma atmosfera rica em dióxido de carbono (geralmente 4% de CO₂) em condições controladas de temperatura e umidade, simulando o processo de carbonatação. Após um período de exposição, o concreto é quebrado e uma solução de fenolftaleína é aplicada para determinar a profundidade da carbonatação (a fenolftaleína muda de cor dependendo do pH do concreto).
à medida que as fissuras se alargam e aumento da permeabilidade, facilitando a entrada de outros agentes deteriorantes. Figura 3 .: Reparação da fissuração provocada por reações expansivas internas Ensaios A ocorrência de reações álcalis-sílica (RAS) em estruturas de betão foi reconhecida pela primeira vez em Portugal no início da década de 90 do século passado. Desde então um grande volume de trabalho tem vindo a ser desenvolvido com o objetivo de estudar os agregados para betão, criar medidas preventivas da reação, monitorizar e reparar as estruturas afetadas. No presente trabalho resume-se o estudo realizado para a caracterização de oito granitos portugueses provenientes de pedreiras atualmente em exploração para obtenção de agregados para betão. A caracterização seguiu os procedimentos previstos nas normas nacionais e internacionais em vigor e incluiu um conjunto de ensaios que se distribuem em dois métodos principais: petrografia com análise petrográfica; ensaios de expansão envolvendo a produção de barras de argamassa (ASTM C1260) e prismas (ASTM C1293) de betão expostos a diferentes condições ambientais. Os ensaios permitiram determinar a reatividade potencial de alguns destes agregados e tecem considerações sobre possíveis modificações a propor na revisão das normas nacionais.
2.2.Reações sulfáticas internas (RSI) Deste que se começou a estudar os danos existentes nas estruturas de betão, que se conhece a degradação provocada pelos sulfatos, dos quais se destacam as degradações provocadas pelos meios salinos94. Assim, poderia pensar-se que este tipo de patologia, em particular no betão, estaria a ser controlada graças a uma adequada seleção dos materiais, entre os quais, nomeadamente, o tipo de cimento a utilizar na execução da estrutura. No entanto, estruturas e peças de betão ainda são afetadas por uma atividade sulfática, cuja origem é por vezes atribuída aos constituintes usados na fabricação do próprio betão. Esta patologia é por isso denominada por reação sulfática de origem interna, visto que esta tem origem no interior da estrutura de betão. Ao contrário do que ocorre com as reações sulfáticas “clássicas” (RSE), onde os sulfatos atacam o betão a partir do exterior (provocando assim, uma degradação progressiva desde a superfície para o interior da peça de betão), a reação sulfática de origem interna irá afetar o conjunto do betão sem ter a necessidade de uma fonte externa de sulfatos (tal como ocorre na RSE) Com o efeito direto dessa reação, irá ocorrer a expansão do material, originando assim, a nível macroscópico a fissuração da estrutura. A origem da expansão é atribuída à formação de etringite secundária que apresenta, sob certas condições termodinâmicas, propriedades expansivas. Ensaios Para RSI, temos o ensaio de resistência ao ataque de sulfatos (ASTM C1012), que avalia a resistência à expansão de amostras de argamassa ou betão quando submersas em soluções de sulfato, a expansão das amostras é medida ao longo do tempo para identificar a degradação causada pelo ataque de sulfatos. Este método de teste fornece um meio de avaliar o resistência ao sulfato de argamassas feitas com cimento portland, misturas de cimento portland com pozzolans ou escórias, e misturado cimentos hidráulicos. A solução de exposição padrão utilizada neste método de ensaio, a menos que seja indicado de outra forma, contém 352 moles de Na2SO4 por m3 (50 g/L). Outras concentrações do sulfato ou outros sulfatos tais como MgSO4 pode ser usado para simular a exposição ambiental de interesse. Discussão adicional destes e outros questões é dado no Apêndice. E o ensaio de resistência química (EN 196-2), que avalia a resistência de diferentes misturas de cimento ao ataque por sulfatos, utilizando amostras imersas em soluções de sulfato.
Os ácidos podem ter origem em fontes externas, como por exemplo, os solos em torno de uma estrutura de betão armado, as águas subterrâneas, as águas pluviais, esgotos, e de poluentes no ar (chuvas ácidas). Alguns agregados, incluindo os siliciosos (contendo sílica), não são atacados por ácidos, mas os agregados calcários (contendo cálcio), facilmente reagem com os ácidos. Os ácidos irão, assim, atacar a pasta e os agregados calcários da mesma forma, diluindo-se ao longo da estrutura e diminuindo os danos provocados na pasta cimentícia. Ensaios As estruturas que contém cimento Portland estão usualmente expostas a ambientes agressivos, o que requer o conhecimento do desempenho desses materiais em condições deletérias. Neste ensaio avalia- se a resistência ao ataque ácido de argamassas de cimento Portland comum (CPI) e composto (CPII-Z), acrescentando-se ao primeiro resíduo de bauxita (RB) como aditivo pozolânico em diferentes condições: sem calcinação, calcinado a 400°C e a 600°C. Os corpos de prova são submetidos à ação dos ácidos HCl e H2SO4, ambos com concentração de 1,0 Mol L-1, por 28 dias, monitorando-se a perda de massa e a natureza do material lixiviado por emissão atômica com plasma indutivamente acoplado (ICP). 4.Corrosão das Armaduras. Com exceção de alguns metais qualificados de nobres, os metais são quase sempre encontrados na natureza na forma de compostos: óxidos, sulfuretos, etc. Isso significa que esses compostos são as formas mais estáveis para os respectivos elementos na natureza. A corrosão pode ser vista como a tendência de um material retornar a um estado estável. Assim, por exemplo, quando uma peça de aço enferruja, o ferro, principal componente, está retornando à forma de óxido, que é o composto original do minério. A corrosão pode manifestar-se de várias formas. Algumas são mais frequentes que outras, e a ocorrência depende muito do ambiente e dos processos usados. A forma mais generalizada das patologias existentes no betão é devida à corrosão das armaduras, principalmente em peças de betão aparente. A corrosão da armadura do betão é um processo eletroquímico. A água que está presente no betão serve de eletrólito. Qualquer diferença de potencial pode gerar uma corrente, iniciando o processo de corrosão. A elevada alcalinidade existente no betão permite que as armaduras no seu interior estejam passivamente protegidas da corrosão. Na presença de valores elevados de pH forma-se uma camada de óxidos microscópica na superfície dos varões (película passiva), que impede a dissolução do ferro, impedindo assim a corrosão, e garantido a conservação da armadura no interior do betão.Desta forma os fatores que mais influenciam a corrosão das armaduras são a carbonatação, a penetração de cloretos e por fim a lixiviação dos álcalis pela água corrente (provocada pela redução do pH do betão). Se o pH baixar para
valores abaixo de 10 (tornando se assim menos alcalina e cada vez mais ácida, ou se o teor em cloretos exceder um valor crítico), a película passiva e a respectiva proteção anticorrosiva serão eliminadas, deixando o aço exposto aos fenómenos de corrosão. Figura 5: Pilar apresentando desagregação na base com facil remoção de concreto e presença de corrosão de armaduras acentuada Ensaios Ensaio de potencial de corrosão (ASTM C876), utiliza um eletrodo de cobre-sulfato sobre a superfície do concreto para medir o potencial elétrico das armaduras de aço. Potenciais baixos indicam maior probabilidade de corrosão. O ensaio de resistividade elétrica, que mede a resistividade elétrica do concreto. Valores baixos indicam maior probabilidade de corrosão das armaduras, pois a resistividade está relacionada à presença de umidade e íons no concreto. E o ensaio de corrosão acelerada (ASTM G109), que avalia a taxa de corrosão da armadura em concreto submetido a condições que aceleram a corrosão, como a aplicação de cloretos e exposição a ciclos de umidade e secagem. A penetração dos cloretos é determinada em parte pela difusão do ião cloreto. Durante o contato do betão com a água contendo iões cloreto, a concentração destes iões nas águas provenientes do exterior é geralmente maior do que o da água intersticial existente dentro do betão. Como consequência direta
Conclusão e Recomendações A deterioração do betão ocorre por diferentes mecanismos, cada um desses mecanismos é influenciado por fatores específicos do ambiente, da composição do concreto e das condições de exposição, esses processos podem ocorrer simultaneamente ou de maneira independente, o que aumenta a complexidade da degradação, ambientes agressivos, como os industriais, marítimos ou urbanos, representam uma grande ameaça à durabilidade do betão, sendo crucial a adoção de medidas preventivas no projeto e construção. A deterioração do betão por ações químicas é um desafio crítico na construção civil que requer uma abordagem preventiva e integrada, desde o projeto até a manutenção. Compreender os mecanismos de deterioração, escolher os materiais corretos, adotar normas de qualidade e aplicar métodos eficazes de reparo são fundamentais para garantir a durabilidade, segurança e sustentabilidade das estruturas de betão em ambientes agressivos. Por fim, foi possível concluir que é indispensável conhecer bem as propriedades e características dos agentes e componentes, para conseguir através desse conhecimento, um correcto uso e assim evitar algumas anomalias nas estruturas.
Referência Bibliográfica https://cdn.standards.iteh.ai/samples/99430/f43baaa2dd594f20b495909d46fd2f2b/ASTM- C1012-C1012M-18.pdf https://www.lneg.pt/wp-content/uploads/2020/03/14_1796_ART_CG14_ESPECIAL_III.pdf Salta, M.; Fontainha, R (1996). Utilização de armaduras revestidas e de materiais resistentes à corrosão. Prevenção da Corrosão em Estruturas de Betão Armado. Lisboa, LNEC. RIBEIRO, D.V. Corrosão em estruturas de concreto armado: Teoria, controle e metodo de analise. Rio de Janeiro: Elsevier , 2014 https://patologiaestrutura.vilabol.uol.com.br/relatos.htm
