XIII Latin American Congress of Construction Pathology – Lisbon
RESUMO
O objetivo deste trabalho é investigar a influência do uso de aditivos impermeabilizantes por cristalização do concreto e distintas relações água/cimento frente ao avanço de íons cloreto nas estruturas de concreto. Para a produção dos concretos foi utilizado cimento Portland com escória de alto forno, considerando três relações água/cimento (0,45; 0,55; 0,65), sem e com aditivo impermeabilizante, totalizando seis proporções de materiais. Os corpos de prova foram curados em câmara úmida e ensaiados nas idades de 28 e 91 dias. Após isto foram realizados ensaios de penetração acelerada de íons cloreto (ASTM C1202 [1]) e em seguida ensaios de indicadores colorimétricos com aspersão de nitrato de prata. Após análise efetuada, os resultados mostraram que o uso do aditivo impermeabilizante por cristalização resultou em valores inferiores de penetração de cloretos, configurando-se maior resistência a esses agentes agressivos. Palavras chave: concreto, íons cloreto, relação água cimento, aditivo impermeabilizante.
1. INTRODUÇÃO
Dentre os principais mecanismos de deterioração das estruturas de concreto os íons cloreto respondem por uma parcela significativa da perda de desempenho dessas estruturas. Isso se deve, em parte, à possibilidade de transporte desses íons para o interior da estrutura, atingindo a armadura, causando corrosão. Na tentativa de minimizar a entrada desses agentes agressivos ao concreto, uma medida preventiva que pode ser aplicada é a inserção de aditivos impermeabilizantes na massa de concreto, que tem o intuito de diminuir a quantidade de poros no concreto e, consequentemente, minimizar a entrada dos íons cloreto.
De acordo com Ribeiro [2], as estruturas de concreto, mediante exposição com o ambiente, sofrem alterações que podem comprometer a sua estabilidade e funcionalidade. Neste contexto, é importante mencionar a preferência de utilização que tem sido efetuada em relação ao material concreto no setor construtivo brasileiro. Um dos fatores que norteiam esta preferência é a maior durabilidade dos componentes, já que o aço estaria protegido do ambiente externo e, consequentemente, de uma agressividade mais intensa.
Entretanto, com a evolução tecnológica dos sistemas construtivos e dos métodos de cálculo, ao mesmo tempo em que permitiram maiores produtividades somadas a menores custos, também foi responsável por estruturas mais esbeltas, com redução do cobrimento das armaduras e aumento das tensões de trabalho, o que contribuiu de forma decisiva para uma menor durabilidade das edificações (RIBEIRO [2]).
Diante do exposto, torna-se válido mencionar um dos maiores agentes promotores do decréscimo de desempenho das estruturas de concreto: as manifestações patológicas do tipo corrosão de armaduras, responsáveis por diminuir a capacidade de carga das estruturas.
A presença do íon cloreto em estruturas de concreto é umas das principais causas da corrosão de armaduras, pois esse íon age tanto na fase de iniciação, com o rompimento pontual do filme passivador, como na aceleração da propagação do processo corrosivo. Mesmo em condição de pH extremamente elevado os íons cloretos são capazes de despasivar a armadura (RIBEIRO [2]).
Soma-se como causa da perda de desempenho das estruturas de concreto o aumento da relação a/c no concreto durante a fase de execução. É comum observar, durante o processo de execução do concreto, a adição de água não prevista, buscando-se obter maior trabalhabilidade.
Conhece-se que quanto mais poroso o concreto, maior a intensidade da corrosão. Somado a isso, conforme Sousa [3], quanto maior a relação a/c maior a porosidade do concreto. De acordo com Neville [4], o que determina a penetração e deslocamento dos agentes agressivos no concreto é a estrutura da sua pasta de cimento hidratada, as suas características químicas e físicas, a concentração superficial das substâncias agressivas e as condições ambientais.
Em face da procura em executar concretos mais resistentes à penetração de agentes agressivos, em especial os íons cloretos, que façam por melhorar as características atreladas à durabilidade das construções, é importante ressaltar também a presença dos aditivos.
Ao serem adicionados ao concreto ainda fresco assumem relevante papel na prevenção do surgimento de manifestações patológicas e são utilizados em larga escala na construção civil. Neste contexto, podem ser destacados os aditivos impermeabilizantes por cristalização que se pontuam como uma frequente solução a fim de minimizar processos patológicos futuros, como a corrosão das armaduras.
Os aditivos impermeabilizantes são incorporados, quer sejam no momento da mistura quer sejam no lançamento do concreto, visando favorecer a execução de um concreto menos poroso, com menor permeabilidade e menos sujeito à ação de agentes de deterioração.
Neste trabalho será verificada a influência da relação água/cimento e do uso de aditivo impermeabilizante por cristalização nos concretos frente ao avanço de íons cloreto, fatores estes que influenciam de forma relevante na diminuição da durabilidade e do ciclo de vida do concreto.
2. PROGRAMA EXPERIMENTAL
2.1 Materiais
O cimento utilizado na confecção dos corpos de prova foi o Cimento Portland com Escória Granulada de Alto Forno, resistente a sulfatos – CP III 40 RS. Em função de suas características, o cimento Portland com escórias (CP III) tem sido o cimento com maior utilização no estado do Espírito Santo – localidade onde foi realizada a pesquisa. A principal característica que norteia sua escolha é a maior resistência a ataques químicos, pois há no estado um numero grande de obras em proximidade com o mar, fato que favorece a exposição com a névoa salina, grande responsável pelo ingresso de íons cloreto em estruturas de concreto.
O agregado miúdo utilizado foi a areia quartzosa encontrada na região de Vitória, previamente lavada e seca em estufa entre 105ºC e 110ºC. O agregado graúdo utilizado foi a pedra britada originária de rocha diabásica do município de Vitória, previamente lavada e seca.
Com o objetivo de favorecer a adequada trabalhabilidade entre as diversas misturas investigadas, foi utilizado o aditivo químico plastificante de pega normal, MC-TechniFlow 530 da MC-Bauchemie Brasil, cuja dosagem recomendada pelo fabricante é de 0,2% a 2% sobre o peso do cimento.
Adotou-se também o aditivo para impermeabilização e proteção do concreto por cristalização Xypex Admix C500 da MC Bauchemie. A opção pela adoção deste produto decorre do fato de ser um produto composto de químicos ativos que apresentam como função principal bloquear os poros e capilares preenchendo o concreto e tornando-o menos permeável à penetração de água ou de líquidos. Assim, proporciona-se maior controle de permeabilidade e prevenção à penetração de químicos agressivos.
2.2 Moldagem dos corpos de prova
Os concretos foram produzidos em betoneira de eixo vertical e confeccionados contemplando três relações água/cimento (0,45; 0,55; 0,65), sem e com aditivo impermeabilizante, totalizando seis proporcionamentos de concreto. A tabela 1 apresenta o consumo de materiais por metro cúbico de concreto e a tabela 2 apresenta os resultados dos ensaios para caracterização e controle das amostras de concreto.
2.3 Ensaios experimentais
2.3.1 Ensaio de penetração acelerada das amostras de concreto
Foi executado o método de penetração acelerada de cloretos especificado pela ASTM C1202/12 [1], que consiste em acoplar um corpo de prova cilíndrico, de 9,5cm de diâmetro e 5,1cm de espessura entre meias-células de acrílico, uma delas contendo uma solução de hidróxido de sódio (NaOH), com concentração de 0,3N, e a outra em uma solução de cloreto de sódio (NaCL), com 3% de concentração (em massa). Entre as meias-células é gerada uma diferença de potencial com valor de 60±0,1 V, dando origem a uma corrente elétrica que induz o ânion cloreto a se difundir através do concreto sob a ação de um campo elétrico. O ensaio tem duração de seis horas e a corrente elétrica passante é registrada em intervalos de trinta minutos por meio de amperímetros. O produto da corrente pelo tempo, expresso em coulombs, indica a carga total que atravessa o corpo de prova e revela a maior ou a menor resistência do concreto à penetração do íon cloreto. Os procedimentos do ensaio foram os seguintes:
a) Três dias antes da data de realização do ensaio, os corpos de prova cilíndricos foram retirados do ambiente de cura no qual de encontravam e serrados em quatro partes perpendiculares ao eixo, sendo descartadas as extremidades e utilizadas as faces centrais;
b) Dois dias antes da realização do ensaio, as amostras tiveram suas superfícies laterais impermeabilizadas com resina epóxi. Como medida de melhor selar as faces laterais, se propôs o acréscimo de fita isolante juntamente com a resina epóxi;
c) Um dia antes do ensaio as amostras foram submetidas ao vácuo por quatro horas, sendo que após decorrido três horas de vácuo, as mesmas foram submersas em água deionizada e deaerada permanecendo nesta condição por 18 horas;
d) No dia do ensaio as amostras foram retiradas do dessecador e secas com pano absorvente, para posteriormente serem acopladas as meia células, sendo fixadas às mesmas com silicone, para serem submetidas a uma diferença de potencial.
Após isso, foi montado o aparato elétrico para viabilizar o ensaio. Para cada ensaio de seis horas de duração foram ensaiadas seis amostras (contemplando três de misturas iguais) sendo necessários uma fonte de alimentação e seis multímetros para a medição da corrente passante de 30 em 30minutos. O esquema proposto é demonstrado nas figuras 1 e 2.
2.3.2 Ensaio de indicadores colorimétricos por aspersão de nitrato de prata
Cumprida a realização dos ensaios de penetração acelerada de íons cloreto (ASTM C1202 [1]) foi efetuada aspersão de nitrato de prata a fim de verificar a espessura da camada contaminada por cloretos nas amostras. Para efeito, tornou-se necessário o rompimento central das amostras, utilizando o aparato para o ensaio de resistência à compressão, figuras 3 e 4.
3. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Após a realização dos ensaios pertinentes às amostras em período de cura de 28 e 91 dias, puderam ser identificados os resultados a fim de cumprir o recomendado pela ASTM C1202 [1], relacionando os valores encontrados à fórmula proposta pela norma e identificando os valores de cargas passantes totais em coulombs, conforme é apresentando nas figuras 5 e 6.
Identificam-se assim maiores cargas totais em maiores relações água/cimento e redução de cargas com a utilização de aditivo impermeabilizante. Nota-se que em relações a/c maiores e com utilização de aditivo impermeabilizante pouco se alteraram os resultados de 28 dias para 91 dias, registrando para relação a/c 0,55 aumento de apenas 5% e em 0,65 redução de 9%, conforme tabelas 3 e 4.
Mediante o efeito característico do aditivo impermeabilizante por cristalização de reagir com os subprodutos do cimento e reduzir a porosidade do concreto, em suas primeiras idades, os valores de quantidades de cargas passantes se mantiveram (dentre os percentuais toleráveis de variação) em relações a/c maiores (0,55 e 0,65) nos dois tempos de cura adotados. Apesar de estas relações apresentarem maiores porosidades o efeito do aditivo impermeabilizante neutralizou o aumento de carga passante constatado nas amostras que não adotaram o aditivo.
A partir dos resultados, verifica-se a maior incidência de penetração de corrente passante total nas amostras com maiores relações a/c e observa-se ainda que estes valores ainda se encontram em patamares de penetração muito baixos, conforme quadro de classificação de penetração de corrente passante total, apresentado nas tabelas 5 e 6.
Justificam-se as cargas totais em patamares muito baixos, principalmente, pela escolha do cimento e a opção de cura em câmara úmida nos períodos de 28 e 91 dias. O tipo de cimento adotado, cimento Portland com escórias granuladas de alto forno, resistente a sulfatos (CPIII-RS), proporciona concretos mais impermeáveis e duráveis. A opção pela cura em câmara úmida corresponde a um processo que agrega maiores resistências e durabilidade que à cura ao ar.
Observa-se, por meio das figuras 7 e 8, a influência do uso do aditivo impermeabilizante, com relação à carga passante, para os tempos de cura adotados.
Nota-se para 28 e 91 dias o aumento de cargas passantes com o aumento da relação a/c em concretos sem e com aditivo impermeabilizante. Em 28 dias, com a variação da relação a/c, nota-se um aumento constante em torno de 30%.
Vale mencionar que apesar de ter ocorrido de maneira semelhante aumento de carga passante com o avanço das relações a/c, tanto em 28 quanto em 91 dias, observou-se que as variações com a utilização de aditivo impermeabilizante em 91 dias foram menores, provavelmente em função do mecanismo de cristalização dos poros do concreto reagindo com a microestrutura do concreto por períodos mais longos. Esta característica permitiu em idades mais avançadas que as diferentes porosidades, representadas pelas diferentes relações água/cimento, em muito se aproximassem em termos de resultados.
Identificam-se também os resultados de resistência à compressão obtidos a partir das variações de idades, das relações água/cimento e do uso de aditivo impermeabilizante. Neste contexto podem ser observadas as figuras 9 e 10.
Segundo os resultados, pôde ser observado, conforme tabelas 7 e 8, que nas amostras de fator a/c 45 se manteve o ganho da resistência à compressão com o avanço da idade de cura, em torno de 20%, enquanto que em relações maiores, 0,55 e 0,65, com o avanço do processo de hidratação do concreto (maior tempo para fechamento dos poros e redução da relação a/c da zona de transição) percebe-se um aumento mais significativo da resistência. Observase elevação da resistência nas amostras com utilização de aditivo impermeabilizante, principalmente em função da característica deste, reagindo com a umidade disponível e subprodutos não hidratados do cimento, característicos de maiores porosidades.
Após realização do ensaio acelerado de penetração de cloretos (ASTM C1202 [1]) nas amostras de 28 e 91 dias, foi realizada aspersão de AgNO3 e os resultados foram obtidos, conforme figuras 11 e 12.
Mediante os resultados expostos pôde ser identificado aumento da profundidade da camada contaminada por cloretos com a elevação da relação água/cimento, assim como já identificado no ensaio de penetração acelerada. Outra questão identificada foi a redução da profundidade de penetração com a utilização do aditivo impermeabilizante, conforme pode ser visualizado nas tabelas 9 e 10.
Nota-se também que ao analisar a redução de penetração de cloretos por meio da utilização de aditivo impermeabilizante identificada pelo método ASTM C1202 e pelo método NT BUILD 492 observa-se, aos 28 e 91 dias, equivalência entre os valores nas relações 0,45 e 0,55, enquanto que em 0,65 há divergência nos resultados, principalmente aos 91 dias onde segundo o método de aspersão de nitrato de prata a redução praticamente não se faz presente, tabelas 11 e 12.
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
O presente estudo objetivou investigar a influencia da utilização de aditivo impermeabilizante por cristalização do concreto e distintas relações água/cimento frente à penetração de íons cloreto. Os concretos foram produzidos com cimento Portland com escórias de alto forno, resistente a sulfatos, e foram utilizadas as relações a/c de 0,45, 0,55 e 0,65 e períodos de cura em câmara úmida de 28 e 91 dias. Analisou-se de forma qualitativa e comparativa o desempenho das amostras utilizadas com aditivo impermeabilizante, distintas relações a/c e diferentes períodos de cura em relação a esses íons agressivos.
Para atingir os objetivos traçados, foram realizados ensaio de penetração de cloretos, aos 28 e 91 dias, através do Teste Acelerado de Penetração de Cloretos, ASTM C1202/12 [1] e também através do Ensaio de Penetração de Cloretos por Aspersão de Nitrato de Prata (adequação à NT Build 492 [6]). Desta maneira, buscou-se alcançar os objetivos estabelecidos e entender os efeitos da utilização do aditivo impermeabilizante e distintas relações a/c frente à penetração de cloretos.
Após a realização dos ensaios de penetração de cloretos pôde ser observado que:
a) Foram registrados valores superiores de correntes passantes em concretos com menores resistências à compressão, assim como maiores relações água/cimento.
b) Identificou-se a redução de corrente passante em concretos que utilizaram aditivo impermeabilizante por cristalização. Nas amostras de menor relação a/c, 0,45, houve redução da carga passante de 15% tanto em 28 dias quanto e em 91 dias. Apesar de ter ocorrido aumento de resistência com o maior tempo de cura em câmara úmida o percentual de redução se manteve. Enquanto que em relações maiores 0,55 e 0,65 os percentuais de 13% e 12%, respectivamente, praticamente dobraram para 29% e 30%. Observou-se assim um efeito prolongado do aditivo impermeabilizante em amostras com maiores porosidades, possibilitando o aditivo agir com a umidade e com os vazios do concreto por maiores idades.
c) Vale também destacar que com as mais elevadas relações a/c e utilização de aditivo impermeabilizante os valores de cargas passantes pouco se alteraram do período de 28 dias para 91 dias, registrando para 0,55 aumento de 5% e para 0,65, 9%. Outra questão pertinente à utilização do aditivo impermeabilizante tratase de que em período de cura mais longo, 91 dias, reduziu-se de forma relevante a variação de cargas passantes em função das distintas relações a/c. A variação de carga que em 28 dias era em torno de 30% passou para 10%, fato que não ocorre, nestas proporções sem a utilização do aditivo impermeabilizante.
d) Constatou-se também menor variação de resistência em distintas relações água/cimento nas amostras com idade de 91 dias e com a utilização de aditivo impermeabilizante.
e) Identificou-se no ensaio de penetração de cloretos (ASTM C1202 [1]) um aumento da corrente passante nas amostras com tempo de cura de 91 dias em relação à idade de 28 dias. Este aumento pode ser atribuído ao ar incorporado oriundo da utilização do aditivo plastificante, que pode ter ocasionado o efeito adverso ao esperado nos resultados. Soma-se a isto a não completa hidratação do concreto aos 28 dias, possibilitando maiores vazios e ar incorporado.
f) Com relação ao ensaio de penetração de cloretos por aspersão de nitrato de prata, houve redução da camada contaminada por cloretos aos 91dias, configurando maior resistência à penetração de íons cloretos nas amostras desta idade. Foi observado também que, assim como os resultados obtidos pelo método ASTM C1202, houve aumento da resistência à penetração de cloretos com a diminuição da relação a/c e com a utilização de aditivo impermeabilizante.
6. REFERÊNCIAS
[1] AMERICAN SOCIETY FOR TESTING ANDA MATERIALS. Standard test method for electrical indication of concrete’s ability to resist chloride ion penetration: ASTM C 1202. Philadelphia, 1992.
[2] RIBEIRO, D. V. Corrosão em Estruturas de Concreto Armado: Teoria, Controle e Métodos de Análise. São Paulo: Elsevier, 2014.
[3] SOUSA, V. C. M. Patologia, Recuperação e Reforço de Estruturas de Concreto. São Paulo: PINI, 1998.
[4] NEVILLE, A. M. Tecnologia do concreto. 2ª ed. São Paulo: Pini, 2010.
[5] SCHNEIDER, J. A. Penetração de cloretos em concretos com escória de alto forno e ativador químico submetidos a diferentes períodos de cura. Santa Maria. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2005.
[6] NORDTEST METHOD, Concrete, mortar and a cement-based repair materials: chloride migration coeficiente from non-steaty-state migration experiments: NT BUILD 492. Oslo, 1999.
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