Ensaio “CAIM” para corrosão acelerada em corpos-de

Ensaio “CAIM” para corrosão acelerada em corpos-de-prova
de concreto armado – Ensaio de curta duração
Ariela da Silva Torres (1), Diego Guimarães (2), Luiz Carlos Pinto da Silva Filho (3)
(1) Eng Civil, Doutoranda, UFRGS/PPGEC/LEME e Professora da Universidade Católica
de Pelotas; email: [email protected]
(2) Graduando Eng Civil, UFRGS/LEME
email [email protected]:
(3) Eng. Civil, Professor PhD., UFRGS/LEME
email: [email protected]
Universidade Federal do Rio Grande do Sul – Escola de Engenharia - Laboratório de Ensaios e
Modelos Estruturais, Av. Osvaldo Aranha, 99 - CEP 90035-190 – Porto Alegre - RS – Brasil
RESUMO : A comunidade da construção civil está se deparando com uma dupla realidade,
onde de um lado estão os avanços da tecnologia dos materiais e de execuções e no lado oposto
os problemas com patologias que são encontrados nas estruturas de concreto armado. Portanto,
considerando a complexidade do tema e a falta de normalização para este tipo de problema, os
pesquisadores procuram um teste qualificado para compatibilizar todas as variáveis que
interferem nos processos isolados de patologias. Um grande número de pesquisas vem sendo
desenvolvidas, porém a grande dificuldade encontrada é relacionar os dados obtidos no nosso
país, sendo que em cada universidade se utiliza um método acelerado para provocar corrosão
induzida por cloretos em concreto armado. O presente trabalho é estudo de uma proposta de
metodologia de ensaio acelerado – CAIM (corrosão acelerada por imersão modificada) – sendo
que foram testadas as principais variáveis que influenciam no processo (voltagem e imersão dos
corpos-de-prova) para diferentes relações água/aglomerante em um tempo curto de ensaio (8
horas). Os resultados demonstraram eficiência do uso do método e o estudo completo prevê
uma proposta de metodologia em longo prazo.
PALAVRA-CHAVE: Corrosão, método de ensaio e métodos eletroquímicos
ABSTRACT: The construction community is facing a dualistic reality, where advances in
design methods and materials technology are opposed by the increase of pathological problems
registered in our structures. However, given the complexity of this theme and the lack of
standardization, a great diversity of methods has evolved, without a proper definition and
parameterization of testing conditions. A great number of researches simply adapts methods
used by others, not paying enough attention to the evaluation of the efficiency and
reproducibility of the test method. The present work describes a study aimed at evaluating the
influence of variations in test conditions, such as the exposure of time and induced voltage in
the performance of cps with different w/c relations subjected to the ATMI (accelerated test by
modificated immersion). This comparative accelerated method, in which cps are immersed on
saline solution and connected to a constant voltage source, has already been used in several
studies at LEME4. The study analyzes how the method respond to variations of test conditions
in short-term (eight hours), and the study will also help to establish more efficient standard
conditions for that test by considering the whole range of concrete strengths. The idea is to
consolidate and check the efficiency and reliability of the method for future use.
KEYWORDS: corrosion,test methods,electrochemical test method
1 INTRODUÇÃO
Estruturas de concreto representam uma quantidade importante na participação em estudos de
estruturas, além de interferirem na economia dos paises em função do uso de materiais e
desenvolvimento da construção civil. Tanto que 50% das estruturas existente no continente
europeu são de concreto armado [Ferreira, 2004].
O tema de durabilidade das estruturas de concreto armado tem sido exaustivamente estudado no
nosso país e como um dos resultados desses estudos tem os novos tópicos da nova norma NBR
6118. Atualmente, já se tem a ideia de que as estruturas de concreto armado não tem a
capacidade de resistiri a ação de agente agressivos do meio ambiente em função de que estes
agente reduzem a vida útil das mesmas [Calçada, 2004].
Um dos mais importante processos de degradação em concreto armado é a corrosão de
armaduras. No Brasil, onde há uma grante costa marítima e uma grande população habitando
nestes locais, a ação dos íons cloretos provoca grande problemas economicos. Por causa deste
acontecimentos, muitos estudos estão sendo desenvolvidos nas a´rea de manutenção e reparo
das estruturas de concreto armado espostas a ambientes marítimos.
Este estudo é de grande complexidade em função do número variado de fatores que interferem
no processo de corrosão. Para estudar o fenomemo de corrosão é necessário desenvolver
ensaios acelerados que simulem o ambiente marinho num curto espaço de tempo. Não há
normas brasileiras para este tipo de ensaio o que dificulta o avanço de pesquisas nessa área em
função da dificuldade de comparação de resultados.
A proposta deste trabalho é avaliar um ensaio acelerado, conhecido como “CAIM” (corrosão
acelerada por imersão modificada) que é usualmente utilizado no grupo de pesquisa do
LEME/UFRGS.
O estudo comparou as variáveis que estão na Tabela 1 com três relações a/c (0,35 – 0,5 - 0,7)
por um tempo de 8 horas de teste. Para avaliar o efeito do processo corrosivo foram estudados
três corpos-de-prova (cps) para cada combinação de variáveis.
Tabela 1. Variáveis Analisadas
Variáveis
Tension
Id
V
Uni
V (volts)
Nível da solução
Pi
cm
Níveis
15 - 45 – 70
Cobrimento (C)
Cobrimento + ½ barra (CMB)
2 ENSAIO CAIM
O ensaio CAIM é um ensaio elotroquímico que permite determinar a evolução da corrente
durante o teste e a perda de massa de armadura no final do ensaio. Esta perda de massa é gerada
pela diferença de massas das armaduras antes e após o ensaio acelerado. Após muitos testes,
este ensaio tem se apresentado com uma grande sensibilidade nos resultados do processo
corrosivo.
O ensaio “CAIM” foi desenvolvido por Lima [1990], no LEME/UFRGS, a partir de um ensaio
similar realizado por Varela e Espinosa [1988]. O ensaio sofreu diversas modificações por
diferente pesquisadores, como Seliestre et al [1993 e 1994], Marchesan et al [1997] e Kirchhein
et al [2005]. Torres [2006] fixou as variáveis para teste e estudou a variação das mesmas em
diferentes níveis. A partir deste estudo as variáveis tornaram-se fixas e outros estudos já foram
desenvolvidos (Graeff, 2007 e Torres, 2007), formando desta maneira um bando de dados de
resultados para um posterior estudo de comparação e desenvolvimento de coeficiente de
aceleração.
No ensaio CAIM, os cps de concreto, contendo uma barra de aço, são imersos em uma solução
salina (35 g de NaCl/l de água) e os cloretos são estimulados a migrarem pelo efeito da
diferença de potencial, Figura 1 e 2.
10
10
10
14,5
20
Vista lateral
fio de cobre
φ=1,5 mm
(a)
(b)
3,62
NS
Nível da solução
(eletrólito)
NS
Nível da solução
(eletrólito)
3
NS Nível da solução
(eletrólito)
3,61
3,62
7
V i st a fro n ta l
2,91
N ív e l da so l uç ã o
(e le t ró li t o)
7
NS
Vista frontal
Nível da solução
(eletrólito)
NS Nível da solução
(eletrólito)
Vista frontal
3
N ív e l da so l uç ã o
(e le t ró li t o)
fio de cobre
φ=1,5 mm
Vista lateral
Vista lateral
Vista lateral
3,61
7
NS
3
NS
Vista frontal
3,62
3,61
7
3,62
Nível da solução
(eletrólito)
3
3,61
NS
fi o d e c ob re
φ = 1, 5 m m
V ist a l a te ra l
V i st a la t e ra l
barra de aço
φ= 12,5 mm
14,5
20
barra de aço
φ= 12,5 mm
(c)
2,91
14 ,5
20
corpo-de-prova
20
10
Vista lateral
10
10
cp
ba rr a de aç o
φ = 12 ,5 m m
10
c o rp o-d e -p ro va
20
14,5
10
Vista lateral
10
fio de cobre
10
20
corpo-de-prova
20
dimensões (cm)
barra de aço
φ= 12,5 mm
mm
Fio deφ=1,5cobre
10
10
corpo-de-prova
20
(d)
Figura 1 – Esquema de corpo-de-prova: (a) vista 3D; (b) vista lateral; (c) vista frontal; (d) nível da
solução em relação a armadura
Fonte
Fonte de
voltagem
constante
Fios de cobre
recipiente de vidro
corpos-de-prova
Recipiente
Eletrólito
cps
fio de cobre
(b)
(a)
Figura 2 – Esquema de ensaio (a) 2D (b) 3D
2.1 Procedimento do ensaio CAIM
Os corpos de prova utilizados foram prismáticos (10x10x20 cm), todos com uma barra de aço
(com 12,5 mm de diâmetro e 145 mm de extensão) imersa no concreto, com 30 mm de
cobrimento. Sobre as barras é posicionado um fio elétrico que é ligado no terminal positivo da
fonte com diâmetro de 1,5 mm. As barras são pesadas antes e depois do ensaio, e este dado é
comparado. A tabela 2 mostra os estágios de ensaio CAIM.
Tabela 2. Estágios do ensaio CAIM
1.a posicionamento da barra na forma
1.b o concreto
1.c o ensaio CAIM após 21 dias de cura dos
cps
1.d cps após 8 horas do ensaio
CAIM
1.e cp na máquina para ruptura
1.f as barras retiradas do concreto
1.g limpeza das barras [ASTM A380, 1996]
Os corpos-de-prova foram fabricados com Cimento Portland ARI (Alta Resistência Inicial –
NBR 5733). A areia utilizada foi com módulo de finura de 2,64 e o agregado graúdo utiizado
foi basalto com diâmetro máximo de 19 mm. A tabela 3 apresenta os traços utilizados nas
misturas.
Tabela 3. porporção dos traços
Traço
a/c
Cimento (kg/m3)
1:1,34:2,16
1:2,12:2,88
0,35
0,5
1:3,16:3,84
0,7
Agregados (kg/m3)
água (kg/m3)
(%)
1129,68
1128,96
183,05
196,00
1
0,2
1290,24
235,20
0
finos
graúdo
523
392
700,82
831,04
336
1061,76
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Em oito horas de estudo, o ensaio CAIM com diferente tensões e níveis de solução
apresentaram o comportamento conforme figura 3, 4 e 5 com diferentes tensões (15, 45 e 70V).
0,35 - CMB
0,7 - CMB
0,5 - C
Current (A)
2,0
1,8
1,6
0,5 - CMB
0,35 - C
0,7 -C
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0
60
120
180
240
300
360
420
480
Time (min)
Figura 3. Corrente x tempo para todas as relações a/c – 15V
0,35 - CMB
0,5 - CMB
1,8
0,7 - CMB
0,35 - C
1,6
0,5 - C
0,7 - C
Current (A)
2,0
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0
60
120
180
240
300
360
420
480
540
Tim e (m in)
Figura 4. Corrente x tempo para todas as relações a/c – 45V
2,0
1,8
Current (A)
1,6
0,35 - CMB
0,7 - CMB
0,5 - CMB
0,35 - C
0,5 - C
0,7 - C
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0
60
120
180
240
300
360
420
480
540
Tim e (m in)
Figura 5. Corrente x tempo para todas as relações a/c – 70V
É possivel observar que a relação entre os dados de corrente, e a relação a/c para tensões de 15 e
45 V são similares em ambos os níveis de solução. Os resultados dos ensaios de 70 V foram os
valores mais altos. Estes resultados confirmam os resultados encontrados por Torres [2006].
Outra importante característica foi não ter provocado diferença significativa entre os dois
níveis de solução utilizados no estudo, porém as diferentes relações a/c apresentaram diferença
sinigicativa pelos diferentes valores de resistência. Os resultados indicaram alta sensibilidade
nos corpos-de-prova com relação a/c 0,7 e tensão 45 V. A relação a/c 0,35 apresentou baixa
sensibilidade nos resultados, este evente deve-se ao baixo nível oxigênio no interior do cp em
função da baixa permeabilidade do material.
A figura 6 mostra os resultados da perda de massa das armaduras. A perda de massa foi
proporcional ao aumento da relação a/c, onde os dados mais significativos foram encontrados
na realação a/c 0,7, 70 V e nas duas profundidades de imersão. Nos testes de perda de massa
com relação a/c 0,35, os resultados foram muito baixos e com tensão de 15V a perda de massa
foi inferiror a 0,5%.
15V
4,5
45V
4
70V
Weight loss
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0,35
0,5
C
0,7
0,35
W/C Relation
0,5
0,7
CMB
Figura 6. Perda de massa x relação a/c
4 CONCLUSÃO
O ensaio “CAIM” é um ensaio acelerado de corrosão muito sensivel e que apresenta bons
resultados, em um curto espaço de tempo e se apresenta muito efetivo em tensões maiores que
45 V, e em relações a/c de 0,5. O nível da solução de imersão aconselhada a utilizar é de altura
até o cobrimento, por facilitar o acesso de oxigênio nas proximidades da armadura.
REFERÊNCIAS
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