INIBIÇÃO DE CORROSÃO EM CONCRETO ARMADO

220 Pages·2007·2.89 MB·Portuguese

Universidade Federal de Alagoas
Instituto de Química e Biotecnologia

Programa de Pós-Graduação em Química e Biotecnologia

PPGQB IQB
UFAL

INIBIÇÃO DE CORROSÃO EM CONCRETO ARMADO: EFICIÊNCIA E
COMPORTAMENTO DO SISTEMA TIOURÉIA/MOLIBDATO DE
SÓDIO

Sílvia Beatriz Beger Uchôa

Tese de Doutorado apresentada ao
Programa de Pós-Graduação em Química e
Biotecnologia da Universidade Federal de
Alagoas, para a obtenção do Título de
Doutor em Ciências, área de concentração
Físico-Química

Orientador: Prof.Dr.Josealdo Tonholo

Maceió - Alagoas
Novembro de 2007
Catalogação na fonte
Universidade Federal de Alagoas
Biblioteca Central
Divisão de Tratamento Técnico
Bibliotecária Responsável: Helena Cristina Pimentel do Vale

U17i Uchôa, Sílvia Beatriz Beger.
Inibição de corrosão em concreto armado : eficiência e comportamento do
sistema tiouréia/molibdato de sódio / Sílvia Beatriz Beger Uchôa. – Maceió, 2007.
219 f. : il. tabs., grafs.

Orientador: Josealdo Tonholo.
Tese (doutorado em Química e Biotecnologia) – Universidade Federal de
Alagoas. Centro de Ciências Exatas. Instituto de Química. Maceió, 2007.

Bibliografia: f. 159-176.
Anexos: f. 177-219.

1. Concreto – Corrosão das armaduras. 2. Concreto armado – Durabilidade.
3. Inibidor de corrosão. I. Título.

CDU: 624.012.45:620.19

Esta tese foi orientada pelo Professor Dr. Josealdo Tonholo, do IQB da UFAL,
tendo a colaboração dos Professores Dr. Julio Davalos e Dr. Indrajit Ray do
Departamento de Engenharia Civil e Ambiental da Universidade da West Virginia,
aos quais agradeço grandemente.
AGRADECIMENTOS

Ao meu orientador Josealdo Tonholo, cujo conhecimento, incentivo e apoio
foram fundamentais.
Aos colegas do IQB, com os quais muito aprendi, especialmente Adriana
Ribeiro, Almir Mirapalheta, José Ginaldo, Phabyanno Lima e os Professores Nivaldo
Alves Soares e Carmem Lucia de Paiva e Silva Zanta.
Aos professores e funcionários do IQB, pelos ensinamentos em áreas tão
diversas como cristalografia, tratamento de amostras, polímeros condutores, físico-
química, corrosão e eletroquímica.
Ao Prof. Djalma Ribeiro da Silva, pela disponibilização dos laboratórios da UFRN
para análise das amostras de concreto.
Ao Prof. Hélio Scatena Junior, pelos seus ensinamentos na área da
espectroscopia de impedância eletroquímica.
Aos meus colegas professores, funcionários e dirigentes do CTEC, pelo
incentivo e colaboração, permitindo o meu afastamento, tão necessário para a
execução deste trabalho.
Alguns colegas, em especial:
• Prof. Flávio Barboza de Lima, pela idéia inicial da realização deste Doutorado;
• Eng. Antonio Colatino, pelo gentil empréstimo de espaço em sua câmara úmida,
para cura dos prismas.
• Prof. Paulo César Correia Gomes, pelo exemplo de dedicação e humanidade.
Aos técnicos e funcionários do LEMA, pelas horas dedicadas de trabalho árduo.
Aos funcionários Sidclei Pimentel e Flabel da Silva, cujo transporte das placas
de concreto possibilitou a realização dos experimentos.
Aos bolsistas Luiz Napoleão Casado e Tassyano Amorim e aos ex-alunos Hugo
C. Santos e Jose Anilton Torres, pelo apoio na realização dos experimentos.
Aos alunos de Mestrado da WVU: George Parish, Sathish Konduru, Arka
Bhattacharya e Santiago Vélez e ao técnico David Turner, pelo grande apoio durante
a pesquisa na WVU.
Às instituições: CAPES pela bolsa de PDEE; CNPq; FAPEAL.
Às empresas: Votorantim Cimentos; Braskem; Sika S.A.; Grace Construction
Products; Grupo Gerdau.
À minha família, por tudo que sou hoje.

Ao meu marido, por todo o seu amor.
Aos meus filhos, pela compreensão pelas horas a eles roubadas
Aos meus pais, pela minha formação como pessoa.
Aos meus segundos pais, meus sogros, pelo apoio e incentivo em todos os
momentos.
SUMÁRIO
AGRADECIMENTOS
DEDICATÓRIA
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS
LISTA DE TABELAS
LISTAS DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
RESUMO
ABSTRACT

CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO
1.1. Generalidades................................................................................... 19
1.2. Objetivos........................................................................................... 21
1.3. Estrutura da tese.............................................................................. 21
CAPÍTULO 2. CONCRETO E CORROSÃO DE ARMADURAS
2.1. Composição do concreto de Cimento Portland............................ 23
2.1.1. Cimento Portland................................................................................ 24
2.1.2. Agregados para concreto................................................................... 26
2.1.3. Água e vazios no concreto................................................................. 26
2.1.4. Aditivos e adições minerais................................................................ 28
2.2. Propriedades do concreto............................................................... 30
2.2.1. Propriedades do concreto fresco........................................................ 30
2.2.1.1. Trabalhabilidade................................................................................. 30
2.2.1.2. Tempos de início e fim de pega......................................................... 31
2.2.1.3. Segregação........................................................................................ 31
2.2.2. Propriedades do concreto endurecido................................................ 32
2.2.2.1. Resistência mecânica......................................................................... 33
2.2.2.2. Módulo de elasticidade....................................................................... 35
2.2.2.3. Absorção de água.............................................................................. 37
2.3. Corrosão das armaduras de aço no concreto armado................. 37
2.3.1. Generalidades.................................................................................... 37
2.3.2. Reações............................................................................................. 38
2.3.3. Condições para ocorrer corrosão....................................................... 41
2.3.4. Cloretos no concreto.......................................................................... 42
2.3.4.1. Teor de íons cloreto para iniciação da corrosão................................ 42
2.3.4.2. Transporte de gases, água e íons no concreto.................................. 44
2.3.4.3. Coeficiente de difusão........................................................................ 46
2.3.4.4. Fatores que afetam a penetração dos íons cloreto............................ 48
CAPÍTULO 3. INIBIDORES DE CORROSÃO
3.1. Técnicas para melhorar o desempenho do concreto frente à
ação de íons cloreto......................................................................... 52
3.2. Inibidores de corrosão..................................................................... 53
3.2.1. Conceitos............................................................................................ 53
3.2.2. Classificação...................................................................................... 55
3.2.2.1. Mecanismo de ação........................................................................... 55
3.2.2.1.1 Inibidores passivadores (anódicos)……………………………………. 55
3.2.2.1.2. Inibidores catódicos............................................................................ 56
3.2.2.1.3. Inibidores mistos................................................................................. 57
3.2.2.2. Inibidores seguros e perigosos........................................................... 57
3.2.2.2.1. Inibidores seguros.............................................................................. 57
3.2.2.2.2. Inibidores perigosos........................................................................... 57
3.2.3. Histórico e patentes............................................................................ 58
3.2.4. Inibidores utilizados neste estudo...................................................... 60
3.2.4.1. Molibdato de Sódio (Na MoO . 2H O)............................................... 61
2 4 2
3.2.4.2. Tiouréia (NH CSNH )......................................................................... 63
2 2
3.2.4.3. Nitrito de cálcio................................................................................... 65
3.2.4.4. Inibidor orgânico comercial................................................................. 67
CAPÍTULO 4. TÉCNICAS PARA AVALIAR O DESEMPENHO DO CONCRETO
FRENTE À CORROSÃO POR ÍONS CLORETO
4.1. Técnicas analíticas........................................................................... 69
4.1.1. Célula de difusão................................................................................ 69
4.1.2. Determinação da penetração de íons cloreto no concreto com
utilização de um dique (Salt Ponding Test - ASTM C1543)............... 70
4.1.3. Determinação do coeficiente de difusão aparente (Bulk diffusion -
ASTM C1556)..................................................................................... 72
4.2. Técnicas eletroquímicas.................................................................. 74
4.2.1. Resistividade elétrica.......................................................................... 75
4.2.2. Indicação elétrica da habilidade do concreto em resistir à
penetração de cloretos – RCPT (ASTM 1202)................................... 79
4.2.3. Teste rápido de migração de cloretos – RMT (AASHTO TP-64)..... 83
4.2.4. Potencial de circuito aberto - PCA..................................................... 86
4.2.5. Curvas e Resistência de polarização – Rp......................................... 89
4.2.6. Método ASTM G 109-1992................................................................. 91
4.2.7. Voltametria cíclica – VC..................................................................... 93
4.2.8. Espectroscopia de impedância eletroquímica – EIS.......................... 94
4.3. Observações sobre os métodos..................................................... 98

CAPÍTULO 5. MATERIAIS E MÉTODOS
5.1. Experimentos em solução............................................................... 101
5.1.1. Materiais............................................................................................. 101
5.1.2. Descrição da célula eletroquímica...................................................... 102
5.1.3. Experimentos...................................................................................... 103
5.1.3.1. Curvas e resistência de polarização – Rp.......................................... 103
5.1.3.2. Voltametria cíclica.............................................................................. 104
5.2. Experimentos realizados com materiais cimentícios................... 104
5.2.1. Materiais utilizados............................................................................. 105
5.2.1.1. Cimento Portland................................................................................ 105
5.2.1.2. Agregados.......................................................................................... 106
5.2.1.3. Inibidores de corrosão........................................................................ 106
5.2.1.4. Aditivos químicos e adição mineral.................................................... 107
5.2.1.5. Reagentes e água para preparo de soluções e do concreto............. 107
5.2.1.6. Barras de aço..................................................................................... 107
5.2.2. VC com eletrodo de aço recoberto com argamassa.......................... 108
5.2.2.1. Moldagem dos eletrodos.................................................................... 108
5.2.2.2. Descrição da célula eletroquímica...................................................... 110
5.2.2.3. Experimento....................................................................................... 111
5.2.3. Ensaios de tempo de pega e água para consistência normal............ 111
5.2.4. Traços de concreto............................................................................. 113
5.2.5. Mistura do concreto, moldagem e cura dos corpos de prova............. 115
5.2.6. Preparo dos corpos de prova e ensaios............................................. 118
5.2.6.1. Propriedades físicas e mecânicas do concreto endurecido............... 118
5.2.6.2. Resistividade com a utilização do condutivímetro.............................. 120
5.2.6.3. Espectroscopia de impedância eletroquímica – EIS.......................... 122
5.2.6.4. Determinação dos efeitos dos inibidores na corrosão – ASTM G109 123
5.2.6.5. Indicação elétrica da habilidade do concreto em resistir à
penetração de cloretos – RCPT (ASTM 1202)................................... 125
5.2.6.6. Determinação da penetração de íons cloreto no concreto com
utilização de um dique (Salt Ponding Test - ASTM C1543)............... 127
CAPÍTULO 6. RESULTADOS E DISCUSSÕES
6.1. Ensaios em solução......................................................................... 129
6.1.1. Curvas e resistência de polarização - Rp........................................... 129
6.1.2. Voltametria cíclica.............................................................................. 130
6.2. Experimentos realizados com materiais cimentícios................... 131
6.2.1. VC com eletrodo de aço coberto por argamassa............................... 131
6.2.2. Água para consistência normal e tempos de pega......................... 132
6.2.3. Trabalhabilidade................................................................................. 134
6.2.4. Resistência à compressão................................................................. 135
6.2.5. Resistência à tração por compressão diametral................................ 138
6.2.6. Módulo de Elasticidade...................................................................... 138
6.2.7. Absorção de água e índice de vazios................................................. 138
6.2.8. Massas específicas............................................................................ 140
6.2.9. Resistividade elétrica pelo condutivímetro........................................ 140
6.2.10. Espectroscopia de impedância eletroquímica – EIS.......................... 142
6.2.11. Método ASTM G 109-92..................................................................... 146
6.2.12. Indicação elétrica da habilidade do concreto em resistir à 147
penetração de cloretos – RCPT (ASTM 1202....................................
6.2.13. Determinação da penetração de íons cloreto no concreto com 152
utilização de um dique (Salt Ponding Test - ASTM C1543)...............
6.3. Resumo dos resultados................................................................... 154
CAPÍTULO 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS
7.1. Conclusões....................................................................................... 156
7.2. Oportunidades advindas dessa tese.............................................. 157
7.2.1. Experimentos em andamento............................................................. 157
7.2.2. Tópicos promissores.......................................................................... 158
7.2.3. Oportunidades de mercado e negócios gerados................................ 158
REFERÊNCIAS
Referências....................................................................................... 159
ANEXOS
1 Resumo das principais patentes de inibidores de corrosão....... 177
2 Dados dos agregados utilizados nos concretos sem adições
minerais............................................................................................. 182
3 Dados das curvas de polarização................................................... 184
4 Voltametria cíclica............................................................................ 186
5 Dados de resistência à compressão, absorção, índice de
vazios e massas específicas dos concretos................................. 197
6 Diagramas de Nyquist obtidos a partir das placas de concreto.. 202
7 Potenciais de corrosão dos prismas.............................................. 215
8 Quadros resumo dos resultados obtidos a partir do RCPT e
RCPT REF.......................................................................................... 218