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Revista ALCONPAT
versão On-line ISSN 2007-6835
Rev. ALCONPAT vol.12 no.3 Mérida Set./Dez. 2022 Epub 08-Abr-2024
https://doi.org/10.21041/ra.v12i3.620
Pesquisa básica
Comparação entre sensores galvânicos e potenciais de corrosão para monitoramento do risco de corrosão de armaduras de aço em estruturas de concreto
1 Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Chiapas, Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, México.
O risco devido à corrosão do aço em particular foi avaliado, utilizando sensores galvânicos internos de aço carbono/aço inoxidável e o eletrodo externo de Cu/CuSO4. Os sensores foram utilizados para monitorar os potenciais e correntes de macrocélulas de corpos de prova prismáticos de concreto armado, com relações água-cimento de 0,4 e 0,6, imersos em solução de NaCl a 5% por 18 meses. Os resultados dos potenciais mostraram uma boa correlação entre os dois eletrodos de referência, podendo avaliar a corrosão do sistema. Além disso, a técnica de ruído eletroquímico suporta o efeito dos íons cloreto. Portanto, sensores galvânicos podem ser considerados para implementação no monitoramento e avaliação do status de risco de corrosão em estruturas de concreto armado.
Palavras-chave: aço reforçado; concreto reforçado; potencial de corrosão; macrocélula; sensor galvânico
The corrosion risk of steel in concrete was assessed using internal galvanic carbon/stainless steel sensors and the external Cu/CuSO4 electrode. The sensors were used to monitor the macrocell potentials and currents of reinforced concrete prismatic specimens, with water to cement ratios of 0.4 and 0.6, immersed in 5% NaCl solution, for 18 months. The results of the potentials showed a good correlation between the two reference electrodes, being able to evaluate the corrosion of the system. In addition, the electrochemical noise technique supports observations of the effect of chloride ions. Therefore, galvanic sensors can be considered for implementation in the monitoring and evaluation of corrosion risk of reinforced concrete structures.
Keywords: steel reinforcement; reinforced concrete; corrosion potential; microcell; galvanic sensor
Se evaluó el riesgo por corrosión del acero en concreto, utilizando sensores galvánicos internos de acero al carbono/acero inoxidable y un electrodo externo de Cu/CuSO4. Los sensores se utilizaron para monitorear los potenciales y corrientes de macrocelda de probetas prismáticas de concreto reforzado con relaciones agua-cemento de 0.4 y 0.6, inmersas en solución de NaCl al 5% durante 18 meses. Los resultados de los potenciales mostraron buena correlación entre los dos electrodos de referencia, pudiendo evaluar la corrosión del sistema. Además, la técnica de ruido electroquímico respalda el efecto por iones cloruro. Por lo tanto, los sensores galvánicos pueden considerarse para su implementación en el monitoreo y evaluación del estado de riesgo por corrosión en estructuras de concreto reforzado.
Palabras clave: acero de refuerzo; concreto reforzado; potencial de corrosión; macrocelda; sensor galvánico
1. Introdução
A corrosão das armaduras devido à presença de cloretos no concreto gera a deterioração das estruturas expostas a ambientes salinos, colocando em risco sua funcionalidade e segurança, reduzindo a durabilidade esperada. Isso causa custos consideráveis de inspeção e manutenção ou, em muitos casos, o risco de perda total da estrutura. Sensores galvânicos têm sido utilizados desde 1990 como método preventivo contra o ataque de agentes agressivos (Schiessl e Raupach, 1992). Principalmente para uma grande variedade de estruturas marítimas, onde a atuação desses sensores (par galvânico) pode detectar o momento em que a armadura despassiva e a corrosão é ativada pela presença de agentes agressivos. Sensores de macrocélulas de corrosão (Raupach, 1996) têm monitorado o risco de corrosão do aço da armadura, estrategicamente posicionados na área livre de cobrimento e áreas de difícil acesso, melhorando a previsão de vida útil ou ampliando o alcance do conhecimento de durabilidade existente (Raupach e Dauberschmidt, 2003), como complemento a outros sistemas de proteção. No entanto, ainda faltam avaliações e resultados com aplicações práticas utilizando outros tipos de materiais, sob diferentes condições de estudo, e onde possam ser esperados valores limites relevantes (Raupach e Schießl, 2001; McCarter et al., 2001). A corrosão galvânica é conhecida como corrosão de macrocélulas, os potenciais e correntes são medidos a partir da atividade entre um ânodo corrosivo e um cátodo passivo, onde ocorrerá a redução (Figura 1). A corrente registrada é uma medida da parte da corrosão causada pelo processo de redução catódica, não considerando a própria corrosão anódica (McCarter e Vennesland, 2004).
Para que ocorra a corrosão eletroquímica do aço no concreto, devem ocorrer processos de oxidação e redução, onde as principais reações (equações 1, 2) são as seguintes:
Ânodo:
Cátodo:
O processo de corrosão no ânodo envolve ambas as reações, mas neste caso a corrente anódica é maior que a corrente catódica. No cátodo, a corrente catódica é maior que a corrente anódica, que forma a macrocélula de corrosão.
Muitos são os fatores que influenciam o funcionamento de uma macrocélula de corrosão no concreto, como o dimensionamento na forma geométrica e o tamanho dos sensores, a posição dentro da zona de cobrimento, bem como a separação entre ânodos e cátodos podem causar o aumento ou diminuição dos valores da corrente galvânica (Arya e Vassie, 1995). Neste estudo, foram examinados os fatores influenciadores no sinal de corrente da macrocélula, tais como: a razão da área ânodo/cátodo, as distâncias de separação dentro das sondas e a altura em relação ao nível de imersão (posição vertical das sondas). Variáveis como a qualidade do concreto, espessura da área livre do cobrimento de armadura, monitoramento de potenciais e correntes de macrocélulas dos eletrodos sensores, foram consideradas para determinar o mecanismo de corrosão do sistema (Raupach e Dauberschmidt, 2003). Além disso, avaliar se a técnica de sensores galvânicos macrocélulas baseados em aço inoxidável 304 pode ser utilizada como método alternativo de monitoramento para detectar o risco de corrosão dentro do concreto. O aço inoxidável 304 foi utilizado por representar um material econômico para todos os fins, resistente à corrosão, com excelente resistência e ductilidade. Da mesma forma, embutido no concreto e colocado próximo ao aço da armadura, pode funcionar como um sistema de detecção interna na área livre de cobrimento. Tendo as características exigidas de um sensor resistente e de fácil implementação (Llorens et al., 2019), embora com uma relação de área exposta ânodo/cátodo diferente (sensor galvânico: aço carbono/aço inoxidável) e com diferentes condições de ensaio (ambiente submerso). A área livre de cobrimento também foi avaliada, onde a função útil do sensor é exposta para monitorar seu comportamento devido à corrosão na presença de íons cloreto, que entram no concreto a partir da solução de NaCl a 5% em peso em relação à água.
2. Procedimento experimental
2.1 Materiais para dosagem de concreto
Foram utilizadas duas dosagens de concreto preparadas de acordo com a NMX C155 (2014); com cimento Portland comum CPO 30R (NMX C414, 2004), brita com tamanho máximo de agregado de 19 mm (3/4”), agregado miúdo com módulo de finura de 2,71, água potável e relação água/cimento (a/c) de 0,60 e 0,40. Os corpos de prova de concreto foram curados em água por 28 dias de acordo com (NMX-C-159-ONNCCE-2004). Os dados de dosagem mostrados na Tabela 1 foram obtidos usando o método ACI-211.1 (American Concrete Institute, 2002).
2.2 Configuração dos corpos de prova prismáticos
Foram confeccionados 16 corpos de prova prismáticos com dimensões de 17 x 20 x 30 cm; como armadura, foi utilizado uma configuração de 10 x 15 cm com hastes de aço carbono de 9,5 mm (3/8”) de diâmetro e estribos de 6,35 mm (¼”) fixados com arame. Em cada corpo de prova, dois sensores foram colocados próximos ao aço da armadura conforme mostrado na Figura 2. Os ânodos foram colocados em faces opostas dos corpos de prova: na face 1 o ânodo A1 e na face 2 o ânodo A2, a uma profundidade de 8 cm e 22 cm no sentido longitudinal, em relação ao nível da água (NA) ou 5 % de solução de NaCl (NS). Foi deixada uma cobertura livre para o sensor de 3 cm, e a cobertura livre para as hastes da armadura nas faces expostas à penetração de cloreto foi de 3,5 cm. A área das faces expostas aos cloretos foi de 20 x 30 cm, enquanto as faces laterais dos corpos de prova (17 x 20 cm e 17 x 30 cm) foram cobertas com nata de cimento e impermeabilizante asfáltico à base de solvente, para restringir a penetração de cloretos (Figura 2).
Para identificação dos tubos de ensaio, eles foram rotulados com a sigla AP143, que corresponde ao número do tubo de ensaio 1 exposto em água potável (AP1), relação água/cimento de 0,40 (número 4) e armadura de aço de 9,5 mm (3/ 8") (número 3). As etiquetas SM563 referem-se à amostra número 5 exposta em salmoura (SM5), proporção água/cimento de 0,60 (número 6) e aço da armadura de 3/8” (9,5 mm) (número 3).
2.3 Sistema de sensores
Os sensores foram projetados como uma célula galvânica, composta por eletrodos de aço carbono (ânodos “A”) e de aço inoxidável (cátodos “C”), que foram isolados da armadura por meio de mangueiras industriais. O aço de referência (AR) foi deixado em contato elétrico com a armadura. Foi utilizado fio de cobre para as conexões entre os eletrodos (Figura 3), deixando extensões para fora da barra para fechar o circuito elétrico e obter as medidas por meio de sinais elétricos. Deve-se notar que devido ao diâmetro do fio de cobre em relação ao dos eletrodos, não foi considerado um efeito representativo nos valores monitorados durante o tempo de ensaio. O sensor foi preso à armadura usando laços de plástico. A razão ânodo/área do cátodo foi de 1:10, correspondendo a 4 cm2 para cada ânodo e 40 cm2 para o cátodo. A área do cátodo maior que o ânodo foi utilizada para evitar baixas correntes galvânicas, principalmente para eletrodos de aço inoxidável; uma vez que uma quantidade semelhante de área entre o ânodo e o cátodo teria pouca eficácia na detecção de danos de corrosão do aço no concreto (Zinc-Taek et al., 2005).
Foi utilizado aço AISI-SAE 1020 (UNS G10200) como ânodo, da mesma composição da armadura; e aço inoxidável austenítico tipo 304 (UNS S30400) como cátodo ( Tabela 2) (AISI-SAE, 1983; Hudok, 1990).
A análise da composição química elementar do sensor foi realizada com amostras de 3,0 g extraídas do material anódico e catódico. A digestão ácida foi realizada em micro-ondas (marca CEM modelo MDS-200), aplicando-se o método Still. 0,5 g de cada amostra foi preparado com HCl, HNO3, HF e HBO3. Para análise elementar, foram utilizadas as técnicas de Espectrometria de Emissão de Plasma (ICP-OES, modelo IRIS-AP), Espectrofotometria de Absorção Atômica (modelo FAA AVANTA SIGMA) e Analisador Elemental (modelo EA-1110) (PROCEDIMENTO LAQ03, 2005). Os resultados da análise são apresentados na Tabela 2.
2.4 Exposição e monitoramento com técnicas eletroquímicas
Os corpos de prova prismáticos foram expostos por 18 meses em imersão em dois ambientes: em água potável (AP) e em solução de NaCl a 5% em peso em relação à água (salmoura "SM"). Durante a exposição, foi supervisionado que o mesmo nível de líquido fosse mantido e a solução fosse trocada a cada 3 meses. O mesmo número de corpos de prova com uma relação a/c de 0,60 e 0,40 foram expostos em AP e SM. A monitoração da tensão e corrente da macrocélula nos tubos de ensaio foi realizada por meio de um multímetro de alta impedância (FLUKE 87 III) através de um curto-circuito externo. Os potenciais de corrosão também foram medidos usando um eletrodo de referência externo de Cobre-Cobre Sulfato (Cu/CuSO4) ou (CSC) (Figura 4).
A técnica de ruído eletroquímico foi utilizada nos corpos de prova imersos em SM por 9 meses a partir do mês 10, devido à ativação dos corpos de prova de concreto de melhor qualidade ou mais densos nos meses 7, 8 e 9 expostos em solução de NaCl a 5% em peso em relação à água, para conhecer o efeito dos cloretos nos sensores (A1 e A2) e nas armaduras; utilizando um Potenciostato/Galvanostat SOLARTRON 1285. Esta técnica permite detectar e avaliar o comportamento da corrosão geral e localizada (Dawson, 1996), através das flutuações aleatórias do potencial ou da corrente do material sujeito à corrosão em relação ao tempo. Os resultados foram analisados visual e estatisticamente por meio do programa MATLAB. O arranjo do circuito para monitoramento é mostrado na Figura 5.
2.4.1 Monitoramento de potenciais e correntes
As tensões e correntes foram monitoradas individualmente para os ânodos A1 e A2, e, também, para o aço de referência (AR) em relação ao cátodo (Figura 6a). Assim, os potenciais de corrosão também foram medidos em relação ao eletrodo de referência Cu/CuSO4, utilizando o aço de referência (AR), os ânodos (A1, A2) e o cátodo (C) como eletrodo de trabalho (Figura 6b).
A análise das tensões das macrocélulas em relação ao aço inoxidável e os potenciais de corrosão em relação ao Cu/CuSO4, foi realizada de acordo com os valores de referência da norma (ASTM C 876-91), estabelecendo uma equivalência de referência de ambos os eletrodos (aço inoxidável e Cu/CuSO4) em relação ao eletrodo de hidrogênio normal (NHE) (Tabela 3). No entanto, a análise para a corrente da macrocélula foi realizada de acordo com as informações disponíveis na literatura, pois não existem valores padronizados dos níveis de corrente que indiquem o risco de corrosão para um sistema de concreto armado e sensores embutidos.
2.5 Ensaios de cloreto
O teor de cloreto livre do concreto foi obtido a partir das amostras pulverizadas extraídas das áreas próximas aos ânodos e da armadura. Utilizando 30 g de amostra e seguindo o procedimento padrão (ASTM D 1411-99). As porcentagens de íons cloreto livres foram calculadas em relação ao peso de concreto e cimento, para o concreto com relação a/c de 0,40 e 0,60.
2.6 Ensaio de compressão simples
A resistência à compressão simples foi determinada após 28 dias de cura (NMX C159, 2004) de acordo com o procedimento ASTM C39-17 (ASTM International, 2017). Três corpos de prova cilíndricos de concreto de 15 cm de diâmetro por 30 cm de comprimento foram usados para cada relação a/c. A argamassa de enxofre foi usada para nivelar as seções transversais dos cilindros. O ensaio de compressão simples dos cilindros foi realizado com uma Prensa Hidráulica Elétrica Universal com capacidade de 120 Toneladas (Modelo ELVEC), equipada com bomba Modelo CT-715H. A velocidade de aplicação da carga foi de 5,3 kN/s, registrando a carga máxima até o colapso dos cilindros.
3. Resultados e discussão
3.1 Voltagens de macrocélulas
As tensões das macrocélulas dos ânodos A1, A2 e AR imersos nos corpos de prova com relação a/c de 0,40, e expostos em AP, foram superiores a -95mV, o que representa um baixo risco de corrosão (Figura 7). Para os ânodos A1, A2 e AR dos corpos de prova expostos em SM, os valores de tensão foram mais negativos que -166mV a partir do mês 7, representando uma alta probabilidade de corrosão (Figura 7). Além disso, o ânodo A1 (localizado a uma profundidade de 8 cm) apresentou valores de tensão mais negativos que o ânodo A2 (localizado a uma profundidade de 22 cm). Portanto, observou-se maior ativação dos ânodos A1 que estão mais próximos da superfície de imersão do que os ânodos A2. Embora o acesso de oxigênio seja mais restrito ou baixo em concreto úmido e submerso, os valores de corrosão são muito importantes e não necessariamente podem ser atribuídos apenas ao efeito do oxigênio (Alonso et al., 1998). Um comportamento incomum também foi observado no ânodo SMA2, que pode ser devido à heterogeneidade do concreto, sendo este um caso isolado não observado com os demais eletrodos deste trabalho.
Para os corpos de prova com relação a/c de 0,60 e expostos em AP, as tensões das macrocélulas dos ânodos A1, A2 e AR foram geralmente mantidas na zona de baixa probabilidade de corrosão, com valores mais positivos que -95mV (Figura 8). Enquanto os ânodos dos corpos de prova imersos em SM apresentaram valores de tensão mais negativos que -166mV, com tendência para valores com maior probabilidade de corrosão a partir do mês 2 de exposição (Figura 8). Da mesma forma, observou-se que o ânodo A1 apresentou maior vulnerabilidade à corrosão do que o ânodo A2, sendo um efeito semelhante ao apresentado nas vigas com a/c de 0,40 (Figura 7). Particularmente para o caso das armaduras de aço (SM-AR), observou-se uma diminuição gradual do potencial ou tensão da zona de baixa probabilidade de corrosão para a zona de alta probabilidade, atingindo potenciais de -300mV para os meses 17 e 18, mostrando praticamente a mesma tendência dos ânodos A1 e A2.
3.2 Potenciais de corrosão vs CSC (Cu/CuSO4)
Os potenciais de corrosão dos anodos A1, A2 e AR em relação ao eletrodo CSC nos corpos de prova com relação a/c de 0,40 e expostos em AP, foram mais positivos que -200mV (baixo risco de corrosão) (Figura 9). No entanto, os ânodos dos corpos de prova expostos em SM atingiram valores de potencial mais negativos que -200mV, com indícios de alta probabilidade de corrosão após o mês 7. Observou-se também que o ânodo A1 apresentou maior vulnerabilidade à corrosão que o ânodo A2 (Figura 9). Isto sendo consistente com os resultados obtidos das voltagens das macrocélulas (Figura 7 e 8). Por outro lado, os potenciais do aço 304 utilizado como cátodo não representam um provável risco de corrosão para as vigas expostas em AP e SM, indicando um bom desempenho como meio de implementação para monitoramento de corrosão de estruturas de concreto armado ( Figura ).
No caso dos corpos de prova com relação a/c de 0,60 e expostos em AP, os potenciais de corrosão de A1, A2 e AR vs CSC foram superiores a -200mV, ou seja, com baixa probabilidade de apresentar corrosão. Enquanto isso, os potenciais dos anodos nos corpos de prova imersos em SM mostraram tendências da zona de alta probabilidade para corrosão severa a partir do mês 2, com valores de -300mV a -700mV aproximadamente (Figura 10). Este mesmo efeito foi detectado nas voltagens das macrocélulas (Figura 7 e 8). Para os potenciais do aço da armadura, observou-se uma tendência para a zona de alto risco de corrosão, com potenciais de até -600mV para os meses 17 e 18. Enquanto o potencial do cátodo nos tubos de ensaio com relação a/c de 0,60 oscilou na faixa de -200mV a -350mV, sendo mais evidente entre os meses 5 a 10, geralmente representando baixo risco de corrosão.
3.2.1 Comparação dos potenciais vs cátodo e vs eletrodo de cobre sulfato de cobre (CSC)
Utilizando os dados dos potenciais ou tensões das seções anteriores, a Figura 11 mostra as comparações entre os potenciais em relação ao cátodo e em relação ao CSC, correspondentes aos ânodos dos tubos de ensaio com relação a/c de 0,40 expostos em SM. Pode-se observar uma boa correlação dos potenciais obtidos com diferentes eletrodos de referência e durante o tempo de monitoramento. Portanto, esses sensores galvânicos podem ser uma opção viável para implantação e monitoramento de corrosão de estruturas de concreto armado.
3.3 Densidades de corrente de macrocélula
Em geral, as densidades de corrente das macrocélulas para os sensores colocados nos corpos de prova com a/c de 0,40 expostos em HP apresentaram uniformidade entre os valores, estando dentro da área considerada como corrosão desprezível (Figura 12). No entanto, as densidades de corrente do sensor A1 dos corpos de prova SM expostos foram maiores a partir do mês 6, atingindo os valores considerados como corrosão moderada e alta (superior a 0,1 μA/cm2), o que também indica uma corrosão ativa ( Figura 12). Embora o sensor A2 tenha indicado valores de ativação a partir do sexto mês, não foi mantido nos meses subsequentes, gerando uma passivação a partir do mês 10. Da mesma forma, observou-se que o sensor A1 dos corpos de prova expostos em SM, apresentou valores de correntes de macrocélula maior que A2, sendo influenciado pela profundidade em que os sensores estavam localizados e sua disponibilidade de oxigênio. Essa diferença também foi observada por medições das tensões e potenciais das macrocélulas em relação ao eletrodo CSC.
A diferença entre as correntes das macrocélulas dos sensores A1 maiores que A2, ambos expostos em AP e SM, pode ser devido à disponibilidade de oxigênio. Sendo que a difusão do oxigênio é menor em ambiente submerso, portanto a atividade de corrosão diminui (Tabela 4). Embora também tenha sido revelado em outros estudos (Alonso et al., 1998), que mesmo sob escassez de oxigênio, reações de redução podem ocorrer dentro do concreto.
A Figura 13 mostra os resultados das densidades de corrente dos sensores colocados nos corpos de prova com relação a/c de 0,60, expostos em AP e SM. Pode-se observar que os valores de corrente obtidos nos anodos A1 e A2 expostos em AP, geralmente indicam corrosão desprezível (inferior a 0,1 μA/cm2), embora o sensor A1 (colocado a 8 cm de profundidade) tenha apresentado sinais de corrosão moderada a partir do mês 6. No caso dos sensores A1 e A2 dos corpos de prova expostos em SM, os valores atuais apresentaram inicialmente alta corrosão (maior que 1,0 μA/cm2) com tendência à corrosão moderada (menos de 0,5 μA/cm2) após o mês 10. Por outro lado, foi observado nos dois tipos de dosagens com uma relação a/c de 0,40 e 0,60 (Figura 12 e 13), que as densidades de corrente para os sensores AR expostos em AP e SM indicam estabilidade e corrosão desprezível.
Tipo de sensor | ondições de ensaio | Área Rel.: Anodo/Catodo | Valores Limite | Referências |
---|---|---|---|---|
Aço/Aço Inoxidável 304 | NaCl 5% imerso | 01:10 | 3,50μA/cm2 | Pérez et al., 2022 |
Aço/Aço | Gravidade - Imersão 3,5% NaCl | 01:01 | 0,07μA/cm2 | Parque Zink Taek, 2005 |
Cobre/Aço Inoxidável | -0,02μA/cm2 | |||
Aço/Aço Inoxidável 1,4301 | Argamassa com 3% Cl- adicionada à água de amassamento | 01:05 | 5,00μA/cm2 | Elsener, 2002 |
Aço/Titânio-platina | Umidade e Secagem | 01:08 | 3,00μA/cm2 | Raupach e Schiebl, 2001 |
Aço/Aço Inoxidável 316 | Umidade Relativa 95% e concreto com 3% Cl- | 01:30 | 3,85μA/cm2 | Arya e Vassie, 1995 |
01:33 |
Na análise da intensidade de corrente de macrocélula (Figura 14) foi possível determinar que os sensores A1 colocados em menor profundidade nos corpos de prova expostos em SM apresentaram maiores correntes de macrocélula (9 μA e 14 μA para o concreto com a/c de 0,40 e 0,60, respectivamente) do que os sensores A2 localizados em maiores profundidades (2,40 μA e 2,00 μA para concreto com a/c de 0,40 e 0,60). De acordo com os primeiros valores de intensidade de corrente de macrocélula, verificou-se que eles eram semelhantes aos relatados na literatura, com valores limite de corrente galvânica de 15 μA e 16 μA. No entanto, a diferença encontrada pode ser devido a diferentes condições de ensaio, materiais dos sensores, relações anodo/catodo e arranjos geométricos dentro do concreto (Raupach e Schiebl, 2001 ; Elsener, 2002), Tabela 5 .
Tipo de sensor | Condições de ensaio | Área Rel.: Anodo/Catodo | Valores Limite | Referências |
---|---|---|---|---|
Aço/Aço Inoxidável 304 | Imerso em 5% NaCl | 01:10 | 14 μA | Pérez et al., 2022 |
Aço/Aço Inoxidável 1,4301 | Argamassa com 3% Cl- adicionada à água de amassamento | 01:05 | 16 μA | Elsener, 2002 |
Aço/Titânio-platina | Molhagem e Secagem | 01:08 | 15 μA | Raupach e Schiebl, 2001 |
3.4 Ruído eletroquímico
Devido à ativação nula obtida dos sensores em AP, são mostrados apenas os resultados de ruído eletroquímico dos corpos de prova expostos em SM, e sua análise para determinar o tipo de corrosão do sistema. Os dados de potencial (E) e atual (I) foram registrados com 1024 pts, a 1 pt/seg.
A Figura 15 e a Figura 16 mostram os gráficos de exemplo das séries de densidade de potencial e corrente ao longo do tempo para os ânodos A1, imersos em concreto com uma relação a/c de 0,40 e 0,60, respectivamente. Em ambas as dosagens de concreto, observou-se uma correspondência de comportamento entre as séries de potencial e corrente, apresentando oscilações aleatórias dos sinais com transientes de 1,0 mV e 1,0 µA/cm2 no sinal base do potencial e da corrente. Este tipo de comportamento foi associado a um tipo de corrosão generalizada.
As Figuras 17 e 18 mostram alguns gráficos de exemplo das densidades espectrais de potencial e densidade de corrente dos anodos A1, para concreto com relação a/c de 0,60 e 0,40, após 10 meses de exposição. Através desses gráficos foi possível determinar as inclinações com as quais o fenômeno de corrosão nos anodos foi avaliado. Para este caso, declives mais acentuados foram considerados indicativos de alguma atividade de corrosão.
Durante os 9 meses de monitoramento dos sensores e da armadura dos corpos de prova de 0,40 a/c, as inclinações obtidas das densidades espectrais potenciais ficaram entre -1,72 e -3,76; enquanto para as amostras de a/c 0,60 ficaram entre -2,06 e -3,48. Da mesma forma, as inclinações dos registros de densidade espectral da corrente das sondas de 0,40 a/c foram -0,63 e -4,92; e para as amostras de a/c 0,60 ficaram entre -0,43 e -3,26. Esses valores em função da inclinação das densidades espectrais de frequência correspondem a um tipo de corrosão uniforme e passivação-uniforme (Figuras 17 e 18) (Legat e Dolecek, 1995).
Com os registros de ruído eletroquímico dos tubos de ensaio com relação a/c de 0,60 e 0,40, foi realizada uma análise estatística para determinar os dados de resistência, potencial e corrente que permitiram classificar o tipo de corrosão nos ânodos, que estão resumidos na Tabela 6.
Da mesma forma, os valores do índice de localização (LI) (Kelly et al., 1996). obtidos a partir dos registros de ruído eletroquímico dos anodos, para o mês 10 em ambas as qualidades de concreto, indicam os tipos de corrosão generalizada e mista (Tabela 6). Para o mês 18, foi observado um tipo de corrosão mista para ambas as qualidades de concreto, sem ultrapassar um nível maior que a unidade (>1), onde haveria um processo de pite nos sensores.
relação a/c | Eletrodo - Mês | Rn (Ω-cm2) | Índice de localização, IL | tipo de corrosão | PSD potencial (mV) | tipo de corrosão | PSD corrente (µA/cm2) | tipo de corrosão |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
0,40 | A1-10 | 2,35E+04 | 0,0058 | difundido | -3,76 | Uniforme | -1,67 | Uniforme |
0,40 | A2-10 | 1,92E+04 | 0,0294 | misturado | -3,24 | Uniforme | -0,63 | passivação uniforme |
0,40 | AR-10 | 1,26E+05 | 0,0878 | misturado | -1,72 | Uniforme | -4,92 | Uniforme |
0,60 | A1-10 | 1,50E+04 | 0,0048 | difundido | -2,19 | Uniforme | -2,24 | Uniforme |
0,60 | A2-10 | 1,40E+04 | 0,0046 | difundido | -2,09 | Uniforme | -3,03 | Uniforme |
0,60 | AR-10 | 2,26E+05 | 0,0406 | misturado | -2,06 | Uniforme | -0,43 | passivação uniforme |
0,40 | A1-18 | 1,30E+04 | 0,0325 | misturado | -2,93 | Uniforme | -3,98 | Uniforme |
0,40 | A2-18 | 2,50E+04 | 0,0175 | misturado | -2,00 | Uniforme | -1,39 | Uniforme |
0,40 | AR-18 | 1,26E+05 | 0,0878 | misturado | -1,72 | Uniforme | -4,92 | Uniforme |
0,60 | A1-18 | 1,40E+04 | 0,0246 | misturado | -3,48 | Uniforme | -3,26 | Uniforme |
0,60 | A2-18 | 1,60E+04 | 0,0469 | misturado | -3,38 | Uniforme | -2,32 | Uniforme |
0,60 | AR-18 | 1,40E+04 | 0,0548 | misturado | -2,27 | Uniforme | -0,68 | passivação uniforme |
3.5 Teor de cloretos livres no concreto por peso do cimento
A Tabela 7 mostra os resultados da porcentagem de íons cloreto solúveis em água em relação ao concreto e cimento, para os corpos de prova de concreto com relação a/c de 0,40 e 0,60. Onde pode-se observar que para ambos os tipos de concreto expostos em AP, as quantidades de íons cloreto foram desprezíveis. No caso dos corpos de prova de 0,40 a/c expostos à solução de NaCl a 5%, as porcentagens de íons cloreto foram menores do que nas vigas de 0,60 a/c, esta atingindo um valor de 0,44% de Cl - em relação ao cimento. Esse valor pode ser considerado um risco iminente de corrosão, de acordo com os valores relatados na literatura (Mohammed e Hamada, 2001; Alonso, 2001), Tabela 8; e pelos valores das tensões e correntes das macrocélulas que foram monitoradas neste trabalho, onde aos 10 meses apresentam valores de alta probabilidade de corrosão.
Mistura | % Cl- em relação ao concreto | % Cl- em relação ao cimento | ||
---|---|---|---|---|
Ambiente | em água potável | Em salmoura | em água potável | Em salmoura |
a/c: 0,40 | 0,0000 | 0,0470 | 0,00 | 0,21 |
a/c: 0,60 | 0,0035 | 0,0650 | 0,02 | 0,44 |
3.6 Ensaio de compressão simples
A Tabela 9 mostra os valores médios da resistência à compressão de três corpos de prova cilíndricos de concreto, para cada relação a/c de 0,40 e 0,60. Esses valores de tensão obtidos são relativamente altos, o que está relacionado a um processo de corrosão lento apesar de estar em um ambiente agressivo em solução de NaCl a 5%. Esses resultados permitem corroborar que os concretos feitos com as especificações padrão garantem boa qualidade e são menos vulneráveis à entrada de agentes agressivos.
4. Conclusões
Através de sensores galvânicos é possível monitorar e avaliar o estado de risco devido à corrosão em estruturas de concreto armado, pois as tensões das macrocélulas do sensor galvânico interno (aço carbono/aço inoxidável) apresentaram uma boa correlação com relação aos potenciais de corrosão sensor Cu/CuSO4, durante o tempo de ensaio do sistema.
Os sensores galvânicos podem ser considerados para sua implementação como método preventivo em correlação com as técnicas eletroquímicas existentes, pois foram observados valores limite de corrente e densidade de corrente semelhantes a outros sistemas similares.
O comportamento do eletrodo de referência de aço inoxidável (cátodo “C”), embutido no concreto armado, geralmente manteve sua estabilidade frente ao risco de corrosão por íons cloreto durante a etapa de avaliação.
O valor de cloretos livres encontrado próximo ao sensor aos 10 meses atingiu um percentual de 0,44% em relação ao cimento, o que representa um risco com probabilidade suficiente para a ativação de corrosão na armadura, sendo este diagnóstico compatível com a tensão da macrocélula e medidas atuais, e por valores próximos aos relatados na literatura.
As informações obtidas com a técnica de ruído eletroquímico mostram que os corpos de prova apresentam corrosão uniforme e/ou mista na armadura e nos sensores devido à passivação do sistema durante a formação dos óxidos, no tempo de exposição; exceto para o corpo de prova de qualidade inferior, que apresenta maiores sinais de corrosão nos meses 17 e 18, mas ainda não apresenta corrosão localizada.
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Recebido: 24 de Junho de 2022; Aceito: 29 de Agosto de 2022