Adição de polímeros ao concreto visando durabilidade.

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1 Adição de polímeros ao concreto visando durabilidade. Prof. Luciano Martin Teixeira, M.Sc. Eng. INTRODUÇÃO O emprego de polímeros no concreto tem como objetivo intensificar certas qualidades devido a diminuição da porosidade do concreto. Estas qualidades são interessantes quando se procura maior durabilidade. Assim, o presente trabalho avalia a influência da adição de emulsões poliméricas de SBR e acrílico ao concreto, em diferentes proporções (2%, 6% e 10%), na resistência à compressão, módulo de elasticidade, absorção, permeabilidade ao ar e resistência à corrosão da armadura pelos cloretos. Para avaliação da resistência à compressão, foram moldados corpos-de-prova cilíndricos. Os concretos foram rompidos aos 7, 28 e 91 dias. Também foram medidos o módulo de elasticidade aos 28 e 63 dias e a absorção aos 28 dias. Para avaliação da resistência à corrosão da armadura foram realizados ensaios acelerados de difusão de cloretos em corpos-de-prova prismáticos, tendo-se empregado técnicas eletroquímicas de potencial de corrosão e resistência de polarização para monitorar o comportamento das armaduras, além de medidas de resistência ôhmica para monitorar as condições dielétricas do concreto. Para análise da permeabilidade ao ar, utilizou-se o Método de Figg. Os resultados mostraram que dependendo do tipo e da proporção de polímero adicionado, o desempenho dos concretos pode ser diferente. O concreto com adição de polímero SBR se mostrou mais eficaz que o concreto com adição de polímero acrílico.

2 METODOLOGIA O programa experimental teve como objetivo avaliar a capacidade dos polímeros SBR e acrílico em diminuir a permeabilidade do concreto aos gases e aos íons cloretos, aumentando assim a durabilidade do concreto. Também foram feitos ensaios de compressão axial, módulo de deformação e absorção dos concretos confeccionados com diferentes percentagens de emulsões poliméricas. Materiais empregados 1. Polímero SBR (A) Adesivo de uso múltiplo, para argamassas, à base de resina SBR (estireno-butadieno). Emulsão para ser utilizada na água de amassamento, com massa específica de 1,02 g/cm³ a 25ºC. 2. Polímero Acrílico (B) Adesivo à base de resina acrílica. Emulsão para ser utilizada na água de amassamento, com massa específica de 1,02 g/cm³ a 25ºC. 3. Aglomerante hidráulico O aglomerante empregado foi o cimento Portland composto CP II F Agregados O agregado miúdo empregado é de origem natural de leito de rio, e o agregado graúdo foi uma brita granítica nº.1, com dimensão máxima de 19mm. 5. Aço O aço usado como armadura dos corpos-de-prova prismáticos foi do tipo CA50A, com diâmetro de 8mm, e os estribos foram do tipo CA60B com diâmetro de 4,2mm.

3 Concreto e corpos-de-prova avaliados 1. Concretos avaliados Foram avaliados os seguintes concretos: Concreto de Referência com traço 1 : 1,61: 2,34 : 0,5, relação a/c = 0,50, slump = cm, confeccionado com os materiais descritos em e Concreto de Referência, substituindo parte da água de amassamento por 2%, 6% e 10% de emulsão de polímero SBR, em relação à massa de cimento. Concreto de Referência, substituindo parte da água de amassamento por 6% de emulsão acrílica, em relação à massa de cimento. 2. Corpos-de-prova Foram moldados três (3) tipos de corpos-de-prova: Cinqüenta (50) corpos-de-prova cilíndricos de concreto, nas dimensões de 15 cm de diâmetro e 30 cm de altura, para os ensaios de compressão axial, módulo de elasticidade e absorção. Dez (10) corpos-de-prova prismáticos, tipo viga armada nas dimensões de 50 cm X 20 cm X 15 cm, para a determinação da permeabilidade ao ar pelo método de FIGG. Cinco (5) corpos-de-prova prismáticos, tipo viga armada nas dimensões de 40 cm X 20 cm X 15 cm, para avaliar a difusão dos íons cloretos nos concretos poliméricos estudados.

4 Métodos de ensaio utilizados Os corpos-de-prova foram ensaiados à resistência à compressão axial aos 7, 28 e 91 dias, segundo a NBR 8522 e a determinação do módulo de elasticidade foi feita aos 28 e 63 dias, segundo a NBR O ensaio de absorção foi realizado aos 28 dias, de acordo com a NBR 9778, o método de Figg, foi empregado para determinação da permeabilidade do concreto ao ar, aos 91 dias da concretagem. As determinações da velocidade de corrosão (Icorr), do potencial de corrosão (Ecorr) e Resistência Ôhmica (Rohm), foram obtidas através do aparelho GECORR e empregadas na avaliação da penetração dos íons cloreto. Permeabilidade do concreto ao ar pelo método de FIGG. A permeabilidade ao ar foi medida em corpos-de-prova prismáticos (Figura), moldados com relação a/c = 0,50 e com as seguintes proporções de emulsão polimérica: referência (0% de emulsão), SBR (2%, 6% e 10%) e acrílico (6%). Para a realização das medidas da permeabilidade, foram feitos cinco (5) furos em uma das faces de cada corpo-de-prova. Optou-se pela realização dos furos nas faces em contato direto com as fôrmas de madeira 10mm, uma vez que em estruturas de concreto a maior parte das superfícies que ficam em contato com o ambiente são aquelas que estiveram em contato com as fôrmas. Detalhe do posicionamento dos furos. 20 Cotas em mm

5 O princípio básico do método é a medida do tempo que o ar leva para penetrar pelo cobrimento do concreto, diminuindo o vácuo imposto a uma cavidade executada no material (FIGG, 1973). A Figura mostra os equipamentos utilizados no ensaio (a) e um detalhe da extremidade da mangueira que succiona o ar do orifício do concreto (b). O ensaio consiste em aspirar o ar da cavidade até se atingir uma pressão inferior a 55 KPa no interior da cavidade. O registro é então fechado, isolando o sistema. O tempo cronometrado para a variação manométrica de 55KPa a 50 KPa é denominado de tempo de permeabilidade. Mangueiras Auxiliares Vacuômetro Aspirador Mecânico Registro Conexões Especiais Corpo de Prova (a) (b) Figura - Detalhes do equipamento empregado no ensaio de permeabilidade ao ar.

6 Tabela - Classificação do tipo de material cimentício em função do tempo de permeabilidade (CATHER et al., 1984). Tempo de Categoria Permeabilidade Interpretaçã Tipo de Material (s) o 0 <30 Pobre Argamassa porosa Moderada Concreto ~20MPa Boa Concreto MPa Concreto bem Ótima adensado e bem curado 4 >1000 Excelente Concreto modificado por polímeros Resistência à penetração dos cloretos. Foram realizados ciclos de molhagem dos corpos-de-prova prismáticos em solução com cloretos e secagem em ambiente com 50+10% de umidade relativa para se avaliar, através de técnicas eletroquímicas, a velocidade de penetração dos íons cloretos nos distintos concretos. A estimativa de intensidade de corrosão (Icorr), potencial de corrosão (Ecorr) e Resistência ôhmica (Rohm) foram medidas com o equipamento denominado GECORR, o modelo LG-ECM 06, fabricado pela James NDT Instruments, mostrado na Fotografia. Fotografia Aparelho GECORR (LG-ECM 06).

7 Icorr (Intensidade de corrosão) É a propriedade que permite estimar a velocidade do processo de corrosão. A deterioração das armaduras de aço no concreto implica na existência de uma reação de oxidação e uma de redução, em presença de umidade. Na superfície do metal surgem duas regiões, a anódica, onde acontece a oxidação, e a catódica, para onde os elétrons migram, onde se dá a redução de alguma substância existente no meio aquoso. O GECORR faz a aplicação de uma pequena corrente na armadura, a fim de quantificar a resistência à polarização do metal, em ohms. Assim a intensidade de corrente gerada pela reação de oxidação e redução do metal se chama Icorr, e pode ser estimada. A Tabela apresenta a relação de Icorr com os níveis de corrosão das armaduras. Tabela - Critérios para interpretação de Icorr em relação a níveis de corrosão de armaduras, sugeridos por ALONSO & ANDRADE (1990). Icorr (ma/cm²) Nível de corrosão 0,1 a 0,2 Desprezível >0,2 Início de corrosão ativa ~1,0 Ataque importante mas não severo > 10,0 Ataque muito importante Ecorr (potencial de corrosão) É a propriedade eletroquímica mais usada na avaliação da corrosão de armaduras (BRITO et al., 1998). As normas ASTM tem publicado uma tabela que indica as variações de potencial com a probabilidade de corrosão.

8 Tabela 5.3 ASTM Standard C-876 (1980). Ecorr (vs Cu/CuSO 4 ) Probabilidade de corrosão Volts < 0,35 > 95 % > 0,20 < 5 % 0,20 a 0,35 Aproximadamente 50 % Rôhm (Resistividade Ôhmica) A resistividade elétrica do concreto, em geral, mantém correlação com a Icorr, mas com uma dispersão grande. A resistividade elétrica é influenciada pela umidade contida nos poros do concreto e é parâmetro de controle da velocidade de corrosão do aço no concreto (ANDRADE, 1992). Tabela - Níveis de resistividade elétrica no concreto e o correspondente risco de corrosão. (FELIU et al. 1996). Resistividade (kw.cm) Risco de corrosão > Corrosão desprezível. Concreto seco Baixa Icorr Moderada a alta corrosão quando o aço está ativo < 10 A resistividade não é o parâmetro que controla a Icorr A Tabela a seguir, mostra critérios para avaliação do risco de corrosão em função da resistividade do concreto (CEB, 1998).

9 Tabela Critérios de avaliação da resistividade (CEB, 1998). RESISTIVIDADE (ohm.cm) RISCO DE CORROSÃO DA ARMADURA < 5000 Muito alto 5000 a Alto a Baixo > Desprezível RESULTADOS ENCONTRADOS Relação entre a resistência à compressão, módulo de deformação e absorção A Figura a seguir apresenta os resultados da resistência à compressão axial dos diferentes tipos de concretos estudados e sua relação com o módulo de deformação e absorção. O concreto com adição de polímero SBR em proporções de 6% apresentou o melhor desempenho nesta relação.

10 32,6 30,1 27,3 24,6 22,10 20,37 Valores 17,6 17,40 16,56 16,96 6,04 6,08 5,94 5,82 7,08 Compressão 28 dias (MPa) Módulo de elasticidade aos 63 dias (GPa) Absorção aos 28 dias (%) Referência SBR 2% SBR 6% SBR 10% Acrílico Figura Relação entre a resistência à compressão, o módulo de deformação e a absorção. Um concreto de maior resistência à compressão também será o de maior módulo de deformação. Os resultados obtidos mostram que essa relação não ocorre quando os polímeros são adicionados ao concreto de referência. A presença de agentes tenso-ativos, necessários para manter as partículas que são muito pequenas dos polímeros em suspensão na água, tendem a incorporar grandes quantidades de ar (METHA & MONTEIRO, 1994). Portanto, o polímero acrílico por

11 incorporar mais ar que o SBR teve sua resistência à compressão diminuída e sua absorção mais elevada comparada aos outros concretos. Relação entre a resistência à compressão aos 28 dias e a permeabilidade ao ar Resistência à Compressão aos 28 dias (MPa) 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 Referência SBR 2% SBR 6% SBR 10% Acrílico 6% Tempo de Permeabilidade (s) Figura - Compressão aos 28 dias versus pe rmeabilidade ao ar. Observa-se pela Figura acima que, quando o concreto possui polímero SBR, a permeabilidade pode diminuir sem que a resistência necessariamente aumente, não existindo, portanto, uma relação inversa entre resistência e a permeabilidade como ocorre nos concretos convencionais. Assim, quando um polímero é adicionado, o concreto pode diminuir sua resistência, mas, outras qualidades podem ser melhoradas, como a impermeabilidade. Outro ponto a salientar é que as medidas de permeabilidade ao ar são mais sensíveis que as medidas de absorção, podendo-se observar maiores variações dos valores obtidos com concreto de composição diferentes.

12 Relação entre a permeabilidade ao ar e a absorção Tempo de permeabilidade (s) SBR 6% SBR 10% SBR 2% Acrílico 6% Referência 5,82 5,94 6,04 6,08 7,08 Absorção (%) Figura Tempo de permeabilidade versus absorção. O tempo de permeabilidade ao ar dos concretos de cimento e polímero é inversamente proporcional a absorção. Quando comparado com o concreto de referência, apenas o resultado do concreto com 2% de polímero SBR mostrou uma relação direta entre o tempo de permeabilidade e a absorção. Os resultados indicam que os concretos de maior absorção à água são os de maior permeabilidade ao ar. Segundo TEZUKA (1988), o efeito selante devido à formação das membranas impermeáveis, proporciona ao concreto com adição de polímero me nor permeabilidade e aumento da resistência química e da durabilidade.

13 O filme de polímero revestindo os poros capilares e as microfissuras, impedem o fluxo de fluido no concreto polimérico, resistindo à entrada de água e soluções agressivas (METHA & MONTEIRO, 1994). Comparação final entre os resultados obtidos A Figura abaixo mostra um comparativo entre os resultados obtidos, visando a durabilidade. Deste comparativo, entre os concretos estudados, verifica-se que o concreto com 6% de SBR foi o que mostrou maior potencial para ser o de maior durabilidade, uma vez que representou uma maior barreira a entrada de líquidos, íons e gases agressivos. Melhor Resistência aos 28 dias Absorção Permeabilidade Módulo de elasticidade aos 63 dias Referência SBR 6% SBR 6% Referência SBR 2% SBR 10% SBR 10% SBR 10% SBR 6% Referência SBR 2% SBR 6% SBR 10% SBR 2% Referência Acrílico Pior Acrílico 6% Acrílico 6% Acrílico 6% SBR 2% Figura Comparativo entre os distintos concretos, visando a durabilidade.

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