UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA POLITÉCNICA MESTRADO EM ENGENHARIA AMBIENTAL URBANA

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA POLITÉCNICA MESTRADO EM ENGENHARIA AMBIENTAL URBANA INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE MATERIAIS POZOLÂNICOS NA CORROSIBILIDADE DO CONCRETO ARMADO, ANALISADA POR MEIO DO POTENCIAL DE CORROSÃO E RESISTIVIDADE ELÉTRICA Daniel Andrade Mota Salvador 2016

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3 i UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA POLITÉCNICA MESTRADO EM ENGENHARIA AMBIENTAL URBANA INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE MATERIAIS POZOLÂNICOS NA CORROSIBILIDADE DO CONCRETO ARMADO, ANALISADA POR MEIO DO POTENCIAL DE CORROSÃO E RESISITIVIDADE ELÉTRICA Daniel Andrade Mota Dissertação apresentada ao mestrado em Engenharia Ambiental Urbana como requisito parcial à obtenção do título de MESTRE EM ENGENHARIA AMBIENTAL URBANA Orientador: Prof. Dr. Daniel Véras Ribeiro Agência Financiadora: CAPES Salvador 2016

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5 iii DEDICATÓRIA Dedico o resultado desses anos de trabalho à minha família. Aos que vieram antes e aos que virão depois, sete gerações anteriores e sete gerações à frente, pois família é a base de tudo.

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7 v FORMAÇÃO DO CANDIDATO Engenheiro Civil, formado pela Universidade Federal da Bahia, UFBA (2011). E ver que toda essa engrenagem já sente a ferrugem lhe comer... Zé Ramalho

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9 vii MEMBROS DA BANCA EXAMINADORA DA DISSERTAÇÃO DE MESTRADO DE DANIEL ANDRADE MOTA APRESENTADA AO MESTRADO EM ENGENHARIA AMBIENTAL URBANA, DA UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA, EM 06 DE JULHO DE BANCA EXAMINADORA Prof. Dr. Daniel Véras Ribeiro Orientador MEAU - UFBA Prof. Dr. Carlos Alberto C. de Souza Co-Orientador MEAU - UFBA Prof. Dr. Enio José Pazini Figueiredo CMEC - EEC - UFG Prof. Dr. Cléber Marcos Ribeiro Dias MEAU - UFBA

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11 ix AGRADECIMENTOS Aos meus pais, que me deram a vida. À dedicação da minha mãe para construir a base que me permitiu chegar até aqui. À Ju, por todo o amor, compreensão e colaboração para que eu pudesse realizar este trabalho. À Juca e Peu, que encantam meu coração. Aos irmãos, por toda convivência e pelas preciosas conversas sobre impedância. Ao Professor Daniel Véras, por toda estrutura disponibilizada, pela confiança e orientação valorosa. Ao Professor Carlos Rovere e o seu aluno Rodrigo Silva, da UFSCar, pela receptividade e pelas medidas de impedância. Ao técnico Paulo Sant Anna, pelo incessante apoio e amizade. Ao grupo LEDMa. Não vou citar nomes para ter certeza de estar incluindo todos. A convivência com vocês é suave, maravilhosa. Agradeço todo o aprendizado e crescimento proporcionados. Ao amigo Silas, por todo o apoio prestado, que não seria possível descrever aqui. Aos Professores Enio Pazini e Cléber Dias, cuja participação agrega grande valor a este trabalho. Ao DCTM, MEAU e Escola Politécnica da UFBA, pela estrutura disponibilizada. À CAPES pelo apoio financeiro.

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13 xi RESUMO São expressivos os impactos socioambientais causados por atividades industriais humanas, como a extração de matéria-prima e a geração de resíduos poluentes. Nesse contexto, a deterioração precoce das estruturas de concreto armado, principalmente pela ação deletéria de processos corrosivos, traz grandes prejuízos financeiros à sociedade pela necessidade de recuperações e/ou substituição de peças degradadas. Neste trabalho será abordado o uso de dois resíduos industriais, a sílica ativa e a cinza de eucalipto, em adição à mistura de concreto, nos teores de 5, 10 e 15%, em relação à massa de cimento. Também será utilizado o metacaulim, proveniente da calcinação de argilominerais. Sabe-se que algumas adições minerais, devido à sua atividade pozolânica e efeito microfíler, promovem uma compactação da microestrutura do concreto, o que influenciará diretamente na sua durabilidade. Dados obtidos por meio da técnica eletroquímica de potencial de corrosão e da técnica da resistividade elétrica do concreto foram utilizados para avaliar o comportamento das misturas, com o objetivo de determinar o teor ótimo de cada uma dessas adições, tendo em vista o incremento na durabilidade do concreto. Observou-se que a adição de sílica ativa e metacaulim alterou de forma significativa as características microestruturais do concreto, e que maiores teores (15%) dessas adições apresentaram melhor desempenho. A adição de cinza de eucalipto mostrou pouca melhoria em relação à referência, se comparado à sílica ativa e ao metacaulim. Palavras-chave: resistividade elétrica; potencial de corrosão; concreto; adição mineral; corrosão; durabilidade.

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15 xiii INFLUENCE OF POZZOLANIC MATERIALS ADDITION ON CONCRETE CORROSIVITY, ANALYZED BY MEANS OF CORROSION POTENTIAL AND ELECTRICAL RESISTIVITY ABSTRACT Industrial activities, such as feedstock extraction and waste generation, have a relevant social and environmental role. The early deterioration of reinforced concrete structures, mainly due to corrosive processes, has a high economic impact, requiring the increase of expenses with maintenance. This research investigates the addition of industrial waste, namely silica fume and fly ash, in different percentages (5, 10, and 15%), in order to reinforce concrete structures. Metakaolin from calcination of clay minerals was also used. It is well known that the addition of some types of minerals yields a compact concrete micro structure due to its pozzolanic activity and microfiler effect, which influence the durability. Two techniques, electrochemical of corrosion potential and concrete resistivity, were used to evaluate the mixtures with respect to the increase of concrete durability, determining the optimum composing of these additions. The addition of silica fume and metakaolin really modified microstructural characteristics of concrete, in which higher dosages produced better results. The eucalyptus ash presented poorer performance if compared with silica fume and metakaolin. Keywords: resistivity; concrete; mineral admixture; corrosion; durability.

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17 xv SUMÁRIO Pág. BANCA EXAMINADORA... vii AGRADECIMENTOS... ix RESUMO...xi ABSTRACT... xiii SUMÁRIO...xv ÍNDICE DE TABELAS... xvii ÍNDICE DE FIGURAS... xix 1 INTRODUÇÃO REVISÃO DE LITERATURA Durabilidade e vida útil das estruturas de concreto armado O concreto de cimento Portland Microestrutura do concreto Mecanismos de transporte O processo corrosivo Corrosão das armaduras no concreto armado Passivação das armaduras Etapas de ocorrência da corrosão Íons Cloreto Materiais Pozolânicos Sílica ativa Metacaulim Cinza de biomassa Métodos de análise da corrosibilidade do concreto armado Resistividade Elétrica Superficial do Concreto Técnica do Potencial de Corrosão MATERIAIS E MÉTODOS Materiais Água Cimento... 51

18 xvi Areia Brita Armadura Aditivo Sílica Ativa Metacaulim Cinza de eucalipto Métodos Caracterização das matérias-primas Dosagem do concreto e moldagem dos corpos de prova Caracterização do Concreto no estado endurecido Avaliação da corrosibilidade do concreto armado RESULTADOS E DISCUSSÕES Caracterização das matérias-primas Caracterização Física Distribuição granulométrica Composição química Composição mineralógica Análise da Pozolanicidade das Adições Caracterização do concreto Resistência mecânica Porosidade e densidade aparentes Absorção de água por capilaridade Velocidade de propagação de onda ultrassônica Avaliação da corrosibilidade do concreto armado Resistividade elétrica Avaliação da frente de cloretos por meio da aspersão de indicador à base de nitrato de prata Medida do Potencial de corrosão CONCLUSÕES SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS REFERÊNCIAS

19 xvii ÍNDICE DE TABELAS Pág. Tabela 1. Abreviação dos principais componentes do clínquer e dos produtos de hidratação do cimento (adaptado de MEHTA et al. [18]) Tabela 2. Exigências químicas para materiais pozolânicos segundo a NBR 12653:2014 ( Materiais pozolânicos Requisitos ) Tabela 3. Exigências físicas para classificação de materiais pozolânicos, segundo a NBR 12653:2014 ( Materiais pozolânicos Requisitos ). 31 Tabela 4. Requisitos físico-químicos para a sílica ativa, de acordo com a NBR :2012 ( Sílica ativa para uso com cimento Portland em concreto, argamassa e pasta ) Tabela 5. Requisitos físico-químicos para o metacaulim, de acordo com a NBR :2010 ( Metacaulim para uso com cimento Portland em concreto, argamassa e pasta ) Tabela 6. Valores de resistividade elétrica do concreto e sua relação com o risco de ocorrência da corrosão Tabela 7. Critérios para a avaliação da intensidade da corrosão em termos de resistividade do concreto, obtidos por diversos autores Tabela 8. Correlação entre resistividade elétrica superficial e penetração de cloreto (AASHTO TP 95-14) Tabela 9. Limites de potencial de corrosão e probabilidade de ocorrência da corrosão, de acordo com a norma ASTM C 876/ Tabela 10.Métodos de ensaio utilizados para a determinação da massa específica das matérias-primas Tabela 11.Classificação dos materiais de acordo com a variação de condutividade, proposta por LUXÁN et al. [95] Tabela 12.Traços indicados pela NBR 5752:2014 ( Determinação de Atividade Pozolânica com cimento ) para a determinação do índice de atividade pozolânica Tabela 13.Traço das argamassas produzidas para a determinação do índice de atividade pozolânica, conforme a norma NBR 5752:2014 ( Determinação de Atividade Pozolânica com cimento ) Tabela 14.Consumo de materiais e característica das misturas de concreto utilizadas

20 xviii Tabela 15.Tipo, quantidade e dimensões dos corpos de prova que serão utilizados para cada ensaio, em cada idade, para cada traço Tabela 16.Relação entre velocidade de propagação e qualidade do concreto, segundo a norma inglesa BS EN /2000 ( Testing concrete. Determination of ultrasonic pulse velocity ) Tabela 17.Probabilidade de ocorrência de corrosão em função do potencial de corrosão, tendo como referência o eletrodo de calomelano saturado Tabela 18.Características físicas do cimento, sílica ativa, cinza de eucalipto, metacaulim, areia e brita Tabela 19.Composições químicas (em forma de óxidos) do cimento, sílica ativa, cinza de eucalipto e metacaulim, obtidas pela técnica de FRX Tabela 20.Valores de variação de condutividade elétrica* das soluções preparadas com adição Tabela 21.Resultados da avaliação do índice de atividade pozolânica (IAP), de acordo com o método estipulado pela NBR 5752:2014 ( Determinação de Atividade Pozolânica com cimento ) Tabela 22.Média e desvio padrão da resistência à compressão axial dos concretos aos 28 dias Tabela 23.Valores de porosidade e densidade aparentes aos 28 dias Tabela 24.Qualidade dos concretos estudados, segundo os parâmetros da norma inglesa BS EN /2000 ( Testing concrete. Determination of ultrasonic pulse velocity ) Tabela 25.Incremento da resistividade elétrica das amostras contendo adição mineral em relação à referência Tabela 26.Classificação dos concretos analisados quanto ao risco de corrosão (CE-COST 509) e penetração de cloretos (AASHTO TP 95-14) em função dos resultados de resistividade elétrica Tabela 27.Coeficientes de correlação calculados entre resistividade elétrica e propriedades físicas do concreto Tabela 28.Profundidade de penetração da frente de cloretos nos diversos concretos estudados

21 xix ÍNDICE DE FIGURAS Pág. Figura 1. Modelo de vida útil proposto por TUUTTI [15] Figura 2. Modelo de vida útil proposto por HELENE [16]... 6 Figura 3. Representação esquemática da estrutura porosa do concreto [22]... 9 Figura 4. Distribuição do tamanho dos poros na pasta endurecida [13] Figura 5. Ciclo da energia no processo metalurgia-corrosão: incremento de energia na atividade metalúrgica e dissipação de energia no processo corrosivo [26] Figura 6. Representação esquemática da célula eletroquímica de corrosão Figura 7. Processo corrosivo na superfície metálica (adaptado de PANNONI [27]) Figura 8. Efeito da concentração de oxigênio na velocidade de corrosão [13]. A velocidade de corrosão é medida, em termos de perda de massa, em miligrama por decímetro quadrado por dia (mdd) Figura 9. Representação esquemática da pilha eletroquímica de corrosão da armadura no concreto [27] Figura 10. Variação de volume dos compostos resultantes do processo corrosivo do ferro metálico [18] Figura 11. Diagrama de Pourbaix simplificado para o sistema ferro-água a 25 C [24] Figura 12. Diagrama de Pourbaix simplificado para o sistema ferro-água com cloretos (355 ppm) Figura 13. Rompimento localizado da película passivadora pela atuação de íons cloreto (adaptado de PANNONI [27]) Figura 14. Propagação da corrosão pela atuação de íons cloreto (adaptado de PANNONI [27]) Figura 15. Efeito da concentração de cloreto de sódio sobre a taxa de corrosão [34] Figura 16. Curvas relacionando umidade relativa (UR) e massa de cloretos de sódio adsorvidos à superfície metálica. (1) UR 58%, (2) UR 70%, (3) UR 80%, (4) UR 89%, (5) UR 94%, (6) UR 97% [29]... 26

22 xx Figura 17. Taxa de absorção capilar dos concretos de referência e com adições de sílica ativa (SA) e metacaulim (MC) [9] Figura 18. Relação entre a difusão de cloretos e a resistividade elétrica observada por SENGUL [85], para amostras de concreto Figura 19. Efeito da adição de sílica ativa na resistividade do concreto aos 90 dias, de acordo com estudos de MADANI et al. [87] Figura 20. Esquema de medição da resistividade elétrica do concreto, de acordo com o princípio de Wenner [91] Figura 21. Processo de filtragem à vácuo das soluções Figura 22. Medição da condutividade elétrica da solução saturada com hidróxido de cálcio [Ca(OH)2] Figura 23. Execução de medição da propagação de ondas ultrassônicas Figura 24. Equipamentos utilizados para medição da resistividade elétrica do concreto. (A) Resipod Proceq e (B) Surf Giatec Scientific Figura 25. Marcações a serem realizadas nos corpos de prova para padronização das medidas (AASHTO TP 95-14) Figura 26. (A) e (B) Esquema de delimitação da barra com fita isolante comum; (C) e (D) esquema do posicionamento das barras de aço no corpo de prova [13] Figura 27. Conexão dos fios de cobre às barras de aço e proteção com resina epóxi Figura 28. Esquema de montagem do circuito para medição do potencial de corrosão Figura 29. Distribuição do tamanho de partículas dos materiais utilizados Figura 30. Distribuição granulométrica da areia e zonas de classificação, de acordo com a NBR 7211:2009 (Agregados para concreto Especificação) Figura 31. Distribuição granulométrica do agregado graúdo e zonas de classificação, de acordo com a NBR 7211:2009 (Agregados para concreto Especificação) Figura 32. Micrografias de amostras da sílica ativa (A) e cimento (B) Figura 33. Micrografias de amostras da cinza de eucalipto (A) e cimento (B) Figura 34. Micrografias de amostras de metacaulim (A) e cimento (B) Figura 35. Difratograma de raios X da sílica ativa

23 xxi Figura 36. Difratograma de raios X do metacaulim Figura 37. Difratograma de raios X da cinza de eucalipto Figura 38. Comparativo entre os difratogramas de raios X Figura 39. Diagrama para determinação da pozolanicidade, de acordo com a norma NP EM Figura 40. Variação da condutividade elétrica das pastas contendo (A) pozolana e cimento e (B) somente pozolana Figura 41. Curva de variação da condutividade elétrica corrigida (Figura 39A Figura 39B) Figura 42. Resistência à compressão axial dos concretos estudados, aos 28 dias Figura 43. Resistência à compressão das misturas contendo sílica ativa Figura 44. Resistência à compressão das misturas contendo metacaulim Figura 45. Resistência à compressão das misturas contendo cinza de eucalipto Figura 46. Comparativo entre valores de (A) porosidade aparente e (B) densidade aparente das misturas utilizadas.... Figura 47. Comparativo entre os coeficientes de absorção capilar Figura 48. Velocidade do pulso ultrassônico Figura 49. Resistividade elétrica do concreto para diferentes teores de adição de sílica ativa, em função da idade, para os dois equipamentos utilizados Figura 50. Resistividade elétrica do concreto para diferentes teores de adição de metacaulim, em função da idade, para os dois equipamentos utilizados Figura 51. Resistividade elétrica do concreto para diferentes teores de adição de cinza de eucalipto, em função da idade, para os dois equipamentos utilizados Figura 52. Correlação entre os resultados de resistividade elétrica e absortividade dos concretos contendo (A) sílica ativa, (B) metacaulim e (C) cinza de eucalipto Figura 53. Correlação entre os resultados de resistividade elétrica e resistência à compressão axial dos concretos contendo (A) sílica ativa, (B) metacaulim e (C) cinza de eucalipto

24 xxii Figura 54. Correlação entre os resultados de resistividade elétrica e porosidade aparente dos concretos contendo (A) sílica ativa, (B) metacaulim e (C) cinza de eucalipto Figura 55. Correlação entre os resultados de resistividade elétrica e absortividade dos concretos estudados Figura 56. Correlação entre os resultados de resistividade elétrica e resistência à compressão axial dos concretos estudados Figura 57. Aspersão de nitrato de prata em amostras de concreto contendo sílica ativa e contaminadas por cloretos Figura 58. Aspersão de nitrato de prata em amostras de concreto contendo metacaulim e contaminadas por cloretos Figura 59. Aspersão de nitrato de prata em amostras de concreto contendo cinza de eucalipto e contaminadas por cloretos Figura 60. Correlação entre os resultados de resistividade elétrica e profundidade de penetração de íons cloreto, para as amostras contendo metacaulim Figura 61. Potenciais de corrosão de barras metálicas imersas em corpos de prova de concreto, para diferentes teores de adição de sílica ativa, em função da idade Figura 62. Potenciais de corrosão de barras metálicas imersas em corpos de prova de concreto, para diferentes teores de adição de metacaulim, em função da idade Figura 63. Potenciais de corrosão de barras metálicas imersas em corpos de prova de concreto, para diferentes teores de adição de cinza de eucalipto, em função da idade Figura 64. Período de iniciação da corrosão das barras de aço presentes nos corpos de prova, em função das misturas analisadas Figura 65. Taxa de corrosão das barras de aço inseridas nos corpos de prova de concreto, para todas as misturas avaliadas Figura 66. Correlação entre a resistividade elétrica e o período de iniciação da corrosão, para misturas contendo (A) sílica ativa, (B) metacaulim e (C) cinza de eucalipto

25 xxiii Figura 67. Correlação entre resistividade elétrica e taxa de corrosão para as misturas contendo (A) sílica ativa, (B) metacaulim e (C) cinza de eucalipto

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27 1 INTRODUÇÃO O concreto armado é, atualmente, o material de construção mais utilizado no mundo para fins estruturais [1]. A harmoniosa interação entre aço e concreto promove vantagens de custo, versatilidade de execução, capacidade resistente, durabilidade, entre outras, até então não superadas por outros materiais. O aço apresenta alta resistência a esforços de tração, enquanto o concreto, além de atuar resistindo aos esforços de compressão, propicia ambiente adequadamente alcalino para as armaduras, protegendo-as contra agentes desencadeadores de processos corrosivos. No entanto, o concreto não está livre de sofrer com graves problemas de degradação, e têm-se observado que a corrosão das armaduras é o principal deles [1, 2]. A corrosão das armaduras de reforço do concreto causa grandes perdas financeiras, estimadas em cerca de 5% do PIB de países industrializados [3], além do risco a vidas humanas, por se tratar de uma manifestação patológica que acomete principalmente elementos com função estrutural. Dada sua grande importância para a sociedade, diversos autores [1, 2, 4, 5] vêm estudando os processos corrosivos no concreto armado nos últimos anos, em busca de formas de mitigar o problema. Como fruto desses estudos, observou-se que materiais pozolânicos adicionados ao concreto têm se mostrado eficientes como inibidores de corrosão, atuando na matriz cimentícia através das reações pozolânicas e efeito microfíler [4, 6]. Diversos estudos mostram que a adição deste tipo de material resulta em incrementos satisfatórios [6-10] à durabilidade do concreto armado. Neste âmbito, as técnicas eletroquímicas vêm sendo cada vez mais estudadas e utilizadas para a análise dos parâmetros de durabilidade das estruturas de concreto armado [10-13], devido à sua alta sensibilidade a variações nestes parâmetros. O aprimoramento das técnicas de medição e o 1

28 melhor entendimento dos fenômenos eletroquímicos no concreto têm conferido cada vez mais confiabilidade a esse tipo de medida. Sendo assim, utilizou-se neste trabalho a técnica eletroquímica de potencial de corrosão, além da técnica de medida da resistividade elétrica do concreto, com o intuito de analisar as alterações nas propriedades de corrosibilidade da matriz cimentícia, provocadas pela adição de materiais pozolânicos. A viabilidade da adição de rejeitos industriais à matriz cimentícia, como a sílica ativa e a cinza de eucalipto, também foi verificada, através da diversificação dos teores adicionados, estabelecidos em 5, 10 e 15% em relação à massa de cimento. 2

29 2 REVISÃO DE LITERATURA 2.1 Durabilidade e vida útil das estruturas de concreto armado É facilmente observável em orlas de cidades litorâneas que muitas estruturas de concreto armado têm apresentado reduzida durabilidade. Manifetações patológicas como manchas, fissuras e destacamentos, que surgem precocemente, originam-se em falhas de projeto, execução, uso e/ou manutenção inadequados [14] e podem estar aliados a um ambiente quimicamente agressivo ao concreto armado. A atenção dada ao assunto é crescente, visto que são elevados os prejuízos financeiros com reparos, além do risco a vidas humanas. A Lei dos 5, ou regra de Sitter, mostra a evolução dos custos em função da fase da vida da estrutura em que a intervenção é feita. Segundo esta regra, uma intervenção corretiva, na fase de uso da estrutura, pode custar até 125 vezes mais do que tomar essa iniciativa na fase de concepção dos projetos. Sendo assim, a EN Eurocode ( Bases of structural design ) determina que uma estrutura deve ser concebida, dimensionada e executada para ter uma resistência estrutural, aptidão em serviço e durabilidade de modo que, durante sua vida útil de projeto, resista a todas as ações e influências externas susceptíveis durante sua execução e utilização, além de permanecer adaptada ao uso para o qual foi concebida. A NBR 6118:2014 ( Projeto de estruturas de concreto procedimentos ) define como durabilidade a capacidade da estrutura em resistir às influências previstas, e deve ser definida em conjunto pelo autor do projeto estrutural e o contratante, no início dos trabalhos de elaboração do projeto. As estruturas devem conservar sua segurança, estabilidade e aptidão em serviço durante o período correspondente a sua vida útil. O Comitê 201 do American Concrete Institute (ACI) adotou a definição de durabilidade do concreto como a sua capacidade de resistir as ações de intempéries, abrasão, ataque químico, ou qualquer outro processo de degradação. 3

30 A partir das definições adotadas tanto no Brasil, como internacionalmente, pode-se entender a durabilidade como o resultado da interação entre a estrutura e o meio ambiente em que esta se encontra inserida, e será fundamentalmente regida pelas características tanto ambientais, quanto das estruturas. A EN Eurocode propõe alguns aspectos a serem considerados para termos de durabilidade: condições do meio ambiente; projeto da estrutura e a escolha do sistema estrutural; escolha dos materiais; dispositivos construtivos; execução e o controle da qualidade na obra; medidas de proteção específicas; manutenção. Outro conceito, intimamente ligado e comumente confundido com durabilidade, é o de vida útil, que está mais associado ao período de tempo pelo qual uma estrutura deve manter determinadas características. A EN Eurocode, por exemplo, define vida útil como o tempo no qual a estrutura ou uma das suas partes é considerada apta a ser utilizada como previsto, realizando-se a manutenção projetada, e sem a necessidade de intervenções maiores e fora do previsto. No Brasil, uma conceituação de vida útil é oferecida pela NBR 6118:2014 ( Projeto de estruturas de concreto procedimentos ) como sendo o período de tempo durante o qual se mantém as características das estruturas de concreto, desde que atendidos os requisitos de uso e manutenção previstos em projeto, bem como a execução dos reparos necessários decorrentes de danos acidentais. Modelos matemáticos foram criados para a previsão da vida útil de estruturas de concreto armado, o que é de fundamental importância para o estudo do seu desempenho. TUUTTI [15] apresenta um modelo simplificado 4

31 para previsão de vida útil de estruturas contaminadas por íons cloreto e gás carbônico, conforme Figura 1. Figura 1. Modelo de vida útil proposto por TUUTTI [15]. Esse modelo determina dois estágios para a vida útil, denominados iniciação e propagação. A iniciação é o tempo que leva para que agentes agressivos penetrem a camada de cobrimento do concreto, chegando às armaduras e provocando sua despassivação. A partir daí ocorre a propagação e, influenciado diretamente pela temperatura e grau de umidade, este é o estágio em que se desenvolvem os processos corrosivos até que se atinja um grau inaceitável de deterioração. HELENE [16] propôs, a partir dos modelos existentes, os tipos de vida útil de uma estrutura, conforme mostrado na Figura 2. Vida Útil de Projeto: equivale ao período de iniciação, onde há a penetração dos agentes agressivos através da camada de cobrimento de concreto até que cheguem à superfície das armaduras. Vida Útil de Serviço ou Utilização: essa vida útil engloba o período onde há o surgimento das primeiras manifestações patológicas, como manchas e fissuras por conta de ataque químico ou processo corrosivo, por exemplo. 5

32 Vida Útil Total: corresponde a todo o período de vida útil da estrutura até que ocorra uma ruptura, com colapso total ou parcial. Figura 2. Modelo de vida útil proposto por HELENE [16]. Para um bom atendimento aos requisitos de durabilidade, devem-se projetar dispositivos específicos para as necessidades específicas de cada elemento da estrutura, visando sua proteção contra os agentes ambientais deletérios. Esses dispositivos devem ser considerados desde a fase de projeto até a execução [17]. 2.2 O concreto de cimento Portland O cimento Portland é assim chamado pela sua semelhança, em dureza e cor, com uma rocha encontrada na ilha de Portland, na Inglaterra, muito utilizada em construções. Trata-se de um aglomerante hidráulico produzido pela moagem do clínquer. O cimento é um material constituído, essencialmente, por silicatos de cálcio hidráulicos e cristalinos e uma ou mais formas de sulfato de cálcio. 6

33 Resultante da calcinação, a cerca de 1450 C, de uma mistura de calcário e argila, o clínquer se configura em nódulos de 5 a 25 mm de diâmetro. A presença de íons de alumínio, ferro e magnésio, além de álcalis, provenientes dos materiais argilosos, tem efeito mineralizante na formação dos silicatos de cálcio que constituem o clínquer, facilitanto sua formação a temperaturas mais baixas [18]. Após moagem, o clínquer é ainda misturado a uma ou mais formas de sulfato de cálcio (gipsita), em teores que variam de 3 a 5%, em massa. A adição da gipsita é feita com o intuito de regular o início da pega do cimento, pois caso não seja adicionada, a reação do silicato tricálcico (C3A) com a água é imediata. A formação de hidratos cristalinos (C3AH6, C4AH19) libera, ainda, grande quantidade de calor de hidratação. Sem a adição da gipsita, a pega imediata e o alto calor de hidratação inviabilizariam o uso do concreto para a maioria das aplicações em construções [18]. Outros materiais de natureza mineral também são adicionados ao cimento durante seu processo produtivo, como as escórias granuladas e as pozolanas. Além de reduzir a extração de matéria prima para a produção do cimento, a adição destes materiais confere melhoria de propriedades relacionadas à durabilidade deste material [19]. Tabela 1. Abreviação dos principais componentes do clínquer e dos produtos de hidratação do cimento (adaptado de MEHTA et al. [18]). Óxido Abreviação Composto Abreviação CaO C 3CaO.SiO 2 C 3S SiO 2 S 2CaO.SiO 2 C 2S Al 2O 3 A 3CaO.Al 2O 3 C 3A Fe 2O 3 F 4CaO.Al 2O 3.Fe 2O 3 C 4AF MgO M CaO.H 2O CH SO 3 S 3CaO.2SiO 2.3H 2O C 3S 2H 3 H 2O H CaSO 4.2H 2O CS H 2 7

34 Devido a sua complexidade química, as reações de hidratação do cimento têm sido intensivamente estudadas. Sabe-se que os produtos de hidratação compõem uma vasta matriz de fases cristalinas e amorfas, e algumas delas são mostradas na Tabela 1, além dos principais compostos que compõem o clínquer Microestrutura do concreto A formação da microestrutura do concreto é algo complexo, pois, além deste ser constituído por diversos compostos distintos, distribuídos de forma heterogênea, há ainda a presença de vazios, que formam a estrutura porosa do material. A quantidade e distribuição dos tamanhos dos poros são responsáveis pelo desempenho do concreto, especialmente quanto à durabilidade e resistência à penetração de agentes deletérios [20]. A permeabilidade do concreto não é uma função simples da porosidade, mas, depende também das dimensões, distribuição, forma, tortuosidade (do caminho a ser percorrido pelos fluidos) e continuidade dos poros, além de depender da interconectividade da rede capilar [21]. Portanto, pode-se ter concretos distintos (Figura 3), com a mesma porosidade, mas com valores de coeficientes de permeabilidade bem diferentes. Os vazios capilares se formam pela evaporação da água em excesso, além do necessário para a hidratação do cimento, ou pelo inevitável aprisionamento de ar durante o processo de mistura. A Figura 3 mostra possíveis caminhos que podem se formar no interior do concreto devido a sua estrutura de poros e, como pode ser visto, a estrutura porosa, caso interconectada, pode criar caminhos de acesso ao interior do concreto, facilitando a entrada de agentes agressivos que poderão dar início, por exemplo, ao processo de corrosão das armaduras. 8

35 Figura 3. Representação esquemática da estrutura porosa do concreto [22]. Os poros na pasta de cimento podem ser classificados, conforme Figura 4, em: poros de ar aprisionado, decorrentes do processo de adensamento; poros de ar incorporado, decorrentes do uso de aditivos incorporadores de ar; poros capilares, oriundos da saída de água livre do concreto; e poros de gel, devido à água retida no gel formado pelo silicato de cálcio hidratado (C-S-H); sendo os três primeiros tipos de maior relevância para a durabilidade do concreto [20]. Figura 4. Distribuição do tamanho dos poros na pasta endurecida [13]. 9

36 2.2.2 Mecanismos de transporte Grande parte dos fatores que influenciam a durabilidade do concreto está associada à capacidade de transporte de massa na sua rede de poros e/ou fissuras. Isso determinará o grau de dificuldade encontrada pelos agentes agressivos ao tentar penetrar no concreto [17]. Entre os principais mecanismos de transporte de massa no concreto, que influenciam o processo corrosivo, podem-se citar: a permeabilidade, a absorção capilar, a difusão e a migração iônica [13] Permeabilidade A permeabilidade pode ser definida como a propriedade que governa a taxa de fluxo de um fluido através de um sólido sob um gradiente de pressão [18]. Para o concreto, a permeabilidade expressa a facilidade com que um fluido penetra através da sua rede porosa, que depende da relação água/cimento e grau de hidratação da pasta de cimento. A lei de Darcy pode ser utilizada para o cálculo do coeficiente de permeabilidade (K), para fluxo contínuo, conforme a Equação 1: K. A. H V f (1) L Em que Vf é a velocidade de escoamento do fluido (m³/s), K é a permeabilidade hidráulica (m/s), A é a seção do meio poroso (m²), H é a altura da coluna d água (m), e L é o comprimento da amostra (m). Para uma mistura bem executada, o coeficiente de permeabilidade aos gases é tão baixo que se torna muito difícil executar medições precisas, além de sofrer forte influência do grau de saturação, pois a água tende a preencher os poros. A permeabilidade aos gases se dá por gradientes de concentração que, no caso de gases agressivos dispersos na atmosfera, em geral, é muito pequeno [23]. 10

37 Absorção capilar A absorção capilar pode ser definida como o mecanismo de transporte de líquidos devido à tensão superficial que atua nos poros capilares, e expressa a capacidade do material em absorver fluidos através da sua rede de poros capilares, sob condição de diferença de umidade [23]. A propriedade de absortividade (S) de um material pode ser obtida experimentalmente, com o auxílio da equação 2. i 0,5 (2) A S.t Em que i é o volume acumulado de água absorvida por unidade de área, A é um termo constante, e t é o tempo. É uma propriedade de difícil controle, já que o refinamento da estrutura dos poros, conferidos pela redução da relação água/cimento ou adição de pozolanas, por exemplo, ao mesmo tempo em que reduz a porosidade total, aumenta as pressões capilares. No entanto, concretos mais porosos, com baixa absortividade capilar, podem ocasionar outros problemas insuperáveis de durabilidade [13] Difusão A difusão é um mecanismo de transporte de substâncias entre dois meios intimamente ligados, através de uma diferença de concentração. À medida que esse gradiente é atenuado, a difusão será mais lenta. É a difusão que rege a penetração dos principais agentes deletérios ao concreto armado: o gás carbônico e os íons cloreto, além do oxigênio, fundamental aos processos corrosivos. Há dois tipos de fluxo relacionados à difusão, sendo eles o estado estacionário, onde o fluxo iônico já foi estabelecido e é constante ao longo do tempo; e o não estacionário, onde o fluxo não é constante, e depende do tempo e da profundidade de penetração. 11

38 As características desse fenômeno de transporte irão depender do gradiente de concentração, da temperatura, da microestrutura e da composição química da matriz cimentícia [13]. Durante o processo difusivo, pode haver interação entre a substância que se difunde e os elementos do cimento, como é o caso da absorção dos íons cloreto por parte dos aluminatos, o que retarda a difusão num concreto contendo essa substância [7] Migração iônica A migração iônica, como o próprio nome define, é um mecanismo de transporte que envolve a movimentação de íons. É possibilitada pela existência de uma diferença de potencial, que o deslocamento iônico tende a equilibrar. Esse fenômeno está presente em estruturas submetidas a potenciais elétricos, como dormentes de trens e metrôs que usam energia elétrica para deslocar-se, além de estruturas submetidas à proteção catódica por corrente impressa e outras formas de proteção que envolvam movimentação de cargas elétricas. Em estruturas de concreto armado que se encontram em processo corrosivo das armaduras também se observa esse fenômeno. Conceitualmente, o fluxo por migração iônica pode ser definido como a soma de três fenômenos: a difusão pura, a migração elétrica e a convecção. ANDRADE apud RIBEIRO [23] considerou em seu trabalho que a parcela da difusão pura, para diferenças de potencial entre 10 e 15 V, é desprezível. Assim, se não houver gradientes de pressão ou umidade (eliminando a parcela da convecção), a migração iônica se traduz puramente pela migração elétrica. Ensaios de migração, como o utilizado por RIBEIRO [13], são capazes de determinar o fluxo iônico, bem como os coeficientes de difusão no estado estacionário e não estacionário, relacionados diretamente às fases de propagação e iniciação da corrosão, respectivamente. 12

39 2.3 O processo corrosivo Pode-se definir corrosão como a interação destrutiva entre um metal e o meio no qual está inserido. Esse processo ocorre através de reações químicas ou eletroquímicas e pode estar associado ou não a esforços mecânicos atuantes no material, podendo causar perdas significativas nas suas propriedades fundamentais, tais como resistência mecânica, elasticidade e ductilidade [24, 25]. Nessas reações, os metais interagem com substâncias não metálicas presentes no meio, formando compostos semelhantes aos encontrados na natureza (óxidos e hidróxidos), de onde foram extraídos, em seu estado de menor energia. Sendo assim, é possível afirmar que a corrosão se trata de um processo inverso à metalurgia, onde os metais tendem a retornar ao seu estado combinado, termodinamicamente mais estável [26], conforme representado no esquema da Figura 5. Figura 5. Ciclo da energia no processo metalurgia-corrosão: incremento de energia na atividade metalúrgica e dissipação de energia no processo corrosivo [26]. Há duas formas de ocorrência da corrosão segundo sua natureza: a oxidação (ou corrosão seca ) e a corrosão eletroquímica (ou corrosão aquosa). Ambas podem acometer as barras de aço do concreto armado [20], sendo a corrosão eletroquímica mais comum e foco da maior parte dos estudos. 13

40 A corrosão seca trata-se basicamente de ataques por reações do tipo gás-metal, a partir da qual forma-se uma fina película de óxidos na superfície metálica. Esse processo, que ocorre de forma muito lenta à temperatura ambiente, não afeta significativamente o metal, exceto na presença de gases extremamente nocivos [20]. Comumente definida como a principal causa de degradação das armaduras de aço-carbono do concreto armado, a corrosão eletroquímica se caracteriza por ser um processo que ocorre em meio aquoso. A ocorrência deste fenômeno é possibilitada pela formação de uma película de eletrólito na superfície do metal que, no caso do concreto armado, é propiciado pela presença de água na sua rede de poros, fissuras e outros meios de acesso. O processo da corrosão é resultado da formação de uma pilha ou célula de corrosão, constituída basicamente por: Ânodo: eletrodo de caráter eletrônico positivo, onde ocorrem as reações de oxidação dos íons metálicos, também conhecidas como reações de dissolução do metal. Os elétrons excedentes no metal tendem a migrar para as zonas catódicas, enquanto os íons metálicos são liberados na solução eletrolítica e estarão livres para reagir com outras substâncias. Cátodo: eletrodo de caráter eletrônico negativo, onde ocorrem as reações de redução dos íons de hidrogênio, da água do eletrólito e, eventualmente, espécies eletroquímicas presentes no concreto. Essas reações são possibilitadas pela presença dos elétrons extras que migraram das regiões anódicas. Nessas zonas catódicas observa-se a chamada deposição catódica. Eletrólito: meio condutor (geralmente líquido), contendo íons, que possibilitarão o fluxo de elétrons, formando o circuito fechado da pilha. Circuito metálico: condutor metálico. Nesse caso, a barra metálica por onde os elétrons migram de zonas anódicas para catódicas. A Figura 6 representa esquematicamente a célula eletroquímica de corrosão. 14

41 Figura 6. Representação esquemática da célula eletroquímica de corrosão. Segundo CASCUDO [20], a corrosão ocorre sob um determinado mecanismo, no qual há a formação de íons metálicos e liberação de elétrons na região anódica, onde se processa a dissolução do metal (região deteriorada, desgastada), conforme indicado na Equação 3, para o caso do ferro. 2Fe 2Fe e (3) De forma simultânea, ocorre no cátodo o consumo dos elétrons liberados no ânodo, que resulta na redução dos íons de hidrogênio e do eletrólito (H2O), formando os íons hidroxila OH -, conforme Equação 4. 2H2O + O2 + 4e 4OH (4) Os produtos das reações que ocorrem nas regiões anódicas tendem a se deslocar por difusão, através da solução do eletrólito, para a região catódica. Sob o mesmo princípio, os produtos gerados nas regiões catódicas tendem a migrar para as regiões anódicas. A interação química entre esses diversos produtos está descrita nas Equações 5, 6 e 7: 2Fe + 2H2O + O2 2Fe OH - (5) 15

42 2Fe OH - 2Fe(OH)2 ou 2FeO. H2O (6) 2Fe(OH)2 + H2O + 1/2O2 2Fe(OH)3 ou Fe2O3.H2O (7) O resultado dessas interações é a formação dos conhecidos produtos finais da corrosão, ou ferrugem. A Figura 7 ilustra como se dá o processo corrosivo na superfície metálica. Figura 7. Processo corrosivo na superfície metálica (adaptado de PANNONI [27]). Na figura 7(A), cátodos e ânodos são distribuídos aleatoriamente por toda a superfície metálica e conectados eletricamente pelo substrato de aço. Íons ferrosos e hidroxilas são formados através de reações eletroquímicas e se difundem superficialmente. Quando se encontram, precipitam produtos que originarão a ferrugem. Conforme as áreas anódicas corroem, um novo material, de diferente composição (a ferrugem) vai sendo exposto, conforme mostra a Figura 7(B). Este novo material causa alterações dos potenciais elétricos entre as áreas anódicas e catódicas, causando sua mudança local. O que era anodo passa a ser catodo, e vice-versa. Com a evolução da corrosão, toda a superfície acaba se corroendo de modo uniforme Figura 7(C) [27] Corrosão das armaduras no concreto armado A corrosão das armaduras de aço-carbono contidas nas estruturas de concreto armado nada mais é que um caso específico da corrosão eletroquímica em meio aquoso que, neste caso, se encontra confinado nos 16

43 poros da matriz cimentícia. Segundo HELENE [28], para que esse fenômeno ocorra, após a despassivação do metal, é necessário coexistirem: a) um eletrólito: a existência de um eletrólito na superfície das barras de aço é possibilitada devido a presença da água no concreto, que é tanto maior quanto maior for a umidade relativa do ar. Sua principal função é permitir o fluxo iônico no concreto, fechando o circuito elétrico criado com a liberação dos elétrons a partir da dissolução do metal. b) uma diferença de potencial (ddp): ao sofrer dissolução, cada átomo de ferro libera dois elétrons, deixando a peça metálica com carga negativa, criando-se assim, um potencial de equilíbrio ou reversível. Esse potencial por si só não gera a força eletromotriz necessária ao desenvolvimento da célula de corrosão, mas a presença de elementos capazes de interagir com esses elétrons sobressalentes poderá produzi-la, dando início ao processo. c) oxigênio: a presença de oxigênio é de fundamental importância para a formação dos diversos óxidos de ferro, assim como para a velocidade de corrosão. A Figura 8 mostra como a crescente concentração de O2 acelera o processo corrosivo até uma concentração em torno de 10 ml/l. A partir desse valor o excesso da substância no eletrólito acaba por dificultar sua difusão. Figura 8. Efeito da concentração de oxigênio na velocidade de corrosão [13]. A velocidade de corrosão é medida, em termos de perda de massa, em miligrama por decímetro quadrado por dia (mdd). 17

44 Além destes fatores fundamentais, podem existir agentes agressivos, tais como os íons cloreto (Cl - ), sulfeto (S 2- ), gases ácidos, fuligem, etc que podem acelerar o desenvolvimento do processo da corrosão e agirão impedindo a formação ou quebrando a película passivadora das armaduras. A Figura 9 ilustra esquematicamente a ocorrência da pilha eletroquímica de corrosão na armadura embutida no concreto. Figura 9. Representação esquemática da pilha eletroquímica de corrosão da armadura no concreto [27]. Os principais sintomas relacionados à ocorrência da corrosão nas armaduras são manchas de cor marrom avermelhado, fissurações paralelas ao aço e destacamentos da camada de cobrimento do concreto, além de perda de aderência entre a armadura e o concreto. A depender do estado de oxidação, o processo corrosivo do ferro metálico pode gerar compostos de volume até seis vezes maior que o do metal, conforme ilustrado na Figura 10. Esse aumento volumétrico acaba por ocasionar o surgimento de tensões internas de tração no concreto de até 15 MPa, e são essas tensões que irão provocar as fissuras e destacamentos já mencionados [27]. De acordo com HELENE [28], essas fissuras não acarretam grandes problemas estruturais, entretanto, são potencialmente perigosas pelo fato de abrirem caminho para a penetração de água, oxigênio e agentes agressores, o que irá acelerar continuamente o processo corrosivo já instalado e reduzir ainda mais a vida útil da estrutura. 18

45 Figura 10. Variação de volume dos compostos resultantes do processo corrosivo do ferro metálico [18] Passivação das armaduras O concreto provê dupla proteção às armaduras metálicas: através do cobrimento, de caráter físico, que propicia um relativo isolamento do meio externo; e sua alcalinidade, de caráter químico. Nas primeiras idades, a alcalinidade do concreto é conferida pela presença, nos seus poros, da solução saturada de hidróxido de cálcio - Ca(OH)2, proveniente das reações de hidratação dos silicatos de cálcio (C2S e C3S) presentes no cimento. Em idades mais avançadas, esse caráter alcalino passa a ser garantido pela presença dos hidróxidos de sódio (NaOH) e de potássio (KOH), que conferem soluções de ph variando entre 12,5 e 13,5 na fase líquida do concreto [25]. Esse meio altamente alcalino em que as armaduras metálicas estão inseridas facilita a formação de uma película passivadora sobre sua superfície. De característica compacta e aderente, essa película é formada basicamente por óxidos de ferro. Ela protege quimicamente o metal, impedindo o acesso do oxigênio, umidade, agentes agressivos, assim como dificultando sua dissolução [30]. Uma forma física adicional de proteção às barras é a deposição de uma camada de cristais hexagonais de hidróxido de cálcio na sua superfície, formada por precipitação [20]. 19

46 No metal, a transição do estado ativo para o passivo, com a formação da película passivadora de óxidos, reduz significativamente a velocidade de corrosão, que acaba sendo muito lenta. Essa redução pode chegar à ordem de 10 4 a 10 6 vezes [13]. POURBAIX apud GENTIL [24] avaliou as reações termodinamicamente possíveis em função do potencial de eletrodo e do ph do meio, tendo como base o eletrodo padrão de hidrogênio,. A partir deste trabalho foram criados diagramas para diversos sistemas metal-solução. O diagrama simplificado para o sistema ferro-água a 25 C serve como base para análise das condições oferecidas pelo concreto às armaduras de ferro. O citado Diagrama de Pourbaix (Figura 11) apresenta os limites entre as zonas de imunidade, passivação e corrosão. Essas fronteiras são estabelecidas por combinações específicas de ph e potencial elétrico. Através desse diagrama é possível identificar as condições em que o metal estará num estado imune, passivo, ou sujeito à ocorrência da corrosão. Figura 11. Diagrama de Pourbaix simplificado para o sistema ferro-água a 25 C [24]. 20

47 Na zona imune, a ocorrência das reações de corrosão é termodinamicamente desfavorável e a forma metálica do ferro é a mais estável. Na zona de passivação os óxidos e hidróxidos do metal são estáveis, formando a película passivadora; e na zona de corrosão as condições de potencial elétrico e ph são favoráveis à ocorrência da dissolução do metal [24]. Nas condições específicas de ph (entre 12,5 e 13,5) e faixa usual de potencial de corrosão do ferro no concreto (entre +100 mv e -400 mv, em relação ao eletrodo normal de hidrogênio), têm-se o estado de passivação do metal. Variações nos valores de ph, como por exemplo a redução causada pela ocorrência da carbonatação, que conduz a valores de ph menores que 9, induzem as armaduras a um estado ativo, propício à ocorrência da corrosão. Além da carbonatação, a presença de íons cloreto na superfície metálica é capaz de romper a película passivadora e provocar o início de um processo corrosivo. A intensidade da sua ação danosa pode ser qualitativamente mensurada a partir da Figura 12, que representa o diagrama de Pourbaix simplificado para o sistema ferro-água a 25 C contendo cloretos. Figura 12. Diagrama de Pourbaix simplificado para o sistema ferro-água com cloretos (355 ppm). 21

48 Comparando a Figura 11, que representa o mesmo sistema sem a presença de cloretos, observa-se grande redução da área onde o metal encontra-se passivado. Enquanto isso, a zona de corrosão cresceu, onde se destaca a zona de ocorrência de corrosão por pites, muito comum em armaduras de concreto armado. Surge, ainda, uma região intermediária, onde se observa uma passivação imperfeita Etapas de ocorrência da corrosão Segundo TUUTTI [15], a corrosão é descrita como um processo que pode ser dividido em dois estágios, identificados como iniciação e propagação, conforme discutido anteriormente (Figura 1). a) Iniciação A iniciação da corrosão, também chamada de período dormente ou de incubação, é tida como o período de tempo em que o agente agressivo penetra no concreto, porém, sem observarem-se danos relacionados, até que sua concentração na superfície do aço atinja um valor limite para provocar sua despassivação. Um exemplo de atuação de um agente agressor sobre a película passivadora é a presença do íon cloreto, conforme mostrado na Figura 13, o que propiciará um processo corrosivo puntiforme. Na ilustração está representado o momento final do período de iniciação da corrosão, quando a película passivadora é rompida. Figura 13. Rompimento localizado da película passivadora pela atuação de íons 22 cloreto (adaptado de PANNONI [27]).

49 A despassivação do aço pode ocorrer também pela ação de compostos ácidos que podem penetrar no concreto, como o dióxido de carbono (CO2), o gás sulfídrico (H2S) e o dióxido de enxofre (SO2). Sua reação com os hidróxidos alcalinos presentes na matriz cimentícia pode reduzir o ph do concreto a valores inferiores a 9 [17]. As características de transporte de massa do concreto da camada de cobrimento são determinantes nesse processo. A conformação da rede de poros, bem como a existência de fissuras, pode acelerar o período de iniciação da corrosão, uma vez que um concreto poroso e fissurado facilitará a penetração dos agentes deletérios. Particularidades do ambiente, como temperatura e umidade, exercem um papel igualmente importante nesse processo [31]. b) Propagação A fase de propagação consiste no período entre a despassivação e a aparição de fissuras no concreto, devido ao desenvolvimento da dissolução do metal, até que o processo chegue a um estágio de danos inaceitáveis [17]. A velocidade de desenvolvimento deste processo, que está ilustrado na Figura 14, depende muito das condições de exposição, mas, depende especialmente da umidade relativa (UR) do ambiente e da umidade de equilíbrio do concreto nesse ambiente. Figura 14. Propagação da corrosão pela atuação de íons cloreto (adaptado de PANNONI [27]). 23

50 Quanto maior a UR, desde que não atinja o ponto de saturação, mais veloz será o desenvolvimento do processo corrosivo, devido à maior disponibilidade de solução eletrolítica. Em concretos saturados (UR = 100%), o acesso de oxigênio para seu interior é dificultado, reduzindo, assim, a velocidade do processo corrosivo [32]. Nesse âmbito, é forte a influência da temperatura, uma vez que esta rege a disponibilidade de água no concreto. Além disso, aumentos de temperatura significam aumento na taxa da maioria das reações químicas, o que é válido, também, para a maioria dos processos corrosivos, além de estimular a mobilidade iônica [33] Íons Cloreto A presença de cloretos no concreto pode se dar de diversas maneiras: uso de aditivos aceleradores de pega, agregados e/ou água de mistura contaminados, tratamentos de limpeza e atmosfera exposta a ambiente industrial e/ou névoa marinha. Ao penetrar no concreto, parte dos cloretos ligam-se quimicamente aos compostos que contém aluminatos (C3A e C4AF), formando o sal de Friedel (3CaO.Al2O3.CaCl2.10H2O), parte é adsorvida pelo gel amorfo de silicato de cálcio hidratado (C-S-H), e uma outra parte encontra-se livre para interagir em processos corrosivos [35]. A penetração desses íons na matriz cimentícia se dá pela ação de um mecanismo duplo, ocorrendo primeiro a sucção e depois a difusão. Sua influência é extremamente danosa, visto que, além de aumentar a condutividade do eletrólito, eles participam diretamente na formação dos produtos de corrosão [29]. Os ânions Cl - poderão atuar sem consumir-se, conforme mostrado nas Equações 8 e 9: Fe Cl - FeCl3 (8) FeCl3 + 3OH - 3Cl - + Fe(OH)3 (9) 24

51 Este fenômeno é particularmente nocivo, uma vez que pequenas quantidades de cloretos livres serão capazes de provocar graves problemas corrosivos, uma vez que não são consumidos na reação. A Figura 15 mostra o efeito da concentração de cloreto de sódio sobre a taxa de corrosão, para o caso do ferro em contato com água, em temperatura ambiente [34]. Figura 15. Efeito da concentração de cloreto de sódio sobre a taxa de corrosão [34]. Pode-se observar uma taxa máxima de corrosão para a concentração de 3% de NaCl. De acordo com OLLIVIER et al. apud FIGUEIREDO [7], a presença de íons em solução (Na +, K +, Ca 2+, OH - ) afeta a mobilidade iônica desta, através de macanismos de atração e repulsão elétrica, o que justifica a queda na taxa relativa de corrosão observada para concentrações de NaCl superiores a 3%. Além da concentração de íons cloreto, a umidade é um fator preponderante sobre a intensidade da corrosão. Além de aumentar a disponibilidade de eletrólito, a presença de umidade influencia na deposição de partículas de cloretos sobre a superfície metálica [18]. A Figura 16 evidencia como a variação do grau de umidade relativa influencia na massa de cloretos adsorvidos à superfície metálica. A disponibilidade de cloretos (em massa) na superfície metálica quase que duplica quando é observada uma alteração da umidade relativa de 94% para 97%. 25

52 Figura 16. Curvas relacionando umidade relativa (UR) e massa de cloretos de sódio adsorvidos à superfície metálica. (1) UR 58%, (2) UR 70%, (3) UR 80%, (4) UR 89%, (5) UR 94%, (6) UR 97% [29]. Ao tempo que a presença de umidade eleva a adsorção de cloretos na superfície metálica, o caráter higroscópico dos cloretos corrobora para a retenção de água no interior do concreto, elevando seu grau de umidade, e consequentemente, a disponibilidade de eletrólito [20]. Adicionalmente, a corrosão ocasionada pela presença de íons cloreto é especialmente grave, devido à sua característica peculiar de formação de pites, também conhecida como corrosão puntiforme. Este tipo de corrosão está associado ao conceito de micropilha e ocorre pontualmente. Se caracteriza por distâncias microscópicas entre o ánodo e o cátodo, ocorrendo uma dissolução perigosamente concentrada do metal [28]. Apesar de causar perda de massa desprezível, as cavidades formadas (ou pites), de elevada relação entre comprimento e diâmetro, atuam como sítios amplificadores de tensão, principalmente em tração, causando grave perda de ductilidade [36]. 26

53 2.4 Materiais Pozolânicos Foram denominadas pozolanas as cinzas vulcânicas utilizadas há muitos anos por gregos e romanos que, misturadas à cal, geravam um produto de propriedades hidráulicas, obtendo-se, assim, melhor desempenho mecânico [31]. De acordo com as normas ASTM C 618 ( Standard specification for coal fly ash and raw or calcined natural pozzolan for use in concrete ) e NBR 12653:2014 ( Materiais pozolânicos Requisitos ), a pozolana se caracteriza como um material silicoso ou silicoaluminoso que por si só possui pouca ou nenhuma propriedade aglomerante, mas, quando finamente dividido e na presença de água, reage com o hidróxido de cálcio à temperatura ambiente para formar compostos com propriedades aglomerantes. A pozolana de origem vulcânica ou sedimentar com atividade pozolânica, geralmente de caráter petrográfico ácido, com teores de SiO2 superiores a 65%, é classificada como natural. Já as oriundas de tratamentos térmicos, como argilas calcinadas, ou subprodutos industriais, como a sílica ativa e a cinza de eucalipto, por exemplo, são classificadas como artificiais [37]. Utilizando um controle de qualidade adequado, grandes quantidades de material pozolânico podem ser incorporadas ao concreto, representando até 70% do total da massa de material cimentício na mistura [18]. Além de considerável economia de energia e custo, o incremento de materiais pozolânicos na mistura do concreto traz benefícios de engenharia, como melhor resistência à fissuração térmica devido ao baixo calor de hidratação, aumento da resistência final e impermeabilidade, devido ao refinamento na estrutura de poros e zonas de transição pasta-agregado [9, 18]. AGHABAGLOU et al. [38] observaram melhora em diversas características da matriz cimentícia com adição de materiais pozolânicos, como resistência à compressão e propriedades de transporte, que influenciam diretamente a absorção de água e a penetração de agentes deletérios. Resultados positivos sobre a resistência à compressão do concreto também foram obtidos por ZHANG e MALHOTRA [39], que acrescentaram 27

54 10% de sílica ativa ou metacaulim em substituição ao cimento, observando melhores resultados de resistência em relação à mistura de referência, sem adições minerais. Essa melhora foi constatada desde o primeiro dia após a mistura, e manteve-se em corpos de prova com mais de cem dias de idade. Os benefícios observados pela adição de pozolanas na mistura do concreto se dão através dos efeitos químicos e físicos descritos a seguir: a) Efeito Químico O efeito químico está relacionado, basicamente, com a capacidade de interação da fase vítrea da pozolana com o hidróxido de cálcio (CH) proveniente da hidratação do cimento, gerando compostos hidratados similares aos formados na hidratação do cimento, como o silicato de cálcio hidratado (C- S-H), que é o principal responsável pela resistência das pastas de cimento. Essa interação é denominada de reação pozolânica [18, 37], conforme mostrado na Equação 10. xsio2 + ycao + zh2o ycao.xsio2.zh2o (10) Quando a pozolana possui composição química variável, além da dissolução da sílica pode ocorrer, também, a reação da alumina e do ferro vítreos. Apesar de formarem hidratos distintos aos da sílica, as interações envolvendo alumina e ferro com a matriz cimentícia ocorrem de forma semelhante, isto é, reação com o hidróxido de cálcio em meio aquoso [40]. Essas reações também produzem compostos cimentantes, como o C-(A)-S-H, C4AH13, AFt e AFm [18]. As propriedades dos materiais cimentantes complementares provenientes das reações pozolânicas dependerá tanto das condições de cura e das proporções utilizadas, quanto das características físico-químicas dos materiais constituintes presentes [37]. A Tabela 2 mostra as exigências químicas a serem atendidas por um material pozolânico, segundo a NBR 12653:2014 ( Materiais pozolânicos Requisitos ). 28

55 Tabela 2. Exigências químicas para materiais pozolânicos segundo a NBR 12653:2014 ( Materiais pozolânicos Requisitos ). Propriedades Classe de Material Pozolânico N C E SiO 2 + Al 2O 3 + Fe 2O 3 * SO 3 * Teor de umidade * Perda ao fogo * Teor de álcalis disponível ** 1,5 1,5 1,5 (*) Valores expressos em porcentagem (%) (**) Valores expressos em porcentagem de Na2O Nota-se que a normatização brasileira não faz menção a limites para o teor de material amorfo presente nas pozolanas. Em contrapartida, JUENGER e SIDDIQUE [41] afirmam que, para que se possa caracterizar adequadamente este tipo de material, é necessário conhecer seu grau de amorfização. Segundos estes autores, características como distribuição do tamanho das partículas, área superficial específica e composição dos óxidos e das fases, devem ser conhecidas para a boa caracterização de uma pozolana. Essas características influenciarão na sua reatividade pozolânica e na interação com o processo de hidratação do cimento [41]. De acordo com MEHTA et al. [18], estudos sobre a distribuição do tamanho dos poros de cimentos hidratados contendo pozolanas mostraram que os produtos originados das reações pozolânicas são muito eficientes em preencher os espaços capilares, melhorando a resistência mecânica, a impermeabilidade e a durabilidade da matriz cimentícia. b) Efeito Físico A principal alteração física associada à adição de materiais pozolânicos a matrizes cimentícias é o efeito microfíler, que confere maior densidade e compacidade através do preenchimento de vazios entre os grãos de cimento. 29

56 Para que esse mecanismo atue, é necessário que o diâmetro médio das partículas da adição seja semelhante ou inferior ao diâmetro médio das partículas do cimento [42]. O preenchimento dos vazios por diminutas partículas também proporciona à matriz cimentícia um refinamento da estrutura de poros, uma vez que sua presença cria pontos de nucleação para o desenvolvimento dos cristais provenientes dos produtos de hidratação do cimento. Isso propicia o desenvolvimento de uma quantidade maior de cristais de menor dimensão, ao invés de menor quantidade de cristais relativamente maiores [9]. Quanto maior o espaço livre disponível para seu desenvolvimento, as fibras do gel C-S-H tendem a ser mais grossas [18]. De acordo com RICHARDSON [43], esta morfologia das fibras é responsável pela porosidade capilar, ou seja, quanto mais finas forem as fibras, menor será o diâmetro dos poros. O resultado da ação conjunta do efeito microfíler e do refinamento da estrutura de poros pode ser acompanhado pelo ensaio de absorção capilar. A Figura 17 mostra resultados obtidos por BARATA [9], em que a taxa de absorção capilar em concretos com adição de sílica ativa e metacaulim foi quase 50% menor que a de uma amostra de referência, sem adição. Figura 17. Taxa de absorção capilar dos concretos de referência e com adições de 30 sílica ativa (SA) e metacaulim (MC) [9].

57 A resistência à compressão também é diretamente afetada pelo refinamento da estrutura de poros. ZHANG et al.[44] verificaram incrementos de até 22% na resistência à compressão de concretos contendo adições de 5 e 10% de sílica ativa. A NBR 12653:2014 ( Materiais pozolânicos Requisitos ) regulamenta valores limites para propriedades físicas que devem ser apresentadas pelos materiais pozolânicos, conforme Tabela 3. Tabela 3. Exigências físicas para classificação de materiais pozolânicos, segundo a NBR 12653:2014 ( Materiais pozolânicos Requisitos ). Propriedade Requisito Material retido na peneira 45 μm 20% Índice de desempenho com cimento Portland aos 28 dias, em relação ao controle Atividade pozolânica com cal aos 7 dias 90% 6 MPa As alterações observadas nas propriedades dos produtos cimentícios com a adição de pozolanas variam com a quantidade adicionada e com o tipo de material utilizados, podendo ser analisadas em três estágios distintos: pasta fresca, hidratação/cura e pasta endurecida. Essas alterações, de caráter físico e/ou químico, se devem aos efeitos microfiler e pozolânico, respectivamente. Dentre as pozolanas tradicionalmente utilizadas, destacam-se o metacaulim e a sílica ativa que serão avaliados no presente estudo, em comparação a um material potencialmente pozolânico (cinzas de eucalipto) Sílica ativa A sílica ativa é um subproduto gerado na produção de silício-metálico e suas ligas, insumos muito utilizados por indústrias metalúrgicas, químicas e eletrônicas. Sua composição química, assim como propriedades físicas, varia com o tipo de liga produzida, com o processo e matéria-prima utilizados. A 31

58 quantidade de resíduo gerado pode chegar a cerca de 55% da quantidade de liga metálica produzida [37]. De acordo com o Anuário Estatístico do Setor Metalúrgico, desenvolvido pelo Ministério de Minas e Energia, foram produzidas, no ano de 2014, 127 mil toneladas da liga ferro-silício 75%, somente no Brasil. Estima-se, assim, uma produção de aproximadamente 70 mil toneladas de sílica ativa neste ano. Este resíduo constitui-se macroscopicamente num pó finíssimo, com elevada superfície específica, proporcionada pelo diminuto tamanho das suas partículas (diâmetro médio aproximadamente igual a 0,1µm). Sua coloração pode variar do cinza claro ao escuro, o que depende da quantidade de carbono residual presente no material [45]. A adição de sílica ativa ao concreto tem demonstrado influência positiva sobre suas propriedades, tanto no estado fresco quanto no estado endurecido. Na pasta fresca o comportamento reológico é alterado, apresentando maior coesão, com uma redução significativa na tendência à segregação e à exsudação. Além disso, a viscosidade e as forças de atração internas são aumentadas, obtendo-se, assim, um produto mais homogêneo [9]. Sua ação pozolânica, vinculada à extrema finura (efeito microfíler), confere à matriz cimentícia uma microestrutura mais compacta e densa, com menos poros e maior capacidade de resistir a esforços mecânicos e a ação de agentes agressivos [18], refletindo em maior durabilidade. VIEIRA et al. [45] citam pesquisas realizadas com microssílica, nas quais foi observado que, em relação a um concreto sem adição, melhores resultados foram obtidos em ensaios de permeabilidade, penetração de íons cloreto, absorção de água e perda de massa, em decorrência de ação química. Resultados obtidos por METHA e MONTEIRO [18] indicam reduções superiores a 80% na espessura da zona de transição em concretos com adição de sílica ativa, em relação a um concreto de referência, sem adições. Em contraponto, KULAKOWSKI et al. [46] afirmam que, em concentrações superiores a 10%, a adição de sílica ativa eleva o potencial de ocorrência da corrosão por carbonatação, devido ao alto consumo do hidróxido 32

59 de cálcio. Para proporções inferiores a 10% a situação inverte, e a presença da sílica ativa passa a ter efeito positivo contra o avanço da frente carbonatada. As características físico-químicas da sílica ativa irão determinar sua forma de interação com as matrizes cimentícias. Para garantir uma padronização nesse aspecto, a NBR :2012 ( Sílica ativa para uso com cimento Portland em concreto, argamassa e pasta ) traz os requisitos mínimos que a qualificam, conforme exposto na Tabela 4. Tabela 4. Requisitos físico-químicos para a sílica ativa, de acordo com a NBR :2012 ( Sílica ativa para uso com cimento Portland em concreto, argamassa e pasta ). Características físico-químicas Limites da NBR SiO 2 (%) 85 Umidade (%) 3 Perda ao fogo (%) 6 Resíduo na peneira com abertura de malha de 45μm (%) 10 Índice de desempenho com cimento aos 7 dias (%) 105 Índice de atividade pozolânica (Chapelle) 750 Área específica B.E.T. (m²/g) 15 B.E.T. 30 METHA e MONTEIRO [18] concluíram que o teor ótimo de adição de sílica ativa varia de 7% a 10% da massa de cimento, podendo chegar a teores de 15% em algumas situações especiais. Valores muito semelhantes, variando de 8% a 10%, foram sugeridos por AÏTCIN [47]. 33

60 2.4.2 Metacaulim Normalmente obtido através da calcinação de argilas cauliníticas ou caulins de alta pureza, o metacaulim é um material aluminossilicoso, com proporções semelhantes de SiO2 e Al2O3 [37]. Pode apresentar coloração em tons variados, entre o esbranquiçado e o acinzentado. Quanto maior a quantidade de sílica e alumínio presente, mais claro, puro e reativo será o material; por outro lado, menores teores destes compostos implicam em um material mais escuro, menos puro e reativo [48]. Quando a caulinita, um argilomineral constituído por silicatos hidratados de alumínio (Al4Si4O10(OH)10), é submetida a tratamentos térmicos entre 600ºC e 900ºC, ocorre o processo de desidroxilação, que destrói sua estrutura cristalina pela remoção das hidroxilas. Esse processo transforma a caulinita num composto de elevado grau de amorfização e quimicamente instável, conhecido por metacaulinita (Al2Si2O7) [9]. Devido à suas características morfológicas, a metacaulinita é responsável pela atividade pozolânica do metacaulim. Entretanto, para temperaturas de calcinação acima de 900ºC, a caulinita formará compostos cristalinos estáveis, pouco reativos e com insignificante atividade pozolânica [9, 21]. A reação pozolânica do metacaulim ocorre pela interação da metacaulinita com o hidróxido de cálcio presente na pasta cimentícia, formando silicatos (C- S-H) e aluminatos de cálcio hidratados (C2ASH8, C4AH13 e C3AH6) [7, 49]. Suas partículas extremamente finas, com alta superfície específica e dimensão máxima na ordem um micrômetro atuam como microfiler, o que contribui para o aumento de sua reatividade química [7]. ROSSIGNOLO e OLIVEIRA [50] verificaram que a adição de 10% de metacaulim reduziu cerca de 50% da profundidade de carbonatação em relação a um concreto de referência, que não continha adições, devido à compactação da microestrutura da matriz cimentícia. A densificação das zonas de transição pasta/agregado, promovida pela adição deste argilomineral [51], corrobora com este resultado. Além do efeito microfiler e pozolânico, a presença de aluminatos em altas concentrações (40 a 45% de Al2O3) faz com que o metacaulim seja capaz 34

61 de incrementar de forma significativa a capacidade do concreto de resistir à penetração de íons cloreto. A interação entre os aluminatos e os cloretos conduz à formação do sal de Friedel, reduzindo a quantidade desses íons que estarão livres para interagir em processos corrosivos [7]. CARASEK et al. [52] constataram que o metacaulim foi eficaz na redução da permeabilidade a íons cloreto, quando adicionado a diferentes formulações de concreto. Em outra pesquisa nesta mesma linha, foi observada uma redução de até 60% na penetração de cloretos em concretos contendo até 12% de metacaulim, em substituição à massa de cimento [53]. Numa vasta revisão de literatura, SIDDIQUE e KLAUS [49] enumeram diversas vantagens do uso de metacaulim como adição a matrizes cimentícias, que afetam diretamente sua durabilidade. Entre elas pode-se citar melhorias na resistência mecânica em todas as idades, redução da absorção capilar e da permeabilidade, maior resistência ao ataque de agentes deletérios, como sulfatos e cloretos, e mitigação do efeito expansivo da reação álcali-sílica, a depender do tipo de agregado. Devido as vantagens observadas pelo seu uso como adição à matrizes cimentícias, o metacaulim vem sendo largamente estudado e utilizado em misturas de argamassas e concretos, demonstrando atividade pozolânica eficaz, além de atuar com efeito filler [49]. A Tabela 5 traz os requisitos físico-químicos exigidos pela norma brasileira NBR :2010 ( Metacaulim para uso com cimento Portland em concreto, argamassa e pasta ) para que um material possa ser caracterizado como metacaulim. 35

62 Tabela 5. Requisitos físico-químicos para o metacaulim, de acordo com a NBR :2010 ( Metacaulim para uso com cimento Portland em concreto, argamassa e pasta ). Característica Limites da NBR SiO 2 (%) 44 e 65 Al 2O 3 (%) 32 e 46 CaO + MgO (%) 1,5 SO 3 (%) 1 Na 2O (%) 0,5 Teor de Álcalis disponível (%) * 1,5 Umidade (%) 2 Perda ao fogo (%) 4 Resíduo na peneira com abertura de malha de 45μm (%) Índice de desempenho com cimento aos 7 dias (%) Índice de atividade pozolânica (Chapelle) ** Área específica B.E.T. (m²/g) 15 * Expresso em porcentagem de Na2O equivalente (Na2Oeq = 0,658 %K2O + %Na2O) ** Expresso em (mgca(oh)2 / gmaterial) Cinza de biomassa As cinzas de biomassa originam-se da queima industrial de material de origem vegetal, com a finalidade de geração de energia e calor. As vantagens do uso de biomassa são o baixo custo, a renovabilidade, a possibilidade de reaproveitamento de resíduos, além de ser menos poluente que outras fontes de energia como o carvão mineral e o petróleo [54]. 36

63 Diversas cinzas são utilizadas e pesquisadas em todo o mundo quanto ao seu potencial pozolânico. Dentre elas, podem-se destacar a cinza de eucalipto [54-56] e a cinza de casca de arroz [57-60], além de outras menos utilizadas como as oriundas da queima do bagaço de cana de açúcar [60-62], da castanha do caju [63], capim elefante [64], casca de amêndoa [65] e casca de amendoim [66]. Foi registrado, somente no ano de 2014, um consumo de cerca de 79,8 milhões de toneladas da lenha proveniente das árvores de eucalipto [67]. O teor de cizas gerado pela queima da madeira é relativamente baixo, variando entre 0,3% e 0,6% do peso seco, enquanto que a queima da casca gera entre 3% a 8% de cinza. A composição química da cinza também varia pois, além das diferenças de composição entre a casca e a madeira, pode haver contaminação das cinzas com terra, areia ou pedra [68]. A parcela mais fina e leve das cinzas (volante) tende a acompanhar os gases de exaustão, sendo capturada por filtros ciclone ou precipitadores eletrostáticos. A parte pesada, que além das cinzas contém material vitrificado e pedaços de madeira não queimados, sai pela parte de baixo das caldeiras. Esta parcela pesada da cinza é mais contaminada, grosseira e irregular que a parte fina [68]. De acordo com resultados obtidos em pesquisa realizada por VASKE [54], a presença de até 30% de cinza de eucalipto em misturas de concreto incrementou significativamente a resistência à compressão, ao tempo que reduziu a absorção de água por capilaridade. Foram avaliados teores de 0, 15, 30 e 45% de cinza em substituição à massa de cimento. Por outro lado, GLUITZ e MARAFÃO [56] observaram perda de resistência mecânica com a adição de cinzas. Esse comportamento foi atribuído ao fato da cinza estudada não ter apresentado atividade pozolânica satisfatória, devido à baixa presença de silicato em fase amorfa. Foram testadas adições de 5, 10, 15 e 20% em substituição à massa de cimento e observou-se que maiores teores de adição da cinza levaram à redução na resistência mecânica dos corpos de prova. 37

64 CAMPOS [55] adicionou 5% e 10% de cinza de eucalipto ao concreto, concluindo que a presença da cinza não alterou de forma significativa suas propriedades físicas e mecânicas como absorção de água por capilaridade, índice de vazios, resistência à compressão e à tração por compressão diametral. Características relacionadas à durabilidade, como a profundidade de carbonatação, difusão de íons cloreto e resistividade elétrica também não sofreram alterações significativas com a adição da cinza. Outros autores [57, 58] também registraram redução na resistência mecânica do concreto nas primeiras idades, em relação a um concreto de referência, devido à adição de cinza volante. Entretanto, em idades mais avançadas (por volta dos 90 dias), a resistência mecânica destes concretos igualou ou até superou os resultados obtidos para o concreto de referência. Pode-se notar que não há um consenso sobre o efeito de cinzas, especialmente de madeira de eucalipto, sobre matrizes cimetícias. Os resultados obtidos mostram que nem toda cinza provocou os efeitos microfiler e pozolânico esperados, o que dependerá das características do material, como distribuição do tamanho das partículas, área superficial específica e grau de amorfização, bem como sua composição química. A cinza proveniente da queima do eucalipto será utilizada no presente trabalho, observando-se seu caráter pozolânico e o efeito desta adição na durabilidade do concreto, em comparação a materiais pozolânicos tradicionalmente mais utilizados (metacaulim e sílica ativa). 2.5 Métodos de análise da corrosibilidade do concreto armado Diversos são os métodos de análise da corrosibilidade do concreto, sendo divididos entre: i) técnicas de avaliação da qualidade do concreto como uma barreira física à ocorrência de corrosão, (migração de cloretos, profundidade de carbonatação, resistividade elétrica do concreto e ultrassom) e; ii) técnicas de monitoramento e previsão da corrosão das armaduras, tais como potencial de corrosão, espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), ruídos eletroquímicos, resistência à polarização linear (LPR), 38

65 refectometria (TDR), radiografia, tomografia computadorizada, radar e impulso galvanostático, dentre outras [69]. No presente trabalho será avaliada a resistividade elétrica do concreto e, para a previsão da corrosão das armaduras, será utilizada a técnica de potencial de corrosão Resistividade Elétrica Superficial do Concreto A resistência elétrica é uma grandeza física que expressa o impedimento imposto por determinado meio ao fluxo de corrente elétrica e depende das dimensões e do tipo de material que constitui o meio. É possível definir a resistência elétrica entre dois pontos quaisquer de um material, aplicando uma diferença de potencial entre esses pontos e medindo a corrente elétrica que flui entre eles. A relação entre a tensão aplicada (V) e corrente medida (I) é a resistência elétrica (R), conforme a lei de Ohm [70]. A resistividade elétrica (ρ), que também expressa uma medida de impedimento ao fluxo de corrente elétrica, é uma propriedade elétrica do meio onde se observa esse fluxo, independentemente da geometria e dimensões do corpo em estudo [70, 71]. É possível calcular a resistividade elétrica mutiplicando o valor da resistência elétrica por um fator de conversão, chamado constante de célula, que depende das dimensões do corpo de prova utlizado e sua forma [69, 72]. Assim sendo, pode-se dizer que a resistividade é uma propriedade do concreto, que indica sua capacidade de resistir à passagem de corrente elétrica. O fluxo de corrente elétrica no concreto é de natureza eletrolítica e se dá através dos íons presentes na solução evaporável contida na rede de poros e em outros espaços vazios, como microfissuras [17, 71, 72]. Caso não haja eletrólito em quantidade suficiente e/ou interconectividade entre os poros, é possível que a corrente elétrica tenda a fluir através dos compostos do concreto, o que aumenta intensamente sua resistividade, tornando-o praticamente um isolante elétrico [72]. A alta sensibilidade a mudanças nas características microestruturais da matriz cimentícia faz com que a resistividade elétrica do concreto seja 39

66 influenciada por diversos fatores, como a relação água/cimento, tipo e quantidade de agregados, consumo de cimento, presença de aditivos químicos ou adições minerais e grau de hidratação do cimento [72]. Fatores ambientais como a umidade relativa e a temperatura irão reger a quantidade de eletrólito disponível nos poros do concreto. Variações na umidade relativa irão alterar a quantidade de água disponível e o aumento da temperatura poderá reduzir a resistividade elétrica devido ao aumento da atividade iônica no eletrólito [71], desde que não provoque a evaporação do mesmo, pois, a redução da quantidade de eletrólito elevaria a resisitividade do concreto. De acordo com RAMEZANIANPOUR et al. [12], a resistividade elétrica do concreto varia com a condutividade da solução presente nos seus poros. A presença de sais na solução intersticial do concreto, como cloretos, nitratos e sulfatos, facilita a mobilidade de cargas elétricas através da difusão iônica, uma vez que são eletrólitos fortes [71]. SALEEM et al. [73] analisaram a influência da presença de íons cloreto sobre a resistividade elétrica do concreto. Eles concluíram que uma concentração de 19,2 kg de cloro por metro cúbico de concreto, sob a forma de cloreto de sódio, reduziu cerca de 8 vezes a resistividade elétrica do concreto analisado. Devido à extensa gama de fatores que a influencia, a resistividade elétrica do concreto pode variar ao longo de várias ordens de grandeza e, por esse motivo, é bastante utilizada para mensurar as condições do concreto. Quando seco, o concreto se comporta como isolante elétrico, podendo apresentar resistividade elétrica de até KΩ.cm. Quando saturado e na presença de íons, esse valor pode cair para 1 KΩ.cm [71, 74]. Valores de referência da resistividade elétrica do concreto, em relação ao risco de ocorrência da corrosão, são sugeridos por órgãos normalizadores internacionais, como a norma CEB-192, da FIB ( Fédération Internationale du béton ) e o boletim europeu CE-COST 509 ( Corrosion and protection of metals in contact with concrete ). A Tabela 6 mostra um comparativo entre esses valores, que demonstram considerável discrepância. 40

67 Tabela 6. Valores de resistividade elétrica do concreto e sua relação com o risco de ocorrência da corrosão. Resistividade (KΩ.cm) CEB-192 COST 509 Risco de corrosão > 20 > 100 Desprezível 10 a a 100 Baixo a 50 Moderado 5 a 10 < 10 Alto < Muito Alto HORNBOSTEL et al. [75] revisaram a literatura disponível sobre o assunto e coletaram, de trabalhos de diversos autores, valores de referência para a relação entre resistividade elétrica e intensidade do processo corrosivo, conforme mostrado na Tabela 7. Tabela 7. Critérios para a avaliação da intensidade da corrosão em termos de resistividade do concreto, obtidos por diversos autores. Refs. Intensidade da corrosão em termos de resistividade (KΩ.cm) Forte Moderada Fraca [76] < > 12 [77] < 6,5 6,5-8,5 > 8,5 [78] < > 30 [79] < > 30 [80] < > 100 [81] < 5 Sob discussão > 10 [82] < > 100 [71] < [83] < > 20 [84] < > 12 Indução da Corrosão Cloretos Outros 41

68 Neste mesmo trabalho, HORNBOSTEL et al. [75] observaram que a relação existente entre a resistividade elétrica e a taxa de corrosão é inversamente proporcional. De acordo com os autores, essa relação não é válida para concretos saturados, onde a medida de resistividade será baixa, devido à grande quantidade de eletrólito disponível, e a taxa de corrosão também estará baixa, já que em concretos saturados há pouca disponibilidade de oxigênio. Uma forte correlação entre resistividade elétrica e difusividade iônica foi observada por SENGUL [85], que testou diversas misturas de concreto, na presença de íons cloreto. Como era esperado, quanto maior a resistividade elétrica, menor o coeficiente de difusão, conforme mostra a Figura 18. Outros autores [11, 86] confirmam essa tendência. Figura 18. Relação entre a difusão de cloretos e a resistividade elétrica observada por SENGUL [85], para amostras de concreto. A Norma americana AASHTO TP ( Standard Method of Test for Surface Resistivity Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion Penetration ) apresenta uma proposta de correlação qualitativa entre a penetração de íons cloreto e a resistividade elétrica, para medidas realizadas em amostras de concreto cilíndricas de 10 cm de diâmetro por 20 cm de altura, conforme mostrado na Tabela 8. 42

69 Tabela 8. Correlação entre resistividade elétrica superficial e penetração de cloreto (AASHTO TP 95-14). Resistividade elética superficial (KΩ.cm) Penetração de cloretos totais < 12 Forte Moderada Fraca Muito Fraca > 254 Desprezível Diversos autores [11, 71, 87-89] afirmam que é possível incrementar a resistividade elétrica no concreto com adição de materiais pozolânicos como a sílica ativa, o metacaulim e cinza de eucalipto. MADANI et al. [87] observaram melhora significativa na resistividade elétrica de concretos contendo sílica ativa, principalmente a partir dos 28 dias de idade. A Figura 19 mostra como a substituição crescente de cimento por sílica ativa afeta o comportamento resistivo do concreto, aos 90 dias. Figura 19. Efeito da adição de sílica ativa na resistividade do concreto aos 90 dias, de acordo com estudos de MADANI et al. [87]. Como resultado de sua pesquisa, DOTTO et al. [88] afirmam que a adição de sílica ativa incrementa de forma significativa a resistividade elétrica do concreto, que foi analisada pela técnica dos quatro eletrodos. Foi observado 43

70 um acréscimo de até cinco vezes na resistividade elétrica do concreto contendo a adição. POLDER et al. [71] afirmam que a resistividade do concreto está relacionada com os principais estágios da vida em serviço de uma estrutura: a iniciação e a propagação da corrosão. Locais na estrutura de concreto onde a resistividade é menor indicam uma maior susceptibilidade à penetração de agentes deletérios. A difusividade do concreto pode ser controlada indiretamente através de tais medidas [27]. Assim, as medidas de resistividade podem ser utilizadas como um indicador de durabilidade e controle de qualidade do concreto, além da possibilidade de rápida classificação, pois, a medida de resistividade é instantânea, além de não destrutiva. Além disso, apesar de não fornecer informações sobre taxa de corrosão, com o uso da resistividade elétrica é possível apontar locais onde o processo pode estar ocorrendo de forma mais intensa [71]. O princípio da medida da resistividade elétrica no concreto baseia-se na aplicação de uma diferença de potencial entre dois ou mais eletrodos, que podem estar posicionados em faces planas e opostas ou alinhados numa mesma face do corpo de prova, pressionados contra a superfície, ou embutidos no seu interior. Mede-se, então, a corrente elétrica gerada, e, a partir da relação entre a tensão aplicada e a corrente medida, determina-se a resistência (R), de acordo com a lei de Ohm. A resistividade do concreto (ρ) pode ser obtida multiplicando-se o valor da resistência (R) por um fator de correção chamado constante de célula (κ), que depende das dimensões do corpo de prova em análise [13], conforme Equação 11..R (11) A constante k é um parâmetro que depende da relação entre a área do corpo de prova em contato com o eletrodo e a distância entre eletrodos. 44

71 Substituindo a constante k por parâmetros geométricos e a resistência R pela relação V/I (lei de Ohm), é possível reescrever a Equação 11 como: V. A I. a (12) Para o caso específico de eletrodos circulares, a Equação 12 pode ser reescrita como: 2. V.a (13) I Em que ρ é a resistividade elétrica do concreto (Ω.cm); V a tensão aplicada ao circuito (volts); I a intensidade de corrente medida (ampères); A a área da face do corpo de prova em contato com os eletrodos (cm²); e a a distância entre os eletrodos (cm). A natureza da corrente elétrica utilizada para a medida da resistividade elétrica pode influenciar no resultado obtido. HELENE [28] afirma que correntes alternadas fornecem valores de resistividade ligeiramente menores que correntes contínuas, devido ao fenômeno de polarização causado por esta última. Como as condições de umidade e temperatura são fatores que interferem de forma importante, GJØRV [90] afirma que a medida da resistividade elétrica deve ser tomada sob condições controladas em laboratório. Segundo este autor, é importante garantir uma boa conexão elétrica entre os eletrodos e a superfície do corpo de prova, além de colocá-lo sobre uma superfície seca e isolada eletricamente, bem como evitar o contato direto com as mãos do operador. A NBR 9204:2012 ( Concreto endurecido Determinação da resistividade elétrico-volumétrica Método de ensaio ) oferece um método de ensaio para a determinação da resistividade elétrica volumétrica do concreto. 45

72 Uma dificuldade à aplicação do procedimento desta norma é a utilização de mercúrio como eletrodo. Técnicas de medida da resistividade elétrica vêm sendo estudadas há anos para avaliação do risco de corrosão em estruturas de concreto armado [11, 45]. Algumas técnicas foram desenvolvidas para efetuar esse tipo de medida e, dentre elas, podem-se citar o método do disco, que utiliza um eletrodo externo e a armadura contida no concreto; o método dos dois eletrodos, em que dois eletrodos são pressionados contra a superfície do concreto e a aplicação da diferença de potencial e leitura da corrente elétrica resultante são feitas entre esses dois eletrodos. Uma variação desta técnica é o uso de eletrodos embutidos no concreto, utilizada com sucesso por RIBEIRO [13]. Observa-se que as técnicas se diferenciam basicamente pela quantidade de eletrodos e seu posicionamento na superfície (ou embutido) do corpo de prova. Nesse caso, é importante observar a eficiência do contato elétrico entre o eletrodo e a superfície do concreto [17]. Há também a técnica dos quatro eletrodos, que utiliza o método de Wenner. De acordo com EWINS apud SANTOS [72], este método foi desenvolvido por geólogos para medições de resistividade em solos. Depois de muitos estudos, a técnica foi adaptada para o uso em concreto, desenvolvendo-se, assim, equipamentos específicos para medidas neste tipo de material. Neste ensaio, os quatro eletrodos são posicionados de forma linear, com espaçamento uniforme entre eles, conforme ilustrado na Figura 20. Aplica-se uma corrente elétrica alternada entre as duas sondas externas e a diferença de potencial estabelecida pelo campo elétrico gerado no concreto é medida entre as duas sondas internas. A aplicação de corrente contínua deve ser evitada devido ao fenômeno de polarização do eletrodo, que pode distorcer o valor medido [71]. Desta forma, mede-se a resistência elétrica de uma porção de concreto contida numa semiesfera de raio aproximadamente igual à distância entre as sondas externas, com centro localizado no ponto médio entre as duas sondas 46

73 internas [91]. A resistividade elétrica pode, então, ser calculada utilizando-se a Equação 13. Figura 20. Esquema de medição da resistividade elétrica do concreto, de acordo com o princípio de Wenner [91]. Esse método possui uma vantagem relacionada ao fato de que a medida do potencial é registrada entre os dois eletrodos internos, o que minimiza a forte influência da presença de agregado graúdo localizado próximo às sondas. MILLARD apud SANTOS [72] afirma que um afastamento de 50 mm é suficiente para obtenção de medidas de resistividade relativamente precisas em quase todo tipo de estrutura de concreto armado. MADANI et al. [10] estudaram a influência de adições minerais na microestrutura do concreto, utilizando, entre outras técnicas, a medida da resistividade elétrica. Os autores relatam uma boa precisão das medidas efetuadas, observando um coeficiente de variação máximo de 5,2%. A técnica dos quatro eletrodos para a medida da resistividade elétrica do concreto tem sido utilizada com sucesso para avaliar a resistência do concreto à penetração de íons cloreto [11, 12], o desenvolvimento do processo de hidratação de matrizes cimentícias contendo adições minerais [6], bem como o efeito das condições de cura na microestrutura do concreto [92]. Todos esses 47

74 fatores estão intimamente ligados às características da porosidade do concreto, às quais a resistividade elétrica é bastante sensível [72] Técnica do Potencial de Corrosão A técnica de medida do potencial de corrosão vem sendo utilizada há anos como forma de monitorar o processo corrosivo em armaduras de aço incorporadas ao concreto. A técnica é bastante utilizada para medidas em laboratório e campo, devido a sua praticidade e demanda de simples aparato para sua realização, além de ser uma técnica não destrutiva [13, 72]. O acompanhamento da medida do potencial de corrosão se torna muito útil para o monitoramento de estruturas, uma vez que indica alterações no processo eletroquímico de corrosão. Com os resultados obtidos é comum se fazer o mapeamento dos valores através de isolinhas de potenciais, utilizadas para identificar áreas propensas à ocorrência de processos corrosivos [80]. A avaliação do processo corrosivo é feita através da análise qualitativa dos potenciais eletroquímicos das barras de aço, em relação a um eletrodo estável de referência. Este valor de potencial indica a tendência do metal em reagir com o meio, neste caso, o eletrólito presente nos vazios do concreto. O diagrama de Pourbaix, apresentado na Figura 11 (item 2.3.2), indica as condições de ph e potencial de corrosão sob as quais o metal estará passivado, imune, ou submetido a um processo corrosivo. A norma americana ASTM C 876/91 ( Standard Test Method for Half- Cell Potentials of Uncoated Reinforcing Steel in Concrete ) estipula valores limites de potencial eletroquímico e sua relação com o processo corrosivo, conforme Tabela 9. A limitação intrínseca a essa técnica é que os valores obtidos indicam apenas o balanço entre as reações anódicas e catódicas, o que não possibilita a determinação da velocidade com que o processo corrosivo está a ocorrer (taxa de corrosão) [13]. De acordo com HELENE [16], medidas de potencial de corrosão nunca devem ser utilizadas de forma isolada ou absoluta, mas sempre com o complemento de informações provenientes de outras técnicas, a fim de garantir sua confiabilidade. 48

75 Tabela 9. Limites de potencial de corrosão e probabilidade de ocorrência da corrosão, de acordo com a norma ASTM C 876/91. Tipo de eletrodo Probabilidade de ocorrer corrosão < 10% 10% - 90% > 90% ENH* > 0,118 V 0,118 V a -0,032 V < -0,032 V Cu/CuSO 4, Cu² + > -0,200-0,200 V a -0,350 V < -0,350 V Hg, Hg 2Cl 2/KCl (sol. saturada)** > -0,124 V -0,124 V a -0,274 V < - 0,274 V Ag,AgCl/KCl (1M) > -0,104-0,104 V a -0,254 V < -0,254 * Eletrodo normal de Hidrogênio. ** Eletrodo de calomelano saturado. Diversos fatores podem interferir nas medidas de potencial de corrosão. A alta resistividade do concreto de cobrimento, por exemplo, pode provocar a não identificação da corrente de corrosão, pois, naturalmente, a corrente elétrica tende a evitar caminhos mais resistivos. Essa característica depende da espessura da camada de cobrimento e é particularmente importante, pois, pode fazer com que processos corrosivos em estado ativo não sejam identificados [72]. Estudos realizados por GONZÁLEZ et al. [80], mostram a influência do teor de umidade em medidas de potencial de corrosão. Segundo os autores, medidas realizadas em concretos saturados demonstram uma tendência à obtenção de valores mais negativos, em relação a medidas realizadas em concretos não saturados. Esse efeito foi observado também por PEREIRA et al. [93]. ROCHA [89] cita, ainda, outros fatores que podem influenciar a medida do potencial de corrosão, como a presença de uma frente de carbonatação e cloretos, fissuras na camada de concreto e temperatura do sistema concretoarmadura. 49

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77 3 MATERIAIS E MÉTODOS Neste capítulo serão apresentados os materiais utilizados neste trabalho, bem como os métodos de caracterização destes materiais e do concreto. 3.1 Materiais Os materiais utilizados neste trabalho foram: água, cimento, areia, brita, barras de aço, aditivo superplastificante, metacaulim, sílica ativa e cinza de eucalipto Água A água utilizada é proveniente da rede pública de abastecimento da cidade de Salvador (EMBASA). Para a elaboração de algumas soluções, bem como procedimentos de laboratório, foi utilizada água destilada e deionizada Cimento Foi utilizado o cimento CP V-ARI RS (alta resistência inicial), da marca Mizu. Esse cimento não possui adições pozolânicas, eliminando a possibilidade de influência de outras adições reativas Areia A areia natural é classificada como agregado miúdo no âmbito dos materiais de construção civil, e segundo a NBR NM 248:2003 ( Agregado Determinação da composição granulométrica ) deve possuir diâmetro esférico equivalente entre 150 µm e 4,75 mm. Pode ser proveniente de rio, de cava, de britagem ou de praias e dunas (essas duas últimas não utilizadas no Brasil devido ao seu alto teor de cloreto de sódio) [94]. Neste estudo está sendo utilizada areia natural proveniente de jazida, localizada no município de Camaçari, situado na região metropolitana de Salvador, além de areia normal, normatizada pela NBR 7214:2015 ( Areia 51

78 normal para ensaio de cimento Especificação ), para o ensaio de determinação de índice de desempenho com cimento Portland aos 28 dias, de acordo com a NBR 5752:2014 ( Determinação de Atividade Pozolânica com cimento ) Brita A brita utilizada é de origem basáltica, comercialmente disponível na cidade de Salvador Armadura As barras de aço utilizadas como armadura foram fabricadas pela Gerdau, e são do tipo CA-50, nervuradas, com 6,3 mm de diâmetro e densidade de 7,85 g/cm³, comercialmente disponíveis na cidade de Salvador Aditivo Como as misturas de concreto contendo as adições minerais não atingiram o abatimento de tronco de cone determinado, foi necessário utilizar um aditivo superplastificante para que a relação água/cimento se mativesse inalterada. O aditivo utilizado foi o Cemix 2000, fabricado pela Vedacit. Esse aditivo não altera de forma significativa o tempo de pega, é isento de cloretos e composto basicamente por Naftaleno Sulfonado Sílica Ativa A sílica ativa utilizada neste trabalho é gerada pela Companhia de Ferroligas da Bahia (FERBASA), localizada no município de Pojuca, no Estado da Bahia Metacaulim A Metacaulim do Brasil, localizada em Jundiaí, São Paulo, é a fabricante do metacaulim utilizado nesta pesquisa. O produto disponibilizado é o Metacaulim HP Ultra. 52

79 3.1.9 Cinza de eucalipto A cinza utilizada é a parcela leve, proveniente da queima de cavacos de eucalipto, produzidos pela empresa Energias Renováveis do Brasil (ERB). A empresa se localiza na cidade de Alagoinhas, no estado Bahia, onde também realiza o cultivo do eucalipto. O processo do qual resulta a cinza se divide, basicamente, em três etapas: (i) cultivo do eucalipto, (ii) extração da madeira e produção dos cavacos (madeira picada) e (iii) queima dos cavacos para geração de energia. 3.2 Métodos Caracterização das matérias-primas Área superficial específica Representando a relação entre a área superficial dos grãos e a massa, a área superficial específica está diretamente relacionada ao tamanho das partículas que compõem o material e será tanto maior quanto menor for o diâmetro médio destas partículas, estando relacionada a uma maior reatividade do material. A quantidade de água necessária à mistura é diretamente proporcional a este parâmetro. As áreas superficiais específicas do cimento, sílica ativa, metacaulim e cinza de eucalipto foram obtidas de acordo com método BET (BRUNAUER; EMMETT; TELLER), que se baseia na adsorção de gases, e torna-se mais apropriado para aferição da superfície específica das adições minerais de alto desempenho, pois é capaz de medir elevados valores de área superficial específica. Utilizou-se um Analisador de Área Superficial Específica da marca Quantachrome, modelo Nova1000e. Os dados foram gerados na Universidade Federal do Rio Grande do Sul. 53

80 Massa específica Segundo a NBR NM 52:2009 ( Agregado miúdo Determinação da massa específica e massa específica aparente ), a massa específica é a relação entre a massa do agregado seco e seu volume, tendo como objetivo aferir a densidade e volume dos grãos, incluindo apenas os vazios impermeáveis. Verifica-se, então, a massa por volume realmente ocupado pelo agregado na mistura. Foram realizadas medições de massa específica no cimento, areia, brita, metacaulim, sílica ativa e cinza de eucalipto, conforme procedimentos exibidos na Tabela 10. Tabela 10. Métodos de ensaio utilizados para a determinação da massa específica das matérias-primas. Material Método de ensaio Areia NBR NM 52:2009 Brita NBR NM 53:2009 Cimento Metacaulim Sílica-ativa Cinza de eucalipto Picnometria a gás Hélio (Picnômetro AccuPyc II 1340, Micromeritics) Distribuição do tamanho de partículas a) Sedigrafia à laser A técnica utilizada para a determinação da granulometria do cimento, metacaulim, sílica ativa e cinza, baseia-se na sedimentação de partículas numa determinada suspensão, associada à absorção de luz. Para esta determinação utilizou-se um granulômetro a laser, Mastersize 2000 disponibilizado pela ITF Chemical, empresa localizada no Pólo Petroquímico de Camaçari - BA. Trata-se de um equipamento analisador de distribuição do tamanho de partículas, cujo princípio de funcionamento é a 54

81 captação da fração de luz que atravessa uma amostra contendo a solução em suspensão. O uso deste princípio ótico possibilita o registro da porcentagem de massa acumulada em função do diâmetro equivalente das partículas, que tendem a se depositar mais rapidamente quanto maior seu diâmetro. A granulometria da areia e da brita foi determinada de acordo com as recomendações da NBR 7211:2009 ( Agregados para concreto Especificação ), e segundo os procedimentos prescritos pela NBR NM 248:2003 ( Agregados - determinação da composição granulométrica ), utilizando-se a série normal de peneiras ABNT. b) Análise granulométrica por sedimentação Devido a aglomeração existente na sílica ativa, utilizou-se, adicionalmente, o ensaio descrito na NBR 7181:1984 ( Solo - Análise granulométrica ) para realização do ensaio, no qual a sílica ativa foi imersa em uma solução contendo o desfloculante Hexametafosfato de Sódio durante 24h. O material sofreu agitação mecânica antes do início do ensaio de sedimentação em uma proveta graduada de 1000 cm³. Foi utilizado um densímetro calibrado, com escala de 0,990 a 1,050 g/cm³, para determinação das densidades da solução (água + sílica ativa + desfloculante) nos tempos de 0,5 min, 1 min, 2 min, 4 min, 8 min, 15 min, 30 min, 1 h, 2 h, 4 h, 8 h e 24h. Com base nestes valores de densidade foram calculados, através da lei de Stokes, os diâmetros das partículas e suas porcentagens. Este ensaio foi realizado no Laboratório de Geotecnia da Universidade Federal da Bahia Composição química (FRX) As composições químicas do cimento, metacaulim, sílica-ativa e cinza de eucalipto foram analisadas através da técnica de fluorescência de raios X (FRX). Essa técnica se baseia no princípio de que, quando um feixe de raios X emitidos contra uma amostra tem energia suficientemente alta, cria vacâncias nas camadas eletrônicas dos seus átomos constituintes, gerando a emissão de outra radiação, que é característica para cada elemento presente. O princípio 55

82 desta técnica é isolar e medir o comprimento de onda dos fótons de raios X característicos (fluorescência) emitidos pela amostra, o que permite a identificação dos elementos que compõem o material, bem como suas massas ou concentrações. A caracterização da composição química dos materiais utilizados neste trabalho foi realizada no Laboratório de Raios X do Instituto de Química da Universidade Federal da Bahia, utilizando-se um espectrômetro de raios X por comprimento de onda, modelo XRF-1800, Shimadzu Identificação de fases e grau de amorfização (DRX) A técnica da difração de raios X (DRX), utilizada para a identificação de fases cristalinas nas adições minerais, consiste na incidência de um feixe monocromático de raios X de comprimento de onda λ, o qual sofrerá difração por planos de alta concentração atômica. Estes planos estão periodicamente distribuídos na estrutura cristalina, e a interferência entre as ondas difratadas pode ser de caráter destrutivo ou construtivo. As reflexões de interferências construtivas possuem direções definidas segundo a lei de Bragg, conforme Equação 14. n. 2. d. sen (14) Em que n é a ordem de difração; λ é o comprimento da onda característica do feixe; d é a distância interplanar; e θ é o ângulo de incidência do feixe de raios X. Assim, são obtidas informações relativas à distância entre os planos cristalográficos e a intensidade de reflexão. Os picos de difração são característicos, o que permite, a partir do padrão de difração, identificar as fases presentes na amostra em estudo. No presente estudo utilizou-se um difratômetro D2 Phaser Bruker, com tensão de trabalho de 30 kv e intensidade 10 ma, com tubo de Cu (λ Cu-Kα igual a 1,5406 Å), usando uma geometria de Bragg-Brentano, varredura de 5 a 80º (2θ) e passo de 0,4º/s. As fases cristalinas foram identificadas utilizando o 56

83 software DiffracEVA, e quantificadas com auxílio do DiffracTOPAS, que possui o Crystallography Open Database (COD) como banco de dados Microestrutura (MEV) A técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi utilizada neste trabalho como forma de auxiliar a caracterização do cimento, sílica ativa, metacaulim e cinza de eucalipto. O microscópio eletrônico de varredura utiliza a emissão de um feixe de elétrons sobre o material em estudo, causando a emissão de elétrons secundários (SE), que são usados na formação da imagem a ser analisada. Por se tratar de imagens geradas a partir da emissão de feixes de elétrons, as amostras de materiais não condutores, como os utilizados nesta pesquisa, necessitam de um tratamento específico, onde é feito um fino recobrimento superficial com material condutor, geralmente ouro ou carbono. Para a geração das imagens analisadas neste trabalho, foi utilizado um microscópio eletrônico de varredura (MEV) FEI-Inspect S50, com distância de trabalho de 9,5 mm e potência de 10kV, no Laboratório de Caracterização Estrutural do Departamento de Engenharia de Materiais da Universidade Federal de São Carlos (DEMa/UFSCar) Avaliação da pozolanicidade das adições minerais Existem diversos métodos disponíveis para avaliação da pozolanicidade. No presente trabalho foram utilizados os métodos de Fratini (titulação química), conduvidade elétrica e o tradicional método físico, com determinação do índice de atividade pozolânica. a) Método de Fratini (Titulação química) Para a determinação do índice de atividade pozolânica foi realizado o teste químico de acordo com as diretrizes da norma portuguesa NP EN ( Ensaio de pozolanicidade dos cimentos pozolânicos ). Segundo esta norma, a pozolanicidade é determinada comparando a quantidade de hidróxido de cálcio 57

84 presente na solução aquosa em contato com o cimento hidratado, depois de um período de tempo determinado, com a quantidade de hidróxido de cálcio que faz saturar um meio de mesma alcalinidade. O ensaio é considerado positivo se a concentração de hidróxido de cálcio em solução for inferior à concentração de saturação. A solução de referência foi preparada diluindo-se 20 g de cimento em 100 ml de água destilada, aquecida a 40 C. Nas soluções utilizadas para avaliar as pozolanas em estudo, substuiu-se 25% da massa de cimento pela pozolana, conforme preconizado pela norma. Após mistura, as soluções foram acondicionadas em estufa à temperatura de 40 C durante um período de 14 dias. Foram preparados os seguintes reagentes indicados na norma NP EN 196-5: ácido clorídrico diluído, indicador de alaranjado de metila, solução de hidróxido de sódio, indicador de murexida e solução de EDTA. Logo em seguida realizou-se a aferição das soluções de EDTA e ácido clorídrico, buscando obter os fatores f1 (fator da solução EDTA) e f2 (fator da solução de ácido clorídrico), utilizados para a determinação do teor de óxido de cálcio (CaO) e da concentração de íons hidroxilos [OH - ], respectivamente. Estes fatores podem ser calculados utilizando as Equações 15 e 16. (15) (16) Em que f1 é fator da solução de EDTA; f2 é o fator da solução de ácido clorídrico; m1 a massa de carbonato de cálcio, em gramas; m2 é a massa do carbonato de sódio, em gramas; v1 é o volume da solução de EDTA utilizado na titulação, em mililitros; v2 é o volume do ácido clorídrico para a titulação, em mililitros; 100,09 é a massa molecular do carbonato de cálcio; 105,989 é a massa molecular do carbonato de sódio. 58

85 Realizada a aferição, os recipientes com as soluções de água destilada, cimento e pozolana foram retirados da estufa, e estas soluções foram filtradas imediatamente sob vácuo em um funil Buchner, com papel filtro duplo seco, como pode ser visualizado na Figura 21. Figura 21. Processo de filtragem à vácuo das soluções. Após estabilização da temperatura, a titulação das soluções filtradas foi realizada. Para isso, misturou-se 50 ml da solução com 5 gotas do indicador alaranjado de metila. Adicionou-se, então, ácido clorídrico diluído até a mudança da cor amarela para laranja. A concentração de íons hidroxilos [OH - ] foi calculada de acordo com a Equação 17. = (17) Em que [OH - ] representa a concentração de íons hidroxilos, em mililitros por litro; v3 é volume da solução de ácido clorídrico usada para a titulação, em mililitros; f2 é o fator da solução de ácido clorídrico, em gramas por mililitros. Logo em seguida realizou-se a titulação do restante da solução, a fim de determinar a concentração de [CaO]. Adicionou-se 5 ml de hidróxido de sódio e 50 mg do indicador murexida. A titulação foi realizada por meio da solução de EDTA, adicionada até observar-se a mudança da cor vermelho púrpura para violeta. O teor de óxido de cálcio [CaO] foi calculado de acordo com a Equação

86 = (18) Em que [CaO] representa o teor de óxido de cálcio, em mililitros por litro; v4 é volume da solução de EDTA usada para a titulação, em mililitros, e f1 é o fator da solução de EDTA. b) Condutividade elétrica De acordo com o método proposto por LUXÁN et al. [95], a atividade pozolânica é estimada através do monitoramento da variação da condutividade elétrica de uma solução saturada com hidróxido de cálcio [Ca(OH)2], devido à adição do material cuja pozolanicidade deseja-se avaliar. Visando eliminar a influência da dissolução de sais, que podem estar presentes nas pozolanas, na condutividade elétrica da solução, PAYÁ et al. [96] propuseram uma compensação a ser feita na curva de condutividade. A partir da medida da condutividade do material dissolvido em água destilada, a curva de condutividade resultante da solução saturada de Ca(OH)2 pode ser corrigida para representar somente a variação de condutividade elétrica decorrente das reações pozolânicas. Para o preparo da solução saturada de hidróxido de cálcio, dissolveramse 800 mg de Ca(OH)2 em 1000 ml de água destilada e deionizada, utilizando a proporção proposta por PAYÁ et al. [96]. Antes da mistura, a água foi aquecida a 40 C e, após inserção do Ca(OH)2, o recipiente foi selado e agitado utilizando um agitador magnético, a fim de diminuir as reações de carbonatação. Todo o procedimento foi feito com a solução aquecida a 40 C utilizandose para isso uma placa aquecedora equipada com agitador magnético. Para acompanhamento da condutividade foi utilizado um condutivímetro de bancada (HOMIS H765-18), com precisão de 0,01 μs/cm (Figura 22). A partir da adição de 5 g do material pozolânico em 200 ml da solução saturada com Ca(OH)2, a condutividade foi monitorada durante 120 segundos, tomando-se as medidas com um intervalo de 10 segundos. Após adição da pozolana, a condutividade decresce devido à redução da quantidade de íons Ca 2+ e (OH) - na solução. 60

87 Figura 22. Medição da condutividade elétrica da solução saturada com hidróxido de cálcio [Ca(OH) 2]. A influência da dissolução dos sais presentes nos materiais pozolânicos na variação da condutividade elétrica foi monitorada através da medida da condutividade de uma solução contendo somente água destilada e deionizada e o material pozolânico, conforme proposto por PAYÁ et al. [96]. A variação de condutividade, ocasionada pelas reações pozolânicas, é avaliada a partir da condutividade corrigida, subtraindo-se da condutividade medida na solução pozolana/ca(oh)2 a condutividade da solução pozolana/água. A Tabela 11, proposta por LUXÁN et al. [95], correlaciona a variação total da condutividade com a atividade pozolânica do material em análise, o que permite uma interpretação simples e direta deste ensaio. Tabela 11. Classificação dos materiais de acordo com a variação de condutividade, proposta por LUXÁN et al. [95]. Classificação do material Variação da condutividade (ms/cm) Não pozolânico Menor que 0,4 Baixa pozolanicidade Entre 0,4 e 1,2 Alta pozolanicidade Maior que 1,2 61

88 c) Determinação do índice de desempenho com cimento Portland aos 28 dias O índice de atividade pozolânica foi determinado seguindo os requisitos propostos pela NBR 12653:2014 ( Materiais Pozolânicos Requisitos ). A determinação deste índice foi realizada conforme procedimentos descritos na NBR 5752:2014 ( Materiais pozolânicos - Determinação do índice de desempenho com cimento Portland aos 28 dias ). De acordo esta norma, são utilizadas duas diferentes formulações de argamassa: uma utilizada como referência, e outra contendo adição do material cuja pozolanicidade está em estudo. A Tabela 12 traz os parâmetros para a formulação das argamassas, que devem apresentar índice de consistência fixado em 225 ± 5 mm. Tabela 12. Traços indicados pela NBR 5752:2014 ( Materiais pozolânicos - Determinação do índice de desempenho com cimento Portland aos 28 dias ) para a determinação do índice de atividade pozolânica. Material Argamassa A Massa necessária (g) Argamassa B Cimento CP II-F ± 0,4 468 ± 0,4 Pozolana ± 0,2 Areia normal 1872,0 1872,0 Água 300 ± 0,2 300 ± 0,2 Aditivo superplastificante - * * Quantidade de aditivo superplastificante necessária para manter o índice de consistência normal da Argamassa B em ± 10 mm do obtido com a Argamassa A. A partir dos requisitos exibidos na Tabela 12, foram obtidos os traços apresentados na Tabela 13 para as argamassas contendo as diferentes adições utilizadas neste trabalho, afim de se manter a consistência normatizada. 62

89 Conforme recomenda a NBR 5752:2014 ( Determinação de Atividade Pozolânica com cimento ), foram moldados três corpos de prova cilíndricos de 50 mm x 100 mm para cada traço, seguindo o método de moldagem proposto pela NBR 7215:1996 ( Cimento Portland Determinação da resistência à compressão ), com as misturas das argamassas sendo realizadas em uma argamassadeira eletro-mecânica Contenco, modelo I Tabela 13. Traço das argamassas produzidas para a determinação do índice de atividade pozolânica, conforme a norma NBR 5752:2014 ( Determinação de Atividade Pozolânica com cimento ). Pozolana Traço, em massa (g) Cimento Pozolana Areia Água Aditivo Referência Sílica ativa ,2 Metacaulim ,8 Cinza ,0 Após a moldagem, os corpos de prova ficaram por 24 horas em repouso e, posteriormente, foram desmoldados e mantidos em câmara úmida até o momento do ensaio de compressão axial, executado aos 28 dias de idade. Assim, o índice de atividade com cimento Portland é obtido a partir da relação entre a resistência à compressão axial da argamassa com o material em estudo e da argamassa de referência, sem adições. Segundo a NBR 12653:2014 ( Materiais pozolânicos Requisitos ), o material é considerado pozolânico se apresentar índice superior a 0,9 (90%) Dosagem do concreto e moldagem dos corpos de prova Foram dosados diferentes traços de concreto com base no método proposto pelo American Concrete Institute (ACI), que se baseia nas exigências de resistência, durabilidade e trabalhabilidade. A consistência do concreto no estado fresco foi determinada a partir do ensaio de abatimento do tronco de 63

90 cone ( slump test ). Em seguida, foram moldados corpos de prova cilíndricos para a determinação das propriedades físicas e mecânicas: porosidade e densidade aparentes (Princípio de Arquimedes), absorção de água por capilaridade (NBR 9779: Argamassa e concreto endurecidos Determinação da absorção de água por capilaridade ) e resistência à compressão (NBR 7215: Cimento Portland Determinação da resistência à compressão ). Além das amostras de referência (sem pozolana), foram moldados corpos de prova de concreto contendo adição de três diferentes materiais pozolânicos (metacaulim, a sílica ativa e a cinza de eucalipto) nos teores de 5%, 10% e 15%, em relação à massa de cimento, totalizando 10 misturas distintas. A Tabela 14 mostra o traço utilizado e o consumo de materiais por metro cúbico de concreto para as diferentes adições. 64

91 Tabela 14. Consumo de materiais e característica das misturas de concreto utilizadas. Traço Ref. (cimento : areia : brita : água) 1,0 : 1,83 : 2,37 : 0,6 Tipo de Pozolana --- Sílica Ativa Metacaulim Cinza de Eucalipto Teor de Pozolana Adicionado 0% 5% 10% 15% 5% 10% 15% 5% 10% 15% Consumo dos Materiais Cimento (kg/m 3 ) 409,6 407,6 404,1 400,6 408,0 404,9 401,9 407,7 404,3 400,9 Areia (kg/m 3 ) 749,5 745,9 739,5 733,2 746,7 741,0 735,5 746,1 739,8 733,7 Brita (kg/m 3 ) 970,7 966,0 957,7 949,5 967,0 959,7 952,5 966,2 958,1 950,2 Água (kg/m 3 ) 245,7 244,5 242,4 240,4 244,8 243,0 241,1 244,6 242,6 240,6 Aditivo (kg/m 3 ) 0 2,0 2,8 4,0 1,6 2,0 3,2 1,2 1,6 2,0 Pozolana (kg/m 3 ) 0 20,4 40,4 60,1 20,4 40,5 60,3 20,4 40,4 60,1 Relação água/cimento 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 Características das Misturas Relação água/aglomerante 0,60 0,57 0,55 0,52 0,57 0,55 0,52 0,57 0,55 0,52 Argamassa Seca (%) Água/Materiais Secos 0,12 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 Abatimento - Slump (mm) 180±10 180±10 180±10 180±10 180±10 180±10 180±10 180±10 180±10 180±10 Nomenclatura REF SA5 SA10 SA15 MC5 MC10 MC15 CE5 CE10 CE15 65

92 Os corpos de prova foram moldados em formatos cilíndricos e prismáticos, em quantidade e com as dimensões apresentadas na Tabela 15. Tabela 15. Tipo, quantidade e dimensões dos corpos de prova que serão utilizados para cada ensaio, em cada idade, para cada traço. Cilíndrico Prismático Ensaio Φ = 5 cm Φ = 10 cm (5x7x9) h = 10 cm h = 20 cm cm³ Resistência mecânica Porosidade e densidade aparentes Absorção de água por capilaridade Ultrassom Resistividade elétrica Potencial de corrosão Caracterização do Concreto no estado endurecido Resistência mecânica Os ensaios de resistência à compressão axial foram executados de acordo com os requisitos da NBR 5739:2007 ( Concreto - Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos ). O limite de resistência à compressão pode ser calculado utilizando-se a Equação 19. R C 4. P (19) 2. d 66 Em que Rc é a resistência limite à compressão; P é carga máxima suportada pelo corpo de prova; e d representa o diâmetro do corpo de prova.

93 As medidas foram executadas aos 3, 7 e 28 dias de idade, em 3 corpos de prova cilíndricos de 5 cm de diâmetro por 10 cm de altura para cada uma dessas idades Densidade e porosidade aparentes As medidas de densidade e porosidade aparentes foram realizadas utilizando-se um procedimento baseado no princípio de Arquimedes. Após 28 dias em cura úmida, mede-se a massa saturada (mu) e a massa imersa (mi) dos corpos de prova, que em seguida são colocados em estufa para secagem até que se observe constância de massa, para então medir-se a massa seca (ms). A porosidade aparente (PA) e a densidade aparente (DA) podem ser calculadas com o auxílio das Equações 20 e 21, em que ρl é a densidade do líquido utilizado no ensaio (ρágua = 1,0 g/cm³). ( m u ms ) P A 100. (20) ( m m ) D A. m u i s L (21) mu mi As medidas de densidade e porosidade aparentes oferecem parâmetros de avaliação da microestrutura das amostras de concreto, informação de relevante importância neste trabalho Absorção de água por capilaridade A absorção de água por ascensão capilar foi determinada utilizando-se as prescrições da NBR 9779:2012 ( Argamassa e concreto endurecidos Determinação da absorção de água por capilaridade ). Para este ensaio foram utilizados três corpos de prova aos 28 dias de idade, que inicialmente foram colocados em estufa, a uma temperatura de (105 ± 5) C, até que se atingir constância de massa. Ao sair da estufa, as 67

94 amostras foram resfriadas em dessecador, à temperatura de (23±1) C, e sua massa seca (ms) determinada. Os corpos de prova foram, então, colocados em um recipiente com nível de água que deve permanecer entre 4 e 6 mm de altura, em relação à sua face submersa. Estes devem permanecer sobre suportes, a fim de promover o afastamento entre a face do corpo de prova e o fundo do recipiente. Durante o ensaio serão realizadas leituras da massa saturada (msat) dos corpos de prova em intervalos de tempo preestabelecidos, de acordo com a norma. Assim, a absorção de água por capilaridade (C), expressa em g/cm², é calculada com o auxílio da Equação 22, em que (A) representa a área da seção transversal do corpo de prova, expressa em cm². C m sat ms (22) A Nos momentos iniciais da curva de correlação entre a absorção de água por capilaridade (C) e a raiz quadrada do tempo de medida (t), obtém-se uma curva, expressa pela Equação 23, onde S representa o coeficiente de absorção capilar (g/cm 2.min 0,5 ). C S t b (23) Essa avaliação é especialmente importante, pois, indica o grau de dificuldade encontrado por um fluido para acessar os vazios capilares existentes no corpo em análise, se configurando num importante mecanismo de transporte de substâncias potencialmente nocivas às estruturas, do ponto de vista da durabilidade. 68

95 Velocidade de propagação de onda ultrassônica A técnica de ultrassom consiste na medição da velocidade com que uma onda sonora, com frequências entre 20 e 300 KHz, se propaga através do corpo de prova [69]. Conforme ilustrado na Figura 23, os equipamentos utilizados para esse tipo de medição são constituídos por uma unidade central (A), que possui um gerador de impulsos elétricos, um amplificador e um dispositivo eletrônico para medição do tempo que leva até o pico (amplitude máxima) do pulso ultrassônico atravessar o corpo de prova, do transdutor emissor (B) ao receptor (C) [97]. Figura 23. Execução de medição da propagação de ondas ultrassônicas. A velocidade com a qual a onda ultrassônica atravessa um corpo sólido depende das características deste, como densidade de massa e módulo de elasticidade. A presença de vazios, como poros e trincas, por exemplo, induz à menor velocidade de propagação da onda, aumentando, assim, o tempo necessário para esta atravessar o corpo em estudo. Assim, torna-se possível estimar a condição do material quanto a sua densidade, porosidade e deformabilidade, através da avaliação da velocidade de propagação do pulso ultrassônico, que pode ser calculada com o uso da Equação

96 L V t (24) Em que V é a velocidade da onda; L é o comprimento do corpo de prova; e t o tempo decorrido entre a emissão e a recepção do pulso. Apesar de não fornecer informações diretas sobre o processo da corrosão, as características de qualidade do concreto mensuradas através desta técnica estão fortemente ligadas ao fenômeno corrosivo [97]. A norma inglesa BS EN /2000 ( Testing concrete. Determination of ultrasonic pulse velocity ) estabelece os procedimentos para aplicação dessa técnica e fornece uma tabela que relaciona valores de velocidade ultrassônica com a qualidade do concreto, conforme Tabela 16. Tabela 16. Relação entre velocidade de propagação e qualidade do concreto, segundo a norma inglesa BS EN /2000 ( Testing concrete. Determination of ultrasonic pulse velocity ). Velocidade longitudinal da onda (Km/s) v < 2 Qualidade do concreto Muito ruim 2 < v < 3 Ruim 3 < v < 3,5 Média 3,5 < v < 4 Boa 4 < v < 4,5 Muito Boa v > 4,5 Excelente Foram utilizados três corpos de prova cilíndricos de cada composição, com 5 cm de diâmetro por 10 cm de altura, e as medidas foram feitas com um equipamento Pundit Lab, da marca Proceq, que possui largura de banda entre 20 e 500 KHz. Antes de efetuar as medições é preciso observar alguns cuidados, como medir da forma mais precisa possível a distância (extensão do trajeto) entre os 70

97 transdutores, assegurar o acoplamento acústico adequado dos transdutores à superfície em teste, com aplicação de uma fina camada da pasta de acoplamento ao transdutor e à superfície de teste. Em alguns casos pode ser necessário preparar a superfície, alisando-a Avaliação da corrosibilidade do concreto armado Quanto às características de corrosibilidade do concreto, foram realizados os ensaios de resistividade elétrica do concreto e de potencial de corrosão das barras metálicas nele contidas, conforme descrito a seguir Resistividade Elétrica Para a medição da resistividade elétrica do concreto, baseada no princípio de Wenner, utilizou-se dois equipamentos distintos, de fabricantes diferentes, mostrados na Figura 24. (A) (B) Figura 24. Equipamentos utilizados para medição da resistividade elétrica do concreto. (A) Resipod Proceq e (B) Surf Giatec Scientific. O primeiro deles é o Resipod, da fabricante Proceq. Este equipamento opera com uma corrente alternada máxima de 200 µa, 40 Hz a 38 V máximos, gerada digitalmente, e é capaz de medir amplitudes de resistividade entre 1 KΩ.cm até, aproximadamente, 1000 KΩ.cm. O espaçamento entre as sondas é de 50 mm. 71

98 O outro equipamento utilizado foi o Surf, fabricado pela Giatec Scientific, que também possui espaçamento de 50 mm entre as sondas. O Surf é capaz de identificar resisitividades de 0,1 KΩ.cm até 1000 KΩ.cm, através da geração de corrente alternada com frequências que podem variar de 13 a 100 Hz. Neste tipo de medida, uma corrente elétrica alternada é aplicada por diferença de potencial através das duas sondas localizadas nas extremidades do equipamento, gerando um fluxo de corrente no concreto, enquanto as duas sondas internas medirão a diferença de potencial. De acordo com KESSLER et al. [28], para materiais heterogêneos, como o concreto, o espaçamento entre sondas de 50 mm é usualmente adequado. A Figura 20 (item 2.5.1) ilustra o esquema de medição. A resistividade pode ser calculada a partir da fórmula de Wenner, conforme equação 13, apresentadas no item Aparelhos modernos executam esse cálculo automaticamente, oferecendo como resultado a medida direta da resistividade. Foram moldados três corpos de prova cilíndricos para cada traço de concreto, com 10 cm de diâmetro por 20 cm de altura. Os corpos de prova ficaram em cura submersa até o momento do ensaio, que foi realizado à temperatura de 23±1 C. Conforme procedimento proposto pela AASHTO TP 95-14, foram feitas marcas no topo dos corpos de prova, referentes às posições relativas entre 0, 90, 180 e 270. Foi marcado, também, o ponto médio da sua altura, para que o eixo entre os eletrodos internos possa ser alinhado nesta posição, conforme mostrado na Figura 25. Para a execução das medições, é essencial observar que a superfície do concreto deve estar livre de óleo e outros contaminantes e as pontas das sondas devem ser molhadas constantemente para garantir o contato elétrico entre o equipamento e o concreto. 72

99 Figura 25. Marcações a serem realizadas nos corpos de prova para padronização das medidas (AASHTO TP 95-14). As medidas foram realizadas aos 28, 53 e 80 dias de idade e após os semiciclos úmidos. Os parâmetros utilizados para interpretação dos valores obtidos são dados pelo CE - COST 509 ( Corrosion and protection of metals in contact with concrete ), apresentado na seção A utilização de dois equipamentos distintos, destinados ao mesmo tipo de medida, baseados no mesmo princípio (quatro eletrodos de Wenner) e configurados com os mesmos parâmetros de ensaio, visou conferir maior confiabilidade aos valores obtidos Avaliação da frente de cloretos por meio da aspersão de indicador à base de nitrato de prata Após os sete ciclos de molhagem e secagem em solução contendo cloretos (124 dias), os corpos de prova cilíndricos de concreto, utilizados para medidas de resistividade elétrica, foram rompidos por compressão diametral, de acordo com a ABNT NBR 7222:2010 ( Concreto e argamassa Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos de prova cilíndricos ). Logo em seguida foi feita aspersão de solução de nitrato de prata (0,05M) nas faces fraturadas. O nitrato de prata, ao reagir com os cloretos presentes no concreto, forma um composto esbranquiçado/prateado, 73

100 decorrente da precipitação de cloreto de prata. A área não contaminada adquire uma coloração mais escura, de tom amarronzado, criando um contraste que permite mensurar a profundidade da frente de cloretos no concreto [7]. Essas medidas foram realizadas utilizando-se o programa computacional de desenho técnico AutoCAD. Foram tomadas 7 (sete) medidas de cada lado das paredes laterais dos corpos de prova, afastadas 4 cm do seu topo e base. Analisaram-se 2 (dois) corpos de prova para cada mistura, de modo que o valor final, assumido como representativo da penetração da frente de cloretos, resultou da média das medidas obtidas em 28 pontos para cada concreto Medida do potencial de corrosão No presente trabalho avaliou-se o potencial de corrosão em corpos de prova prismáticos com dimensões de 5x7x9 cm 3, onde foram inseridas duas barras de aço do tipo CA-50 com 6,3 mm de diâmetro e 100 mm de comprimento, segundo metodologia adotada por RIBEIRO [13]. Com o intuito de padronizar as condições de superfície, as barras de aço foram submetidas a um processo de limpeza, conforme preconiza a norma ASTM G-1/03 ( Preparing, Cleaning, and Evaluating Corrosion Test Specimens ) e resumida nas seguintes etapas: Imersão em solução de ácido clorídrico 1:1 contendo 3,5 g/l de hexametilenotetramina por dez minutos, para retirada da carepa de laminação, de presença comum na superfície de aços CA-50; Lavagem e escovação com cerdas plásticas em água corrente, complementando o procedimento anterior; Imersão em acetona por dois minutos, para limpeza de gorduras e melhor evaporação da água; Secagem com jato de ar quente. 74 Após o procedimento de limpeza e secagem, as barras foram pesadas e parcialmente revestidas com fita isolante, a fim de se delimitar as áreas que

101 estarão expostas ao ataque dos agentes agressores, conforme esquema mostrado na Figura 26. Logo após o desmolde, fios flexíveis foram conectados às pontas expostas das barras de aço, e a conexão foi envolvida com fita isolante. A face dos corpos de prova que contém as armaduras expostas, bem como as pontas destas armaduras, foram protegidas com resina epóxi em caráter de proteção contra a corrosão, conforme mostrado na Figura 27. Figura 26. (A) e (B) Esquema de delimitação da barra com fita isolante comum; (C) e (D) esquema do posicionamento das barras de aço no corpo de prova [13]. Figura 27. Conexão dos fios de cobre às barras de aço e proteção com resina epóxi. 75

102 Após os 28 dias de cura, os corpos de prova foram expostos a ambiente de laboratório até o início do ensaio. Durante esse período foi avaliado o potencial de corrosão das barras metálicas. RIBEIRO [13] recomenda aguardar até os corpos de prova atingirem determinada idade para que se dê o início do ensaio. Esse tempo é o necessário para estabilização da hidratação da matriz cimentícia, com obtenção de uma estrutura física relativamente desenvolvida. Não há consenso na literatura sobre a idade ideal, e neste trabalho essa idade foi fixada em 80 dias. Com o ensaio em andamento, foi utilizado o método de envelhecimento por ciclos, onde os corpos de prova passaram por ciclos de molhagem e secagem, sendo um semiciclo de imersão parcial em solução com 3% de cloreto de sódio (NaCl) com duração de dois dias, e posterior semiciclo de secagem em estufa ventilada a 50ºC, com duração de 5 dias. Ao final de cada semiciclo, ou seja, a cada retirada da estufa e a cada emersão da solução salina, foram tomadas medidas do potencial de corrosão das barras metálicas, utilizando o eletrodo de calomelano saturado como referência. Esse tipo de eletrodo é geralmente constituído por um tubo de vidro contendo, em seu interior, um fio de platina coberto por uma camada de mercúrio que, por sua vez, é coberta por uma pasta de Hg2Cl2. Essas camadas são imersas em uma solução de KCl, sendo que o contato com o eletrólito dentro do qual é inserido o eletrodo cujo potencial será determinado é feito através de uma placa porosa, geralmente de vidro. No eletrodo de calomelano saturado, a solução se encontra saturada com KCl. Para garantir o contato elétrico com o eletrodo de referência, a superfície de contato do corpo de prova foi umedecida através da aplicação, durante um minuto, de uma esponja saturada com solução condutora, contendo 5 ml de detergente neutro dissolvidos em um litro de água. Esse procedimento é recomendado pela ASTM C-876/91 ( Standard Test Method for Half-Cell Potentials of Uncoated Reinforcing Steel in Concrete ), e está ilustrado na Figura

103 O ensaio foi interrompido quando o potencial de corrosão medido atingiu, por dois semiciclos secos consecutivos, valor inferior a -0,274 V, o que significa uma probabilidade de corrosão maior que 90% para a referência do calomelano saturado, conforme mostrado na Tabela 17. Figura 28. Esquema de montagem do circuito para medição do potencial de corrosão.. Tabela 17. Probabilidade de ocorrência de corrosão em função do potencial de corrosão, tendo como referência o eletrodo de calomelano saturado. Tipo de eletrodo Hg, Hg 2Cl 2/KCl (sol. Saturada) Probabilidade de ocorrer corrosão < 10% 10% - 90% > 90% > -0,124 V 0,124 V a -0,274 V < - 0,274 V Após o término do ensaio, as armaduras foram extraídas dos corpos de prova e limpas, conforme preconiza a ASTM G-1/03 ( Standard practice for preparing, cleaning, and evaluatingcorrosion test specimens ). Após limpeza, elas foram pesadas, para avaliação da perda de massa devido à corrosão. Assim, a taxa de corrosão foi calculada utilizando-se a Equação

104 TC K. W (25) AT.. D Em que K é uma constante (para TC (µm/ano), K = 8,76x10 7 ; para TC (g/m².ano), K = 8,76x10 7.D); W é a perda de massa (g); A é a área de exposição (cm 2 ); T é o tempo de exposição (h); e D a densidade (para o aço CA-50, D é igual a 7,85 g/cm 3 ). 78

105 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 4.1 Caracterização das matérias-primas Caracterização Física A Tabela 18 mostra as principais características físicas dos materiais utilizados nesta pesquisa, que serão discutidas nos itens subsequentes. Tabela 18. Características físicas do cimento, sílica ativa, cinza de eucalipto, Característica Área superficial específica BET [m²/g] metacaulim, areia e brita. Cimento D 50 [mm] 0,038 Massa específica [g/cm³] Sílica Ativa Cinza de Eucalipto Metacaulim Areia Brita 7,48 14,86 4,57 17, ,050 (0,0047)* 0,022 0,017 0,25 6,5 3,14 2,35 2,42 2,68 2,66 2,87 Perda ao fogo (%) 5,6 3,0 20,3 3,1 - - Grau de Amorfização [%] Massa unitária [g/cm³] - 71,4 18,1 43, ,46 1,40 Módulo de finura ,32 5,72 Teor de Material Pulverulento [%] Dimensão máxima característica [mm] ,53 0, ,18 9,5 * Valor obtido através do ensaio de sedimentação, de acordo com a NBR 7181: Distribuição granulométrica A Figura 29 ilustra, de forma comparativa, a distribuição do tamanho das partículas dos materiais utilizados nesta pesquisa. A partir da análise destes resultados e dos valores de área superficial específica, mostrados na Tabela 79

106 18, observa-se que o metacaulim é o material mais fino, seguido da cinza de eucalipto, sílica ativa e cimento. Figura 29. Distribuição do tamanho de partículas dos materiais utilizados. Devido a aglomeração existente na sílica ativa, a sedigrafia a laser não demonstrou uma grande eficiência na determinação da sua curva granulométrica, devido ao banho ultrassônico utilizado para dispersão dos grãos não fornecer energia suficiente para desagregar estes grãos aglomerados. Assim, utilizou-se adicionalmente o ensaio descrito na NBR 7181:1984 ( Solo - Análise granulométrica ) (item ). Estes resultados também estão plotados na Figura 29, representados pela linha tracejada azul, e indicam que a sílica ativa é o material mais fino dentre os utilizados, conforme era esperado. A areia está um pouco abaixo da zona utilizável inferior, de acordo com a NBR 7211:2009 ( Agregados para concreto Especificação ). Uma versão desta mesma norma, publicada em 1983, a classifica como areia muito fina. Sua curva granulométrica está representada na Figura

107 Figura 30. Distribuição granulométrica da areia e zonas de classificação, de acordo com a NBR 7211:2009 ( Agregados para concreto Especificação ). Já o agregado graúdo possui dimensão máxima característica de 9,5 mm e diâmetro médio das partículas igual a 6,20 mm, sendo classificado na zona 4,75/12,5, de acordo com a NBR 7211:2009 ( Agregados para concreto Especificação ) e conforme apresentado na Figura 31. Figura 31. Distribuição granulométrica do agregado graúdo e zonas de classificação, de acordo com a NBR 7211:2009 ( Agregados para concreto Especificação ). 81

108 Apesar de ter apresentado área superficial específica maior que a do cimento, o que indica maior finura de grãos, a sílica ativa apresentou grãos de maiores dimensões em aproximadamente 65% de sua distribuição, de acordo com o ensaio de sedigrafia a laser. A presença desses grãos de maior dimensão na distribuição granulométrica da sílica ativa se deu, provavelmente, por uma desaglomeração ineficiente na dispersão prévia ao ensaio. A Figura 32 mostra como, de fato, há considerável aglomeração das partículas de sílica ativa. É possível notar nas micrografias como a amostra de sílica ativa possui grãos menores que os grãos de cimento, no entanto, estes apresentam-se aglomerados, mascarando os resultados de caracterização. (A) Figura 32. Micrografias de amostras da sílica ativa (A) e cimento (B). (B) A cinza de eucalipto apresentou uma distribuição granulométrica mais aberta, isto é, mais abrangente quanto à variação do tamanho dos grãos, com parcelas mais finas e mais grossas que o cimento. Esse aspecto, a princípio, é positivo em termos de empacotamento de partículas, pois, tende a melhorar a compacidade da matriz cimentícia no concreto. Por outro lado, a presença de cerca de 35% de grãos de maior dimensão pode ter efeito contrário. A Figura 33 mostra como a cinza utilizada possui grãos significativamente maiores e outros menores que os grãos do cimento. 82

109 (A) Figura 33. Micrografias de amostras da cinza de eucalipto (A) e cimento (B). (B) Com área superficial específica BET igual a 17,28 m²/g, o metacaulim é a segunda adição mais fina dentre as utilizadas. Esse resultado é confirmado na distribuição granulométrica apresentada na Figura 30, o que demonstra seu potencial como microfíler. Na Figura 34 é possível fazer um comparativo visual entre amostras de metacaulim e cimento, em micrografias de mesma magnitude. (A) Figura 34. Micrografias de amostras de metacaulim (A) e cimento (B). (B) 83

110 A partir da análise dos resultados de área superficial específica e distribuição granulométrica, observa-se que todas as pozolanas utilizadas neste trabalho (sílica, metacaulim e cinzas de eucalipto) possuem, ao menos, parcela significativa de volume de grãos mais finos que os do cimento, indicando a elevada finura destes materiais. De acordo com SHARMA et al. [98], essa característica indica uma maior chance de a adição ser pozolânica, pois, uma maior a finura está associada a uma maior reatividade da pozolana Composição química A Tabela 19 apresenta a composição química dos materiais utilizados, determinada pela técnica de fluorescência de raios X (FRX). Tabela 19. Composições químicas (em forma de óxidos) do cimento, sílica ativa, cinza de eucalipto e metacaulim, obtidas pela técnica de FRX. Material SiO 2 Al 2O 3 Fe 2O 3 CaO MgO ZnO SO 3 MnO Outros Cimento 19,1 4,8 3,2 61,1 2,7-3,4-5,7 Sílica Ativa 79, ,9-4,1 0,0 Metacaulim 68,4 23,1 3, ,1 Cinza 64,4 5,4 2,0 15,0 6, ,1 6,2 Nota-se que a composição química do cimento está de acordo com o esperado para seus principais componentes, como os óxidos de cálcio, silício, alumínio, ferro e magnésio. Os teores de trióxido de enxofre (SO3 < 4,5%), óxido de magnésio (MgO < 6,5%) e anidrido carbônico (CO2 < 3%) ficaram abaixo dos limites sugeridos pela NBR 5733:1991 ( Cimento Portland de alta resistência inicial ). A perda ao fogo de 5,6% foi um pouco superior aos 4,5% máximos estipulados por esta norma. A alta concentração de sílica nas três adições utilizadas, principalmente na sílica ativa (79%), é um bom indicativo do potencial pozolânico desses materiais, pelo fato deste ser o principal composto que participa das reações 84

111 pozolânicas. Assim como a finura, a reatividade da pozolana com cal é diretamente proporcional ao teor de sílica em estado amorfo presente no material [98]. A partir da análise da Tabela 19, destaca-se, também, a presença de aluminatos no cimento (4,8%), na cinza de eucalipto (5,4%) e principalmente no metacaulim (23,1%). O teor de aluminatos presente numa pozolana está diretamente relacionado à capacidade do concreto de fixar cloretos, por meio da formação de Sal de Friedel (3CaO.Al2O3.CaCl2.10H2O) [99] Composição mineralógica As Figuras 35, 36 e 37 mostram os difratogramas da sílica ativa, metacaulim e cinza de eucalipto, espectivamente, obtidos por meio da técnica de difração de raios X. Figura 35. Difratograma de raios X da sílica ativa. A predominância da Tridimita, um mineral silicato, polimorfo do quartzo, confirma a informação da análise química sobre a presença da sílica. Destacase que a região de maior background se encontra na faixa dos picos de Tridimita, o que indica o grau de amorfização dessa fase, calculado em 71,4%. 85

112 Figura 36. Difratograma de raios X do metacaulim. A análise por difração de raios X do metacaulim indicou a presença de compostos contendo alumínio, sendo eles a Caulinita e a Fengita, além da presença de Quartzo. A quantificação da parcela cristalina do material mostra que 56,9% é composta por Caulinita, 32,4% por Quartzo e 10,7% por Fengita. O grau de amorfização computado foi de 43,4% que, associado à elevada finura, indica uma potencialidade de atividade pozolânica. Figura 37. Difratograma de raios X da cinza de eucalipto. 86

113 A composição mineralógica da cinza de eucalipto (Figura 37) está de acordo com a composição química mostrada na Tabela 19, que mostra a predominância de compostos de silício e cálcio. A quantificação das fases cristalinas confirma a predominância destes compostos, indicando a presença de 33,2% de Quartzo e 57,8% de Caulinita. A baixa proporção de material amorfo (18,1%) indica o baixo potencial reativo deste material. A partir da análise comparativa dos difratogramas obtidos (Figura 38), é possível identificar a sílica ativa como adição de maior potencial reativo, devido ao seu maior grau de amorfização. Em contrapartida, a cinza de eucalipto desponta como material menos reativo, devido a sua alta taxa de cristalinidade. Figura 38. Difratograma de raios X da cinza de eucalipto Análise da Pozolanicidade das Adições A pozolanicidade das adições utilizadas neste trabalho foi avaliada por meio de técnicas que se baseiam em argumentos físicos e químicos de análise. Os resultados encontram-se separados por método utilizado Método de Fratini (Titulação química) Os resultados do ensaio de pozolanicidade por titulação química são apresentados em função das concentrações de [CaO] e [OH - ], verificados nas soluções, por meio de titulação química. Esses valores são, então, plotados para 87

114 comparação com uma curva de referência, onde o material é considerado pozolânico se o ponto se encontrar abaixo da curva, e não pozolânico se estiver acima da curva (Figura 39). Não Pozolânico Pozolânico Figura 39. Diagrama para determinação da pozolanicidade, de acordo com a norma NP EM A Figura 39 exibe o resultado do ensaio, onde é possível observar que a sílica ativa e o metacaulim apresentam pontos abaixo da curva, sendo, assim, identificados como materiais pozolânicos. Estes resultados demonstram que o metacaulim apresentou maior consumo do hidróxido de cálcio, quando comparado com os outros materiais analisados, obtendo uma menor concentração saturada deste material. A cinza de eucalipto foi caracterizada como material não pozolânico, uma vez que apresentou pontos acima da curva de solubilidade, o que indica a presença de maior quantidade de cálcio, demonstrando uma maior concentração saturada de hidróxido de cálcio e, consequentemente, baixa ou nenhuma atividade pozolânica. O baixo grau de amorfização da cinza (18,1%) corrobora com este resultado. Outro material que também não se enquadrou como pozolânico é o cimento, que por si só não é pozolânico. Isso ocorre, pois, o teor de óxido de cálcio presente na pasta contendo pozolana é reduzido pela ação das reações pozolânicas, que fixam parte do hidróxido de cálcio produzido pela hidratação 88

115 do cimento. Como não há adição de pozolana nesta pasta, não há consumo extra do hidróxido de cálcio Condutividade elétrica Foram preparadas diversas pastas de cimento e água deionizada, contendo adições minerais e, a partir do momento da mistura, a condutividade elétrica das soluções foi monitorada durante todo o ensaio, que durou 120 segundos. Esses dados geraram o gráfico mostrado na Figura 40A. Com o intuito de suprimir a influência da dissolução de sais, presentes nos materiais em estudo, nos resultados de condutividade elétrica, foram realizadas misturas contendo apenas a adição e água deionizada, gerando o gráfico da Figura 40B. As curvas da Figura 40B foram subtraídas das curvas apresentadas na Figura 40A, obtendo-se o gráfico da Figura 41 (Figura 40A Figura 40B = Figura 41), que representa a variação da condutividade elétrica da solução cimento/pozolana/água deionizada, sem a influência da dissolução de sais. Como podemos observar na Figura 40B, a solução cinza/água deionizada apresentou valores relevantes de variação da condutividade elétrica pela dissolução de sais, o que mascararia o resultado obtido por meio do método proposto por LUXÁN [95]. (A) (B) Figura 40. Variação da condutividade elétrica das pastas contendo (A) pozolana e cimento e (B) somente pozolana. 89

116 Figura 41. Curva de variação da condutividade elétrica corrigida (Figura 40A Figura 40B). A Tabela 20 traz os valores medidos, onde se pode observar que o metacaulim apresentou a maior variação percentual de condutividade elétrica, muito próxima do valor obtido para a sílica ativa. A cinza de eucalipto apresentou variação corrigida inferior a 0,4 ms/cm, que a classifica como material não pozolânico, segundo a proposta de LUXÁN [95] (tabela 11 no item ). De acordo com esta técnica, a sílica ativa e o metacaulim são considerados, então, materiais pozolânicos, corroborando com os resultados obtidos por meio do Método de Fratini. Tabela 20. Valores de variação de condutividade elétrica* das soluções preparadas com adição. Material Variação bruta (ms/cm) Solubilização (ms/cm) Variação corrigida (ms/cm) Pozolanicidade Sílica Ativa -0,13 0,50-0,63 Baixa pozolanicidade Metacaulim -0,59 0,02-0,61 Baixa pozolanicidade Cinza 2,10 2,35-0,25 Não pozolânico * O sinal negativo em alguns valores indica que a condutividade elétrica decresceu. 90

117 Determinação do índice de desempenho com cimento Portland aos 28 dias Através da relação entre a resistência à compressão da argamassa de referência, sem adições, e uma argamassa contendo adição supostamente pozolânica, ambas dosadas de acordo com a NBR 5752:2014 ( Determinação de Atividade Pozolânica com cimento ), é possível calcular o valor da IAP. Os valores obtidos neste estudo estão distribuídos na Tabela 21. De acordo com as especificações da norma NBR 12653:2014 ( Materiais pozolânicos Requisitos ), cujo critério para o IAP é ser superior a 90%, pode-se afirmar que somente a sílica ativa e o metacaulim se caracterizam como pozolanas, apesar da mistura contendo cinza ter atingido valor muito próximo (85%). Este resultado confirma os obtidos nos ensaios por titulação química e condutividade elétrica. Tabela 21. Resultados da avaliação do índice de atividade pozolânica (IAP), de acordo com o método estipulado pela NBR 5752:2014 ( Determinação de desempenho com cimento Portland aos 28 dias ). Resultados Referência Sílica Ativa Metacaulim Cinza Resistência Média (MPa) 29,91 43,59 36,98 25,33 Desvio Padrão (MPa) 1,67 4,73 1,24 1,78 IAP (%) 28 dias Caracterização do concreto Para a caracterização do concreto, foram realizados ensaios de compressão axial, absorção de água por capilaridade, porosidade e densidade aparentes e velocidade de propagação de onda ultrassônica. 91

118 4.2.1 Resistência mecânica A fim de avaliar a resistência mecânica do concreto, foi realizado ensaio de compressão axial aos 3, 7 e 28 dias de moldagem dos corpos de prova. A Tabela 22 traz um resumo dos valores médios obtidos para os concretos estudados, apresentados na Figura 42. Tabela 22. Média e desvio padrão da resistência à compressão axial dos concretos Mistura aos 28 dias. Resistência à compressão axial aos 28 dias (MPa) Desvio padrão (MPa) Mistura Resistência à compressão axial aos 28 dias (MPa) Desvio padrão (MPa) Referência 25,5 0,81 MC10 31,0 1,29 SA5 31,3 0,88 MC15 35,1 1,13 SA10 35,7 0,95 CE5 28,6 1,31 SA15 41,3 0,60 CE10 27,8 1,56 MC5 28,7 1,24 CE15 28,2 1,93 Figura 42. Resistência à compressão axial dos concretos estudados, aos 28 dias. Os concretos contendo adição de sílica ativa apresentaram maior incremento da resistência à compressão aos 28 dias, em relação à referência. De acordo com METHA e MONTEIRO [18], a sílica ativa é capaz de contribuir 92

119 para a resistência do concreto mesmo no período inicial de hidratação (1 a 3 dias), sendo que a contribuição mais significativa ocorre próximo aos 28 dias de idade. Os resultados mostram que, conforme se aumenta a proporção desta adição na mistura, cresce também o percentual de incremento de resistência, que chegou ao valor máximo de 62,2% para a mistura contendo 15% de adição de sílica ativa. As amostras contendo 5% e 10% de sílica ativa apresentaram um incremento na resistência mecânica de 23% e 40,2%, respectivamente. O gráfico da Figura 43 ilustra a evolução da resistência mecânica do concreto contendo sílica ativa, de acordo com a idade e percentual de adição. Figura 43. Resistência à compressão das misturas contendo sílica ativa. Nas primeiras idades (3 e 7 dias), principalmente para os teores de adição de 5% e 10%, os resultados de resistência à compressão obtidos para as amostras contendo metacaulim se mostraram muito próximos aos da referência. De acordo com WILD et al. [100], o efeito máximo das reações pozolânicas sobre a resistência mecânica do concreto contendo metacaulim é observado entre o sétimo e décimo quarto dia. Esse fato pode ser observado na Figura 44, que mostra a evolução da resistência mecânica das misturas de concreto contendo metacaulim. Nota-se, entre os 7 e 28 dias, um gradual 93

120 afastamento dos valores de resistência dos concretos contendo metacaulim do concreto de referência. A adição de metacaulim se mostrou eficaz no papel de incrementar a resistência mecânica do concreto, porém, com menor intensidade que a sílica ativa. Observa-se que o valor máximo de incremento, alcançado com o teor de adição de 15%, foi de 37,7% aos 28 dias. As amostras contendo 5% e 10% apresentaram incrementos de 12,9% e 21,8%, respectivamente. Figura 44. Resistência à compressão das misturas contendo metacaulim. As misturas contendo cinza de eucalipto apresentaram valores muito próximos de resistência à compressão. Considerando o desvio padrão observado entre as amostras, pode-se afirmar que esses valores são estatisticamente iguais. CHOUSIDIS et al. [101] observaram resultado muito parecido ao substituir 5% e 10% da massa do cimento por cinza volante. A quantidade de adição de cinza demonstrou não ser um fator determinante sobre a resistência mecânica do concreto, o que pode ser observado na Figura 45. O incremento de resistência observado, em relação ao concreto de referência, para o teor de 5% de adição, foi de 12,4% aos 28 dias. Esse valor é muito próximo aos 14,7% verificado por VASKE [54] para concretos contendo adição de 15% de cinza de eucalipto. 94

121 Figura 45. Resistência à compressão das misturas contendo cinza de eucalipto. A patir da análise da Figura 42, que mostra um comparativo entre a resistência à compressão, aos 28 dias, das diversas misturas estudadas, observa-se que as misturas contendo sílica ativa apresentaram superioridade nesta propriedade, em todas as idades analisadas, em concordância com o observado por AGHABAGLOU et al. [38]. Essa diferença se justifica pela diferença na quantidade de sílica amorfa presente nas adições utilizadas. A sílica amorfa é a principal responsável pelas reações pozolânicas, que geram o silicato de cálcio hidratado (C-S-H) complementar, principal responsável pela resistência mecânica das matrizes cimentícias [18] Porosidade e densidade aparentes aparentes. A Tabela 23 traz os valores médios da porosidade e densidade Tabela 23. Valores de porosidade e densidade aparentes aos 28 dias. Propriedade REF SA5 SA10 SA15 MC5 MC10 MC15 CE5 CE10 CE15 Porosidade aparente (%) Densidade aparente (g/cm 3 ) 17,84 17,01 16,80 16,72 17,37 17,01 16,84 17,69 17,75 17,74 2,21 2,28 2,32 2,37 2,24 2,28 2,31 2,22 2,21 2,22 95

122 A partir da análise da Tabela 23 e das Figuras 46 (A) e (B), observa-se que, conforme cresce o teor de adição de sílica ativa e metacaulim, há um acréscimo na densidade aparente, ao tempo que ocorre uma redução da porosidade. Comportamento semelhante foi observado por LACERDA e HELENE [8] e PINTO [102]. (A) (B) Figura 46. Comparativo entre valores de (A) porosidade aparente e (B) densidade aparente das misturas utilizadas. A elevada finura dessas adições permite que suas partículas preencham os espaços vazios, criando novos pontos de nucleação para os produtos de hidratação do cimento, promovendo, assim, maior compacidade da matriz cimentícia (teoria do empacotamento de partículas) através do efeito filler. Sua atuação como material pozolânico também corrobora com estes resultados, uma vez que as reações pozolânicas geram o silicato de cálcio hidratado (C-S- H), principal responsável pela resistência mecânica da matriz cimentícia [18]. Os resultados de porosidade aparente para as amostras contendo cinza de eucalipto seguiram tendência semelhante aos de resistência à compressão, indicando sensível acréscimo na compacidade do concreto. Todas as misturas (5, 10 e 15%) apresentaram sensível redução da porosidade, entretanto, conforme observa-se na Figura 46A, essa variação foi significativamente inferior à apresentada pelas misturas contendo sílica ativa e metacaulim, principalmente nos teores de 10 e 15% de adição. É possível 96

123 afirmar, ainda, que não houve alteração na densidade aparente, visto que se observou uma variação máxima inferior a 0,5%, em relação à referência. Apesar de se tratar de um material muito fino, a cinza de eucalipto apresentou alta proporção de material cristalino (81,9%), além de possuir cerca de 30% do volume dos seus grãos com dimensões maiores que as dos grãos de cimento, o que provavelmente minimizou seus efeitos pozolânico e fíler Absorção de água por capilaridade Os resultados obtidos a partir do ensaio de absorção capilar estão apresentados na Figura 47. Figura 47. Comparativo entre os coeficientes de absorção capilar. Observa-se que, quanto maior o teor de sílica ativa adicionada ao concreto, menor é sua absortividade. Esse comportamento se deve ao refinamento, aumento de tortuosidade e tamponamento dos poros, causado pelos efeitos filler e pozolânico desta adição [45]. As absortividades das misturas contendo 5% de metacaulim e 5% de cinza de eucalipto se mostraram maiores que da referência. Neste caso, o refinamento dos poros, provocado pelas adições, indica um aumento da quantidade de capilares conectados à superfície das amostras. De acordo com RIBEIRO [13], o refinamento da estrutura dos poros, conferidos pela adição de 97

124 pozolanas, por exemplo, ao mesmo tempo em que reduz a porosidade total, pode aumentar as pressões capilares. Para as misturas de concreto contendo 10 e 15% de metacaulim, a maior disponibilidade de material fino, que preenche os espaços vazios (efeito fíler) e a maior disponibilidade de material amorfo, que possibilita a ocorrência das reações pozolânicas de forma mais intensa, justifica a redução da absortividade dessas misturas. As misturas contendo 10 e 15% de adição de cinza de eucalipto também apresentaram redução da absortividade em relação à mistura contendo 5% da adição. No entanto, esses valores são muito próximos aos apresentados pelo concreto de referência. Resultado similar foi obtido por RAISDORFER [103], que observou em sua pesquisa que uma mistura de concreto com adição de 10% de cinza volante apresentou variação de absortividade inferior a 8%. Analisando os dados de resistência à compressão, porosidade e densidade aparentes e absorção capilar, observa-se que Velocidade de propagação de onda ultrassônica Com o uso desta técnica é possível estimar a condição do concreto quanto à sua densidade, porosidade e deformabilidade, através da avaliação da velocidade de propagação do pulso ultrassônico. Quanto maior a velocidade observada, mais compacta é a microestrutura do material. A partir da análise da Figura 48, onde se encontram plotados os resultados obtidos no ensaio de ultrassom, é possível observar que as misturas contendo adição apresentaram maiores velocidades de propagação da onda ultrassônica em relação à referência. Isso era esperado, uma vez que a adição de materiais finos, com propriedades pozolânicas, tende a compactar a microestrutura do concreto, aumentando sua densidade. As diferenças observadas entre os teores de adição, para cada adição específica, condiz com as informações obtidas nos outros ensaios de caracterização física do concreto realizados. Para as misturas contendo sílica ativa e metacaulim, quanto maior o teor de adição, maior a compacidade 98

125 microestrutural, elevando a velocidade de propagação do pulso ultrassônico. Esse comportamento não foi observado para os concretos contendo cinza de eucalipto, onde a variação do teor de adição não provocou alterações microestruturais relevantes. Figura 48. Velocidade do pulso ultrassônico. Estes resultados mostram, ainda, que a velocidade de propagação do pulso ultrassônico foi maior nas amostras CE5 e CE10, em comparação com a SA5, SA10, MC5 e MC10. Esse comportamento não era esperado, uma vez que não condiz com as informações obtidas de todos os outros ensaios de caracterização física do concreto, que demostram que houve maior densificação da microestrutura do concreto das misturas contendo sílica ativa e metacaulim, em relação às misturas contendo cinza de eucalipto. De acordo com os parâmetros propostos pela norma inglesa BS EN /2000 ( Testing concrete. Determination of ultrasonic pulse velocity ), a qualidade dos concretos estudados foi classificada entre boa e muito boa, conforme mostrado na Tabela

126 Tabela 24. Qualidade dos concretos estudados, segundo os parâmetros da norma inglesa BS EN /2000 ( Testing concrete. Determination of ultrasonic pulse velocity ). Misturas Velocidade (m/s) Qualidade do concreto REF 3,8 SA5 3,9 SA10 4,0 SA15 4,1 MC5 4,0 MC10 4,0 MC15 4,1 CE5 4,1 CE10 4,1 CE15 4,0 Boa Muito Boa 4.3 Avaliação da corrosibilidade do concreto armado Resistividade elétrica Após completarem 28 dias em cura imersa, os corpos de prova foram expostos a ambiente de laboratório, com temperatura controlada em 23±1 C, até completarem 80 dias de idade. Após essa idade, deu-se início ao ensaio de envelhecimento por ciclos, que consistiu em imersão dos corpos de prova em solução contendo 3% de NaCl por 2 dias, e secagem em estufa (a 50 C) por 5 dias. Até o início dos ciclos, foram realizadas medidas aos 28, 53 e 80 dias. Nesta etapa do ensaio não foi possível a tomada de dados após os ciclos secos, pois, devido à alta resistividade apresentada pelos corpos de prova, a intensidade da corrente elétrica resultante não atingiu um valor mínimo que pudesse ser lido pelo aparelho utilizado. Segundo POLDER [71], caso não haja eletrólito em quantidade suficiente e/ou interconectividade entre poros, é possível que a corrente elétrica tenda a fluir através dos compostos do concreto, o que aumenta intensamente sua resistividade, tornando-o praticamente um isolante elétrico. 100

127 Os gráficos das Figuras 49, 50 e 51 mostram a evolução da resistividade elétrica observada para as misturas contendo sílica ativa, metacaulim e cinza de eucalipto, respectivamente, além da referência. A linha vertical preta marca o início da exposição dos corpos de prova ao ensaio de envelhecimento acelerado por ciclos, aos 80 dias de idade, realizado simultaneamente aos corpos de prova utilizados para o ensaio de potencial de corrosão. Estas figuras apresentam as medidas realizadas com os dois equipamentos utilizados nesta pesquisa, conforme já discutido no item As linhas contínuas representam os resultados obtidos com equipamento de bancada Surf, da fabricante Giatec Scientific, equanto que as linhas tracejadas representam os resultados obtidos com a sonda móvel Resipod, da fabricante Proceq. Figura 49. Resistividade elétrica do concreto para diferentes teores de adição de sílica ativa, em função da idade, para os dois equipamentos utilizados. 101

128 Figura 50. Resistividade elétrica do concreto para diferentes teores de adição de metacaulim, em função da idade, para os dois equipamentos utilizados. Figura 51. Resistividade elétrica do concreto para diferentes teores de adição de cinza de eucalipto, em função da idade, para os dois equipamentos utilizados. 102

129 Como podemos observar nos gráficos, há pequena diferença entre os valores de resistividade elétrica medida por equipamentos distintos, reforçando a confiabilidade dos dados obtidos. Analisando as Figuras 49 a 51, observam-se três comportamentos específicos entre as medidas de resistividade elétrica, que se repetem entre todas as amostras: a) Incremento de resistividade elétrica entre o 28 e o 80 dia: no período compreendido entre a primeira medida, aos 28 dias, e a última medida, antes do início do ensaio de envelhecimento por ciclos, aos 80 dias, observa-se um incremento da resistividade elétrica de todas as misturas. Isso se deve à redução do volume de eletrólito, ocasionada pela evaporação da água livre contida nos poros do concreto, e ao desenvolvimento das reações de hidratação do cimento e pozolânicas, que conferem crescente compactação da matriz cimentícia, com redução de tamanho, quantidade e conectividade da estrutura porosa [72]. b) Redução da medida da resistividade elétrica após início do ensaio de envelhecimento por ciclos: observa-se uma queda nos valores de resistividade elétrica logo após o primeiro ciclo de envelhecimento acelerado (82 dia), onde os corpos de prova foram submetidos a imersão total em solução contendo 3%, em massa, de cloreto de sódio. A presença de sais fortes, como o NaCl, reduzem significativamente a medida da resistividade elétrica do concreto, pela sua forte condutividade iônica e caráter higroscópico [12, 71, 73]. c) Estabilização da medida de resistividade elétrica após exposição aos ciclos de envelhecimento acelerado: a partir do 89 dia para algumas amostras e 110 dia para as outras, observa-se uma tendência à constância nas medidas de resistividade. Como a concentração de NaCl da solução utilizada neste ensaio foi mantida praticamente 103

130 constante (3%), a estabilização das medidas de resistividade elétrica indicam o equilíbrio entre a concentração salina da solução contida nos poros do concreto e da solução contaminante, utilizada para as imersões. Todas as misturas contendo sílica ativa apresentaram maiores valores de resistividade elétrica até os 80 dias. As misturas contendo metacaulim demonstraram melhor desempenho em relação às amostras contendo cinza de eucalipto, que apresentaram valores de resistividade muito próximos aos do concreto de referência. A Tabela 25 traz os valores de resistividade elétrica medidos aos 28 dias, assim como os percentuais de incremento das misturas contendo adição, em relação ao concreto de referência. Tabela 25. Incremento da resistividade elétrica das amostras contendo adição mineral em relação à referência. Idade Resistividade elétrica (KΩ.cm) REF SA5 SA10 SA15 MC5 MC10 MC15 CE5 CE10 CE15 28 dias 11,3 26,9 89,0 110,7 14,4 20,7 36,7 12,0 11,3 11,5 Incremento (%) - 138,1 687,6 879,6 27,4 83,2 224,8 6,2 0 1,8 Os valores de resistividade elétrica apresentados pelas misturas contendo sílica ativa demonstram a maior capacidade deste material em interagir com a matriz cimentícia, tanto através do efeito filler quanto do efeito pozolânico, compactando sua microestrutura. Isso se justifica pela presença de maior quantidade de sílica amorfa neste material, além de elevada finura. Por outro lado, a elevada cristalinidade da cinza de eucalipto, vinculada à presença de quantidade razoável de partículas de grandes dimensões, isto é, maiores que as partículas do cimento, corroboram com a baixa resistividade elétrica 104

131 apresentada pelas misturas CE5, CE10 e CE15, muito próxima à resistividade apresentada pela mistura de referência. A Tabela 26 resume a classificação das misturas de concreto analisadas, de acordo com os limites estabelecidos pelas normas CE-COST 509 e AASHTO TP 95-14, quanto ao risco de corrosão e penetração de cloretos, respectivamente, baseada na resistivida elétrica medida aos 28 dias. Tabela 26. Classificação dos concretos analisados quanto ao risco de corrosão (CE- COST 509) e penetração de cloretos (AASHTO TP 95-14) em função dos resultados de resistividade elétrica. Misturas Risco de corrosão (CE-COST 509) Penetração de cloretos (AASHTO TP ) REF Moderado Forte SA5 Moderado Fraca SA10 Baixo Muito Fraca SA15 Desprezível Muito Fraca MC5 Moderado Moderada MC10 Moderado Moderada MC15 Moderado Fraca CE5 Moderado Moderada CE10 Moderado Forte CE15 Moderado Forte A fim de avaliar a influência da microestrutura do concreto na resitividade elétrica, foram propostas algumas correlações entre estas propriedades, apresentadas nas Figuras 52, 53 e 54. A Tabela 27 resume os coeficientes de correlação calculados por mistura. 105

132 Tabela 27. Coeficientes de correlação calculados entre resistividade elétrica e propriedades físicas do concreto. Correlação Sílica Ativa Metacaulim Cinza de Eucalipto Resistividade X Absortividade 0,91 0,88 0,90 Resistividade X Compressão 0,92 0,92 0,40 Resistividade X Porosidade Aparente 0,69 0,73 0,61 (A) (B) 106

133 (C) Figura 52. Correlação entre os resultados de resistividade elétrica e absortividade dos concretos contendo (A) sílica ativa, (B) metacaulim e (C) cinza de eucalipto. (A) (B) 107

134 (C) Figura 53. Correlação entre os resultados de resistividade elétrica e resistência à compressão axial dos concretos contendo (A) sílica ativa, (B) metacaulim e (C) cinza de eucalipto. (A) 108 (B)

135 (C) Figura 54. Correlação entre os resultados de resistividade elétrica e porosidade aparente dos concretos contendo (A) sílica ativa, (B) metacaulim e (C) cinza de eucalipto. Como os resultados de caracterização dos concretos contendo cinza de eucalipto apresentaram valores muito próximos entre si, a correlação entre propriedades ficou prejudicada, uma vez que os pontos obtidos acabaram ficando muito próximos. A Figura 55 mostra como os pontos referentes às amostras com cinza de eucalipto ficam sobrepostos à referência, e como há, de fato, uma forte correlção entre a resistividade elétrica e o coeficiente de absorção capilar. Figura 55. Correlação entre os resultados de resistividade elétrica e absortividade dos concretos estudados. 109

136 Observa-se boa correlação entre resistividade elétrica e coeficiente de absorção capilar, e resistividade elétrica e resistência à compressão axial, para as misturas contendo metacaulim e sílica ativa, indicando que, maiores teores destas adições propiciam maior compacidade à matriz cimentícia, o que se deve à ação pozolânica [9, 18, 38]. Nota-se que a resistividade elétrica apresentou uma relação inversamente proporcional com a absortividade, e diretamente proporcional à resistência à compressão axial. Apesar do fraco coeficiente de correlação obsevado entre a resistividade elétrica e a resistência à compressão axial, para as misturas contendo cinza de eucalipto, a Figura 56 mostra que há forte indicativo de interdependência entre essas propriedades quando todos os dados obtidos são considerados, com coeficiente de correlação igual a 0,85. R² = 0,8515 Figura 56. Correlação entre os resultados de resistividade elétrica e resistência à compressão axial dos concretos estudados. Apesar da resistividade elétrica não ter apresentado correlação linear tão forte com a porosidade aparente, os coeficientes de correlação iguais a 0,69, 0,73 e 0,61, apresentados pelas misturas contendo sílica ativa, metacaulim e cinza de eucalipto, respectivamente, indicam uma interdependência inversamente proporcional de comportamento entre estas duas propriedades. 110

137 Por ser uma propriedade tão sensível às características microestruturais da matriz cimentícia [72], a resistividade elétrica forneceu medidas que correspondem aos resultados de absortividade, compressão axial e porosidade aparente obtidos nesta pesquisa. Estes resultados indicam que houve a compactação da microestrutura do concreto contendo adição de sílica ativa e metacaulim em todos os teores, e quanto maior o teor de adição (até o limite utilizado de 15%), maior a resisitividade elétrica, devido à maior quantidade de material disponível para reagir. Para as amostras contendo cinza volante não foi observado incremento significativo na resistividade elétrica, em concordância com os resultados obtidos na caracterização física do concreto Avaliação da frente de cloretos por meio da aspersão de indicador à base de nitrato de prata O resultado visual obtido com a aspersão de nitrato de prata no concreto contaminado com cloretos possibilita, de imediato, uma noção qualitativa da profundidade de penetração da frente de cloretos na estrutura porosa do concreto, como pode ser visto nas Figuras 57, 58 e 59. As áreas de tonalidade mais escura (amarronzadas), mostradas nas figuras, indicam regiões que não foram contaminadas, logo, quanto maior esta área, maior a proteção oferecida pelo concreto contra a penetração do cloro. Observa-se pelas imagens que os corpos de prova das misturas REF, CE10 e CE15 apresentaram desempenho muito parecido, com praticamente toda a seção transversal contaminada pelos cloretos. A Figura 57 (SA5) mostra que a penetração de cloretos se deu de forma irregular nessas amostras, prejudicando de forma definitiva a precisão das medidas. De todo modo é notório o melhor desempenho do concreto SA5 em relação à referência, apresentando quantidade muito maior de áreas não contaminadas. 111

138 Referência SA5 SA10 SA15 Figura 57. Aspersão de nitrato de prata em amostras de concreto contendo sílica ativa e contaminadas por cloretos. Referência MC5 MC10 MC15 Figura 58. Aspersão de nitrato de prata em amostras de concreto contendo metacaulim e contaminadas por cloretos. 112

139 Referência CE5 CE10 CE15 Figura 59. Aspersão de nitrato de prata em amostras de concreto contendo cinza de eucalipto e contaminadas por cloretos. As amostras contendo sílica ativa e metacaulim apresentaram desempenho próximo por exame visual, mas, a Tabela 28 apresenta valores que indicam que as amostras MC10 e MC15 apresentaram profundidades de penetração da frente de cloretos 15% e 23% menores que as amostras SA10 e SA15, respectivamente. Tabela 28. Profundidade de penetração da frente de cloretos nos diversos concretos estudados. Profundidade de penetração da frente de cloretos* (mm) REF SA5 SA10 SA15 MC5 MC10 MC15 CE5 CE10 CE ,2 10,2 20,3 11,2 7,9 27, * O resultado visual obtido para as amostras SA5, CE10 e CE15 impossibilitou a medição. Com praticamente toda a seção dos corpos de prova contaminada, as amostras contendo cinza de eucalipto apresentaram pouca diferença visual em relação à referência, conforme observa-se na Figura 59. No entanto, a formação de leves manchas escurecidas no centro dos corpos de prova com 113

140 adição de cinza indica leve incremento na proteção contra a penetração de íons cloreto. Como somente os concretos contendo metacaulim propiciaram condições visuais de medida da profundidade de penetração da frente de cloretos, determinou-se a correlação entre este parâmetro e a resistividade elétrica, conforme visto na Figura 60. Figura 60. Correlação entre os resultados de resistividade elétrica e profundidade de penetração de íons cloreto, para as amostras contendo metacaulim. O coeficiente de correlação igual a 0,76 demonstra boa relação entre os parâmetros analisados, indicando que, quanto maior for a resistividade elétrica do concreto, menor será sua penetrabilidade a íons cloreto, conforme sugerido pela norma americana AASHTO TP 95-14, e observado por SENGUL [85] Medida do Potencial de corrosão Com os resultados obtidos neste ensaio é possível avaliar o período de iniciação da corrosão, até o momento em que os valores de potencial ultrapassam o limite -274 mv, pois, de acordo com a ASTM C 876/9, este ponto caracteriza uma probabilidade maior que 90% para ocorrência da corrosão. Os limites indicados nesta norma estão representados nas Figuras 61, 62 e 63 pela linha tracejada de cor laranja, representando o potencial limite de 114

141 passivação (-124 mv), e cor vermelha, representando o potencial limite que indica o início do processo corrosivo (-274 mv). O ensaio de envelhecimento por ciclos foi iniciado aos 80 dias de idade e está representado pela linha vertical preta. É possível observar que, antes do início do ensaio de envelhecimento por ciclos, as barras de aço presentes em todas as misturas atingiram o potencial de segurança, superior a -124 mv, indicando a formação do filme passivo. Após os 80 dias, observa-se variação nos valores do potencial elétrico, que se mostraram menos negativos após os semiciclos secos e mais negativos após os semiciclos úmidos. Essa variação de potenciais, também observada por outros autores [13, 72, 89], está relacionada à variação do teor de umidade presente no concreto, devido aos ciclos de secagem/molhagem aos quais os corpos de prova foram submetidos. Figura 61. Potenciais de corrosão de barras metálicas imersas em corpos de prova de concreto, para diferentes teores de adição de sílica ativa, em função da idade. 115

142 De acordo com SANTOS [72], os potenciais de corrosão menos negativos ocorrem com o concreto mais seco, pois, a menor disponibilidade de eletrólito nos seus poros faz aumentar a concentração das espécies dissolvidas, o que, de acordo com a equação de Nernst, eleva o potencial de equilíbrio. A amplitude desta variação foi mais intensa nas amostras de referência e contendo cinza de eucalipto, cujas características da rede porosa facilitam a absorção da solução contendo NaCl, facilitando, também, a perda de umidade durante os semiciclos secos. As misturas contendo metacaulim e sílica ativa apresentaram variação do potencial reduzida, devido a sua estrutura porosa mais compacta, em concordância com a caracterização física realizada no concreto. Figura 62. Potenciais de corrosão de barras metálicas imersas em corpos de prova de concreto, para diferentes teores de adição de metacaulim, em função da idade. 116

143 Figura 63. Potenciais de corrosão de barras metálicas imersas em corpos de prova de concreto, para diferentes teores de adição de cinza de eucalipto, em função da idade. Conforme discutido no item , os ensaios foram paralisados ao se atingir, por dois semiciclos secos consecutivos, potencial inferior -274 mv, limite que indica probabilidade superior a 90% de estar ocorrendo processo corrosivo. O intervalo de tempo decorrido entre o início e a paralisação do ensaio corresponde ao perído de iniciação da corrosão, em que os agentes agressivos penetram pelo cobrimento de concreto até atingirem a superfície metálica em concentração suficiente para provocar a despassivação. BAUER [104] afirma que os resultados observados no ensaio de potencial de corrosão, para o período de iniciação do processo corrosivo, condizem com informações provenientes de ensaios mais precisos, como a intensidade da corrente de corrosão (Icor). Como pode ser visto na Figura 64, todas as misturas apresentaram tempo de iniciação maior que a referência, com destaque para as misturas contendo metacaulim, que demonstraram superioridade neste aspecto para os três teores estudados. 117

144 Figura 64. Período de iniciação da corrosão das barras de aço presentes nos corpos de prova, em função das misturas analisadas. Apesar das misturas contendo adição de sílica ativa terem apresentado maior compactação da microestrutura, comprovado pelos ensaios físicos, mecânicos e de resistividade elétrica, a atuação dos compostos de alumínio em fases amorfas, presentes no metacaulim, demonstrou ser mais efetiva em retardar o avanço da frente de cloretos através da matriz cimentícia. Quanto maior o teor adicionado (até 15%), maior foi o tempo de iniciação da corrosão. Por outro lado, o aumento da quantidade de adição de cinza de eucalipito demonstra não ter efeito positivo. A mistura CE15 apresentou menor resistência à penetração de cloretos em relação à CE5 e CE10, que apresentaram o mesmo tempo de despassivação entre si. Esse resultado condiz com os obtidos no ensaio de ultrassom, onde uma menor compacidade da matriz cimenticia foi observada para as amostras contendo 15% de adição de cinza de eucalipto. Ainda assim, os resultados apresentados por todas as misturas contendo cinza de eucalipto foram melhores que os da referência. Com a informação da perda de massa, obtida da pesagem das barras limpas com ácido pós ensaio, da área de exposição (7,91 cm²) e do tempo de ensaio (3408 hs), é possível calcular uma estimativa taxa de corrosão, 118

145 utilizando a Equação 25 (item ). A Figura 65 mostra os valores calculados para todas as amostras. Figura 65. Taxa de corrosão das barras de aço inseridas nos corpos de prova de concreto, para todas as misturas avaliadas. Observa-se que as taxas de corrosão calculadas seguem as tendências observadas na Figura 64, para o período de iniciação da corrosão, indicando que, quanto menor o período de iniciação da corrosão, maior será a taxa de corrosão. É importante ressaltar que as alterações observadas no potencial de corrosão estão associadas ao tempo para se iniciar a corrosão, mas, não estão necessariamente associadas à intensidade do processo corrosivo, que é dada pela taxa de corrosão. Assim, um material pode demorar mais tempo para iniciar a corrosão, mas, após iniciada, a corrosão pode ocorrer a uma taxa mais elevada [13]. Algumas correlações foram estabelecidas no intuito de avaliar a relação entre a resistividade elétrica e o período de iniciação da corrosão, conforme mostrado na Figura 66. Nota-se forte correlação entre a resistividade elétrica e o período de iniciação da corrosão para as amostras contendo sílica ativa e metacaulim. Quanto maior for a resistividade elétrica do concreto, mais tempo demorará 119