Efeito da degradação das tintas na protecção do betão à carbonatação

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1 Efeito da degradação das tintas na protecção do betão à carbonatação Vimal Lacmane Meggi Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em ENGENHARIA CIVIL Júri Presidente: Prof. Doutor Augusto Martins Gomes Orientador: Prof. Doutor Fernando António Baptista Branco Vogais: Prof. Doutor Rui Duarte Neves Julho de 2012

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3 Agradecimentos Desejo exprimir o meu agradecimento a todos que contribuíram para a realização desta tese. Este ponto é tão ou mais importante quanto o resto da dissertação, pois sem os intervenientes que a seguir descrevo, não teria tido a possibilidade de realizar este trabalho, que marca uma grande etapa da minha vida. Em primeiro lugar, ao meu orientador, professor Fernando Branco, agradeço todo o apoio dado, a disponibilidade e paciência durante a condução desta tese e da prontidão no esclarecimento de qualquer dúvida. Também, uma palavra de apreço pela partilha da sua riquíssima experiência profissional que retenho com muita consideração e respeito. Agradeço às empresas MAPEI, SIKA e EURONAVY, em particular, ao Eng.º. Nuno Barreiros, pela atenção e amabilidade em ceder amostras de tinta utilizadas para a realização dos ensaios desta tese. Aos Técnicos, Sr. Leonel Silva e Sr. João Lopes, do Laboratório de Construção do Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura do Instituto Superior Técnico, agradeço o auxílio prestado na execução dos ensaios. Aos meus queridos pais agradeço todo apoio que me deram, pois mesmo nos momentos mais difíceis, conseguiram dar-me as condições mais que suficientes para terminar esta fase académica, reconhecendo que, sem eles, seria impossível finalizar esta etapa. E por fim, à Andreia expresso o meu mais profundo agradecimento, pelo auxílio, a força, a motivação, a paciência demonstrada, pelo tempo dedicado e pela sua perseverança que, por vezes, não devidamente valorizada. Certamente que por mais palavras que eu use, elas nunca serão suficientes para expressar a minha gratidão. i

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5 Resumo Nos últimos anos têm-se vindo a desenvolver várias soluções para atenuar a carbonatação do betão armado. Uma das soluções é a protecção da superfície de betão com tintas específicas para reduzir o efeito da carbonatação. Contudo, as tintas não são vitalícias, tendo o grande inconveniente da sua vida útil ser relativamente reduzida em comparação com os elementos de betão e, além disso, quando estas ficam degradadas a protecção do betão fica comprometida. Este estudo teve como principal objectivo analisar a eficácia de várias tintas de protecção do betão à carbonatação ao longo do seu período de vida útil. Foram usadas quatro tintas de diferentes fabricantes, aplicadas em provetes de betão, posteriormente sujeitos a diferentes períodos de exposição à degradação ambiental. A degradação foi avaliada por meios indirectos, ou seja, estudou-se os efeitos que a deterioração da tinta causa sobre o coeficiente de carbonatação acelerada para os diversos ambientes agressivos. Através do estudo da estimação do coeficiente de carbonatação para as soluções com tinta, determinou-se a profundidade de carbonatação espectável para o final de um período de 100 anos da fase de exploração do betão de modo a averiguar o benefício associado à aplicação de cada revestimento superficial testado. Com este estudo pode-se concluir que existe um claro beneficio com o recurso a este tipo de solução, já que a profundidade de carbonatação se reduziu substancialmente. Constatou-se ainda que a degradação da tinta tem uma grande influência sobre a carbonatação do betão e caso essa degradação fosse minimizada a eficácia da tinta seria certamente majorada. PALAVRA-CHAVE: Betão, Carbonatação, Coeficiente de Carbonatação, Degradação, Profundidade de Carbonatação, Tintas, Vida Útil. iii

6 Abstract It has been developed various solutions to minimize the carbonation in reinforced concrete. One of those solutions is the protection of the concrete surface with paints against carbonation. However, the paints aren t a lifetime solutions having the inconvenient of their life service being relatively shorter than the concrete elements and, besides that, when it s degraded the protection of the concrete can be compromised. This study s main goal was to analyze the effectiveness of the protection of several paints against carbonation in concrete over it life service period. Four paints from different manufacturers where applied at several concrete specimens and then subjected to different periods of degradation exposure. The degradation was evaluated by indirect means, by studying the effects of the paints deterioration on the accelerated carbonation coefficient for several aggressive environments. By estimating the carbonation coefficient for concrete with paint solutions it was possible to determine the carbonation depth expectable at the end of 100 years of exploration phase of the concrete structure, thus it would be understandable the benefit associated with the application of the superficial coating. This study concludes that there s a clear benefit with this type of solutions, where the carbonation depth is substantially decreased. It was also observed that paint degradation has a great influence on the concrete carbonation and in case of minimizing that deterioration, the paint effectiveness can be increased. KEY-WORDS: Carbonation, Carbonation Coefficient, Carbonation Depth, Concrete, Degradation, Paints, Service Life. iv

7 Índice Geral 1. Introdução Considerações Gerais Estrutura do Trabalho Deterioração do Betão Betão Armado Durabilidade do Betão Mecanismos de Degradação Corrosão das Armaduras do Betão Armado Processo de Corrosão Consequências da Corrosão das Armaduras Causas para a Corrosão das Armaduras Condições Necessárias para a Corrosão das Armaduras Tipos de Corrosão Resumo dos Efeitos da Corrosão Despassivação da Película Protectora no Betão Armado Corrosão por Ataque dos Iões Cloreto Corrosão por Carbonatação Processo de Corrosão por Carbonatação Factores que Determinam a Velocidade de Carbonatação Factores Ambientais Factores Intrínsecos ao Betão Medição da Profundidade de Carbonatação Metodologia Indicador Ácido/Base Limitações Meios Alternativos para a Medição dos Processo de Carbonatação Modelação do Fenómeno da Carbonatação Carbonatação em Condições Naturais v

8 4.2. Carbonatação em Condições Aceleradas Câmara de Carbonatação Modelação da Carbonatação Acelerada Protecção do Betão Contra a Carbonatação Protecção na Camada de Recobrimento do Betão Protecção Superficial do Betão Revestimento Superficial com Argamassas Impregnação Superficial Tintas Classificação das Tintas na Construção Factores de Degradação das Tintas Mecanismo de Degradação das Tintas Degradação das Tintas nas Superfícies de Betão Campanha Experimental Resumo do Trabalho Experimental Betão de Referência para o Ensaio Tintas de Protecção Preparação dos Provetes Locais Seleccionados para os Ensaios Ambiente Natural Câmara de Carbonatação Calendarização das Medições Medição das Amostras Análise dos Resultados e Discussão Provetes de Referência Provetes com as Tintas Seleccionadas Provetes na Avenida Almirante Reis (AAR) Provetes na Cobertura do Pavilhão de Civil do IST (COB) Provetes na Garagem do Pavilhão de Civil do IST (GAR) Provetes na Câmara Húmida (CH) Vida Útil Estimada para Cada Tinta vi

9 7.3. Análise Global dos Provetes com Tintas Conclusão Bibliografia Anexo vii

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11 Índice de Figuras Figura 1 - Representação esquemática da célula de corrosão electroquímica... 8 Figura 2 - Representação esquemática das patologias geralmente observadas devido à corrosão das armaduras numa viga de betão armado Figura 3 - Protecção conferida às armaduras pela película passivante Figura 4 - Diagrama de Pourbaix de equilíbrio termodinâmico. Relação entre potencial e ph para o sistema Fe-H 2 O a 25 ºC Figura 5 - Tipos de corrosão e factores para o seu desenvolvimento Figura 6 - Resumo dos efeitos causados pela corrosão Figura 7 - Valor crítico da concentração de iões cloretos Figura 8 - Mecanismo de transporte de CO 2 para o interior do betão Figura 9 - Valor de ph ao longo da profundidade da peça de betão Figura 10 - Consequências da corrosão das armaduras no betão induzida por carbonatação. 22 Figura 11 - Relação entre a humidade relativa e o grau de carbonatação Figura 12 - Profundidade de carbonatação para elementos com diferentes H.R Figura 13 - Relação entre profundidade de carbonatação e relação água/cimento Figura 14 - Relação entre a profundidade de carbonatação e a dosagem de cimento Figura 15 - Resistência à compressão do cubo de betão em comparação com a taxa de carbonatação Figura 16 - Contribuição do tempo de cura para a velocidade de carbonatação no betão Figura 17 Coloração que a amostra apresenta após a pulverização de fenolftaleína como indicador ácido/base Figura 18 - Coloração apresentada pela fenolftaleína em função do valor de ph Figura 19 - Valores de ph para a carbonatação, corrosão e para o indicador fenolftaleína Figura 20 - Representação gráfica da profundidade de carbonatação em função do tempo ix

12 Figura 21 - Representação gráfica para a determinação da profundidade de carbonatação Figura 22 - Câmara de Carbonatação, botija de CO 2, manómetro e regulador de fluxo Figura 23 - Esquema simplificado sobre o funcionamento câmara de carbonatação Figura 24 - Relação entre ensaio natural com um ano de exposição e ensaio acelerado para um período de quatro semanas Figura 25 - Esquema representativo dos constituintes da tinta Figura 26 - Comparação dos resultados de diferentes tintas quanto à permeabilidade ao CO Figura 27 - Dimensão do provete e regiões de aplicação das tintas Figura 28 - Local da colocação de provetes na Cobertura do pavilhão de CIVIL no IST Figura 29 Local de exposição ambiental com forte incidência de agentes poluentes, Avenida Almirante Reis, em Lisboa Figura 30 - Provetes colocados na Câmara Húmida do laboratório de construção do pavilhão de Civil do IST Figura 31 - Garagem do pavilhão de Civil do IST, local escolhido como ambiente com grande exposição ao CO Figura 32 - Esquema da calendarização dos ensaios Figura 33 - Planos de cortes num único provete para se medir a frente de carbonatação Figura 34 - Profundidade de carbonatação obtidas para os provetes de referência nos ambientes agressivos seleccionados com as respectivas curvas de ajustamento Figura 35 - Coeficientes de carbonatação natural obtidos para os diferentes períodos de exposição nos provetes de referência Figura 36 - Coeficientes de carbonatação acelerada para a AAR Figura 37 - Estimativa do coeficiente de carbonatação natural ao longo do tempo na AAR Figura 38 - Estimativa da profundidade de carbonatação para o caso da AAR Figura 39 - Coeficientes de carbonatação acelerada para a COB Figura 40 - Estimativa do coeficiente de carbonatação natural ao longo do tempo na COB x

13 Figura 41 - Estimativa da profundidade de carbonatação para o caso da COB Figura 42 - Coeficientes de carbonatação acelerada para a GAR Figura 43 - Estimativa do coeficiente de carbonatação natural ao longo do tempo na GAR Figura 44 - Estimativa da profundidade de carbonatação para o caso da GAR Figura 45 - Coeficientes de carbonatação acelerada para CH Figura 46 - Aspecto visual das películas de tinta após degradação na CH xi

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15 Índice de Quadros Quadro 1 - Constituintes do clínquer e respectivos teores percentuais Quadro 2 - Valores dos parâmetros para aplicação da expressão desenvolvida de Hakkinen [1993] Quadro 3 - Valores de K a /K n determinados experimentalmente Quadro 4 - Características dos agregados finos e grossos Quadro 5 - Quantidade de material utilizado para a produção do betão de referência Quadro 6 - Determinação da massa volúmica dos provetes Quadro 7 - Resistência dos provetes à compressão Quadro 8 - Resultados do ensaio de absorção de água por imersão Quadro 9 - Características do betão de referência Quadro 10 - Marcas e modelos de tintas seleccionadas para os ensaios à carbonatação Quadro 11 - Locais de ensaios e respectivas abreviaturas Quadro 12 - Condições de exposição no interior da câmara de carbonatação Quadro 13 - Alguns exemplos de designações para as tintas Quadro 14 - Profundidade de carbonatação dos provetes de referência expressa em mm Quadro 15 - Coeficientes de carbonatação obtidos e comparação com resultados de outros autores Quadro 16 - Coeficiente de carbonatação acelerada após 90 dias de exposição artificial obtido para os provetes expostos na AAR para os diversos períodos de exposição à degradação natural Quadro 17 - Previsão da vida útil, do coeficiente de carbonatação e dos parâmetros de ajustamento dos provetes colocada na AAR Quadro 18 Estimativa dos coeficientes de carbonatação natural para os provetes com tinta colocados na AAR Quadro 19 - Parâmetros de ajustamento dos modelos de degradação de coeficiente de carbonatação natural na AAR xiii

16 Quadro 20 - Estimativa de profundidade de carbonatação no final de 100 anos de exploração no caso AAR Quadro 21 - Coeficiente de carbonatação acelerada obtido para os provetes expostos na COB para os diversos períodos de exposição à degradação natural Quadro 22 - Previsão da vida útil, do coeficiente de carbonatação e dos parâmetros de ajustamento dos provetes colocada na COB Quadro 23 - Coeficientes de carbonatação natural equivalente para os provetes com tinta na COB Quadro 24 - Parâmetros de ajustamento dos modelos de degradação de coeficiente de carbonatação natural na COB Quadro 25 - Estimativa de profundidade de carbonatação no final de 100 anos de exploração no caso da COB Quadro 26 - Coeficiente de carbonatação acelerada obtido para os provetes expostos na GAR para os diversos períodos de exposição à degradação natural Quadro 27 - Previsão da vida útil, do coeficiente de carbonatação e dos parâmetros de ajustamento dos provetes colocada na GAR Quadro 28 - Coeficientes de carbonatação natural equivalente para os provetes com tinta na GAR Quadro 29 - Parâmetros de ajustamento dos modelos de degradação de coeficiente de carbonatação natural na GAR Quadro 30 - Estimativa de profundidade de carbonatação no final de 100 anos de exploração no caso GAR Quadro 31 - Coeficiente de carbonatação acelerada obtido para os provetes expostos na CH para os diversos períodos de exposição natural Quadro 32 - Parâmetros de ajustamento dos modelos de degradação de coeficiente de carbonatação acelerada na CH Quadro 33 - Vida útil estimada para cada tinta em cada ambiente agressivo Quadro 34 - Custo das tintas por unidade de área e por demão Quadro 35 - Valores de Apreciação Final de cada tinta para cada ambiente de exposição xiv

17 Lista de Abreviaturas AAR Avenida Almirante Reis A/C Relação Água-Cimento Apreciação Final Silicato Bicálcico Aluminato Tricálcico Silicato Tricálcico Ferro-Aluminato Tretracálcico Carbonato de Cálcio Óxido de Cálcio Hidróxido de Cálcio CH Câmara Húmida Iões Cloreto Dióxido de Carbono COB Cobertura Pavilhão Civil e Arquitectura EN EURONAVY Óxido de Ferro (III) Óxido de Ferro Hidratado (vulgarmente conhecido como ferruguem) GAR Garagem Pavilhão Civil e Arquitectura Água HR Humidade Relativa IST Instituto Superior Técnico Coeficiente de Carbonatação Acelerada Coeficiente de Carbonatação Natural MP MAPEI Óxidos de Nitrogénio Iões Hidróxido PV Ponto de Viragem PVC Policloreto de Vinilo R 2 RB Coeficiente de Determinação ROBBIALAC S/ Tinta Sem Tinta SK SIKA Dióxido de Enxofre SQR Soma do Quadrado do Resíduo Período de Exposição UV Radiação Ultravioleta xv

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19 1. Introdução 1.1. Considerações Gerais A vida útil das construções é um dos pontos mais importantes a ter em consideração para se definir a viabilidade económica de um empreendimento, podendo o Dono de Obra pôr em causa todo o projecto na eventualidade de este indicador não ser razoável. O Eurocódigo 0 1 define a vida útil de uma estrutura como o Período durante o qual se pretende que uma estrutura ou parte da mesma seja utilizada para funções a que se destina, com a manutenção prevista mas sem a necessidade de grandes reparações [NP EN 1990:2009]. A vida útil da construção pode ser uma exigência do Dono de Obra. Para as estruturas correntes, com vida útil da ordem dos 50 a 60 anos, as Normas Europeias definem características ambientes para cada mecanismo de degradação, mas quando se pretende para a estrutura vidas úteis maiores ( anos), não há regulamentos aplicáveis. Aqui o estudo da vida útil da estrutura tem de ser realizado com base na deterioração dos materiais, nas condições ambientais e nas condições limite definidas, usando modelos matemáticos para a deterioração [Branco, 2006]. Assim sendo, a vida útil da construção pode ser controlada através da durabilidade dos materiais e esta influenciada pela degradação do próprio material. Os mecanismos de degradação dos materiais de construção afectam naturalmente a sua durabilidade. Estes mecanismos podem ser de diversos tipos: físicos, biológicos e químicos, onde será sobre este último que este trabalho experimental irá incidir, em particular sobre o fenómeno de corrosão por carbonatação do betão armado. Em elementos novos de betão armado, a armadura encontra-se devidamente protegida dos fenómenos de corrosão, por estas se encontrarem num meio onde o valor de ph é de aproximadamente 12 [Hobbs, 1998], ou seja, nestas condições forma-se uma camada de óxidos designada por camada passivante que protege os varões de aço da degradação química. Com o passar do tempo, surgem naturalmente reacções de carbonatação, como resultado o ph no interior do betão diminui para valores inferiores a 9 [CEB, 1989] e consequentemente dá-se a despassivação das armaduras. Neste cenário e com a presença de oxigénio e humidade passam a estar reunidas as condições necessárias e suficientes para que ocorra a corrosão do aço. 1 Norma Portuguesa NP EN 1990:2009- Eurocódigo 0 Bases para o projecto de estruturas 1

20 Para que o betão armado garanta, à priori, a vida útil a que foi projectado, este tem que cumprir características mínimas e máximas. Estas características são regidas pela Especificação LNEC E464:2005 2, onde define os parâmetros do betão, (e.g. o recobrimento mínimo, a relação máxima de a/c, dosagem mínima de cimento e classe mínima de resistência). Para além destas características que o betão tem que garantir, há formas adicionais de prevenção para que o betão não apresente uma carbonatação excessiva, sendo a pintura das superfícies de betão uma dessas soluções. Há várias tintas disponíveis no mercado com diversos fins. Para este trabalho procurou-se utilizar tintas concebidas especificamente para proteger o betão face à carbonatação. Estas tintas são essencialmente tintas elásticas protectoras para betão à base de resinas acrílicas em dispersão aquosa ou solvente. As tintas quando são relativamente novas têm um comportamento protector muito eficaz, e o fim a que se destina pode ser assegurado, mas ao longo do tempo ocorre a sua degradação gradual que compromete a protecção do betão. Geralmente as tintas têm uma vida útil na ordem dos 2 a 10 anos, e este período depende essencialmente da qualidade da tinta, do local onde é aplicado e da manutenção realizada, sendo que em situações cuja manutenção seja boa, estas podem atingir uma vida útil na ordem dos 12 anos, de acordo com Brito [2004]. Apesar de se poder atingir uma vida útil desta ordem de grandeza, a durabilidade das tintas não deixa de representar um valor bastante inferior em relação ao substracto onde esta é aplicada. A reduzida durabilidade que as tintas têm deve-se sobretudo ao facto de serem materiais que se degradam facilmente com a radiação Ultravioleta (UV). Tendo em conta a susceptibilidade de deterioração das tintas e consequente perda da sua função, surgiram várias questões, tais como: qual a eficácia da protecção à carbonatação que a tinta confere ao betão armado; as tintas conferem protecção ao betão à carbonatação apenas quando estas são relativamente novas ou também durante a sua vida útil; qual o grau de protecção à medida que a tinta se degrada, e por último, será que as tintas garantem uma boa protecção do betão durante a sua fase de exploração. Com isto, o presente trabalho teve como principal objectivo procurar averiguar, dentro de um conjunto pré-seleccionado de tintas, os respectivos comportamentos e as eficácias de protecção, de modo a determinar as melhores películas protectoras quanto à protecção do betão face à carbonatação. 2 Especificação LNEC E464:2005- Metodologia prescritiva para uma vida útil de projecto de 50 e de 100 anos face às acções ambientais. 2

21 1.2. Estrutura do Trabalho Este trabalho encontra-se dividido em 8 capítulos, o presente texto está incluído no primeiro capítulo. Assim sendo, o trabalho está organizado do seguinte modo: Capítulo 1 - Introdução: neste capítulo é descrito o tema da dissertação, qual a problemática que é colocada em causa e o que levou à elaboração deste trabalho, incluindo também a estrutura do trabalho com uma descrição resumida de cada capítulo; Capítulo 2 Deterioração do Betão: aqui é abordado o material betão armado, a sua durabilidade e os mecanismos de degradação, em particular a corrosão das armaduras; Capítulo 3 Despassivação da Película Protectora no Betão Armado: neste capítulo descrevem-se os processos físico-químicos que ocorrem na corrosão das armaduras do betão armado e em particular devido à carbonatação. Também se faz referência ao modo como são feitos os ensaios para determinar se o elemento de betão armado se encontra carbonatado e qual a sua extensão; Capítulo 4 Modelação do Fenómeno da Carbonatação: o fenómeno da carbonatação tem modelos que permite estimar a progressão da carbonatação no betão. Neste capítulo são descritos os modelos de previsão, as suas limitações e a sua aplicabilidade nos ensaios de carbonatação acelerada; Capítulo 5 Protecção do Betão Contra a Carbonatação: este capítulo é reservado para descrever os sistemas de protecção do betão, em particular os revestimentos por pintura. É referida as características das tintas, a sua classificação e o mecanismo de degradação de modo a justificar a sua reduzida vida útil; Capítulo 6 Campanha Experimental: a campanha de ensaios realizados neste trabalho é descrita neste capítulo, onde se refere a metodologia experimental utilizada para determinar o comportamento das tintas na protecção do betão face à carbonatação e a calendarização da recolha das leituras; Capítulo 7 Análise dos Resultados e Discussão: os resultados são aqui expostos e analisados com base na modelação do fenómeno da carbonatação, são avaliados quanto à eficácia de cada tinta na protecção, onde se comparam as tintas que tiveram o melhor desempenho e, além disso, é feita uma comparação entre os resultados obtidos com aqueles que seriam expectáveis; 3

22 Capítulo 8 Conclusão: neste ponto são referidas as principais ilações com a campanha de ensaios realizada neste trabalho. Além disso, é referida algumas sugestões sobre como se poderia dar continuidade a este estudo. 4

23 2. Deterioração do Betão 2.1. Betão Armado No universo da construção o betão armado tem sido um material estrutural com enorme utilização. Apesar dos primeiros estudos sobre o betão simples surgirem ainda na primeira metade do século XIX, o betão e, em particular, o betão armado apenas teve uma grande utilização e expansão no início do século XX. Com o grande desenvolvimento e compreensão do material surgiram naturalmente numerosas patentes sobre os métodos de cálculo e as disposições das armaduras de diversos elementos estruturais [Appleton, 2005]. A disponibilidade de matéria-prima, em especial em Portugal, o facto de ser um material de fabrico muito simples, fácil e rápido, permitindo moldar com várias formas e dimensões e sobretudo as boas resistências à compressão garantida pelo betão em si, são as principais vantagens do betão armado. Mas o que contribuiu para a grande massificação do uso do betão armado na construção foi o facto de este ser um material estrutural bastante económico em comparação com outros materiais estruturais. Apesar de todas estas vantagens, o betão armado tem alguns inconvenientes, como por exemplo o elevado peso próprio e o facto de o betão em si ter uma fraca resistência à tracção, motivo pelo qual necessitar de armaduras no seu interior. Outra desvantagem deve-se à elevada variabilidade do betão em termos de comportamento mecânico. A quantidade de materiais com que é constituído (e.g. o cimento, os agregados, a água entre outros), e devido às propriedades intrínsecas a cada material, houve a necessidade de se adoptar medidas de controlo de qualidade de modo a ter um betão com as características desejadas. Actualmente o grande desafio que se coloca no betão armado deve-se a questões de durabilidade, pois nos dias de hoje a garantia de tempo de vida útil deste material constitui umas das áreas com forte investigação, uma vez que a determinação do comportamento do betão é ainda muito especulativo tendo-se por base modelos que simulam o seu comportamento Durabilidade do Betão A durabilidade é condicionada pelas circunstâncias a que o betão está exposto, ou seja, são as reacções químicas que ocorrem entre o betão e os constituintes do ar ambiente que define a vida útil deste. 5

24 Durante muitos anos tinha-se a noção empírica de que a pedra era o material com o melhor comportamento face à durabilidade. Com o aparecimento do ferro e do aço conseguiu-se obter materiais mais resistentes mas com durabilidade mais baixa. Com a introdução do betão armado julgou-se ter encontrado o material perfeito, pois o betão conferia resistência à compressão e os varões de aço permitiam ter boas resistências à tracção, características que a pedra em si não garantia. Para além disso, pensava-se ter resolvido um dos grandes problemas que afecta durabilidade do aço, a sua corrosão. Com as armaduras embebidas no interior da massa do betão, estas não têm contacto directo com o ar ambiente e não sofrem corrosão, pois o betão de recobrimento confere uma barreira física entre o aço e o ambiente agressivo, dificultando assim, a penetração de substâncias nocivas. Portanto na época deduzia-se que o betão armado, teoricamente, era o material estrutural com um tempo de vida útil ilimitado. Como a utilização do betão armado estava em expansão, considerava-se válido o raciocínio anterior pois havia poucos estudos quanto à sua durabilidade, mas verificou-se que ao longo do tempo, em particular a partir da década de 70 do século XX, as estruturas estavam a deteriorar-se prematuramente, o que colocou em causa toda a lógica de raciocínio feita até então. O facto de a massa de betão ser uma estrutura porosa e permitir a troca de gases e líquidos com o meio exterior faz com que a teoria de vida útil ilimitada do betão armado perca toda a validade. Além da porosidade do betão, o aparecimento de fissuras contribui para que o aço esteja ainda mais exposto ao meio agressivo. Estas duas últimas razões são mais que suficientes para que as armaduras no interior do betão não estejam totalmente protegidas face à corrosão Mecanismos de Degradação O Betão armado é um material com alguma susceptibilidade em se degradar, e portanto, é relevante definir os mecanismos de degradação que causam esta perda de qualidade. A degradação do betão armado pode ocorrer devido à deterioração da própria massa de betão ou da corrosão da armadura [Figueiras et al., 2000]. Ambos os fenómenos estão associados, a degradação do próprio betão expõem as armaduras à corrosão, e com a corrosão destas, agrava-se o descasque do betão de recobrimento e assim, há um efeito em cadeia que acelera a degradação do betão. 6

25 A deterioração do betão armado tem origem em vários tipos: Erros/Deficiências: pode ocorrer em qualquer momento do tempo de vida do empreendimento, pode suceder-se na fase de projecto, como na fase de execução ou então podendo mesmo surgir na fase de exploração e manutenção; Acções Físicas: são acções como cargas aplicadas na estrutura, deformações impostas que danificam as mesmas, abrasão, variação de temperatura, a humidade, o ciclo gelo/degelo ou a poluição; Acções Biológicas: tais como os fungos, algas, raízes das plantas ou ainda os esgotos; Acções Químicas: como por exemplo a carbonatação, os cloretos, a corrosão do aço, ácidos que dissolvam no cimento, sulfatos e álcalis que são reacções expansivas com o cimento e com os agregados, respectivamente; Outro mecanismo: é a corrosão das próprias armaduras que contribuem para a degradação do betão é uma degradação de natureza electroquímica. A degradação do betão devido à corrosão das armaduras está, em geral, associada à penetração de agentes agressivos, como o dióxido de carbono ( ) ou iões cloretos ( ). A maior ou menor facilidade com que estes agentes penetram no betão e atingem as armaduras depende, em grande parte, da estrutura porosa do betão e do seu recobrimento. As propriedades que avaliam o desempenho do material em relação ao transporte de gases ou líquidos, tais como a permeabilidade, a absorção capilar ou a difusão, são assim da maior importância para a sua capacidade de evitar o início e a propagação da corrosão das armaduras [Figueiras et al., 2000] Corrosão das Armaduras do Betão Armado A corrosão pode ter várias definições, para Marcel Pourbaix [1989] entende-se por corrosão a destruição de materiais sob a acção química ou electroquímica do meio circunvizinho. Por esta razão, a corrosão apresenta, por um lado, interesse económico e por outro científico. Helene e Pereira [2003] definem a corrosão de armaduras como sendo um processo electroquímico que provoca a degradação (oxidação) do aço do betão. Os factores que afectam este fenómeno estão associados fundamentalmente às características do betão, do meio ambiente e da disposição das armaduras nos elementos estruturais afectados. 7

26 Segundo Gentil [1996], em alguns casos, pode-se admitir a corrosão metálica como o inverso do processo metalúrgico, no qual o objectivo principal é a extracção do metal com base nos minérios em forma de óxidos ou produtos compostos, enquanto que na corrosão por acção química ou electroquímica do meio ambiente, aliada ou não a esforços mecânicos tende a oxidar o metal. A reacção de oxidação tem como produto a corrosão do metal, em que os átomos do metal perdem electrões e transformam-se em iões positivos. Neste meio existem espécies receptoras de electrões, podendo ser de natureza química ou electroquímica. São de natureza química quando os electrões são transferidos directamente do metal, que perde electrões, para o receptor sem condução eléctrica, também definido como corrosão seca. Na corrosão electroquímica a reacção ocorre no meio aquoso, no qual fica estabelecida uma diferença de potencial eléctrico entre dois metais ou entre diferentes partes do mesmo metal Processo de Corrosão O processo de corrosão é composto por um ânodo onde ocorre a oxidação electroquímica, um cátodo onde ocorre redução electroquímica, um condutor eléctrico e um electrólito por onde circula a corrente iónica. A diferença de potencial eléctrico entre o ânodo e o cátodo contribui para o aparecimento de corrente eléctrica. Na Figura 1 pode-se visualizar a representação esquemática da corrosão das armaduras. Figura 1 - Representação esquemática da célula de corrosão electroquímica. (Adaptado de Costa [1999]). 8

27 Nas zonas anódicas verifica-se as reacções de oxidação do ferro, os átomos de ferro, após a sua oxidação e na forma de iões, deixam o varão de aço e deslocam-se pelo electrólito para poder reagir com outros componentes, o varão fica carregado negativamente, de acordo com a seguinte reacção: ( 2.1) Devido à diferença de potencial, os electrões libertados na zona anódica movimentam-se em direcção à zona catódica, através dos varões de aço que é o condutor eléctrico. Na zona catódica os electrões reagem com o oxigénio e com a humidade, e consequentemente o produto dessa reacção são iões hidróxido (. Estes iões posteriormente migram para a região anódica através do electólito, que neste caso é o betão húmido, e assim está completo o circuito eléctrico para o processo de corrosão das armaduras. (2.2) (2.3) A equação 2.2 é a reacção de redução mais significativa, a velocidade desta é influenciada pela disponibilidade de oxigénio, da humidade, da temperatura e também outros factores com menor relevância, mas a concentração de oxigénio é o que condiciona a velocidade de toda esta cadeia. Na região anódica, onde todo este processo se inicia, também ocorrem reacções importantes, essas reacções produzem óxido de ferro ( ), como se pode ver nas equações 2.4 e 2.5. (hidróxido de ferro) (2.4) (óxido de ferro hidratado) (2.5) O processo de corrosão tem consequências nefastas para o betão e para a resistência do elemento estrutural. No ponto seguinte faz-se referência a esses resultados Consequências da Corrosão das Armaduras O óxido de ferro hidratado é vulgarmente conhecido como ferrugem, facilmente identificável por uma inspecção visual onde permite visualizar manchas castanhas ou avermelhadas. Uma das 9

28 características deste produto é o facto de ter um volume entre seis a sete vezes superior ao átomo que lhe deu origem [Costa, 1999]. Devido à expansão volumétrica causada pela corrosão das armaduras, os danos no betão manifestam-se, geralmente, através de fissuras paralelas à direcção da armadura principal ou dos estribos, podendo nas situações mais gravosas, ocorre o descasque do betão de recobrimento. Na Figura 2 pode-se visualizar o modo como surgem este tipo de anomalias. Figura 2 - Representação esquemática das patologias geralmente observadas devido à corrosão das armaduras numa viga de betão armado. Na viga à esquerda a corrosão das armaduras longitudinais, na viga do centro a corrosão devido aos estribos, na viga da direita o destacamento do recobrimento. (Adaptado de Helene e Pereira [2003]). A ferrugem não tem qualquer contribuição para a resistência dos varões de aço no betão, antes pelo contrário, a resistência dos elementos estruturais diminui substancialmente devido à redução da secção transversão das armaduras. Para além disso, o aumento do seu volume implica um agravamento das tensões internas entre betão-aço e como consequência há o destacamento de partes do betão. Isto faz com que haja uma perda de aderência entre o betão e as armaduras e nestas circunstancias as vantagens referidas no início do capítulo relativamente ao betão armado, perdem a sua validade Causas para a Corrosão das Armaduras A elevada alcalinidade do betão deve-se essencialmente ao cimento, em particular ao clínquer, sendo este o produto final dos fornos rotativos das indústrias cimenteiras. Pode-se visualizar no Quadro 1 os constituintes do clínquer, as respectivas fórmulas químicas e os teores percentuais. 10

29 Quadro 1 - Constituintes do clínquer e respectivos teores percentuais. (Gomes e Pinto [2010]). Constituinte Fórmula Química Teor (%) Abreviatura Silicato Tricálcico 3 CaO.Si 2 40 a 60 C 3 S Silicato Bicálcico 2 CaO.Si 2 20 a 40 C 2 S Aluminato Tricálcico 3 CaO.Al 2 O 3 5 a 15 C 3 A Ferro-Aluminato Tetracálcico 4 CaO.Al 2 O 3.Fe 2 O 3 10 a 15 C 4 AF Durante o processo de hidratação do cimento, os constituintes C 3 S e C 2 S são os que mais contribuem para a resistência mecânica do cimento, além disso, estes também produzem altas quantidades de. É com a produção deste composto que o betão confere a sua elevada alcalinidade com valores de ph na ordem dos 12 a 13. Quando se atinge estes valores de ph, forma-se uma camada oxidada em volta da superfície exterior das armaduras designada por película passivante. Esta película impede a dissolução do aço conferindo-lhe um meio protector mesmo na presença de grandes teores de humidade e de oxigénio. Pode-se ver na Figura 3 um esquema da protecção conferida às armaduras pela película passiva. Figura 3 - Protecção conferida às armaduras pela película passivante. (Adaptado de CEB [1989]). Esta película passiva na superfície da armadura garante a imunidade ao aço para efeito de corrosão e esta protecção está directamente relacionada com os valores de ph que o betão apresenta. 11

30 Marcel Pourbaix 3 efectuou estudos de modo a averiguar em que circunstância se forma a película passivante e se o ferro está susceptível a sofrer corrosão. Este autor considerou dados termodinâmicos e procurou relações entre o potencial eléctrico e o ph das soluções, em sistemas em equilíbrio. Este estudo permitiu ao autor elaborar um diagrama como se pode visualizar na figura seguinte designado como Diagrama de Pourbaix. Figura 4 - Diagrama de Pourbaix de equilíbrio termodinâmico. Relação entre potencial e ph para o sistema Fe-H 2O a 25 ºC. (Adaptado de Pourbaix [1966]). Este diagrama de uma forma simples, explica as condições para que a película passivante se mantenha intacta e em que circunstância há imunidade à corrosão. Como se pode verificar há três zonas a considerar: Zona passivada: que corresponde a um domínio onde mesmo na presença de oxigénio e humidade, a película de óxidos metálicos estáveis protege o aço da corrosão; Zona de corrosão: zona onde as condições são favoráveis para a corrosão do aço; Zona de imunidade: é uma zona onde não é possível haver reacções termodinâmicas, nesta caso a corrosão é nula. A grande vantagem deste diagrama deve-se ao facto de ter à disposição informação sobre se o aço está em condições de se manter intacto ou se está favorável a corroer. Mas em contrapartida, o diagrama fornece uma limitação quanto ao pormenor dessa informação, por exemplo, no caso de haver condições favoráveis para a ocorrência de corrosão é difícil de determinar qual a taxa de propagação, ou seja, se essa corrosão é elevada ou baixa. 3 Marcel Pourbaix graduou-se na Universidade Livre de Bruxelas em Em 1938 criou os diagramas potencial-ph que o tornaram célebre. Pouco depois da eclosão da II Guerra Mundial, em 1939, apresentou na Universidade Técnica de Delft a tese intitulada de Thermodynamique des solutés dilués. Représentation graphique du rôle du ph et du potentiel, que teve uma grande influência na ciência da corrosão, em 1945 tornou-se agregado do ensino superior em físico-química aplicada na Universidade. Livre de Bruxelas. Em 1968, foi nomeado professor extraordinário e em 1978 professor honorário. [ (consultado a )] 12

31 Condições Necessárias para a Corrosão das Armaduras Para se dar o fenómeno de corrosão é primeiramente necessária a despassivação da armadura, a perda da película protectora não é sinónimo de desencadear imediatamente o processo de corrosão. Pode-se dar o caso de mesmo com a extinção da camada protectora, os varões de aço continuarem intactos ao longo do tempo, sem qualquer indício de degradação. A corrosão só se desencadeia na presença de oxigénio e de humidade, só assim é possível o processo electrolítico ter início. É por este motivo que a corrosão não ocorre em betões secos, por impedimento do processo electrolítico, nem em betão permanentemente saturado de água, por falta de oxigénio. As condições óptimas para que a corrosão ocorra são em situações de alternância de secagem e molhagem, muito comum em infra-estruturas da zona costeira. A corrosão é um processo que se verifica com maior frequência em betões de qualidade inferior, por exemplo, em betões com altas relações de água cimento (a/c). Neste caso o betão apresenta elevada porosidade e permite ao oxigénio do ambiente uma maior facilidade nas trocas por difusão Tipos de Corrosão Há um grande interesse em se definir os tipos de corrosão uma vez que fornece informação quanto à causa mais provável que fez desencadear todo este processo. De um modo geral estes tipos de corrosão podem estar interligados dificultando a identificação da causa principal. Os tipos de corrosão podem ser generalizadas, localizadas, sob tensão ou por fragilização por hidrogénio. De seguida são mencionados esses tipos. Corrosão Generalizada: Este tipo de corrosão verifica-se em toda a superfície da armadura e deve-se à perda da película passivante em grande parte da extensão da armadura. Em geral, é devido à carbonatação, ou a uma penetração intensa de cloretos ou então por lixiviação dos álcalis por água em movimento. Este tipo de corrosão frequentemente dá origem à fendilhação e descasque do betão e uma ligeira perda da secção transversal da armadura. 13

32 Corrosão Localizada: A corrosão localizada das armaduras do betão verifica-se numa zona do betão muito específica e bem definida, estando associada à perda local da película passivante e isto deve-se em geral à penetração de cloretos, ou devido à mistura de constituintes contaminados na produção do betão. Isto faz com que haja uma redução muito considerável da secção transversal da armadura podendo ocorrer a rotura deste. Corrosão sob tensão: A corrosão sob tensão está geralmente relacionada com betões pré-esforçados. Tal como nos casos anteriores esta corrosão só é possível com a perda da película passivante. O aço durante o processo de fabrico pode originar pequenos defeitos, nessas zonas a distribuição das tensões é não uniforme. Como há locais com maior tensão também há maior susceptibilidade para a migração dos electrões permitindo o aparecimento de microfissuras e a consequente destruição da película passiva. Nestas condições dá-se o início ao processo anódico agravando as fissuras e a corrosão. Corrosão por fragilização por hidrogénio. Nos betões pré-esforçados as elevadas tensões a que os aços estão submetidos propiciam a corrosão sob tensão, referido anteriormente, e a ocorrência de corrosão por fragilização por hidrogénio. A corrosão por fragilização por hidrogénio é consequência de um processo catódico, onde os iões hidrogénio combinam com os electrões livres formando o hidrogénio molecular (H 2 ), como se pode ver na equação seguinte: (2.6) Esta reacção provoca elevadas tensões internas no aço, o que leva à sua fissuração e consequente corrosão provocando, então, uma rotura frágil da armadura. Na Figura 5 encontram-se esquematizados os vários tipos de corrosão e as causas mais prováveis que as provocam. 14

33 Figura 5 - Tipos de corrosão e factores para o seu desenvolvimento. (Adaptado de Cascudo [1997]) Resumo dos Efeitos da Corrosão Na Figura 6 pode-se ver um resumo dos efeitos que o complexo processo de corrosão das armaduras pode causar e quais as implicações a nível de comportamento estrutural do betão armado. da Resistência à Fadiga Redução da Secção Transversal do Aço Diminuição: da Ductilidade Efeitos da Corrosão Descasque do Betão de Recobrimento Perda de Aderência Betão- Aço Eventual Aumento da Taxa de Corrosão da Capacidade Resistente Figura 6 - Resumo dos efeitos causados pela corrosão. (Adaptado de CEB [1989]). No capítulo seguinte abordam-se os factores que contribuem para a perda da película passiva que desencadeia todo o processo de corrosão das armaduras. 15

34 16

35 3. Despassivação da Película Protectora no Betão Armado Como já referido, a camada passivante pode simplesmente desaparecer ao longo do tempo devido essencialmente a três motivos: à acção dos iões cloro, à carbonatação e à lixiviação dos alcalis por água em movimento, sendo que este último é menos frequente e ocorre, sobretudo, em betões de baixa qualidade e em pontos fracos da estrutura de betão. Neste capítulo explicar-se-á os factores que contribuem para a perda da película passiva e os respectivos processos Corrosão por Ataque dos Iões Cloreto A corrosão causada por iões cloreto geralmente é a mais nefasta, pois esta leva à rotura frágil do aço num espaço de tempo reduzido em comparação com outros tipos de corrosão. Este tipo de anomalias pode ocorrer por diversas razões, é muito comum em zonas marítimas ou faixas costeiras motivado pela proximidade com o mar, pode-se verificar em ambientes onde o uso de sal seja grande, como por exemplo, mercados ou nas estradas devido aos sais de degelo. É também possível observar em obras onde se tenha utilizado areias contaminadas na produção do betão, ou então devido a uso de adjuvantes que contenham excessivo cloro na sua composição. O transporte dos iões cloreto no betão dá-se fundamentalmente através dos poros da pasta ou por meio de fissuras. Segundo Salta [2000] a penetração dos cloretos é em geral o resultado do mecanismo de transporte nos poros do betão e da interacção físico-química destes iões com a matriz cimentícia. Porém, pode estar associado a diferentes processos de transporte sendo os mais frequentes os que incluem: a difusão iónica devida a gradientes de concentração, migração iónica devido a diferenças no potencial electrostático, o transporte de água por absorção capilar e o transporte de água sob pressão hidrostática. Esta autora refere ainda que, em estruturas permanentemente imersas em que o betão está saturado e não ocorrem variações de humidade no betão nem o betão está carbonatado, a penetração dos iões cloreto dá-se fundamentalmente por um mecanismo de difusão. Em estruturas não permanentemente imersas a modelação dos iões cloretos do betão é mais complexa uma vez que podem ocorrer mecanismos de transporte combinado, nomeadamente de difusão e absorção capital. 17

36 Salta [2000] reforça ainda que nas situações alternadas de molhagem e secagem o transporte predominante é a absorção capitar, no processo de molhagem a penetração de cloretos dá-se por absorção capilar e na secagem a água evapora-se dos poros deixando os cloretos depositados na superfície interna dos poros os quais, por difusão, poderão progredir no interior do betão, assim ciclos repetidos poderão conduzir a concentrações de cloretos no interior do betão muito superiores às existentes no ambiente externo. O estado do betão tem influência no mecanismo de penetração dos iões cloro, se o betão for de uma qualidade baixa e muito poroso a penetração será mais provável por absorção. Caso o betão seja compacto sem fissuras a penetração mais provável é por difusão. O processo de corrosão do aço através da penetração por cloretos ainda não esta totalmente compreendido mas, há evidencias que ao se atingir um valor crítico da concentração de cloro o ph do betão baixa para valores inferiores a 9. Este valor crítico é difícil de quantificar uma vez que envolve vários parâmetros, tais como a relação a/c, o tipo de cimento, a dosagem deste, a humidade relativa (HR), a sensibilidade das armaduras fase à corrosão, o estado da passivação, ou seja, se o betão está ou não carbonatado, entre outros. Na Figura 7 pode-se visualizar o diagrama que relaciona a concentração de iões cloro, a humidade relativa do ambiente, e o estado de carbonatação do betão. Figura 7 - Valor crítico da concentração de iões cloretos. (Adaptado de CEB [1989]). Devido ao elevado número de variáveis e as relações de dependência entre elas, é difícil atribuir um valor exacto da concentração de iões cloro a partir da qual desencadeia a corrosão, 18

37 mas este diagrama permite ter uma ordem de grandeza desse valor crítico para o qual há uma despassivação da película protectora. Ainda assim, mesmo num meio altamente alcalino, a presença dos cloretos a partir de um certo valor pode propiciar a destruição da camada passivante e dar origem à corrosão. Após a despassivação das armaduras e para que ocorra o fenómeno de corrosão têm que estar reunidas as condições favoráveis para tal, nomeadamente a presença de oxigénio e de humidade, como foi referido no subcapítulo Quando reunidas estas condições as patologias que geralmente surgem são manchas castanhas de óxido de ferro à superfície do betão. De forma a controlar esta problemática, os documentos normativos definem várias classes de exposição ambiental e em função dessas classes são atribuídos limites às características do betão. Em Portugal o documento normativo é a Especificação LNEC E464:2005 Betões, Metodologia prescritiva para a vida útil de 50 a 100 anos face às acções ambientais. Este documento faz a distinção quanto à sua origem, se são não provenientes da água do mar, neste caso corresponde à classe XD1 até XD3, e se são provenientes da água do mar que correspondem à classe XS1 até XS Corrosão por Carbonatação Além da corrosão do aço por ataque de iões cloreto, a carbonatação é outra forma de despassivação e destruição da camada protectora. Ambos os fenómenos têm um aspecto em comum, influenciam directamente o valor do ph do betão. A corrosão das armaduras devido a fenómenos de carbonatação é melhor compreendida comparativamente com a corrosão induzida por cloretos, mas isso não impede que este processo de corrosão deixe de ser investigado. De acordo com Bertolini, Pedeferri e Polder [2004] a carbonatação é o fenómeno que se dá em ambientes húmidos e na presença de CO 2 no ar, assim forma-se uma solução aquosa ácida que reage com a pasta de cimento hidratada que tende em neutralizar a alcalinidade do betão. O processo de corrosão tem uma reacção fundamental que ocorre com o hidróxido de cálcio, mas as reacções secundárias que ocorrem são bastante complexas e difíceis de quantificar o seu impacto. Segundo Coutinho [1973] o CO 2 atmosférico tem tendência em reagir com as bases do cimento hidratado do qual resultam compostos com valores de ph mais baixos. Este mesmo autor refere que a acção do CO 2 sobre os constituintes do cimento hidratado é muito complexa e pouco conhecido e não se limita a uma simples reacção de hidróxido de cálcio em combinação com o dióxido de carbono. 19

38 Processo de Corrosão por Carbonatação A carbonatação é um fenómeno lento e atenua-se ao longo do tempo, mas pode ter consequências graves para o betão. Este fenómeno pode-se resumir como a combinação de hidróxido de cálcio e dióxido de carbono, a bem conhecida reacção de carbonatação do betão, como se pode ver na equação seguinte: (3.1) Como se pode verificar através da reacção anterior, a carbonatação do betão é a reacção entre o Ca(OH) 2 da pasta de cimento hidratado, o principal componente que contribui para a elevada alcalinidade do betão, com o CO 2 atmosférico originando carbonato de cálcio e água. Estes produtos da reacção diminuem a alcalinidade do betão arrastando o ph para valores abaixo de 9. Se se analisar o Diagrama de Pourbaix da Figura 4 e tendo em consideração os valores da faixa usual de potencial de corrosão do ferro no betão, verifica-se que para valores de ph próximos de 9 corresponde a uma zona de transição entre a passivação e a corrosão do ferro, ou seja, é a fronteira que separa a existência de uma camada protectora de óxidos e o desaparecimento da mesma. Uma vez que é por difusão a principal forma de penetração do CO 2 para interior do betão, a porosidade do próprio betão e o teor de CO 2 presente no ambiente influenciam naturalmente a velocidade de carbonatação. Portanto quanto maior for a porosidade e a concentração de CO 2 mais facilmente ocorrem as reacções com o meio ambiente. Na Figura 8 apresenta-se o processo de carbonatação e o mecanismo de penetração de CO 2 através dos poros. Figura 8 - Mecanismo de transporte de CO 2 para o interior do betão. (Adaptado de CEB [1989]). 20

39 A Figura 9 esquematiza a relação do processo de carbonatação com os valores de ph no interior do betão. Nesta figura visualiza-se o processo de carbonatação associado a três regiões distintas, uma região carbonatada onde o Ca(OH) 2 deu origem ao CaCO 3, uma região não carbonatada onde o CO 2 ainda não penetrou, e uma região de transição onde decorre as reacções de carbonatação. Figura 9 - Valor de ph ao longo da profundidade da peça de betão. (Adaptado de Costa [1999]). A frente de carbonatação é definida como a penetração já ocorrida no betão por fenómenos de carbonatação e é importante comparar com o recobrimento do betão. A frente de carbonatação deve ser inferior ao recobrimento ao longo da vida útil do betão, caso contrário significa que o CO 2 conseguiu penetrar até as armaduras, baixar o valor de ph e destruir a película passiva de óxidos, portanto, o aço passa a estar susceptível à corrosão. Na figura seguinte pode-se visualizar de forma esquemática o processo de corrosão, onde se verifica a frente de carbonatação a progredir até ao momento em que esta atinge as armaduras e a partir desse momento pode-se ocorrer o destacamento do betão de recobrimento devido à corrosão da armadura. 21

40 Figura 10 - Consequências da corrosão das armaduras no betão induzida por carbonatação. (Adaptado de Masy [1996]). Para além da típica reacção de carbonatação que envolve o Ca(OH) 2 há outras reacções com os constituintes do cimento hidratado que também ocorrem e têm alguma influência no comportamento do betão. No início deste subcapítulo foi feita referência ao autor Coutinho [1973] que relata o facto de as acções do CO 2 serem muito complexas e ainda pouco conhecidas. O dióxido de carbono para além de reagir com o hidróxido de cálcio, também combina, mas em menor escala, com hidróxido de sódio e com o hidróxido de potássio existentes em pequenas quantidades na pasta de cimento, estas reacções químicas reduzem a concentração de Ca(OH) 2 e, portanto, influenciam directamente o valor de ph. Essas reacções podem-se observar nas equações 3.2 e 3.3. (3.2) (3.3) 22

41 Para além das reacções referidas anteriormente, Fernandez Paris [1973] considera que a carbonatação dependerá da capacidade de reacção dos compostos hidratados nas primeiras idades e também dos anidros. Para este autor as principais reacções durante a carbonatação são: (3.4) (3.5) (3.6) (3.7) (3.8) De acordo com Peter et al. [2008], há outras reacções para além da clássica reacção de carbonatação do betão que envolve outros constituintes, este mesmo autor refere que são reacções secundárias e que não têm influência directa na alcalinidade do betão. Estas reacções podem ser visualizadas nas equações 3.4 a 3.6. (3.9) (3.10) (3.11) A carbonatação para além de ter interferência directa com a corrosão tem outras influências, segundo Costa [1999] uma excessiva carbonatação do betão pode provocar a sua deterioração, os silicatos e aluminatos constituintes do betão podem inclusive sofrer carbonatação como consequência a perda da capacidade ligante da pasta de cimento. Este autor relata ainda que em zonas marítimas a carbonatação tem um papel importante devido à corrosão induzida pelos cloretos, onde restringe a fixação destes pela pasta de cimento, agrava o teor de cloretos livres na solução porosa. Com isto, acelera a penetração dos cloretos no interior do betão e diminui o valor do teor crítico de cloretos a partir da qual se inicia a corrosão. De modo semelhante à corrosão devida à penetração por cloretos, existe documentos normativos que regulam a corrosão das armaduras por carbonatação. Com a mesma metodologia apresentada para o caso dos cloretos, onde inicialmente é definida a classe de exposição ambiental a que está sujeita a estrutura de betão e em função dessa classe são atribuídas características limites ao betão. 23

42 Em Portugal o documento normativo é a Especificação LNEC E Betões, Metodologia prescritiva para a vida útil de 50 a 100 anos face às acções ambientais. Para a carbonatação, este documento divide a exposição ambiental em quatro classes, que são as classes XC1, XC2, XC3 e XC4, sendo que corresponde respectivamente a ambientes secos ou permanentemente secos (caso menos desfavorável), húmidos ou raramente secos, moderadamente húmidos e ambientes ciclicamente húmidos e secos (caso mais desfavorável) Factores que Determinam a Velocidade de Carbonatação São diversos os factores que contribuem para a maior ou menor velocidade de carbonatação. Estes factores podem ser intrínsecos ao betão ou motivados pelas condições ambientais, sendo geralmente este último o factor que mais colabora para a corrosão. O mecanismo de penetração de CO 2 para o interior do betão é essencialmente por difusão, como tal, um dos principais factores que contribui para todo este processo é o gradiente de concentração. Se não existisse dióxido de carbono a clássica reacção de carbonatação simplesmente não se iniciava e portanto não haveria consumo de Ca(OH) 2. Outro factor importante deve-se à humidade relativa (HR), uma vez que a velocidade de penetração do CO 2 por difusão difere se o meio for gasoso ou líquido, sendo maior no primeiro. Na realidade a velocidade de penetração é uma combinação de factores ambientais e factores relacionados com as propriedades do betão. Há causas que têm uma influência mais evidente, como aquelas que foram referidas, e outras onde a sua contribuição pode ser pouco significativa mas quando associada com outras, tornam-se importantes de as considerar, como por exemplo o tipo de cimento, dosagem de cimento, as condições de cura, a permeabilidade, entre outros. De seguida é referido os factores que determinam a velocidade de carbonatação, onde se separou por factores ambientais e factores intrínsecos ao betão Factores Ambientais Concentração de CO 2 : A concentração de CO 2, como já foi referido, é um dos principais, senão o principal, factor de toda esta problemática. Quanto maior a concentração de dióxido de carbono na atmosfera, maior será a velocidade de penetração deste, isto é provocado pelo gradiente de concentração 24

43 de CO 2 que é definido como a diferença de concentrações entre o ambiente exterior e o interior do betão. O teor de CO 2 do ar ambiente depende do local onde é considerado, nas zonas rurais este valor é baixo, em zonas urbanas ou zonas industriais este teor é muito superior. Os valores encontram-se em geral entre 0,03% e 0,1% em volume, 0,04% em peso, ou seja, cerca de 0,5 mg por litro de ar [Coutinho, 1998]. Segundo Fukushima [1988] os valores para zonas rurais, urbanas e zonas com forte industrialização, são aproximadamente de 0,03%, 0,1% e 0,3, respectivamente. De acordo com Neville [2006] os valores de concentração de CO 2 para as regiões rurais são de 0,03%, para as cidades são de 0,3% podendo chegar a atingir 1%. A concentração de CO 2 disponível na atmosfera define a velocidade de propagação da frente de carbonatação, segundo Uomoto e Takada [1993] um aumento da concentração de CO 2 de 0,07% para 0,1% a velocidade de carbonatação tem um agravamento em 3 vezes. Humidade Relativa Este parâmetro ambiental tem grande influência na velocidade de propagação da carbonatação. Se se analizar as situações extremas de HR (de 0% e de 100%) verifica-se que a carbonatação neste tipo de situações é mínima. No caso de haver HR de 100%, significa que os poros da massa do betão estão completamente saturados e a difusão do CO 2, nestas condições, é muito baixa. Isto deve-se ao facto de a propagação no meio líquido ser muito inferior à propagação no ar. No caso oposto cuja HR é de 0%, o CO 2 progride mais facilmente para o interior do betão, mas a reacção de carbonatação não têm prosseguimento, uma vez que é necessário que o CO 2 e o Ca(OH) 2 estejam dissolvidos para que ocorra a reacção química. Na realidade os betões secos, com 0% de HR não existem, estas condições só são possíveis artificialmente com recurso a estufas. Para as situações intermédias, quando os poros estão parcialmente preenchidos com água, verifica-se uma maior velocidade de propagação da carbonatação. Como se pode ver na Figura 11 para valores de HR na ordem dos 50% a 80% o grau de carbonatação é máximo e para as restantes situações esta decresce até valores mínimos. 25

44 Figura 11 - Relação entre a humidade relativa e o grau de carbonatação. (Adaptado de Bertolini, Pedeferi e Polder [2004]). Na Figura 12 pode-se verificar o comportamento da profundidade de carbonatação para diferentes valores de HR. Considerou-se uma situação desfavorável, criada artificialmente que corresponde às condições mais adversas possíveis em termos de HR e temperatura (clima artificial: HR de 65% e temperatura de 20ºC) e mais duas situações que correspondem a baixa humidade e alta humidade. Figura 12 - Profundidade de carbonatação para elementos com diferentes H.R. (Adaptado de Wierig [1984]). Verificou-se que para o clima artificial os resultados foram os mais desfavoráveis. Nos restantes dois casos observou-se que para Alta HR a profundidade de carbonatação foi igualmente maior, e para a Baixa HR obteve-se um valor relativamente menor. Ambas as situações correspondem, segundo Wierig [1984], a elementos exteriores abrigados da chuva e expostos à chuva, respectivamente. Em qualquer dos dois últimos casos os valores de penetração de CO 2 são sempre inferiores aos que foram obtidos com o clima artificial. 26

45 Temperatura A temperatura tem uma contribuição mais reduzida para a carbonatação em comparação com os dois factores anteriores, este factor está relacionado com a reacção de carbonatação propriamente dita, Uomoto e Takada [1993] descrevem que mantendo as outras variáveis fixas, quanto maior a temperatura mais rapidamente se desenvolve a reacção de carbonatação. Portando, nas regiões onde as temperaturas ambientes são maiores é expectável que a velocidade de carbonatação seja também maior, em comparação com as regiões mais frias e amenas Factores Intrínsecos ao Betão. Relação Água/Cimento Este factor está relacionado com as propriedades do betão, e tem influência directa na sua estrutura porosa, como tal, contribui para os efeitos da carbonatação. Quanto maior a relação a/c, maior a porosidade e permeabilidade do betão, esta porosidade facilita a penetração do CO 2 e consequentemente há um maior desenvolvimento dos processos de carbonatação. Na Figura 13 pode-se verificar como a relação água/cimento tem influência na carbonatação, para altas relações de a/c a penetração de CO 2 além de ter um valor elevado tem, inclusive, uma grande discrepância nos seus resultados. Para valores de a/c mais razoáveis (a/c 0,60) a profundidade de carbonatação é mais baixa e têm uma variação de resultados menor. Figura 13 - Relação entre profundidade de carbonatação e relação água/cimento. (Adaptado de Soretz [1966]). 27

46 Dosagem de Cimento A dosagem de cimento tem relevância na velocidade de penetração por difusão do CO 2, este parâmetro tem influência na compacidade do betão, ou seja, a maior ou menor dosagem de cimento define se o betão será mais ou menos poroso. Há uma relação evidente entre a dosagem de cimento e a profundidade de carbonatação], como se pode constatar na Figura 14. Figura 14 - Relação entre a profundidade de carbonatação e a dosagem de cimento. (Adaptado de Salta [1996]). Classe de Resistência A classe de resistência do betão é um parâmetro relacionado com as propriedades do betão e influente nos resultados relativos à carbonatação. Segundo estudos sobre a taxa de carbonatação e a sua resistência à compressão, Lacasse e Vanier [1999] constataram que há uma relação entre estas duas variáveis e verificaram que à medida que a resistência à compressão aumenta, a taxa de penetração por difusão do CO 2 é menor. Os resultados desse trabalho podem ser visualizados na Figura

47 Figura 15 - Resistência à compressão do cubo de betão em comparação com a taxa de carbonatação. (Adaptado de Lacasse e Vanier [1999]). A resistência à compressão do betão tem outros factores implícitos que influenciam os resultados quanto à carbonatação, nomeadamente a relação água/cimento, a dosagem de cimento, a compacidade, entre outros. Portanto quando se estuda a resistência mecânica do betão face aos processos de carbonatação está-se implicitamente a analisar a combinação desses factores. Compactação do Betão A compactação do betão é um passo importante no seu fabrico, a má compactação dos betões faz com que a sua estrutura seja bastante porosa e a rede de canais que ligam os poros oferece baixa resistência à difusão do CO 2. Este é um procedimento importante e deve-se ter algum cuidado de modo a garantir que o betão esteja bem compactado, com baixa porosidade oferecendo assim uma maior barreira face à penetração do CO 2. Cura do Betão Em relação à cura do betão, quanto maior o seu tempo de cura maior e melhor será a hidratação do cimento, e com isso, menor a porosidade e a permeabilidade do betão. A cura se mal executada pode dificultar algumas reacções de hidratação do cimento e assim deixar o betão mais poroso e mais susceptível à carbonatação. 29

48 Na Figura 16 pode-se ver a influência da cura do betão na profundidade de carbonatação ao longo do tempo, este estudo foi abordado por Thomas e Matthews [1992] onde verificaram que quanto maior o tempo de cura menor é a penetração de CO 2. Figura 16 - Contribuição do tempo de cura para a velocidade de carbonatação no betão. (Adaptado de Thomas e Matthews [1992]). Fissuras As fissuras no betão podem ser originadas por diversas razões: devido à retracção, a carregamentos excessivos, por deslocamentos ou por fenómenos termo-higrométricos. Durante a fase de serviço podem ser causadas pela exposição ao ambiente agressivo, aos ataques por sulfatos ou por reacções álcalis-sílica [Bentur, Diamond e Berke, 1997]. Independentemente da sua origem as fissuras contribuem para o aumento da velocidade da carbonatação por dois grandes motivos: aumentam a superfície de betão exposta ao CO 2 atmosférico e diminuem o recobrimento do betão que é a barreira física entre o aço e o ambiente. Como as fendas podem alterar a velocidade de carbonatação, Neville [2006] aproveitou este conhecimento e sugeriu que se abordasse esta problemática por outra perspectiva, este autor propôs que em determinadas circunstâncias a medida da frente de carbonatação em superfícies fissuradas pode ser usado para demonstrar a idade da fissura, assim pode-se demonstrar se a fissura é antiga ou se apareceu devido algum evento recente, como por exemplo sismos, ou assentamentos. 30

49 Medição da Profundidade de Carbonatação Os ensaios no betão podem ser ensaios destrutivos, semi-destrutivos e não-destrutivos. É sempre preferível o último tipo de ensaios uma vez que não causa danos nos elementos de betão, mas em contrapartida é o ensaio que fornece resultados mais grosseiros e menos fiáveis. O ensaio mais adoptado para a medição da profundidade de carbonatação é o recomendado pela RILEM CPC-18. Este ensaio é bastante simples de ser executado, não necessita de muitos materiais e equipamentos e é considerado um ensaio semi-destrutivo, ou seja, basta uma pequena amostra de betão. O ensaio consiste em pulverizar um indicador ácido/base, a solução alcoólica de fenolftaleína a 0,1%. Este indicador irá reagir com a superfície de betão e nesta reacção a solução poderá ou manter-se incolor ou então alterar a sua coloração para uma cor roxa/lilás. Em Portugal este ensaio é efectuado de acordo com a Especificação LNEC E391:1993 4, onde esta tem por base a recomendação RILEM anteriormente referida Metodologia O procedimento deste método de ensaio é simples e rápido, consiste em recolher do local várias amostras do elemento em estudo, geralmente são carotes extraídas com recurso a uma caroteadora. Estas amostras são levadas para o laboratório onde se tem o cuidado de remover a poeira nelas depositada de modo a não influenciar nos valores dos resultados, de seguida é pulverizada solução alcoólica de fenolftaleína. Os resultados são imediatos, pode haver uma alteração instantânea de tonalidade e a partir daí é possível determinar a extensão do betão carbonatado. Na Figura 17 pode-se visualizar um resultado possível após o ensaio com a pulverização de fenolftaleína. Nela pode-se constatar que há uma zona que ainda não foi carbonatada, designada por zona alcalina. Também está representada duas zonas que estão carbonatadas, e, portanto, caso houvesse armaduras nessa zona estas estariam despassivadas. Além disso, é possível ver a frente de carbonatação que representa transição da zona carbonatada com a zona por carbonatar. 4 Especificação LNEC E391:1993 Determinação da Resistência à Carbonatação 31

50 Figura 17 Coloração que a amostra apresenta após a pulverização de fenolftaleína como indicador ácido/base. Caso não seja possível transportar a amostra para o laboratório, pode-se realizar o ensaio in situ, neste caso é executado um furo na peça que se pretende ensaiar, limpa-se o pó nele depositado e é finalmente pulverizado a solução de fenolftaleína para o seu interior, regista-se se há uma mudança de coloração. Caso se mantenha incolor tenta-se prolongar a profundidade do furo até se encontrar a zona de cor roxa. Este é um método que causa escassos danos às estruturas e no final do ensaio o orifício é preenchido com argamassa de modo a minimizar os seus impactos Indicador Ácido/Base O indicador ácido/base tem por objectivo indicar em que intervalo de valores de ph a superfície de betão pertence. Como supracitado a Especificação LNEC E391:1993 refere a utilização de solução alcoólica de fenolftaleína com concentração de 0,1% como indicador ácido/base. Na Figura 18 pode-se visualizar a coloração que este indicador obtém para diferentes valores de ph. 32

51 Figura 18 - Coloração apresentada pela fenolftaleína em função do valor de ph. Se o resultado do ensaio com recurso à fenolftaleína for uma superfície incolor, significa que o ph da secção testada tem um valor abaixo de aproximadamente 9,5, e como consequência já deve ter ocorrido a despassivação das armaduras Limitações Para Costa [1997] a grande desvantagem desta técnica deve-se em não conseguir diferenciar as zonas que estão em processo de corrosão, portanto as zonas de transição entre a região carbonatada e a região não-carbonatada. Devido a este facto o autor refere que isso compromete os resultados pois conduz a valores optimistas. De facto a frente de carbonatação evidenciada através do ensaio é uma falsa transição, pois imediatamente a seguir a esta linha divisória é provável que o betão também esteja carbonatado. Boomfield [2007] relata que no caso de a frente de carbonatação ter 5 10 mm de espessura, é possível que o aço já se encontre despassivado se este estiver a menos de 5 mm da fronteira indicada pela mudança de cor da fenolftaleína. Na Figura 19 pode-se ver o desfasamento de aproximadamente 6 a 8 mm entre a frente de carbonatação detectada pelo indicador fenolftaleína (ph = 9,5) e a profundidade que está realmente protegida (ph = 11). Observando a figura de cima constata-se que as armaduras do elemento de betão se encontram protegidas, uma vez que a frente de carbonatação não as atingiu. Mas de facto as armaduras já se encontram despassivadas e susceptíveis de sofrer corrosão porque nessa região o valor real de ph é inferior a

52 Figura 19 - Valores de ph para a carbonatação, corrosão e para o indicador fenolftaleína. (Adaptado de Boomfield [2007]). Outra desvantagem com este tipo de técnica deve-se ao facto de qualquer indicador utilizado fornecer somente informação relativa à acidez ou alcalinidade da superfície de betão, levando a que este método tenha uma ligeira limitação na medida em que não garante se a perda do ph é devido a fenómenos de carbonatação ou se por qualquer outro motivo. De acordo com Mukhopadhyay [2011] a despassivação das armaduras ocorre para valores na ordem de ph 11, portanto o teste por fenolftaleína não é totalmente adequado para determinar o início do processo de corrosão por carbonatação. Este mesmo autor refere que este indicador é útil no caso de uma substancial queda no valor de ph, mas nessa fase a corrosão pode já ter danificado a estrutura. No entanto ele reforça que para a maioria dos casos práticos é um método fiável, tendo em conta que é simples de executar e de baixo custo Meios Alternativos para a Medição dos Processo de Carbonatação Existem, porém, outros métodos alternativos para determinar se o betão está carbonatada e qual a sua extensão, alguns mais sofisticados e precisos e consequentemente mais dispendiosos. De seguida são feitas referências a esses ensaios: 34

53 i) Aspersão de um Indicador Ácido/Base: é habitual a fenolftaleína ser o meio de identificação que se utiliza para determinar em que região de valores ph se encontra a superfície de betão a ser testada. Mas para além deste indicador há outros que podem ser igualmente utilizados, tais como a timolftaleína, onde o seu PV é próximo de ph 10 e apresenta coloração azul ou incolor caso esteja na presença de um meio alcalino ou ácido, respectivamente; ii) Análise Termogravimétrica: como o próprio nome indica é uma análise onde se compara a alteração de massa da amostra à medida que se aumenta a temperatura. Com isso permite determinar a perda de massa associada à decomposição do carbonato de cálcio; iii) Difracção de Raio-X: devido à natureza cristalina do CaCO 3 a carbonatação pode ser detectada quando se faz incidir um feixe de Raio-X numa amostra de betão, este ensaio fornece uma análise essencialmente qualitativa da carbonatação; iv) Espectroscopia de Infravermelhos por Transformada de Fourier: com este método incide-se um feixe de radiação infravermelha sobre a amostra e obtêm-se um espectro de infravermelhos onde se procura a profundidade onde ocorre o pico das ligações C-O presente nos cristais de CaCO 3 ; v) Microscópia Óptica ou Electrónica de Varrimento: também esta técnica fornece informação a nível qualitativo sobre a carbonatação, onde permite observar a presença de carbonato de cálcio e de silicatos de cálcio hidratados carbonatados Neves [2012]. Parrott [1995] salienta que outros métodos de medida de profundidade de carbonatação, como a análise termogravimétrica, a análise química, a difracção de Raios-X, a microscopia óptica e a análise da solução do ph dos poros, entre outros, dão resultados superiores e mais precisos em comparação aos indicados pela fenolftaleína. Kazmierczak e Lindenmeyer [1996] encontraram valores de profundidade de carbonatação superiores para análises por microscopia óptica em relação à fenolftaleína. Da mesma forma, os resultados obtidos por Lo e Lee [2002] indicam que a carbonatação de betão analisado com espectroscopia por infravermelhos é cerca de 24% maior que a apresentada pela fenolftaleína [Pauletti, 2009]. 35

54 36

55 4. Modelação do Fenómeno da Carbonatação 4.1. Carbonatação em Condições Naturais A modelação do mecanismo de penetração permite estimar a frente de carbonatação e a velocidade a que ocorrem os processos de carbonatação, permitindo determinar a extensão do betão carbonatado. O mecanismo de penetração de CO 2 envolve vários factores, como a concentração de CO 2, a humidade, a temperatura, a permeabilidade, entre outros, como foi citado no subcapítulo Dado que a difusão do CO 2 é do meio exterior para o interior do betão, a 1º Lei de Fick pode ser aplicada para modelar a profundidade de carbonatação em ordem ao tempo [Costa, 1997]. De acordo com esta lei a quantidade de massa de CO 2 que é difundida através de uma camada de betão é dada pela seguinte expressão: (4.1) Onde: - Massa de CO 2 [ ]; - Coeficiente de difusão do CO 2 no betão [ ]; - Área da secção [ ]; - Concentração de CO 2 no exterior [ ]; - Concentração de CO 2 na frente de carbonatação [ ]; - Tempo [ ]; - Espessura da camada de betão carbonatada [ ]. O CO 2 reage com os compostos alcalinos, sendo que a quantidade de massa de CO 2 necessária para que a frente de carbonatação avance uma distância infinitesimal é de: (4.2) em que [ ] é a quantidade de massa de CO 2 necessária para carbonatar um volume unitário de betão. Introduzindo a equação 4.2 na equação 4.1, obtêm-se: (4.3) Simplificando a equação anterior tem-se: 37

56 (4.4) Integrando a equação anterior, fica-se com; (4.5) E admitindo que, e são constantes, a equação 4.5 simplifica-se da seguinte forma: (4.6) Se se considerar uma constante. A expressão final é: Onde: - Profundidade de carbonatação [ ]; - Tempo de exposição [ ]; - Coeficiente de carbonatação [ ]. (4.7) Na Figura 20 pode-se visualizar a representação gráfica da frente de carbonatação de acordo com a expressão acima deduzida (equação 4.7). Figura 20 - Representação gráfica da profundidade de carbonatação em função do tempo. A expressão 4.7 é a equação que rege os efeitos da carbonatação no betão. Esta expressão representa o valor que é a profundidade de carbonatação, geralmente expressa em, o parâmetro que corresponde ao tempo de exposição do betão ao ambiente agressivo e a variável que é designado por coeficiente de carbonatação e é o elemento da expressão com maior dificuldade em se definir. É neste parâmetro onde se concatenou todas as variáveis que influenciam a velocidade de carbonatação. 38

57 A vantagem desta expressão deve-se apenas à necessidade de determinar o valor do coeficiente de carbonatação para que o modelo de carbonatação esteja totalmente definido. Em contrapartida, averiguar este coeficiente é difícil, sobretudo à enorme quantidade de variáveis que a influenciam. Esta ideia também é seguida por Costa [1997] onde acrescenta que a expressão tem muitas limitações e a sua dedução a partir da 1ª Lei de Fick não se verifica na realidade. Este autor aponta ainda que o coeficiente de difusão do CO 2 no betão, presente na expressão 4.1, tem muitas variáveis e não é constante ao longo do período de exposição. As condições de exposição influenciam o teor de humidade do betão e com a alteração deste teor haverá, com certeza, influência na penetração do CO 2. A estrutura porosa do betão não é constante em profundidade devido à variação de composição do betão motivada pelo efeito de parede e pelas condições de cura, assim sendo, o coeficiente varia com a profundidade. Além disso, a carbonatação altera a estrutura porosa do betão ao longo do tempo, acrescentando mais um factor de variação. Outro parâmetro com alguma oscilação é a quantidade de massa de CO 2 necessária para carbonatar os compostos alcalinos, presente na equação 4.2, o mesmo autor salienta que o grau de hidratação do cimento influência a quantidade de substancias carbonatáveis, o que significa que a cura do betão influência a estrutura porosa. Quanto à frente de carbonatação, esta não está muito bem definida, pois há uma espessura onde ocorrem as reacções de carbonatação, sendo essa espessura a transição entre a região carbonatada e a região alcalina. A expressão 4.7 é a equação mais divulgada relativamente à profundidade de carbonatação do betão, porém existem autores que indicam outras expressões que explicam este mesmo fenómeno. De acordo com Daimon, Akiba e Kondo [1971] a equação 4.7 deve ter uma ligeira alteração. Estes autores sugerem que a expressão se apresente da seguinte forma: (4.8) Segundo estes autores, a expressão por eles divulgada tem como objectivo a contabilização da fase de secagem do betão, uma vez que neste período inicial ( ) a iniciação da carbonatação está blindada devido à saturação dos poros do betão aquando da sua hidratação. Tendo em 39

58 conta os efeitos cinéticos de humidade no interior do betão, este ajustamento pode também ser explicado pelo facto das reacções químicas de carbonatação não ocorrerem instantaneamente dado ser necessário um certo período até que a completa carbonatação da superfície exposta ocorra [Simas, 2007]. Também há modelos empíricos para o fenómeno de carbonatação, Parrott [1995] desenvolveu uma expressão obtida por análise estatística de resultados recolhidos em estruturas, em que relaciona a permeabilidade do betão ao ar com a profundidade de carbonatação. (4.9) Onde: - Profundidade de carbonatação; - Coeficiente de permeabilidade ao ar do betão; - Tempo de exposição; - Parâmetro relacionado com a humidade relativa do betão; - Teor em CaO do betão. Hakkinen [1993] elaborou um modelo empírico mais simples. Este autor apresenta um modelo semelhante ao modelo da expressão 4.7, com a diferença que acrescenta uma expressão para determinar o coeficiente de carbonatação (equação 4.10). (4.10) Onde: - Coeficiente de carbonatação; - Coeficiente relativo ao ambiente; - Coeficiente relativo ao teor de ar no betão; - Resistência à compressão do betão medida em cubos; - Coeficientes relativos ao tipo de ligante. Este mesmo autor apresenta valores a ter em conta para alguns parâmetros de acordo com o tipo de cimento, a exposição à chuva da peça de betão e se neste foi introduzido ar. Estes valores podem ser visualizados no Quadro 2. Quadro 2 - Valores dos parâmetros para aplicação da expressão desenvolvida de Hakkinen [1993]. Parâmetros Valores Designação 1 Estruturas Protegidas da Chuva 0,5 Estruturas Expostas à Acção da Chuva 40

59 Parâmetros Valores Designação 1 Betões Sem Ar Introduzido 0,7 Betões Com Ar Introduzindo , , , ,2 Cimento Portland Cimento Portland + 28% de Cinzas Volantes Cimento Portland + 9% de Micro-Sílica Cimento Portland + 70% de Escórias Um método fiável para estudar o mecanismo de carbonatação do betão é através da observação do comportamento das estruturas existentes e a análise dos resultados obtidos em ensaio experimentais. Meyer [1987] estudou esse comportamento e compilou toda essa informação num gráfico onde se avalia a profundidade de carbonatação em função das condições de exposição ambiental e do tipo de betão, até um período de exposição máximo de 50 anos. O gráfico elaborado por este autor pode ser visualizado na Figura 21. Figura 21 - Representação gráfica para a determinação da profundidade de carbonatação. (Adaptado de Meyer [1987]). 41

60 Esta representação gráfica produzida por Meyer [1987] permite no mínimo obter dois tipos de informação, uma é através da visualização no sentido directo expresso no gráfico, ou seja, a partir da idade do betão determina-se a profundidade de carbonatação. Outro tipo de informação pode-se obter de forma inversa, onde a partir da profundidade de carbonatação se determina a idade mais provável do betão. Apesar da existência de vários modelos para prever o mecanismo de carbonatação, não há ainda um modelo que expresse com precisão o fenómeno de carbonatação na sua totalidade. Geralmente os modelos partem de simplificações, evitando definir-se todos os parâmetros envolvidos neste processo. Os modelos simplificados têm poucos parâmetros, mas são de difícil determinação uma vez que reflecte a interacção de uma enorme quantidade de variáveis. Contudo, há modelos que solicitam mais parâmetros, e portanto a estimação de cada variável é por vezes uma tarefa difícil de fazer. Devido à enorme quantidade de parâmetros envolvidos nos processos de carbonatação, a modelação deste fenómeno, através da equação 4.7, continua a ser a mais utilizada, motivada pela simplicidade da expressão e por ser necessário apenas definir um único parâmetro, o coeficiente de carbonatação. Porém a estimação deste coeficiente apresenta uma grande incerteza e continua a ser o passo mais difícil desta modelação Carbonatação em Condições Aceleradas Os ensaios naturais para avaliar a resistência à carbonatação têm a grande desvantagem de serem ensaios bastante morosos, necessitando de longos períodos de exposição. De modo a atenuar este inconveniente surgiram os ensaios em câmaras de carbonatação acelerada, que consistem em colocar os provetes de betão no seu interior e submetê-los a concentrações elevadas de CO 2, concentrações essas que seriam impossíveis de se obter em condições naturais. Kazmierczac [1995] descreve que em virtude do processo de carbonatação requerer períodos longos, superiores a 5 anos, surge a necessidade de se realizar ensaios com curta duração, realizados com teores elevados de CO 2. Além dessa enorme vantagem, outra mais-valia dos ensaios acelerados deve-se ao controlo das demais variáveis que ocorrem em condições naturais, nomeadamente a temperatura e HR. Este tipo de ensaios permite avaliar mais rapidamente o coeficiente de carbonatação, e posteriormente fazer uma análise da evolução da carbonatação ao longo da vida útil do betão. 42

61 Porém, deve-se ter alguma precaução na extrapolação dos resultados dos ensaios acelerados para as condições naturais. Esta preocupação deve-se ao facto de o CO 2, quando usado em altas concentrações poder distorcer os fenómenos dos ensaios acelerados [Monteiro, 2010] Câmara de Carbonatação Os ensaios de carbonatação acelerada são realizados com o recurso à câmara de carbonatação. Este equipamento permite criar no seu interior um ambiente artificial de elevada concentração de CO 2 e, além disso, controlar os valores da HR e da temperatura que são parâmetros importantes para os processos de carbonatação. A câmara de carbonatação está ligada a botijas de CO 2 e equipadas com um manómetro e um regulador de fluxo de CO 2, de modo a manter uma concentração estável desse gás no seu interior. Na Figura 22 pode-se visualizar a câmara de carbonatação para os ensaios acelerados. No canto direito da imagem pode-se constatar a botija de CO 2 de onde provém o gás para o interior da câmara, o manómetro e o regulador de fluxo encontram-se na parte superior da mesma. Figura 22 - Câmara de Carbonatação, botija de CO 2, manómetro e regulador de fluxo. 43

62 Na Figura 23 pode-se visualizar um esquema simplificado do modo de funcionamento da câmara de carbonatação, onde o manómetro controla a necessidade de introduzir uma maior ou menor quantidade de CO 2 mediante a concentração no interior do equipamento. Há no interior da câmara de carbonatação um ventilador que permite uma distribuição uniforme do gás, evitando que provetes mais próximos da entrada do fluxo de CO 2 tenham uma exposição maior, comparativamente aos restantes provetes existentes na câmara. Figura 23 - Esquema simplificado sobre o funcionamento câmara de carbonatação. (Adaptado de Possan [2004]) Modelação da Carbonatação Acelerada Deve-se ter algum cuidado quando se utiliza a expressão 4.7 para os ensaios de carbonatação acelerada. Essa expressão deve ser sempre avaliada para condições semelhantes de exposição ambiental. Nesta perspectiva a equação é ligeiramente alterada e resulta na seguinte expressão: (4.11) O parâmetro representa a pré-carbonatação no betão, e permite contabilizar a carbonatação já ocorrida no elemento de betão antes de este ser introduzido na câmara de carbonatação. Com isto evita-se a sobreposição das frentes de carbonatação que poderiam distorcer o valor do coeficiente de carbonatação. Deve-se ter alguma prudência quanto ao uso desta fórmula, como se pode visualizar há duas parcelas na equação, uma que se deve à pré-carbonatação, e a segunda parcela às condições de elevada concentração de CO 2 presente no interior da câmara. Só faz sentido a 44

63 soma de ambas as parcelas se estas se encontrarem expostas a condições ambientais semelhantes. Naturalmente que é sempre possível efectuar a soma de ambas para determinar a espessura de carbonatação total, mas nunca desprezando o facto de elas resultarem de condições completamente diferentes. É de sublinhar que esta expressão permite uma aplicação mais generalizada em relação à expressão 4.7. De facto a vantagem desta equação, deve-se à distinção dos valores da profundidade de carbonatação antes e após colocar o provete no interior da câmara. No entanto, caso o provete apresente um valor de pré-carbonatação desprezável, ou seja, aproximadamente igual a zero, então esta expressão simplifica-se na equação tradicional da carbonatação, representada na equação 4.7. Os ensaios de laboratório permitem determinar rapidamente os valores dos coeficientes de carbonatação. Mas estes coeficientes devem ser correctamente designados por coeficientes de carbonatação acelerada, isto em analogia com o coeficiente de carbonatação natural. Porém, há a necessidade em se ter métodos que permitam comparar e relacionar os resultados de ensaios acelerados com as condições reais a que o betão se encontra exposto. A equação 4.7 deve ser especificada com o índice exposição, ficando então da seguinte forma: que diz respeita às condições naturais de (4.12) Onde: - Profundidade de carbonatação em condições naturais; - Tempo de exposição natural até atingir a profundidade de carbonatação ; - Coeficiente de carbonatação em condições carbonatação natural. A expressão 4.7 pode ser adaptada para as condições aceleradas, e neste caso esta equação transforma-se em: (4.13) Onde: - Profundidade de carbonatação em condições aceleradas; - Tempo de exposição acelerada até atingir a profundidade de carbonatação ; - Coeficiente de carbonatação em condições carbonatação acelerada. 45

64 A partir das duas expressões anteriores, pode-se determinar a relação entre os coeficientes de carbonatação para um valor igual de penetração e conhecendo os respectivos tempos de exposição. (4.14) No Quadro 3 encontram-se representados os valores obtidos para o cálculo do quociente da expressão 4.14 por diversos autores com as respectivas condições de exposição natural e acelerada. Quadro 3 - Valores de determinados experimentalmente. Autores Ceukelaire; Nieuwenburg [1992] Condições em Quociente Exposição Acelerada 7,44 23ºC; 50% HR; Condições em Exposição Natural 23ºC; 50% HR; Ho; Lewis [1988] 7,44 20ºC; 4% 0,5% CO 2. 40% HR; 0,03% CO 2. 20ºC; 40% HR; Bentur; Jaegermann [1992] 10% CO 2. 7,50 30ºC; 50% HR; 5% CO 2. 0,03% CO 2. 20ºC; 54% HR; 0,03% CO 2. Os autores Ho e Lewis [1987] após várias experiências realizadas, chegaram à conclusão que se pode relacionar os coeficientes de carbonatação acelerada com o coeficiente de carbonatação natural. Esta relação encontra-se na equação (4.15) Onde: - Coeficiente de carbonatação em condições aceleradas e naturais, respectivamente; - Coeficiente relacionado com a diferença de concentrações de CO 2 ; - Coeficiente de condições ambientais. O parâmetro representa a diferença de concentração de CO 2 entre a câmara de carbonatação e o meio exterior à câmara, para condições idênticas de temperatura e HR. O valor de traduz os efeitos das condições ambientais de exposição em laboratório e as 46

65 condições naturais. Estes autores determinaram ainda que para condições de 23ºC, 50% HR e 4% de CO 2, o valor de é próximo de 7,2. Enquanto que para o valor de, estes autores determinaram um valor conservativo de 1,4. Nestas circunstâncias o quociente é aproximadamente de 10, que é um valor superior em relação aos apresentados pelos outros autores, como se constata no Quadro 3. Este valor superior deve-se sobretudo à abordagem conservativa que Ho e Lewis [1987] tiveram nos seus ensaios. Estes mesmos autores conduziram um outro ensaio, onde compararam vários tipos de betões com uma exposição natural de 1 ano e relacionaram-nos com uma exposição na câmara de carbonatação por um período de quatro semanas a uma temperatura de 23ºC, HR de 50% e uma concentração de CO 2 de 4% 0,5%. Esta pesquisa pode ser visualizada na Figura 24, onde apresenta os resultados obtidos bem como a correlação entre os resultados. Figura 24 - Relação entre ensaio natural com um ano de exposição e ensaio acelerado para um período de quatro semanas. (Adaptado de Ho e Lewis [1987]). Todos os modelos e ensaios propostos pelos autores referidos neste capítulo foram conduzidos em provetes sem qualquer protecção superficial, com o betão totalmente exposto às condições agressivas do ambiente. Contudo, estes modelos também têm validade para betões com sistemas de protecção superficial. 47

66 É natural que para betões com revestimentos, os parâmetros variem bastante e que apresentem valores totalmente desiguais em comparação com os betões desprotegidos. No capítulo seguinte faz-se referência quanto aos tipos de protecção disponíveis para minimizar os efeitos da carbonatação. 48

67 5. Protecção do Betão Contra a Carbonatação Para um betão sem qualquer tipo de sistema de protecção, a única resistência que confere a este um bom desempenho face à corrosão por carbonatação é o seu recobrimento. Nestas situações é importante que o betão tenha um recobrimento adequado para garantir a durabilidade ao longo da sua vida útil. Deste ponto de vista os sistemas de protecção podem ter um contributo crucial ao assegurar a resistência do betão face à carbonatação. Os sistemas de protecção podem ser aplicados em estruturas novas com o objectivo de prolongar o período de iniciação da corrosão, ou então, em estruturas já existentes cujo recobrimento por si só não garante uma boa performance do betão quanto à durabilidade. Os sistemas de protecção têm geralmente um carácter preventivo, minimizando o impacto da carbonatação e aumentando o período de iniciação da corrosão. Estes sistemas podem ser de simples emprego ou de aplicação mais complexa e dispendiosa. Há protecções a nível superficial como argamassas com base cimentícia e de polímeros modificados ou de tintas de emulsão protectoras. Por outro lado, os sistemas de protecção podem ter um papel correctivo, onde repõem as condições iniciais do betão e, com isso, abrandar a taxa de corrosão. As protecções designadas por sistemas de impregnação actuam internamente no betão, na qual há um tratamento superficial do betão que posteriormente penetra na sua estrutura porosa. Há uma enorme quantidade de factores que contribuem para a velocidade de carbonatação, como foi referido no subcapítulo Mas há factores que têm uma influência primordial, tais como a concentração de CO 2 e a HR do ambiente. Portanto, quando se selecciona um sistema protector este deve garantir uma barreira eficaz contra a penetração do CO 2 e conferir um controlo à HR de modo a atenuar as condições ideais do processo de corrosão. De seguida são feitas referências aos sistemas de protecção do betão existentes no mercado, onde se dividiu em sistemas de protecção que actuam ao nível da camada de recobrimento e sistemas protectores que incidem sobre a superfície de betão, dando naturalmente maior ênfase ao sistema de tintas protectoras, pois foi este o tipo de protecção escolhido para os ensaios realizados neste estudo Protecção na Camada de Recobrimento do Betão As protecções ao nível da camada de recobrimento do betão são de execução mais delicada em comparação com as protecções superficiais. De facto, neste tipo de sistemas, em geral 49

68 actua-se directamente no interior do betão e para conseguir isso, é necessário criar aberturas estratégicas de modo a cobrir toda a área a ser reparada. O uso deste tipo de sistemas é recomendado em casos onde a frente de carbonatação se encontra muito avançada. Pode-se subdividir os sistemas de protecção da camada de recobrimento em selagem de juntas, injecções para protecção ou então em realcalinização forçada do betão. Selagem de Juntas para Protecção do Betão As selagens das juntas têm como principal objectivo a reparação das juntas e fendas que aparecem no betão. Consiste em aplicar um material polimérico, normalmente poliuretano, no interior do betão, a partir de uma abertura na estrutura. A vantagem desta aplicação deve-se ao impedimento da entrada de gases ou líquidos a partir dessas aberturas, outra vantagem deve-se à possibilidade de transmissão e absorção de energia de cargas. Injecções para Protecção do Betão As injecções para o interior do betão têm um procedimento semelhante ao sistema descrito anteriormente mas com uma abrangência superficial maior, ou seja, este tipo de protecção não se limita somente a fendas e juntas, podendo actuar numa área mais vasta. Tal como na selagem de juntas, o material usado é o poliuretano. O método de injecções para protecção requer mais trabalho, mas quando se recorre a esta solução significa que o betão poderá estar muito fissurado ou com grande porosidade. Realcalinização Forçada A realcalinização forçada é um método que consiste em aplicar uma grelha metálica e uma pasta altamente alcalina na superfície do betão. Os iões presentes nessa pasta vão se impregnando no interior do betão através da aplicação de uma corrente eléctrica forçada. A técnica de realcalinização electroquímica tem a finalidade de restabelecer tanto a alcalinidade do betão como a repassivação da armadura através da elevação do ph do betão carbonatado. O aumento da alcalinidade é devido ao processo electro-osmótico, onde os álcalis da solução alcalina, aplicada na superfície da estrutura a ser tratada, entram no betão devido à aplicação 50

69 de corrente eléctrica e consequente criação de um campo eléctrico entre a superfície do betão e a armadura. A electro-osmose trará, ainda, o benefício de provocar um tamponamento nos poros da estrutura reabilitada, dificultado a reentrada do CO 2 na estrutura. Mas, a formação e a manutenção da película repassivadora de óxidos e hidróxidos de ferro sobre a superfície das armaduras dependerá dos iões contidos na pasta alcalina a introduzir no betão pelo processo de realcalinização [IBRACON, 2008] Protecção Superficial do Betão A protecção superficial do betão é o método mais fácil de executar quando se pretende implementar um sistemas de protecção, pois necessita como requisito apenas o tratamento adequando da superfície. Com a sua aplicação cria-se uma barreira física entre o meio interno (betão) e o meio externo (ambiente), evitando assim, trocas de gases ou de humidade entre os meios. Pode-se subdividir a protecção superficial em dois grupos, um grupo que consiste em impregnar a superfície de betão com materiais próprios para o efeito, ou então aplicar uma camada uniforme e relativamente espessa de uma material sobre a superfície de betão em causa Revestimento Superficial com Argamassas As soluções com argamassas são relativamente simples de serem aplicadas, bastando para isso, aplicar directamente esta solução na superfície onde se pretende intervir. Este tipo de argamassas são de base cimentícia e com adições de elevado teor de polímeros, pois a elevada adição de polímeros minimiza a permeabilidade ao CO 2 e, assim, permite criar uma barreira que impede a carbonatação do betão Impregnação Superficial A impregnação superficial é constituída por materiais de baixa viscosidade que penetram a partir da camada superficial do betão, revestindo assim os poros e criando, desta forma, uma 51

70 película espessa que funciona como uma barreira física que impede a penetração do CO 2. Os materiais mais utilizados são: os silanos/siloxanos, siliconatos, silicatos de sódio entre outros. Estas impregnações podem ser dos seguintes tipos: Hidrófobos: A impregnação hidrófobica tem por objectivo o controlo da humidade. Esta reage com o substracto e forma uma camada superficial que repele a água e reveste o interior dos poros. Contudo, este tipo de solução por si só não garante a resistência à carbonatação, uma vez que não impede a penetração do CO 2 nem do vapor de água, pois esta camada protectora é permeável ao gás. Preenchimento Parcial O preenchimento parcial consiste na formação de um película que impede a troca de líquidos e gases entre o betão e o ambiente. Geralmente é utilizado como primário para a aplicação de outros tipos de revestimentos. Preenchimento Total Este sistema de protecção funciona como uma película contínua que se adere à superfície de betão. A diferença deste tipo de impregnação com a anterior deve-se ao filme que é formado no substracto: neste caso é criada uma camada protectora aderente à superfície de betão. É neste tipo de sistema de protecção que se enquadram os revestimentos por pintura, que conferem protecção ao betão face à carbonatação. O subcapítulo seguinte será dedicado às tintas, e em particular às tintas de protecção à carbonatação Tintas As tintas são materiais que ao serem aplicadas têm o objectivo de conferir protecção ao substrato, melhorar as condições de habitabilidade ou simplesmente ter uma função a nível estético, podendo por vezes ter todas essas funções em simultâneo. A tinta é uma composição pigmentada líquida, pastosa ou sólida que, quando aplicada em camada fina sobre a superfície apropriada, no estado em que é fornecido ou após diluição ou dispersão em produtos voláteis, ou fusão, é convertível ao fim de certo tempo numa película sólida, corada e opaca [Marques e Rodrigues, 1990]. 52

71 Em Portugal a Norma Portuguesa NP 41:1982 5, define a tinta e sua tipologia. A tinta é composta pelos seguintes constituintes: pigmentos, cargas, aditivos e veículo, onde este último se divide em veículo fixo e veículo solúvel. Na figura seguinte, pode-se observar um esquema ilustrativo relativo à composição da tinta. Tinta Pigmentos Cargas Aditivos Veículo Veículo Fixo Veículo Volátil Figura 25 - Esquema representativo dos constituintes da tinta. (Adaptado de Nogueira [2009]). Os pigmentos: Os pigmentos são partículas sólidas, de origem mineral ou orgânica, finamente moídas e praticamente insolúveis no veículo, tendo um papel relevante quanto ao aspecto estético, pois são os responsáveis pela cor e opacidade da tinta. Assim sendo, as principais características que os pigmentos devem possuir são: opacidade, poder corante, finura e propriedades de suspensão, estabilidade à luz e ao calor. Também é responsável, mas em menor grau, pelas propriedades mecânicas, de brilho, de resistência aos produtos químicos e ao envelhecimento do revestimento por pintura [Martins e Silva, 2005]. Cargas: São substâncias inorgânicas e insolúveis no veículo, e têm o objectivo de melhorar algumas das propriedades da tinta, tais como, o aumento do poder de cobertura, distribuir os pigmentos e proteger a tinta da acção UV [Gomes e Pinto, 2009]. Para além disso, permite ainda aumentar a impermeabilidade e a elasticidade conferindo também propriedades isolantes (ao nível acústico, térmico e resistência ao fogo). Deve-se ter alguma prudência na utilização de teores de carga elevados, pois a elevada concentração deste constituinte implica que a superfície da tinta deixa de ser lisa e perde brilho. Contudo as cargas não concedem opacidade à tinta nem poder corante, sendo usadas por razões de natureza técnica e económicas. 5 Norma Portuguesa NP 41: Tintas e Vernizes. Terminologia e Definições 53

72 Aditivos: Os aditivos têm por objectivo melhorar as características da tinta, como por exemplo, reduzir a espuma criada durante a mistura, conferir propriedades biocidas ou insecticidas, melhorar as condições de aplicação, evitar alterações das suas características durante o armazenamento, entre outras [Gomes e Pinto, 2005]. Os aditivos com grande importância são os secantes e os plastificantes. O primeiro permite reduzir o período de secagem de uma pintura. Já o segundo aditivo tem o papel de garantir que a tinta seja flexível e elástica evitando a ruptura do material. São substâncias que entram em pequenas percentagens na composição de uma tinta, pois o seu uso em excesso torna a tinta numa película dura e quebradiça. Veículo Fixo: O veículo fixo é um dos principais constituintes da tinta. É o aglutinante ou ligante que permite a formação da película sólida contínua, além de fixar e manter ligadas as partículas de pigmentos no filme de tinta seca, é responsável em elevado grau, pela adesão e secagem, durabilidade e resistência química e mecânica da pintura [Santos, 1998]. O veículo fixo pode ser constituído por diversos produtos tais como óleos sicativos, resinas naturais, artificiais ou sintéticas, produtos betuminosos ou outros. Veículo Volátil É o componente que se evapora ao longo do processo de secagem e tem por objectivo dissolver o veículo fixo, reduzir a viscosidade e facilitar a aplicação da tinta. É responsável por garantir a homogeneidade à película sólida e melhorar a adesão desta ao substracto. O veículo volátil pode ser constituído por solventes ou diluentes, onde o primeiro é introduzido no momento de fabrico da tinta, e o segundo utilizado para diluir a tinta até esta adquirir a consistência adequada para se poder aplicar. Quando se dilui muito a tinta, ganha-se na facilidade em se aplicar sobre o substracto, mas após a secagem a película sólida apresenta no final uma espessura muito mais reduzida Classificação das Tintas na Construção Há vários tipos de classificação das tintas, podem ser definidas a partir da natureza do veículo volátil, da natureza do veículo fixo ou simplesmente classificadas quanto ao fim a que se destinam. 54

73 A classificação por veículo volátil agrupa a tintas em função da natureza do veículo volátil. Se este for a água, então a tinta é designada por tinta aquosa com resinas sintéticas. Se o veículo volátil não for a água, neste caso são todas as tintas líquidas, excepto as tintas aquosas. O critério relativo à natureza do veículo fixo consiste em agrupar as tintas em função do veículo fixo com que são constituídas. Assim sendo, a classificação pode ser uma das seguintes: - Tintas alquídicas, oleosas e óleo-resinosas; - Tintas epoxídicas; - Tintas acrílicas; - Tintas betuminosas; - Tintas de borracha natural ou sintética; - Tintas poliisocianatos (poliutetanos), tintas vinilicas; - Tintas de silicones; - Tintas de silicatos. A classificação quanto ao fim a que se destinam pode ser definida da seguinte forma: - Tintas plásticas para a construção civil; - Tintas industriais, - Tintas para automóveis; - Tintas antiácidas; tintas antiderrapantes; - Tintas de acabamento (esmaltes); - Tintas decorativas. Segundo Marques e Rodrigues [1990] a melhor forma de classificar as tintas é de acordo com a natureza do veículo fixo, uma vez que é aquela que disponibiliza maior informação sobre o possível comportamento da tinta na sua aplicação. As tintas têm diferentes comportamentos em função da sua composição, Rodrigues [2007] apresenta um estudo onde compara diversas tintas face à permeabilidade ao CO 2. Essa investigação está exposta na Figura 26, onde no gráfico de cima estão os resultados obtidos com base na Norma Portuguesa NP EN Pode-se verificar que a tinta acrílica lisa de 180 µm (aquosa) designada por tinta-g, obteve relativamente bons resultados. Utilizando as mesmas tintas, realizou-se o tradicional ensaio de carbonatação acelerada, tendo por base a Especificação LNEC E391:1993. Neste ensaio as tintas foram submetidas durante 15 dias de exposição artificial com aproximadamente 15% de teor de CO 2. Os resultados 6 Norma Portuguesa NP EN :2006 Tintas e Vernizes. Produtos de pintura e esquemas de pintura a aplicar em alvenaria e betão no exterior. Parte 6 Determinação da permeabilidade ao dióxido de carbono. 55

74 alcançados podem ser visualizados na mesma figura, no gráfico de baixo, onde para a tinta-g a penetração de CO 2 foi bastante reduzida. Figura 26 - Comparação dos resultados de diferentes tintas quanto à permeabilidade ao CO 2. Na figura de cima os resultados da camada de ar equivalente quanto à difusão do CO 2. Na figura de baixo a penetração de CO 2 no ensaio de carbonatação acelerada. (Adaptado de Rodrigues [2007]). Destacou-se os resultados da tinta-g, por ser a tinta que mais se enquadra nos ensaios realizados no presente trabalho experimental. Estes resultados explicam o porquê das tintas disponíveis no mercado, com o fim de proteger o betão face à carbonatação, serem na sua grande maioria tintas acrílicas com base aquosa Factores de Degradação das Tintas Como qualquer outro material a tinta também tem problemas de durabilidade, pois a acção de agentes exteriores sobre a superfície pintada propícia a sua deterioração. Por vezes torna-se necessário adoptar medidas adicionais para mitigar os efeitos da sua degradação. 56

75 Os factores de degradação podem ter várias origens, desde factores físico-químicos, factores de localização ou factores biológicos. físico-químicos: - Constituintes atmosféricos (oxigénio, azoto, anidrido carbónico); - Água líquida (chuvas, orvalhos); água sólida (neve, gelo); água gasosa (vapores); - Temperatura em valores absolutos e grandes amplitudes térmicas; - Radiação solar (UV, térmica); - Contaminantes atmosféricos: gasosos (SO 2, NO X ); líquidos (soluções salinas, ácidas ou alcalinas); sólidos (areias, poeiras, sujidades); - Outros produtos químicos industriais químicas, petroquímicas ou alimentares (ácidos orgânicos, inorgânicos, álcalis, açucares, gorduras animais e vegetais). Factores de localização: - Geográficos (latitude, longitude, altitude); - Posição relativa (vertical ou horizontal), orientação (Norte, Sul, etc.); - Ambiente (marítimo, urbano, rural, industrial). Factores biológicos: - Microrganismos (bactérias, fungos, musgos); - Flora e fauna (marítima ou terrestre). Os factores de degradação mencionados não actuam isoladamente, em geral, verifica-se uma combinação de vários em simultâneo. Estes factores podem alterar as propriedades físicas e químicas da tinta. A dimensão e a frequência com que se dão estas alterações depende dos factores de degradação que estão a incidir sobre o material e sobretudo da intensidade e o tempo de actuação destes Mecanismo de Degradação das Tintas Um dos principais factores de degradação dos polímeros é a radiação UV, sendo a tinta constituída por polímeros, é natural que esta radiação, de origem solar, a degrade. 57

76 A degradação da película de tinta pela radiação UV pode originar algumas alterações nas suas propriedades, como a perda de brilho, alteração da cor, pulverulência ou gizamento [Fragata, Amorim e Ordine, 2010]. A descoloração dos pigmentos é outro efeito provocado pela incidência da radiação UV. Além disso, é também responsável pela dissociação das moléculas. Esta dissociação, designada por fotólise, ocorre devido à energia associada aos fotões provenientes da radiação UV, fenómeno este responsável pelo envelhecimento da tinta. Para que ocorra a fotólise (dissociação) de uma molécula pela absorção de um fotão, é necessário que a energia do fotão exceda a energia de ligação a ser quebrada. Para a maioria das reacções fotolíticas, isto requer que o comprimento de onda esteja na região ultravioleta do espectro [Almeida e Sinézio, 2005]. A radiação visível e infravermelho do espectro electromagnético não causam a degradação acentuada das tintas, uma vez que a energia associada não é suficiente para quebrar as suas ligações intermoleculares. Para o caso particular de tintas aplicadas na superfície de betão, estas podem sofrer outros tipos de degradações, para além da deterioração já referida Degradação das Tintas nas Superfícies de Betão O betão pode ser muito durável, podendo-se considerar como um material que apresenta poucas alterações em ambientes normais. Por vezes, as condições ambientais são bastante severas e o betão por si só não é suficiente para garantir a durabilidade desejada. Neste caso entram os revestimentos de protecção e em particular as tintas protectoras. A tinta tem a função de proteger o betão, mas também ela é susceptível a se degradar. Portanto, para além das degradações anteriormente referidas, a tinta pode sofrer deteriorações muito particulares, simplesmente por estar aplicada na superfície de betão. Neste sentido para minimizar essa deterioração a tinta deve ser protegida contra: - Erosão (vento e água); - Acção de microrganismos (algas, fungos); - Fissuração devido a acção gelo-degelo; - Penetração de água que resulta na alteração da humidade interior e; - Arrastamento de substâncias indesejáveis para a estrutura porosa do betão. 58

77 Neste sentido e tendo em conta os pormenores mais relevantes do betão e das tintas, bem como os respectivos mecanismos de degradação, procedeu-se à campanha experimental, executada de modo a analisar e avaliar o desempenho das tintas na protecção do betão face à carbonatação. 59

78 60

79 6. Campanha Experimental A abordagem inicial para este trabalho experimental consistia, para além de degradar as tintas por meio do envelhecimento em exposição natural (caso presente deste trabalho), em realizar uma segunda forma de envelhecimento através de uma exposição artificial. Pretendia-se, com o envelhecimento artificial, obter resultados com a garantia que as tintas estariam de facto degradadas e, posteriormente, uma comparação com os resultados alcançados com a presente experiência o que contribuiria para tirar algumas ilações sobre este estudo. O ensaio de degradação artificialmente da tinta seria realizado de acordo com a Norma Portuguesa NP ISO , e com isso, poder-se-ia de facto observar o comportamento da tinta face à resistência à carbonatação com esta totalmente degradada pela radiação UV. Por motivos financeiros, não houve oportunidade em realizar o estudo por essa via, sobretudo pelo facto de este tipo de ensaios serem relativamente onerosos e ultrapassarem largamente o orçamento para a realização desta dissertação. Caso o factor financeiro tivesse sido um obstáculo ultrapassável, a campanha de ensaios teria adicionalmente cinco provetes (quatro provetes com as respectivas tintas e mais um provete de referência sem tinta) e estes teriam sido colocados numa câmara própria para o ensaio de envelhecimento artificial. Nesta câmara os provetes estariam no seu interior durante 1000 horas consecutivas e em constante exposição à radiação UV. Terminado este ensaio, os provetes seriam introduzidos na câmara de carbonatação de modo a obter o coeficiente de carbonatação acelerada das tintas totalmente degradadas, e com isso, seria possível uma comparação com o coeficiente de carbonatação acelerada das tintas ainda novas. A diferença nos valores dos coeficientes representaria a perda da eficácia da tinta devido à sua degradação. Devido a este inconveniente, apenas se procedeu à avaliação da degradação da tinta de forma indirecta, ou seja, procurou-se averiguar os efeitos que a deterioração da tinta causa sobre um determinado parâmetro, nomeadamente o coeficiente de carbonatação acelerada. Este coeficiente dá informação sobre a maior ou menor facilidade de penetração do CO 2 e essa penetração certamente que depende do nível de degradação da tinta. Portanto, a capacidade protectora da tinta à carbonatação do betão está relacionada com a sua degradação. A seguir descreve-se o trabalho experimental efectivamente realizado. 7 Norma Portuguesa NP ISO 11507:2007- Tintas e Vernizes. Envelhecimento artificial de revestimentos por pintura. Exposição à radiação UV fluorescente e à água. 61

80 6.1. Resumo do Trabalho Experimental O trabalho experimental que a seguir se descreve teve como principal objectivo a avaliação da durabilidade e eficácia das pinturas de protecção para o betão face a fenómenos de carbonatação durante o período de vida útil da tinta. Para isso, produziram-se vários provetes de betão os quais foram, posteriormente, pintados com diversas tintas comerciais de protecção face à carbonatação. Após este procedimento os provetes foram colocados em ambientes naturais particularmente escolhidos de modo a maximizar a degradação natural da tinta. Os tempos de degradação analisados estiveram associados a períodos de um mês, três meses, seis meses e de um ano de exposição em ambiente natural. Após a degradação os provetes foram sujeitos à carbonatação acelerada de modo a avaliar a velocidade do processo de carbonatação. Este ensaio, em exposição artificial, teve uma duração de 90 dias e foi realizada com recurso à câmara de carbonatação. Com estes ensaios procurou-se conhecer assim os valores de penetração do CO 2 no interior do provete e verificar o comportamento dos vários revestimentos escolhidos, de modo a apurar a tinta mais eficaz para a protecção do betão Betão de Referência para o Ensaio Para a produção do betão de referência e de modo a facilitar a carbonatação, procurou-se produzir um material de baixa qualidade e com elevada porosidade. Este pressuposto deveu-se à necessidade de avaliar unicamente as tintas de protecção e não a resistência à carbonatação do próprio betão. Assim, ao se obter um betão pouco resistente à penetração de CO 2, garantirse-ia que a resistência à carbonatação seria conferida quase exclusivamente pelo revestimento por pintura, permitindo desta forma atenuar a resistência do próprio betão à carbonatação, reduzindo-se uma variabilidade. O betão que se produziu é composto por cimento do tipo CEM II/B-L 32,5N 8, dois tipos de brita (designado por brita I e brita II) e por dois tipos de areia (definidas como areia grossa ou amarela e areia fina ou de rio). No quadro seguinte encontra-se descrita a dimensão máxima e mínima de cada agregado, determinada de acordo com a Norma Portuguesa NP 1379: relativa à análise granulométrica. 8 Cimento Portland de Calcário, de acordo com a família de cimentos correntes disposto na Norma Portuguesa NP EN 197-1: Norma Portuguesa NP 1379:1976 Inertes para argamassas e betões. Análise granulométrica. 62

81 Quadro 4 - Características dos agregados finos e grossos. Areia Fina [mm] Areia Grossa [mm] Brita I [mm] Brita II [mm] D max 2,38 2,38 12,7 19,0 D min 0,149 0,297 4,76 6,35 Neste estudo, foram produzidos aproximadamente 70 litros de betão de referência para os ensaios de carbonatação cujas quantidades de cada constituinte se encontram no Quadro 5. Para além disso, também se poder visualizar as quantidades equivalentes no caso de se produzir 1 m 3 de um betão com as mesmas características. Quadro 5 - Quantidade de material utilizado para a produção do betão de referência. Cimento [kg] Água [kg] Areia Fina [kg] Areia Grossa [kg] Brita I [kg] Brita II [kg] 70 Litros de Betão 22, m 3 de Betão O betão foi produzindo no dia 4 de Janeiro de Após a amassadura este foi colocado em vários moldes cilíndricos de PVC, para dar forma aos provetes pretendidos. Além destes moldes, foi colocado betão em quatro provetes cúbicos definidos pela Norma Portuguesa NP EN : , para se poder caracterizar o betão. Decorridas 24 horas após a amassadura, efectuou-se a desmoldagem dos provetes e estes foram de seguida colocados numa câmara húmida. O betão teve um período de cura de 28 dias em ambiente fechado com HR 95% e 20ºC ± 5ºC, de acordo com a Norma Portuguesa NP EN : No dia 1 de Fevereiro de 2011 realizaram-se os ensaios de caracterização do betão, nomeadamente, a massa volúmica e os ensaios de resistência à compressão, de acordo com as Normas Portuguesas NP EN : e NP EN : , respectivamente. 10 Norma Portuguesa NP EN :2010 Ensaio de betões endurecidos Parte 1 Forma, dimensões e outros requisitos para o ensaio de provetes e para os moldes 11 Norma Portuguesa NP EN :2009 Ensaio de betões endurecidos Parte 2 Execução e cura de provetes para ensaios de resistência mecânica 12 Norma Portuguesa NP EN :2009 Ensaio de betões endurecidos Parte 7 Massa volúmica do betão endurecido 13 Norma Portuguesa NP EN :2011 Ensaio de betões endurecidos Parte 3 Resistência à compressão de provetes 63

82 No Quadro 6 e no Quadro 7, pode-se verificar a massa volúmica e a resistência à compressão que foram determinadas, respectivamente. Quadro 6 - Determinação da massa volúmica dos provetes. Massa Volúmica [kg/m 3 ] Provete 1 Provete 2 Provete 3 Provete Quadro 7 - Resistência dos provetes à compressão. Provete 1 Provete 2 Provete 3 Provete 4 Resistência à Compressão [MPa] 22,7 22,5 22,4 23,3 As leituras obtidas no ensaio mecânico à compressão podem ser visualizadas no Anexo I deste trabalho. De acordo com os critérios da Norma Portuguesa NP EN 206-1: relativa a ensaios de identificação para a resistência à compressão e analisando, simultaneamente, o critério de valor de resistência à compressão médio e individual, pôde-se concluir que este betão pertenceria a uma classe C15/20. Para se determinar a absorção de água dos provetes de betão por imersão seguiu-se a Especificação LNEC E394: sendo o documento normativo em vigor em Portugal. A especificação refere ao cálculo da percentagem de absorção de água pelo betão imerso. Para este ensaio os provetes em forma de disco, descritos no subcapítulo 6.4, tinham todas as características exigidas pela norma excepto o requisito do volume mínimo, tendo estes metade desse valor. Os valores obtidos podem ser visualizados no Quadro 8 e no Anexo I podem-se observar os valores medidos durante o procedimento desta regulamentação. Quadro 8 - Resultados do ensaio de absorção de água por imersão. A i [%] A médio [%] Provete 1 15,6 Provete 2 13,6 Provete 3 16,2 Provete 4 15,7 15,3 14 Norma Portuguesa NP EN 206-1:2007 Betão Parte 1 Especificação, desempenho, produção e conformidade 15 Especificação LNEC E394:1993 Determinação da Absorção de Água Por Imersão. Ensaio à Pressão Atmosférica 64

83 O betão de referência produzido para os ensaios de resistência da tinta à carbonatação tem as seguintes características gerais, ver Quadro 9. Quadro 9 - Características do betão de referência. Classe de Betão C15/20 Dosagem de Cimento [kg/m 3 ] 320 Relação Água/Cimento 0,65 Peso Volúmico Médio [kn/m 3 ] 23,3 Absorção Média de Água por Imersão [%] 15,3 O betão produzido foi executado num único lote, não tendo sido necessário realizar várias produções para se obter o volume desejado de 70 litros, permitindo assim, utilizar um betão único com as mesmas características. Portanto, evitou-se uma eventual variabilidade das características do próprio betão e desta forma eliminou-se uma possível variável caso se procedesse a uma segunda mistura Tintas de Protecção As tintas de protecção seleccionadas para este estudo, com o objectivo de proteger o betão contra a corrosão por carbonatação são essencialmente tintas acrílicas de base aquosa ou solvente. As tintas acrílicas têm a particularidade de apresentarem uma boa resistência aos ácidos e bases, podendo ser em, alguns casos, uma boa alternativa a revestimentos de borracha clorinada, vinil, e acabamentos alquídicos. Além disso, e segundo Moreira [2006] os revestimentos acrílicos de base aquosa contêm uma taxa de transmissão de vapor de água elevada, o que é conveniente para materiais como o betão onde o vapor de água deve passar através do revestimento. Tendo isso em consideração, iniciou-se a selecção das tintas de protecção à carbonatação, onde se fez, primeiramente, uma pesquisa das marcas, disponíveis no mercado, com mais prestígio no sector da construção e que comercializavam produtos específicos para este fim. Após esta primeira triagem, as tintas usadas no estudo foram as recomendadas pelos respectivos fabricantes. Com estes critérios as tintas seleccionadas foram as que constam no Quadro 10. Doravante serão designadas pelas respectivas abreviaturas. 65

84 Quadro 10 - Marcas e modelos de tintas seleccionadas para os ensaios à carbonatação. Marca Modelo Abreviatura EURONAVY HA01 EN MAPEI ELASTOCOLOR PINTURA MP ROBBIALAC SERIE 553 RB SIKA SIKAGARD 680 S SK As fichas técnicas de cada tinta podem ser visualizadas no Anexo III deste trabalho. A EURONAVY é uma empresa que aposta na investigação e desenvolvimento e colocou-se numa posição única para ajudar a fazer face aos novos desafios na área das soluções para protecção anticorrosiva 16. A MAPEI é hoje um dos maiores produtores mundiais de adesivos, impermeabilizantes e produtos químicos para a construção 17. A ROBBIALAC está empenhada em fornecer protecção, decoração e conforto, através de tintas e isolamento térmico para os mercados das tintas decorativas, repintura automóvel e isolamento térmico pelo exterior 18. Por fim, a SIKA é uma companhia global, com uma rede mundial de subsidiárias, que actua nas áreas das especialidades químicas para a construção e indústria 19. De forma a evitar a progressão da carbonatação pelas várias frentes do provete, houve a necessidade de se utilizar uma resina epoxídica nas áreas onde não se pretendia a penetração do CO 2. Com isto, foi possível ter um maior controlo da direcção de penetração da carbonatação o que permitiu uma interpretação mais facilitada dos resultados. As resinas epoxídicas são fornecidas em dois recipientes separadamente, um contendo a resina epoxídica e noutro um agente de cura. Os componentes devem ser misturados com as proporções recomendadas pelo fabricante antes da utilização, sendo que estas funcionam por secagem ao ar. Este tipo de revestimento tem boas propriedades resistentes em relação aos solventes, à água, a químicos e à abrasão, por outro lado é muito vulnerável à acção solar, devido à radiação UV [Moreira, 2006]. Para este trabalho experimental a resina epoxídica utilizada foi a SIKADUR 32N, e a sua ficha técnica pode ser visualizada no Anexo III consultado a consultado a consultado a consultado a

85 Além das quatro tintas de protecção que foram testadas, também foi ensaiado um provete sem qualquer tipo de tinta, isto é, um provete de referência que serviu como base de comparação com os resultados dos provetes pintados. Assim, permitiu analisar o nível de eficácia protectora de cada tinta. Procurou-se seleccionar somente tintas de cor branca de textura lisa e acabamento mate, para que os ensaios fossem realizados em condições muito semelhantes, e com isto, eliminar-se uma possível variável, caso houvesse tintas com diversas cores e texturas. Nessas circunstâncias, os resultados poderiam ser distorcidos, sobretudo nos provetes com grande incidência de radiação solar Preparação dos Provetes Para os ensaios de carbonatação foram utilizados provetes de betão com a forma de discos com dimensões aproximadas de 5 cm de altura e 10 cm de diâmetro. Estes provetes foram obtidos a partir de cilindros em betão, moldados com tubagens em PVC com 10 cm de diâmetro e 15 cm de altura, que posteriormente foram serrados com recurso a uma serra de disco eléctrica. Após o corte, as superfícies dos provetes foram limpas com um pano seco de modo a tirar o excesso de água e qualquer poeira ou gordura que pudesse prejudicar a aderência da tinta. Antes de se iniciar a pintura dos provetes, estes foram introduzidos na câmara seca presente no laboratório de construção do Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura, de modo a retirar o excesso de água no interior do betão durante o processo de cura. Os provetes foram introduzidos durante 1 semana no interior desta câmara, onde tinha aproximadamente 19ºC a 20ºC de temperatura ambiente e entre 55% e 60% de HR. Após retirar o excesso de humidade no interior do betão, iniciou-se a primeira fase de pintura que consistiu em pintar a base e o topo do provete com uma resina epoxídica. Essa pintura foi efecuada com recurso a uma trincha de pêlo macio. Deixou-se secar a resina durante 24 horas e verificou-se se a película sólida estava em boas condições. De seguida iniciou-se a segunda fase de pintura com as tintas de protecção que se pretendiam ensaiar, pintando a zona lateral do provete. A terceira fase consistiu em aplicar uma segunda demão nos provetes com as tintas de protecção, 24 horas após a aplicação da primeira demão, e assim, garantiu-se uma película protectora mais espessa e com menor probabilidade de ocorrer falhas, além disso, todos os fabricantes recomendavam a aplicação de duas demãos. Na Figura 27 pode-se verificar a forma geométrica dos provetes bem como as regiões onde são aplicadas as tintas de protecção face à carbonatação e a resina epoxídica. 67

86 Figura 27 - Dimensão do provete e regiões de aplicação das tintas. Foram necessários preparar 85 provetes, todos eles agrupados e colocados em vários locais de exposição para diversos períodos de exposição à degradação. Essas zonas de ensaio estão descritas no subcapítulo seguinte Locais Seleccionados para os Ensaios Ambiente Natural Os locais escolhidos para colocar os provetes em ambiente natural tiveram em conta os principais factores que contribuem para a degradação das tintas. Com base nesses factores de degradação, concluiu-se que os melhores locais provavelmente seriam: a) Onde houvesse uma exposição solar prolongada de modo a que o provete estivesse exposto à radiação solar durante longas horas por dia; b) Onde o provete estivesse exposto a uma grande quantidade de agentes poluentes; c) Onde houvesse uma elevada HR, pois este factor faria com que a tinta não fosse totalmente eficaz; d) E, finalmente, um local com grandes emissões de CO 2 de modo a ensaiar a protecção que as tintas conferem ao betão face à carbonatação. O passo seguinte foi procurar locais que preenchessem estes requisitos, sendo selecionados: a) Para o local de grande exposição solar, a cobertura do pavilhão de Engenharia Civil e Arquitectura do IST. Esta zona é bastante razoável uma vez que não tem edifícios nem obstáculos altos na sua vizinhança que pudessem bloquear a radiação solar que 68

87 incidisse sobre os provetes, além disso, é de acesso restrito evitando assim qualquer perturbação no decorrer dos ensaios. Na Figura 28 pode-se visualizar o local onde se colocaram os provetes para o ensaio (provetes colocados na segunda palete de madeira, logo a seguir à palete com os tijolos). Figura 28 - Local da colocação de provetes na Cobertura do pavilhão de CIVIL no IST. b) Para a zona de elevada exposição a agentes poluidores, foi seleccionado um local próximo da Alameda D. Afonso Henriques, em Lisboa. Os provetes foram colocados numa das principais artérias viárias da cidade, a Avenida Almirante Reis, onde estiveram expostos numa varanda do 1º andar de um edifício com a fachada orientada para essa mesma avenida. Na Figura 29 pode-se observar os provetes nesse ambiente. 69

88 Figura 29 Local de exposição ambiental com forte incidência de agentes poluentes, Avenida Almirante Reis, em Lisboa. c) Para um local com grande HR foi escolhida a câmara húmida do laboratório de construção do Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura do IST. Esta câmara tem uma HR na ordem dos 95% e uma temperatura de aproximadamente 20ºC. A Figura 30 demonstra o local em questão. Figura 30 - Provetes colocados na Câmara Húmida do laboratório de construção do pavilhão de Civil do IST. 70

89 d) Por último, para um local com elevada exposição ao CO 2 foi seleccionado o parque subterrâneo para automóveis do pavilhão de Engenharia Civil e Arquitectura do IST. A escolha desta zona deveu-se a dois factores: primeiro porque a circulação automóvel no seu interior liberta CO 2 proveniente dos gases de escapes dos veículos a combustão e em segundo por ser um local relativamente fechado e, assim, permitir reter de uma forma mais prolongada esses gases. Figura 31 - Garagem do pavilhão de Civil do IST, local escolhido como ambiente com grande exposição ao CO 2. No quadro seguinte pode-se visualizar os locais escolhidos bem como as abreviaturas utilizadas para cada um deles, doravante assim serão designados. Quadro 11 - Locais de ensaios e respectivas abreviaturas. Locais de Ensaio Av. Almirante Reis Câmara Húmida Cobertura Pavilhão Eng. Civil e Arq. Garagem Pavilhão Eng. Civil e Arq. Abreviatura AAR CH COB GAR Câmara de Carbonatação. Após o término do período de exposição em ambiente natural, os provetes foram posteriormente ensaiados na câmara de carbonatação. Este equipamento permite ter um 71

90 ganho temporal com os ensaios de carbonatação que em condições naturais levaria anos para se obter, como já foi descrito no subcapítulo 0. A câmara de carbonatação tem uma HR e temperatura constante e uma concentração de CO 2 muito superior ao ambiente natural. Este equipamento está regulado para que o ambiente interior esteja de acordo com a Especificação LNEC E391:1993. As condições deste ambiente de exposição acelerada podem ser visualizadas no Quadro 12. Quadro 12 - Condições de exposição no interior da câmara de carbonatação Condições de Exposição Temperatura 25ºC Humidade Relativa 60% Concentração de CO 2 5% No subcapítulo seguinte faz-se referência à calendarização dos períodos de exposição realizados e ao momento em que são recolhidas e medidas as amostras Calendarização das Medições Tendo em conta a limitação temporal associada ao desenvolvimento desta tese, procurou-se ter uma calendarização de modo a que, tanto a recolha das amostras como as respectivas leituras, fossem representativas do desempenho das tintas. Apesar de os provetes serem colocados em locais que teoricamente as tintas apresentariam taxas de degradação superiores, este facto por si só não garante que os resultados obtidos sejam de fácil medição. Com o procedimento que a seguir se descreve, os resultados que seriam imensuráveis, somente com o ensaio natural, passariam a ser significativos com o método adoptado, e assim, já seria possível comparar os resultados entre os provetes. A degradação da tinta é mais notória a médio e a longo prazo, uma vez que os ensaios tiveram a condicionante de apenas se poder realizar num período máximo de um ano, o procedimento adoptado foi o seguinte: os provetes foram inicialmente colocados nos respectivos ambientes de degradação natural de acordo com o período estipulado, findo esse período, foram avaliados os valores da profundidade de carbonatação natural. Posteriormente, os mesmos provetes foram colocados na câmara de carbonatação durante um período de 90 dias, sendo 72

91 que a recolha da frente de carbonatação foi realizado a cada 30 dias de exposição artificial, de modo a ser possível determinar o coeficiente de carbonatação acelerada. A única excepção foi feita para os provetes com período de degradação natural de 360 dias, pois estes provetes estiveram submetidos apenas ao ambiente natural, não havendo oportunidade de os colocar na câmara de carbonatação, devido à condicionante de um ano de campanha experimental, referida anteriormente. Os provetes foram agrupados da seguinte forma: para cada local de ensaio, os provetes foram divididos por períodos de degradação natural de 30 dias, 90 dias, 180 dias e 360 dias, e para cada período de degradação houve um provete de cada tinta mais um provete de referência sem qualquer tinta. Globalmente estavam presentes em cada ambiente natural 20 provetes que correspondia a 5 corpos de prova para 4 períodos de degradação. Além dos ensaios descritos anteriormente, também se colocaram provetes de cada tinta, mais um provete de referência, directamente na câmara de carbonatação, sem qualquer período de degradação natural, permitindo assim obter uma base de comparação com os restantes resultados. Em termos práticos este procedimento correspondeu a 0 dias de degradação natural e, portanto, estes resultados seriam independentes do local de exposição. No quadro seguinte estão alguns exemplos de como doravante os provetes serão designados. O primeiro termo indica o local de exposição seguido da tinta testada e, por fim, o período de exposição à degradação natural do provete. Quadro 13 - Alguns exemplos de designações para as tintas. Designação Local de Exposição Tinta de Protecção Exposição Natural Exposição Artificial AAR - S/Tinta - 30 Av. Almirante Reis Sem Tinta 30 Dias 90 Dias CH EN 90 Câmara Húmida EURONAVY 90 Dias 90 Dias COB MP 180 Cobertura MAPEI 180 Dias 90 Dias GAR RB 30 Garagem ROBBIALAC 30 Dias 90 Dias CO2 SK - 0 Câmara Carbonatação SIKA 0 Dias 90 Dias A colocação dos provetes nos ambientes naturais para a degradação iniciou-se a 4 de Março de 2011 e teve uma duração de aproximadamente um ano. Na Figura 32 encontra-se esquematizado o período em que decorreram as recolhas das amostras ao longo dos dias de 73

92 exposição à degradação natural. Este esquema é independente do local, pois em todos eles a calendarização foi igual. Figura 32 - Esquema da calendarização dos ensaios Medição das Amostras Para a medição das amostras os provetes foram serrados de modo a obter uma superfície lisa e regular facilitando, assim, o ensaio da leitura da penetração de CO 2. Outra vantagem ao se serrar deve-se ao número de leituras possíveis de obter num único provete. Para isso, o corte foi efectuado com uma serra de disco eléctrica que tinha o inconveniente de necessitar de introduzir água para não sobreaquecer o disco. Para minimizar as perturbações criadas pela água, os provetes antes de serem submetidos ao ensaio da determinação da profundidade de carbonatação foram limpos com um pano seco de modo a retirar o excesso de água. O passo seguinte à serragem dos provetes consistia em determinar a profundidade de carbonatação. O procedimento realizado para esse ensaio foi de acordo com o recomendado pela Especificação LNEC E391:1993, onde se pulverizou a solução alcoólica de fenolftaleína e se mediu os valores de profundidade de penetração com o recurso a uma craveira digital. A Especificação LNEC E391:1993 refere que se a frente de carbonatação se desenvolver paralelamente à superfície, o resultado é encontrado pelo valor da distância entre a superfície e a linha da frente de carbonatação, designada por. Se a frente de carbonatação não se desenvolver paralelamente à superfície ou apresentar zonas de irregularidade deve ser medido o valor médio ( ) e o valor máximo ( ). 74

93 Nestes ensaios constatou-se ambas as situações de frentes de carbonatação, embora que o desenvolvimento irregular se verificou sobretudo em locais pontuais do provete motivados provavelmente pelo efeito de parede. Assim sendo, só se considerou os valores médios de penetração. Após os ensaios de carbonatação natural, as secções serradas foram pintadas com resina epoxídica para que a carbonatação continuasse unicamente pela superfície pintada. Com isto evitava-se a criação de uma nova área de penetração e, portanto, não haveria interferências de penetrações entre a nova secção serrada e a superfície original de penetração. Após essa pintura os provetes foram colocados na câmara de carbonatação. Neste equipamento os provetes estiveram expostos inicialmente durante 30 dias, onde foram recolhidas as leituras das profundidades de carbonatação com a mesma metodologia descrita anteriormente. Terminada a medição, estes foram novamente colocados no interior da câmara, repetindo-se o procedimento por mais duas vezes, correspondendo assim a 30, 60 e 90 dias de exposição artificial, respectivamente. As leituras foram feitas para todos os provetes, para todos os períodos de degradação e para todos os locais seleccionados. Na figura seguinte pode-se ver os planos de corte possíveis de efectuar, ou seja, o número de medições que foram exequíveis num único provete. 75

94 Figura 33 - Planos de cortes num único provete para se medir a frente de carbonatação. No caso dos provetes que foram colocados directamente na câmara de carbonatação, que correspondiam ao equivalente a 0 dias de exposição à degradação natural, só se mediu as profundidades de carbonatação acelerada. No capítulo seguinte estão expostos os resultados obtidos para as frentes de carbonatação. 76

95 7. Análise dos Resultados e Discussão As leituras obtidas nos provetes durante a campanha de ensaios referem-se a profundidades de carbonatação. Estas medições foram posteriormente analisadas de modo a interpretar a progressão de CO 2 para o interior do betão ao longo do tempo. Nesta perspectiva, a determinação do coeficiente de carbonatação ( ) tem um papel crucial. A sua determinação foi possível recorrendo à equação 4.7 onde foi necessário conhecer a profundidade de carbonatação e o respectivo período de exposição. Com as medições das profundidades de carbonatação, recolhidas nos ensaios, procurou-se determinar o coeficiente de carbonatação que melhor se correlaciona com os resultados obtidos. Este ajustamento realizou-se com recurso ao programa MS EXCEL 2007, e em particular com a função projecção linear (PROJ.LIN). Esta função permite calcular dados estatísticos de uma linha utilizando o método dos mínimos quadrados, de modo a calcular uma recta que melhor se adapte aos dados. Uma vez que a modelação, de acordo com a equação 4.7, é uma curva e a função projecção linear trata-se de uma regressão linear, houve então a necessidade de efectuar algumas adaptações de maneira a ser possível utilizar a referida função. A principal adaptação foi efetuada ao nível dos dados temporais, onde se considerou a raiz quadrada dos dias de exposição. Com esta transformação a curva passou a ser uma recta com a forma (equação 7.1): (7.1) Onde, - Representa o declive da recta, expresso em [mm.ano -0,5 ]; - Valores das abcissas que corresponde ao tempo de exposição, expresso em [anos 0,5 ]; - Valor das ordenadas que equivale à profundidade de carbonatação, expresso em [mm]. Esta correcção permitiu executar a função pretendida que retornou o valor do declive da recta, ou seja, o coeficiente de carbonatação, que melhor se adaptava aos dados, além disso, a função indicava o respectivo coeficiente de determinação (R 2 ) que avaliar o grau de ajustamento do modelo. O coeficiente de determinação é o indicador que relaciona os valores previstos do modelo de ajustamento com os dados obtidos e o resultado dessa comparação é expressa num intervalo entre 0 a 1. No caso de R 2 obter um valor unitário significa que o modelo explica na totalidade 77

96 os valores obtidos nas medições. No extremo oposto, quando o coeficiente de determinação é nulo, significa que a regressão efectuada tem uma péssima correlação com os dados. A equação para o cálculo do coeficiente de determinação pode ver-se na equação seguinte: (7.2) Onde: Sendo que: - Soma dos Quadrados dos Resíduos; Soma dos Quadrados Totais; - Valor Estimado pelo Modelo; - Valor Observado; Média Aritmética dos Valores Observados. (7.3) (7.4) Nos subcapítulos seguintes estão representados os resultados de toda a campanha experimental Provetes de Referência Os resultados dos provetes de referência (não pintados) agruparam-se, por forma a determinar a agressividade relativa dos diversos ambientes escolhidos e a verificar o que mais contribuiu para a carbonatação. No Quadro 14 pode-se visualizar os valores obtidos para a profundidade de carbonatação natural, somente para os provetes de referência, nos diversos locais de exposição ambiental. Quadro 14 - Profundidade de carbonatação dos provetes de referência expressa em mm. Ambientes de Período de Exposição Natural Exposição 0 Dias 30 Dias 90 Dias 180 Dias 1 Ano AAR 0 0,95 1,59 2,27 3,10 CH COB 0 1,05 1,67 2,38 3,21 GAR 0 1,28 2,15 3,13 4,10 78

97 Profundidade de Carbonatação [mm] Na Figura 34 pode-se observar as curvas de ajustamento obtidas a partir dos valores resultantes da medição das profundidades de carbonatação para os provetes de referência nos diferentes locais seleccionados. 4,5 Exposição Natural - Provetes de Referência 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Período de Exposição Natural [anos] AAR.p CH.p COB.p GAR.p AAR CH COB GAR x = 3,150.t 0,5 x = 0,0.t 0,5 x = 3,290.t 0,5 R 2 = 0,9986 R 2 = N/A R 2 = 0,9967 x = 4,2310t 0,5 R 2 = 0,9960 Figura 34 - Profundidade de carbonatação obtidas para os provetes de referência nos ambientes agressivos seleccionados com as respectivas curvas de ajustamento. Com esta figura pode-se constatar que o ambiente mais agressivo é a zona da garagem do pavilhão de Engenharia Civil e Arquitectura do IST (GAR), enquanto que, na cobertura desse mesmo pavilhão (COB) e na zona da Avenida Almirante Reis (AAR), os provetes obtiveram profundidades de carbonatação ligeiramente inferiores mas bastante semelhantes. Na câmara húmida (CH) a profundidade obtida foi nula. Neste último, o resultado obtido foi o esperado e está em concordância com o ambiente onde este provete se insere. A câmara húmida tem uma HR bastante elevada, portanto, é previsível que não ocorra carbonatação devido à saturação dos provetes e consequente dificuldade de penetração do CO 2. Neste último ambiente, apesar de o modelo se ajustar bem aos dados obtidos, o coeficiente de determinação não está atribuído, isto se deve ao facto de a variável ser constante, e portanto é uma variável que não depende de. Na Figura 35 pode-se visualizar os valores de coeficiente de carbonatação calculados para os provetes de referência nos diversos períodos de exposição dos respectivos ambientes agressivos. 79

98 Valores de K [mm/ano 0,5 ] 6,0 Coeficientes de Carbonatação Natural - Provetes de Referência 5,0 4,0 3,0 2,0 GAR; 4,434 GAR; 4,300 GAR; 4,426 GAR; 4,100 COB; 3,637 COB; 3,340 COB; 3,366 COB; 3,210 AAR; 3,291 AAR; 3,180 AAR; 3,210 AAR; 3,100 AAR CH COB GAR 1,0 0,0 CH; 0,00 CH; 0,00 CH; 0,00 CH; 0,00 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Período de Exposição Natural [anos] Figura 35 - Coeficientes de carbonatação natural obtidos para os diferentes períodos de exposição nos provetes de referência. Observando o gráfico anterior pode-se constatar um ligeiro decréscimo do coeficiente de carbonatação natural à medida que o período de exposição aumenta, isto deve-se ao facto de a carbonatação se atenuar com o passar do tempo. De acordo com Costa [1999] as reacções de carbonatação conduzem à formação de carbonato de cálcio, produto este com baixa solubilidade que vai colmatar parte dos poros do betão e contribuir assim para a diminuição da porosidade deste, e com isso, a penetração de CO 2 vai diminuindo ao longo do tempo à medida que a frente de carbonatação progride para o interior do betão. Este facto pode ser comprovado com a investigação realizada por Neves [2012] onde este autor relata que há uma maior velocidade de carbonatação nas idades iniciais e, portanto, uma sobrestimação do valor do coeficiente de carbonatação. Comparando os coeficientes de carbonatação natural obtidos neste ensaio com os resultados de outros autores, pode-se verificar que os valores encontram-se dentro da mesma ordem de grandeza, ver Quadro 15. Quadro 15 - Coeficientes de carbonatação obtidos e comparação com resultados de outros autores. Ambiente [mm/ano 0,5 ] [mm/ano 0,5 ] AAR 3,15 CH 0,00 COB 3,29 3, ,54 21 GAR 4,23 20 Valor médio para diversas medições de acordo com Monteiro [2010] 21 Valor determinado para misturas com 0% de adição de sílica activa de acordo com Possan [2004] 80

99 Estes autores obtiveram valores médios de coeficiente de carbonatação natural de acordo com as respectivas companhas de medições Provetes com as Tintas Seleccionadas Os provetes que se encontravam revestidos com pintura foram colocados nos diversos ambientes agressivos (Av. Almirante Reis; Cobertura Pav. Civil; Câmara Húmida; Garagem Pav. Civil) por variados períodos de exposição à degradação natural (0 dias; 30 dias; 90 dias; 180 dias e 360 dias). No final do período de degradação natural os provetes foram recolhidos do local e levados para o laboratório onde foi realizada a medição da frente de carbonatação. Em seguida estes foram introduzidos na câmara de carbonatação durante 90 dias onde foram medidas a profundidade de carbonatação a cada 30 dias de exposição artificial, perfazendo assim, um total de quatro leituras para cada provete (uma leitura da profundidade de carbonatação natural e três leituras das profundidades de carbonatação acelerada). Com isto, pretendeu-se obter o coeficiente de carbonatação natural e acelerada, respectivamente. Para todos os provetes, a profundidade de carbonatação natural foi medida no final do respectivo período de degradação e posteriormente, com a câmara de carbonatação foram medidas as profundidades de carbonatação acelerada. Com a única excepção feita para os provetes de 360 dias de degradação natural, onde nestes não foi possível obter o coeficiente de carbonatação acelerada por limitações associadas ao prazo da entrega da tese. A análise dos resultados da carbonatação acelerada teve em consideração a pré-carbonatação associada à exposição natural, como tal, foi utilizada a equação 4.11 onde esta distingue a précarbonatação ( ) e a carbonatação acelerada ( ) Provetes na Avenida Almirante Reis (AAR) Na varanda orientada para a Avenida Almirante Reis foram colocados vinte provetes separados em quatro grupos que correspondiam aos 30 dias, 90 dias, 180 dias e 360 dias de exposição à degradação natural. Cada grupo tinha cinco provetes (quatro provetes de tinta e um provete de referência sem tinta). Após a recolha dos dados, procedeu-se ao ajustamento dos valores de coeficiente de carbonatação acelerada, de acordo com o referido no início do presente capítulo. Os valores 81

100 ajustados podem ser visualizados no Quadro 16 e as profundidades de carbonatação aceleradas encontram-se no Anexo II. Quadro 16 - Coeficiente de carbonatação acelerada após 90 dias de exposição artificial obtido para os provetes expostos na AAR para os diversos períodos de exposição à degradação natural. Resultado expresso em mm/ano 0,5. Dias de Exposição Natural S/ TINTA EURONAVY MAPEI ROBBIALAC SIKA ,099 7,386 5,715 14,661 8, ,136 11,817 6,607 22,671 12, ,770 13,013 8,277 29,512 10, ,181 48,869 47,459 72,400 52,744 De acordo com os valores obtidos para os provetes de referência, sem tinta, constata-se um aumento ligeiro do coeficiente de carbonatação acelerada. Este aumento provavelmente se deve à degradação da própria massa de betão com a exposição dos provetes neste ambiente agressivo. Quanto aos provetes com tinta, estes apresentam coeficientes de carbonatação acelerada muito inferiores aos valores obtidos nos provetes de referência mas, devido à degradação da tinta, o coeficiente de carbonatação dos provetes protegidos tem a tendência de se aproximar aos valores dos provetes de referência. A partir dos resultados dos coeficientes de carbonatação (Quadro 16), procurou-se ajustar um modelo que permitisse descrever o seu comportamento à medida que o período de exposição à degradação natural aumenta. O modelo que se ajustou é um modelo exponencial com a seguinte forma: (7.5) Onde é o período de exposição à degradação natural expresso em anos, e os parâmetros e, permitem ajustar o modelo de modo a obter a melhor estimativa possível do comportamento do coeficiente de carbonatação acelerada ao longo do tempo. Optou-se por este modelo por ser o que melhor representa os valores obtidos e, além disso, por ser um modelo que permite, para médio e longo prazo, uma estabilização gradual do coeficiente de carbonatação. Portanto, além de ser um modelo que representa bem os resultados é também um modelo com um comportamento mais próximo do esperado. 22 Valor obtido através de provetes de foram colocados directamente na câmara de carbonatação, após a pintura destes e secagem. Corresponde, em termos práticos, a 0 dias de degradação natural da tinta. 82

101 Valor de Ka [mm/ano 0,5 ] A partir deste modelo foi possível determinar a vida útil de cada tinta, inicialmente teve que se definir um critério para se saber em que momento a tinta deixa de ter qualquer efeito contributivo para o betão. O critério determinado foi o seguinte: a vida útil da tinta termina no momento em que os coeficientes de carbonatação acelerada do provete com tinta e do provete de referência apresentam uma diferença inferior a 0,01%. Definiu-se este critério muito restritivo devido às extrapolações que surgem a partir de dados muito limitativos e também pelo facto de os coeficientes de carbonatação acelerada serem muito voláteis em relação aos valores das profundidades de carbonatação acelerada, ou seja, num curto espaço de tempo, basta uma pequena variação na profundidade de carbonatação acelerada que o respectivo coeficiente de carbonatação tem outro valor totalmente distinto. Na Figura 36 pode-se ver o comportamento do coeficiente de carbonatação acelerada, os pontos são os resultados obtidos ao longo da campanha experimental e as linhas a traço contínuo são os modelos ajustados aos respectivos pontos. 120 Estimativa da Vida Útil a partir de K acelerado - AAR Período de Degradação Natural [anos] ST.p EN.p MP.p RB.p SK.p S/ Tinta EN MP Figura 36 - Coeficientes de carbonatação acelerada para a AAR. A partir destes modelos procurou-se saber qual o tempo de vida útil de cada tinta e, além disso, procurou-se determinar qual seria o período que cada uma necessitaria para ter uma degradação equivalente, ao provete de referência, de 30 dias, 90 dias, 180 e 360 dias. Para isso, considerou-se que o aumento do coeficiente de carbonatação acelerada está associado a uma perda da capacidade protectora da tinta e isso deve-se à sua degradação. Ou seja, o aumento da degradação reflecte-se no aumento do coeficiente de carbonatação acelerada, portanto, considerou-se que a evolução do coeficiente de carbonatação acelerada é uma forma indirecta para a avaliação da degradação da tinta. 83

102 No Quadro 17 pode-se verificar os parâmetros de ajustamento da curva, os respectivos coeficientes de determinação, a previsão da vida útil de cada tinta, bem como os períodos equivalentes a 30, 90, 180 e 360 dias de coeficiente de carbonatação acelerada do provete de referência. Quadro 17 - Previsão da vida útil, do coeficiente de carbonatação e dos parâmetros de ajustamento dos provetes colocada na AAR. S/ Tinta EN MP RB SK Parâmetros de Ajustamento a -18,743-92,829-96,441-85,622-92,798 b -2,948-1,053-1,030-1,850-1,102 c 96,181 96,181 96,181 96,181 96,181 Coeficiente de Determinação (R 2 ) 0,7901 0,8077 0,7624 0,8582 0,7228 Previsão de Período de Vida Útil - 8,7 8,9 4,9 8,3 [anos] 30 Dias - 1,75 1,83 0,95 1,68 Estimativa do Tempo para uma Degradação 90 Dias - 2,22 2,31 1,22 2,12 Equivalente ao Provete de 180 Dias - 2,92 3,02 1,62 2,79 Referência: [anos] 360 Dias - 4,32 4,45 2,42 4,13 0 Dias Profundidade de Carbonatação Natural [mm] 30 Dias 0, Dias 1, Dias 2, Dias 3, Estimando o tempo que cada tinta necessita para ter uma degradação equivalente ao provete de referência e conhecendo a profundidade de carbonatação natural do provete de referência para o respectivo período, tornou-se assim possível estimar o coeficiente de carbonatação natural equivalente para cada película protectora. Para esse cálculo, bastou dividir a profundidade de carbonatação natural do provete de referência pela raiz quadrada do respectivo período equivalente para cada tinta. No quadro seguinte pode-se visualizar os coeficientes de carbonatação equivalentes para cada tinta. 84

103 Quadro 18 Estimativa dos coeficientes de carbonatação natural para os provetes com tinta colocados na AAR, valores expresso em mm/ano 0,5. Período de Exposição S/ TINTA EURONAVY MAPEI ROBBIALAC SIKA 30 Dias 3,2909 0,7176 0,7024 0,9727 0, Dias 3,1800 1,0673 1,0469 1,4398 1, Dias 3,2103 1,3285 1,3057 1,7846 1, Dias 3,1000 1,4916 1,4689 1,9949 1,526 Procurou-se ajustar um modelo que melhor explicasse o comportamento do coeficiente de carbonatação natural dos provetes com tinta. De acordo com Garrido, Paulo e Branco [2012] os melhores modelos que se ajustam à degradação das tintas são: o modelo de Gompertz e o modelo de Weibull. Já para Meeker e Escobar [1998] a curva de Weibull é particularmente relevante neste campo de aplicação. Neste trabalho, constatou-se que em todos os casos, a curva Weibull foi a que melhor se correlacionou com os resultados obtidos, corroborando assim com o que foi relatado por Meeker e Escobar, e como tal, foi este o modelo adoptado. O modelo Weibull tem a forma que se pode ver na expressão 7.6. Onde: (7.6) e Parâmetros de ajustamento; - Período de exposição à degradação natural da tinta, [anos]. Uma vez que este modelo só varia entre os valores 0 e 1, e como os valores de coeficiente de carbonatação natural oscilam acima do valor unitário, houve a necessidade de adicionar mais um parâmetro multiplicativo de modo a colmatar este inconveniente, assim sendo, a curva de Weibull passou a ter a seguinte expressão: (7.7) A equação 7.7 é semelhante à equação 7.6, tendo sido adicionado o parâmetro assintótico que corresponde ao valor do coeficiente de carbonatação quando a variável temporal tende para mais infinito, ou seja, é o valor para o qual o coeficiente de carbonatação natural tende quando a tinta ultrapassa o seu período de vida útil. 85

104 Valor de Kn [mm/ano 0,5 ] Deve-se salientar que este modelo foi adoptado para descrever comportamento do coeficiente de carbonatação natural somente para os provetes com tinta. Para o caso dos provetes de referência utilizou-se o modelo exponencial com a forma da equação 7.5, uma vez que é esta a curva que melhor explica os dados obtidos. O ajuste dos modelos das equações 7.5 e 7.7 foi efectuado com recurso à ferramenta SOLVER do programa MS EXCEL 2007, onde se procurou minimizar a soma do quadrado do resíduo (SQR). Além disso, devido à escassez de dados e à necessidade em extrapolar para longo prazo, adicionou-se uma restrição ao ajuste onde consistia que a tinta, no final da sua vida útil, apresentasse um coeficiente de carbonatação natural de pelo menos 99% do valor do provete de referência. Esta restrição deveu-se ao facto de se considerar que a tinta, no final da sua vida útil, apresenta um comportamento semelhante ao de um betão sem protecção. Após esse ajuste, foi necessário avaliar o grau de correlação da curva com os valores obtidos. Tal como em regressão linear, é extremamente importante em regressão não-linear ter à disposição ferramentas de diagnóstico que permitam a avaliação do ajuste do modelo a uma dada aplicação. Usualmente, o ajuste dos modelos não-lineares aos dados é avaliado pelo coeficiente de determinação e a soma do quadrado do resíduo, acompanhado também da comparação visual dos gráficos das curvas [Echeverri, 2011]. Para este trabalho, a avaliação através do coeficiente de determinação juntamente com a comparação visual, revelaram-se suficientes para verificar o grau do ajuste. Na Figura 37 pode-se visualizar os coeficientes de carbonatação natural dos diversos provetes colocados na AAR. 3,5 Estimativa de K natural - AAR 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Período de Degradação Natural [anos] S/T EN MP RB SK Figura 37 - Estimativa do coeficiente de carbonatação natural ao longo do tempo na AAR. 86

105 No quadro seguinte, encontram-se apresentados os parâmetros de ajustamento das curvas dos provetes, bem como os respectivos coeficientes de determinação. Quadro 19 - Parâmetros de ajustamento dos modelos de degradação de coeficiente de carbonatação natural na AAR. S/ Tinta EN MP RB SK Parâmetros de Ajustamento a 0,281 4,038 4,208 1,947 3,817 b -1,104 1,986 2,024 1,649 1,958 c 3,014 3,014 3,014 3,014 3,014 Coeficiente de Determinação (R 2 ) 0,7916 0,6635 0,6573 0,7404 0,6821 Observando a Figura 37 pode-se constatar que as curvas têm um comportamento que indicia ser o mais adequado para a degradação das tintas. Pode-se verificar que nas idades iniciais, o valor de coeficiente de carbonatação natural tem um aumento muito ligeiro, que se deve ao facto de a tinta, nesse momento, ser relativamente nova. Com o passar do tempo a deterioração desta começa a agravar-se e consequentemente o valor do coeficiente de carbonatação também. Para as idades intermédias à vida útil da tinta, a taxa de degradação é a maior, mas quando esta se aproxima do final da vida útil, essa taxa vai minorando até que o valor do coeficiente de carbonatação estabiliza. Neste instante, a tinta não apresenta qualquer efeito contributivo para proteger o betão à carbonatação. Com a previsão da evolução temporal dos coeficientes de carbonatação natural é possível estimar a progressão da profundidade de carbonatação no betão ao longo da fase de exploração. Na Figura 38, pode-se visualizar a evolução da profundidade de carbonatação do betão onde fica patente as diferenças de comportamento entre um betão sem qualquer protecção (curva S/T), um betão com pintura apenas na fase inicial de exploração (curvas a traço contínuo) e, por fim, um betão com repintura sempre que termina a vida útil da respectiva tinta (curvas a tracejado). 87

106 Profundidade de Carbonatação [mm] Estimativa da Profundidade de Carbonatação - AAR Fase de Exploração [anos] Figura 38 - Estimativa da profundidade de carbonatação para o caso da AAR. S/T EN MP RB SK EN c/ Repintura MP c/ Repintura RB c/ Repintura SK c/ Repintura Comparando o betão sem qualquer protecção com o betão com uma única pintura é notória a redução da profundidade de carbonatação para este último, sendo essa diferença ainda mais evidente no caso de o betão levar repintura sempre que termina a vida útil da tinta. Outro facto que se pode constatar deve-se à evolução da profundidade de carbonatação para o betão com uma única pintura no início da sua fase de exploração. Para este tipo de solução quando se ultrapassa a vida útil da tinta, a curva de progressão da profundidade de carbonatação é paralela à curva do betão sem tinta. Portanto, o betão com tinta fora da sua vida útil apresenta uma taxa de carbonatação igual ao betão sem qualquer protecção. O Quadro 20 indica as profundidades de carbonatação que seriam previsíveis ao fim de 100 anos de vida do betão, para um betão sem tinta, para um betão com apenas uma pintura e para o caso de este ter intervenções periódicas sempre que o período de vida útil da tinta termine. Quadro 20 - Estimativa de profundidade de carbonatação no final de 100 anos de exploração no caso AAR. Prof. de Carbonatação Prof. de Carb. c/ 1 Pintura Redução em Relação ao Prov. Prof. de Carb. c/ Re-Pintura Redução em Relação ao Prov. [mm] [mm] Ref. [mm] Ref. S/ TINTA 30, EN - 24,6-18,4% 15,5-48,5% MP - 24,5-18,8% 15,5-48,5% RB - 26,3-12,8% 17,9-40,6% SK - 24,8-17,9% 15,8-47,7% 88

107 Compilando todos os resultados pode-se constatar o seguinte: a) A vida útil estimada das tintas, para os provetes expostos na AAR, conseguiram alcançar valores na ordem dos 8 a 9 anos, com excepção para a ROBBIALAC que só atingiu um valor próximo dos 5 anos; b) Quanto à eficácia das tintas, verificou que é suficiente uma única pintura no início da fase de exploração do betão para se conseguir reduzir, aproximadamente entre 13% a 19%, a carbonatação do betão no final de 100 anos de vida deste. E caso haja uma regular manutenção com várias repinturas sempre próximo de terminar a vida útil da tinta, consegue-se atenuar entre, aproximadamente, 41% a 49% a profundidade de carbonatação em relação a um betão sem protecção; c) A ROBBIALAC foi a que apresentou a menor redução na profundidade de carbonatação, verificando-se apenas uma redução de, aproximadamente, 13% e 41% para uma só pintura e com várias repinturas, respectivamente. Verificou-se uma degradação excessiva para esta tinta, comparando-a com os resultados obtidos para as restantes; d) As tintas EURONAVY, MAPEI e SIKA apresentaram períodos de vida útil muito semelhantes e profundidades de carbonatação quase idênticos, havendo uma ligeira vantagem nos resultados para a MAPEI, sendo esta diferença pouco perceptível em comparação com as outras duas. Após compilar estes resultados, procedeu-se de forma análoga para os provetes expostos na cobertura do pavilhão de civil do IST que se encontra no subcapítulo seguinte Provetes na Cobertura do Pavilhão de Civil do IST (COB) Tal como no caso anterior, foram colocados vinte provetes na cobertura do Pavilhão do Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura do IST (COB). Estes foram separados em quatro grupos que correspondiam aos quatro períodos de exposição à degradação natural da tinta (30, 90, 180 e 360 dias) e, cada grupo continha cinco provetes que estavam associados aos quatro provetes com tintas e um provete de referência. Em todos os provetes foi medida a profundidade de carbonatação natural no final do respectivo período de degradação e posteriormente com a câmara de carbonatação foram medidas as profundidades de carbonatação acelerada. 89

108 No Quadro 21 estão representados os valores de coeficientes de carbonatação acelerada obtidos para os provetes que estiveram submetidos a uma degradação natural de 30 dias, 90 dias e 180 dias. Os valores medidos para as profundidades de carbonatação podem ser visualizados no Anexo II. Quadro 21 - Coeficiente de carbonatação acelerada obtido para os provetes expostos na COB para os diversos períodos de exposição à degradação natural. Resultado expresso em mm/ano 0,5. Dias de Exposição S/ TINTA EURONAVY MAPEI ROBBIALAC SIKA Natural ,099 7,386 5,715 14,661 8, ,078 11,498 8,563 25,045 11, ,427 27,677 24,202 28,910 24, ,040 40,641 37,740 60,357 44,331 Tal como se procedeu para o caso da AAR, o critério utilizado para a determinação da vida útil da tinta foi a diferença inferior a 0,01% entre os valores dos coeficientes de carbonatação acelerada do provete com tinta e do provete de referência. O modelo de ajustamento usado para os coeficientes de carbonatação acelerada foi o modelo exponencial, de acordo com a equação 7.5. Para o coeficiente de carbonatação natural, o modelo escolhido foi a curva de Weibull da equação 7.7 com excepção para o provete de referência onde também se utilizou o modelo exponencial da equação 7.5 por ser o que melhor se ajustava aos dados obtidos. Na Figura 39 pode-se observar os valores obtidos para os coeficientes de carbonatação acelerada, bem como os respectivos modelos ajustados que descrevem o comportamento destes. 23 Valor obtido através de provetes de foram colocados directamente na câmara de carbonatação, após a pintura destes e secagem. Corresponde, em termos práticos, a 0 dias de degradação natural da tinta. 90

109 Valor de Ka [mm/ano 0,5 ] Estimativa da Vida Útil a partir de K acelerado - COB Período de Exposição Natural [anos] ST.p EN.p MP.p RB.p SK.p S/ Tinta EN MP RB SK Figura 39 - Coeficientes de carbonatação acelerada para a COB. A partir destes modelos procurou-se saber, além da estimativa de vida útil, qual seria o período que cada tinta necessitaria para ter uma degradação equivalente ao provete sem tinta de 30 dias, 90 dias, 180 dias e 360 dias. Para isso, considerou-se que o aumento do coeficiente de carbonatação acelerada está associado à degradação da tinta. No Quadro 22 pode-se verificar os parâmetros de ajustamento da curva, os respectivos coeficientes de determinação, a previsão da vida útil de cada tinta, bem como os períodos equivalentes de 30, 90, 180 e 360 dias de coeficiente de carbonatação acelerada do provete de referência. Quadro 22 - Previsão da vida útil, do coeficiente de carbonatação e dos parâmetros de ajustamento dos provetes colocada na COB. S/ Tinta EN MP RB SK Parâmetros de Ajustamento a -17,240-87,571-89,761-80,615-87,964 b -2,639-1,010-0,9376-1,438-1,068 c 94,040 94,040 94,040 94,040 94,040 Coeficiente de Determinação (R 2 ) 0,7203 0,9885 0,9857 0,8988 0,9774 Previsão de Período de Vida Útil [anos] - 9,1 9,8 6,3 8,6 Estimativa do Tempo para uma Degradação Equivalente ao Provete de Referência: [anos] 30 Dias - 1,83 1,99 1,23 1,73 90 Dias - 2,26 2,46 1,53 2, Dias - 2,92 3,17 1,99 2, Dias - 4,22 4,57 2,91 4,00 91

110 S/ Tinta EN MP RB SK 0 Dias Profundidade de Carbonatação Natural [mm] 30 Dias 1, Dias 1, Dias 2, Dias 3, A partir dos dados anteriores, foram calculados, de modo semelhante à AAR, os coeficientes de carbonatação natural equivalentes e que podem ser visualizados no quadro seguinte. Quadro 23 - Coeficientes de carbonatação natural equivalente para os provetes com tinta na COB, valores expresso em mm/ano 0,5. Período de Exposição S/ TINTA EURONAVY MAPEI ROBBIALAC SIKA 30 Dias 3,637 0,777 0,744 0,949 0, Dias 3,340 1,110 1,064 1,350 1, Dias 3,366 1,394 1,337 1,687 1, Dias 3,210 1,562 1,501 1,883 1,606 Procurou-se ajustar, para o coeficiente de carbonatação natural, o modelo de Weibull para os provetes com tinta e o modelo exponencial para o provete sem tinta, utilizando, respectivamente, as equações 7.7 e 7.5. Na Figura 40 pode-se ver os coeficientes de carbonatação natural das diversas tintas onde se verifica o comportamento dos coeficientes. Nas idades iniciais o incremento do coeficiente é baixo, mas este vai aumentando à medida que o período de degradação também aumenta, até que volta a ter um baixo crescimento quando a tinta se aproxima no término da sua vida útil. 92

111 Valor de Kn [mm/ano 0,5 ] Estimativa de K natural - COB 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Período de Degradação Natural [anos] S/T EN MP RB SK Figura 40 - Estimativa do coeficiente de carbonatação natural ao longo do tempo na COB. No quadro seguinte encontram-se apresentados os parâmetros de ajustamento das curvas, bem como os respectivos coeficientes de determinação. Quadro 24 - Parâmetros de ajustamento dos modelos de degradação de coeficiente de carbonatação natural na COB. S/ Tinta EN MP RB SK Parâmetros de Ajustamento a 0,691 4,170 4,612 2,591 3,901 b -7,679 1,972 2,034 1,720 1,942 c 3,268 3,268 3,268 3,268 3,268 Coeficiente de Determinação (R 2 ) 0,8844 0,7109 0,6854 0,7943 0,7288 Com a previsão da evolução temporal dos coeficientes de carbonatação natural é possível estimar a profundidade de carbonatação do betão ao longo da sua fase de exploração. A Figura 41 permite visualizar a progressão da profundidade de carbonatação do betão com a evolução tempo. 93

112 Profundidade de Carbonatação [mm] Estimativa da Profundidade de Carbonatação - COB Fase de Exploração [anos] S/T EN MP RB SK EN c/ Repintura MP c/ Repintura RB c/ Repintura SK c/ Repintura Figura 41 - Estimativa da profundidade de carbonatação para o caso da COB. Nesta figura, tal como no local de exposição analisado anteriormente, torna-se evidente a diferença de comportamento do provete sem qualquer tinta com os restantes provetes, sendo essa divergência ainda mais notória no caso de haver uma boa manutenção e repinturas sempre que esteja a terminar o período de vida útil das tintas. No Quadro 25 pode-se verificar as profundidades de carbonatação que seriam previsíveis ao fim de 100 anos de vida do betão, para um betão sem protecção, para um betão com apenas uma pintura e para o caso de este ter intervenções periódicas sempre que o período de vida útil da tinta termine. Quadro 25 - Estimativa de profundidade de carbonatação no final de 100 anos de exploração no caso da COB. Prof. de Carbonatação Prof. de Carb. c/ 1 Pintura Redução em Relação ao Prov. Prof. de Carb. c/ Re-Pintura Redução em Relação ao Prov. [mm] [mm] Ref. [mm] Ref. S/ TINTA 32, EN - 26,7-18,7% 17,0-48,1% MP - 26,3-19,7% 16,4-49,7% RB - 27,9-14,7% 18,5-43,3% SK - 26,8-18,1% 17,1-47,8% Compilando todos os resultados pode-se constatar o seguinte: a) Tal como no caso da AAR, basta uma única pintura no início da vida útil do betão para se conseguir reduzir entre 15% a 20% a carbonatação do betão no final de 100 anos de vida deste. E se for realizada uma manutenção regular com várias repinturas 94

113 sempre próximo de terminar a vida útil da tinta, consegue-se atenuar em aproximadamente 43% a 50% a profundidade de carbonatação em relação a um betão sem protecção; b) A vida útil das tintas, para os provetes expostos na COB, conseguiram atingir valores na ordem dos 9 a 10 anos, com excepção para a ROBBIALAC que só alcançou um valor próximo dos 6 anos. Além disso, esta tinta também apresentou a menor redução na profundidade de carbonatação, verificando se apenas uma redução de aproximadamente 15% e 43% para uma só pintura e com varias repinturas, respectivamente. Denotou-se também, para esta tinta, uma degradação excessiva comparando-a com as outras; c) Tal como no caso anterior, as tintas EURONAVY, MAPEI e SIKA apresentaram períodos de vida úteis muito semelhantes e profundidades de carbonatação quase idênticos, sendo que a MAPEI, mais uma vez, apresentou os melhores resultados, mas com diferenças pouco notórias em comparação com as outras duas tintas. Segue-se a análise dos resultados aos provetes colocados na garagem subterrânea do pavilhão de civil do IST Provetes na Garagem do Pavilhão de Civil do IST (GAR) Foram colocados vinte provetes de betão na garagem coberta do Pavilhão do Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura do IST (GAR). Estes provetes foram associados em quatro grupos que correspondiam aos quatro períodos de degradação natural (30, 90, 180 e 360 dias) e cada grupo continha cinco provetes (quatro provetes com tinta e um provete de referência sem tinta). De modo semelhante aos dois casos anteriores, os provetes colocados na garagem foram levados para o laboratório no final dos respectivos períodos de degradação, de maneira a medir a profundidade de carbonatação natural. Posteriormente, com o recurso à câmara de carbonatação foram medidas as profundidades de carbonatação acelerada. No Quadro 26 estão expressos os valores de coeficientes de carbonatação acelerada obtidos para os provetes que estiveram submetidos a uma degradação natural da tinta de 30 dias, 90 dias e 180 dias. Os valores das profundidades de carbonatação podem ser visualizados no Anexo II. 95

114 Valor de Ka [mm/ano 0,5 ] Quadro 26 - Coeficiente de carbonatação acelerada obtido para os provetes expostos na GAR para os diversos períodos de exposição à degradação natural. Resultado expresso em mm/ano 0,5. Dias de Exposição S/ TINTA EURONAVY MAPEI ROBBIALAC SIKA Natural ,099 7,386 5,715 14,661 8, ,096 22,527 12,373 28,410 19, ,994 24,270 19,903 31,790 29, ,09 36,204 29,299 44,441 36,669 À semelhança de como se procedeu para o caso da AAR e para a COB, o critério utilizado para a determinação da vida útil da tinta foi a diferença inferior a 0,01% entre os valores dos coeficientes de carbonatação acelerada do provete com tinta e do provete de referência. O modelo de ajustamento para explicar o comportamento do coeficiente de carbonatação acelerada foi o modelo exponencial de acordo com a equação 7.5. Para o coeficiente de carbonatação natural o modelo escolhido foi a curva de Weibull da equação 7.7, com excepção do provete de referência onde também se utilizou o modelo exponencial da equação 7.5. Na Figura 42 pode-se visualizar os valores obtidos de coeficientes de carbonatação acelerada, bem como os respectivos modelos ajustados que descrevem o comportamento destes. 120 Estimativa da Vida Útil a partir de K acelerado - GAR Período de Degradação Natural [anos] ST.p EN.p MP.p RB.p SK.p S/ Tinta EN MP RB SK Figura 42 - Coeficientes de carbonatação acelerada para a GAR. 24 Valor obtido através de provetes de foram colocados directamente na câmara de carbonatação, após a pintura e secagem destes. Corresponde, em termos práticos, a 0 dias de degradação natural da tinta. 96

115 A partir destes modelos procurou-se determinar a estimativa de vida útil, e o período que cada tinta necessitaria para ter uma degradação equivalente ao provete sem tinta de 30 dias, 90 dias, 180 dias e 360 dias. Para isso considerou-se que o aumento do coeficiente de carbonatação acelerada está associado à degradação da tinta. No Quadro 27 pode-se verificar os parâmetros de ajustamento da curva, os respectivos coeficientes de determinação, a previsão da vida útil de cada tinta, bem como os períodos equivalentes de 30, 90, 180 e 360 dias de coeficiente de carbonatação acelerada do provete de referência. Quadro 27 - Previsão da vida útil, do coeficiente de carbonatação e dos parâmetros de ajustamento dos provetes colocada na GAR. S/ Tinta EN MP RB SK Parâmetros de Ajustamento a -26, , , , ,3072 b -2,6673-0,6537-0,5534-0,7692-0,7186 c 102, , , , ,0900 Coeficiente de Determinação (R 2 ) 0,7393 0,8649 0,9881 0,9132 0,9290 Previsão de Período de Vida Útil [anos] - 13,9 16,5 11,7 12,7 Estimativa do Tempo para uma Degradação Equivalente ao Provete de Referência: [anos] 30 Dias - 2,21 2,70 1,80 2,00 90 Dias - 2,89 3,50 2,36 2, Dias - 3,91 4,71 3,22 3, dias - 5,95 7,12 4,96 5,41 0 Dias Profundidade de Carbonatação Natural [mm] 30 Dias 1, Dias 2, Dias 3, Dias 4, A partir dos dados anteriores foram calculados os coeficientes de carbonatação natural equivalentes que podem ser visualizados no Quadro

116 Valor de Kn [mm/ano 0,5 ] Quadro 28 - Coeficientes de carbonatação natural equivalente para os provetes com tinta na GAR, valores expresso em mm/ano 0,5. Período de Exposição S/ TINTA EURONAVY MAPEI ROBBIALAC SIKA 30 Dias 4,434 0,862 0,779 0,960 0, Dias 4,300 1,266 1,149 1,401 1, Dias 4,426 1,584 1,443 1,744 1, Dias 4,100 1,682 1,537 1,842 1,763 Procurou-se ajustar, para o coeficiente de carbonatação natural, o modelo de Weibull para os provetes com tinta e o modelo exponencial para o provete sem tinta utilizando, respectivamente, as expressões 7.7 e 7.5. Na Figura 43, pode-se visualizar os coeficientes de carbonatação natural das diversas tintas onde se verifica o comportamento dos coeficientes. Nas idades iniciais o incremento do coeficiente é baixo, mas este vai aumentando à medida que o período de degradação aumenta, até que volta a ter um baixo crescimento quando a tinta se aproxima no término da sua vida útil. Estimativa de K natural - GAR 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Período de Degradação Natural [anos] S/T EN MP RB SK Figura 43 - Estimativa do coeficiente de carbonatação natural ao longo do tempo na GAR. No quadro seguinte pode-se visualizar os parâmetros de ajustamento das curvas, bem como os respectivos coeficientes de determinação. 98

117 Profundidade de Carbonatação [mm] Quadro 29 - Parâmetros de ajustamento dos modelos de degradação de coeficiente de carbonatação natural na GAR. S/ Tinta EN MP RB SK Parâmetros de Ajustamento a 0,375 6,201 7,818 4,855 5,495 b -1,392 1,892 2,042 1,733 1,832 c 4,100 4,100 4,100 4,100 4,100 Coeficiente de Determinação (R 2 ) 0,5571 0,4939 0,3981 0,5825 0,5478 Com a previsão da evolução temporal dos coeficientes de carbonatação natural é possível estimar a profundidade de carbonatação do betão ao longo da sua fase de exploração. A Figura 44 permite visualizar a evolução da profundidade de carbonatação do betão. Estimativa da Profundidade de Carbonatação - GAR Fase de Exploração [anos] S/T EN MP RB SK EN c/ Repintura MP c/ Repintura RB c/ Repintura SK c/ Repintura Figura 44 - Estimativa da profundidade de carbonatação para o caso da GAR. Com esta figura, tal como nos anteriores locais de exposição, torna-se evidente a diferença de comportamento do provete sem qualquer tinta com os restantes provetes, e essa divergência é mais notória no caso de haver uma boa manutenção e repinturas sempre que esteja a terminar o período de vida útil das tintas. No Quadro 30 encontram-se representadas as profundidades de carbonatação que seriam previsíveis no final de 100 anos de vida do betão, para um betão sem protecção, para um betão com apenas uma pintura e para o caso de este ter intervenções periódicas sempre que o período de vida útil da tinta termine. 99

118 Quadro 30 - Estimativa de profundidade de carbonatação no final de 100 anos de exploração no caso GAR. Prof. de Carbonatação Prof. de Carb. c/ 1 Pintura Redução em Relação ao Prov. Prof. de Carb. c/ Re-Pintura Redução em Relação ao Prov. [mm] [mm] Ref. [mm] Ref. S/ TINTA 41, EN - 31,7-22,7% 21,0-48,9% MP - 30,5-25,5% 20,0-51,3% RB - 32,8-20,0% 22,2-46,0% SK - 32,3-21,3% 21,6-47,3% Compilando todos os resultados pode-se constatar o seguinte: a) Tal como no caso da AAR e da COB, basta uma única pintura no início da vida útil do betão para se conseguir reduzir em, aproximadamente, 20% a 26% a carbonatação do betão no final de 100 anos de vida deste. E se houver uma manutenção regular com várias repinturas sempre próximo de terminar a vida útil da tinta, consegue-se atenuar em, aproximadamente, 46% a 52% da profundidade de carbonatação em relação a um betão sem tinta; b) Quanto à previsão da vida útil das tintas, para o caso dos provetes expostos na GAR, conseguiu-se atingir valores na ordem dos 12 a 17 anos. Sendo a tinta da MAPEI a que apresentou o melhor resultado e a tinta da ROBBIALAC a que demonstrou ser a menos eficaz mas esta última conseguiu ter resultados muito semelhantes em comparação com as outras tintas; c) No final dos 100 anos da fase de exploração verifica-se que os resultados obtidos são mais eficazes em comparação com os restantes ambientes, sendo à priori, pouco compreensível o porquê de apresentar resultados superiores, uma vez que se apurou que a GAR é o ambiente mais gravoso em termos de profundidade de carbonatação. A explicação mais plausível para esta contradição deve-se à própria natureza do local e à função a que estas tintas protectoras foram concebidas. O local em questão é o mais severo em termos de contribuição para a carbonatação mas tem a particularidade de ser um ambiente com baixo nível de degradação para as tintas. Sendo um parque automóvel coberto e subterrâneo, os agentes degradantes das tintas, tais como a radiação UV, os factores climatérios como a chuva e o vento ou mesmo a poluição atmosférica tem pouco significado neste ambiente e, portanto, é possível que neste 100

119 local haja um número reduzido de agentes degradantes, permitindo assim, que as tintas desempenhem a sua função sem grandes perturbações; d) Para este local de exposição, a tinta da ROBBIALAC foi capaz de atenuar a diferença nos resultados, conseguindo demonstrar uma estimativa de vida útil próxima das restantes tintas. Além disso, esta apresenta profundidades de carbonatação na mesma ordem de grandeza, ou seja, esta tinta evidência o que foi referido no ponto anterior. A ROBBIALAC é uma tinta propícia a se degradar precocemente, como se constatou nos outros ambientes, mas para este local essa degradação não foi tão intensa, conseguindo estar ao nível das demais tintas. Portanto este facto demonstra a presença de um número reduzido de agentes degradantes nesse local e a consequente melhoria de desempenho dessa tinta; e) Tendo em conta tudo o que foi referido anteriormente, é compreensível que neste local seja de esperar que as tintas de protecção face à carbonatação tenham um comportamento mais notório e favorável Provetes na Câmara Húmida (CH) Foram colocados vinte provetes de betão na Câmara Húmida do Pavilhão do Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura do IST (CH). Estes provetes foram divididos em quatro grupos que correspondiam aos quatro períodos de degradação natural (30, 90, 180 e 360 dias) e cada grupo continha cinco provetes (quatro provetes com tinta e um provete de referência sem tinta). Também para este caso, no final dos respectivos períodos de degradação foram medidas as profundidades de carbonatação natural. Posteriormente com o recurso à câmara de carbonatação foram medidas as profundidades de carbonatação acelerada. No Quadro 31 estão expressos os valores de coeficientes de carbonatação acelerada obtidos para os provetes que estiveram submetidos a uma degradação natural da tinta de 30 dias, 90 dias e 180 dias. Os valores das profundidades de carbonatação podem ser visualizados no Anexo II. 101

120 Valor de Ka [mm/ano 0,5 ] Quadro 31 - Coeficiente de carbonatação acelerada obtido para os provetes expostos na CH para os diversos períodos de exposição natural. Resultado expresso em mm/ano 0,5. Dias de Exposição S/ TINTA EURONAVY MAPEI ROBBIALAC SIKA Natural ,099 7,386 5,715 14,661 8, ,922 7,067 5,509 14,874 7, ,837 6,665 4,894 15,162 7, ,963 6,769 4,665 22,129 5,349 Com estes dados procurou-se ajustar o modelo exponencial com a forma da equação 7.5. Os parâmetros ajustados bem como os respectivos coeficientes de determinação estão apresentados no Quadro 32. Quadro 32 - Parâmetros de ajustamento dos modelos de degradação de coeficiente de carbonatação acelerada na CH. S/ Tinta EN MP RB SK Parâmetros de Ajustamento a 8,907 7,00 1,359-56,226 8,517 b -7,844-9, 680-3,460-0,248-0,830 c 69,963 6,702 4,398 69,963 0,000 Coeficiente de Determinação (R 2 ) 0,6909 0,9475 0,9774 0,8155 0,9158 Pode-se visualizar na figura seguinte as melhores curvas de ajustamento obtidas que explicam os dados Estimativa da Vida Útil a partir de K acelerado - CH ,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Período de Degradação Natural [anos] S/ Tinta EN MP RB SK Figura 45 - Coeficientes de carbonatação acelerada para CH. 25 Valor obtido através de provetes de foram colocados directamente na câmara de carbonatação, após a pintura e secagem destes. Corresponde, em termos práticos, a 0 dias de degradação natural da tinta. 102

121 O modelo de regressão indicia haver um bom ajuste, pois visualmente verifica-se que a modelação se adequa bem aos dados e, além disso, o próprio indicador que avalia o grau do ajustamento (coeficiente de determinação) apresenta valores altos (Quadro 32). Extrapolando para médio e longo prazo, os resultados deixam de fazer qualquer sentido, pois de acordo com o modelo, a tendência é do coeficiente de carbonatação acelerada se reduzir à medida que se aumenta a degradação natural. Avaliando os dados reconhece-se que há um nítido decréscimo do valor de coeficiente de carbonatação acelerada, o que leva a entender que existe uma melhoria gradual da tinta de protecção face à carbonatação. Apesar de esta progressão ser pouco compreensível a explicação mais aceitável para este fenómeno deve-se à HR presente no local. No subcapítulo salientou-se o facto da HR influenciar os resultados nos processos de carbonatação, referindo-se que na presença de uma HR elevada a carbonatação interrompe-se devido à saturação dos poros no interior do betão. Portanto, o que provavelmente ocorreu foi o seguinte: quanto maior o período de exposição num ambiente saturado, maior e mais profundo é o preenchimento dos poros do betão, e assim, há maiores dificuldades de o CO 2 penetrar para o interior do mesmo. Se esta for a principal razão para explicar o que se observou, então, para o caso particular de os provetes colocados no ambiente saturado, o que está a garantir a resistência à carbonatação não é a tinta em si, mas sim as próprias condições intrínsecas ao betão. Outro facto que se constatou relaciona-se com a carbonatação natural dos provetes inseridos neste ambiente, em particular, os provetes de referência. Nestes, evidenciou-se a ausência de qualquer frente de carbonatação no decorrer dos ensaios naturais e isto deve-se ao facto de no interior da câmara húmida a HR ser de tal ordem elevada que provoca a saturação dos provetes fazendo com que os poros da massa de betão se preencham com água, como já foi referido anteriormente. Neste cenário, a penetração do CO 2 será forçosamente mais difícil, uma vez que a difusão deste gás terá de ser no meio líquido. De acordo com Bekker [1988] o coeficiente de difusão de CO 2 na água é de aproximadamente vezes mais baixa que no ar, explicando assim a ausência de qualquer profundidade de carbonatação após os ensaios em exposição natural. Verificou-se ainda que as películas protectoras têm um mau comportamento em ambientes com elevada presença de HR. No decorrer dos ensaios averiguou-se que os revestimentos de tinta não tiveram grande resistência mecânica, uma vez que estas se degradaram muito rapidamente. 103

122 Na figura seguinte pode-se visualizar o estado das películas de tinta onde se constatou que as tintas da MAPEI e da SIKA foram as que apresentaram melhor aspecto estético e resistente a choques no final dos períodos de degradação. A tinta da EURONAVY apresentou algum empolamento da pelicula e zonas com uma ligeira perda de aderência ao provete, enquanto que a tinta da ROBBIALAC foi a que demonstrou grande descasque e grande exposição da superfície de betão ao ambiente agressivo. Figura 46 - Aspecto visual das películas de tinta após degradação na CH, na imagem superior esquerda a tinta da EURONAVY, da direita a tinta da MAPEI no canto inferior esquerdo a tinta da ROBBIALAC e na imagem da direita a tinta da SIKA. Apesar das tintas apresentarem diversos aspectos no final dos ensaios, deve-se salientar que em termos de processos de carbonatação não houve qualquer influência. Na hipótese de o revestimento protector do betão desaparecer na totalidade, os processos de corrosão por carbonatação não teriam qualquer efeito. O mesmo não se pode aferir para outros tipos de corrosão, nestas circunstâncias o betão está vulnerável a outros tipos de deterioração Vida Útil Estimada para Cada Tinta Como já se fez referência anteriormente, os ambientes de exposição não foram selecionados ao acaso, a AAR foi escolhida por representar um local com relativa poluição e exposição solar, 104

123 a COB foi considerada como um local de forte exposição climatérica, enquanto que, na GAR foi devido à concentração de CO 2 ser relativamente superior. Com isto, e reunindo todos os resultados dos vários ambientes pode-se observar, no quadro seguinte, a vida útil estimada para cada tinta. Quadro 33 - Vida útil estimada para cada tinta em cada ambiente agressivo. AAR Ambiente de elevada poluição COB Ambiente de elevada exposição solar GAR Ambiente de elevada concentração CO 2 EURONAVY 8,7 9,1 13,9 MAPEI 9,0 9,8 16,5 ROBBIALAC 4,9 6,3 11,7 SIKA 8,3 8,6 12,7 De um modo geral, os valores da vida útil rondam os 8 a 10 anos com excepção para a ROBBIALAC. No entanto, esse valor poderia ser majorado caso houvesse uma minimização da degradação da tinta, sendo os resultados da GAR uma prova disso, pois neste caso, como não há uma grande influência dos agentes de degradação, as tintas conseguiram atingir vidas úteis na ordem dos 12 a 17 anos. O valor de vida útil estimados neste trabalho experimental para os ambientes AAR e COB e comparando com os obtidos por Chai [2011] constata-se que são resultados que possuem a mesma ordem de grandeza, uma vez que esta autora, recorrendo a outros critérios, determinou que a vida útil das tintas está na ordem dos 9,75 anos Análise Global dos Provetes com Tintas É importante agrupar todos os resultados para se resumir, em termos globais, quais os melhores resultados. Para isso, além do desempenho verificado para cada tinta, introduziu-se uma outra variável que é muitas vezes equacionada aquando do critério de escolha, o seu custo. Após uma pesquisa do mercado e inquirindo cada fabricante relativamente aos custos das tintas, constatou-se que os preços variam bastante. O Quadro 34 apresenta o custo unitário de cada tinta para cada unidade de área e por demão. 105

124 Estes valores correspondem a preços de 2011, sem IVA e, além disso, não estão aqui representados preços com economias de escala, caso contrário alteraria certamente estes valores. Quadro 34 - Custo das tintas por unidade de área e por demão. Custo Unitário [ /m 2 ] EURONAVY 0,92 MAPEI 1,96* ROBBIALAC 0,81* SIKA 1,37 *Valor médio obtido a partir do rendimento máximo e mínimo De modo a ter a percepção, em termos globais, de qual a tinta que apresenta as melhores condições quer em termos de eficácia ao desempenho quer em termos de custos, criou-se uma equação designada por Apreciação Final ( ) que pretende representar o desempenho geral. Esta tem a seguinte expressão: (7.8) Onde: Apreciação final, expresso em [.mm/m 2.ano]; Número de intervenções no final dos 100 anos. - Custo unitário, expresso em [ /m 2 ]; Profundidade de carbonatação média anual estimada com repintura, expresso em [mm/ano]. Sabendo que: (7.9) (7.10) Onde: Vida útil da tinta, expressa em [anos]; - Profundidade de carbonatação natural estimada no final dos 100 anos com repintura, expresso em [mm]. Introduzindo as equações 7.9 e 7.10 na equação 7.8, obtém-se a expressão final: 106

125 (7.11) Esta expressão não tem qualquer sentido físico, mas naturalmente que quanto menor o seu valor, melhor será a tinta em termos de custos e de desempenho. Elaborou-se a equação desta forma de modo a reduzir o seu valor sempre que a estimativa da vida útil seja maior e aumentar este, quando o custo unitário e a profundidade de carbonatação são maiores. Assim, procura-se beneficiar as tintas que apresentem conjuntamente estimativas de vida útil mais elevada e custos e profundidades de carbonatação mais baixas. No Quadro 35 pode-se ver os valores de para os diversos ambiente e para cada tinta. Quadro 35 - Valores de Apreciação Final de cada tinta para cada ambiente de exposição. AAR COB GAR EURONAVY 1,6 1,7 1,4 MAPEI 3,4 3,3 2,4 ROBBIALAC 2,9 2,4 1,5 SIKA 2,6 2,7 2,3 Perante este quadro pode-se constatar uma inversão quase total dos resultados que inicialmente foram apresentados. Até aqui, em temos de desempenho técnico a tinta da MAPEI foi constantemente a melhor, mas com este novo critério a tinta passa a ser a que apresenta o pior resultado. Outro facto, este também com alguma relevância, deve-se à melhoria relativa da ROBBIALAC que passou dos lugares mais inferiores para as posições cimeiras. Esta alternância de posições relativas deveu-se sobretudo ao preço de cada tinta, onde se verificou que a tinta da MAPEI é a mais onerosa e a tinta da ROBBIALAC a mais económica. Quanto à tinta da SIKA esta foi considerada a segunda melhor tinta no caso da AAR mas para a COB e GAR esta desceu para a terceira e quarta posição, respectivamente. Apesar de tecnicamente ter um bom desempenho, o preço compromete o seu posicionamento. A tinta da EURONAVY é a que apresenta constantemente o melhor resultado e com este critério, esta tinta passa para uma posição de grande relevância. O excelente resultado devese ao bom desempenho técnico mas, sobretudo, ao preço onde se pode verificar que foi das tintas mais económicas, dando indicações de ter uma boa relação qualidade/preço. 107

126 108

127 8. Conclusão O objetivo principal deste trabalho foi o de estimar a vida útil de tintas para proteger o betão contra a carbonatação e, além disso, também determinar a evolução da eficácia de proteção destas durante os seus períodos de vida útil. Assim, seria avaliada a protecção real que a pelicula protectora confere, não apenas em termos de idade precoce como também quando esta se próxima do final da vida útil. A metodologia realizada para determinar o comportamento da tinta, evidenciou um claro aumento dos valores do coeficiente de carbonatação acelerada à medida que o período de degradação natural da tinta aumentava. Porém, este procedimento apresenta a limitação de não ser possível prever o comportamento da tinta em ambientes saturados. Com a campanha experimental realizada pode-se concluir que a estimativa da vida útil das tintas apresenta um valor na ordem dos 8 a 16 anos, com excepção para a ROBBIALAC que apresentou valores na ordem dos 5 a 12 anos. A opção de pintar o betão com tintas protectoras contra a carbonatação apenas no início da fase de exploração deste, leva a que no final de 100 anos de exploração a carbonatação apresente uma redução de 15 a 25% em comparação com um betão sem qualquer sistema de protecção. Já quando existe uma boa manutenção da película protectora e são efectuadas repinturas periódicas no betão sempre que termine a vida útil da tinta antiga, verifica-se uma redução da profundidade de carbonatação na ordem dos 45 a 50% no final de 100 anos de exploração. De um modo geral as tintas da EURONAVY, MAPEI e SIKA foram as que apresentaram os melhores resultados, com ligeira vantagem para a MAPEI, no entanto todos os resultados se encontram dentro da mesma ordem de grandeza. Para a tinta da ROBBIALAC verificou-se uma degradação precoce, os resultados foram sempre inferiores, tanto em termos de período de vida útil como a nível de coeficiente de carbonatação e, como consequência, foi a que apresentou profundidades de carbonatação superiores. Os resultados obtidos na Garagem do Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura no IST, demostram que a degradação das tintas tem uma forte influência, pela negativa, na protecção do betão à carbonatação. A GAR foi considerada como o ambiente mais adverso em termos de profundidade de carbonatação, porém as tintas conseguiram obter os resultados mais eficazes. Esta eficácia foi motivada, sobretudo, pela presença de um número reduzido de agentes degradantes neste local. 109

128 Com o critério da apreciação final ( ), que conjuga o desempenho da tinta e o seu custo, a MAPEI destaca-se pela negativa, onde apresenta, perante as outras tintas, os piores resultados. Nestas condições a tinta da EURONAVY foi a que melhor resultado obteve, evidenciando assim, o seu bom desempenho técnico e económico. Logo a seguir à EURONAVY, na segunda posição, encontra-se a ROBBIALAC. Esta tinta conseguiu chegar a esta posição essencialmente devido ao seu baixo custo, pois o seu desempenho técnico é muito inferior comparado com as restantes tintas. Quanto à SIKA evidencia-se a estabilidade dos seus valores em todos os locais seleccionados, sendo uma das grandes mais-valias da SIKA a estabilidade dos seus resultados independentemente do ambiente onde esta se encontre inserida. A sobrestimação da eficácia da protecção da película protectora pode levar a que a penetração da frente de carbonatação no betão seja acima da que realmente foi prevista e, como tal, o recobrimento por si só pode não ser suficiente. Esta sobrestimação pode ser provocada pelo alto grau de protecção conferido aos betões nas idades jovens da tinta. Com este estudo foi possível determinar que as películas protectoras se degradam e isso motiva o aumento da carbonatação, agravando-se, assim, a extensão do betão carbonatado. Portanto somente com uma boa conjugação entre a utilização da tinta protectora com manutenção regular e um recobrimento adequado é que se torna possível garantir um betão armado com o mínimo de perturbações devido à corrosão por carbonatação. A situação ideal seria ter uma tinta que garantisse a sua não degradação e, se assim fosse, não surgiria no betão fenómenos de carbonatação, ataque de cloretos e outros tipos de deterioração. Teoricamente, se isso fosse possível, ter-se-ia a oportunidade de minimizar o recobrimento do betão em tal ordem que este só seria necessário apenas para efeitos construtivos e, assim, haveria a possibilidade de se reduzir as dimensões dos elementos estruturais ao estritamente necessário para garantir a resistência mecânica. Para se determinar a real eficácia da tinta para a protecção do betão, não basta analisar esta em função do tipo de betão ou da classe de exposição. As tintas têm uma forte componente química que deve ser valorizada, pois o seu comportamento é determinado pelos seus constituintes. Uma vez que estudar os componentes da tinta não fez parte do âmbito deste estudo experimental, não se procurou explorar essa vertente, o que poderá ser uma área com algum interesse para ser estudada futuramente. Dentro do âmbito deste trabalho, uma forma de aprofundar os conhecimentos é, à partida, realizar os ensaios que não foram possíveis para este trabalho experimental, nomeadamente o envelhecimento artificial das tintas. Com isso, obter-se-iam resultados determinantes para a averiguação da eficácia das tintas quando estas se encontram totalmente degradadas. 110

129 9. Bibliografia ALMEIDA, J., SINÉZIO, J. C. Estudo da Degradação dos Pigmentos Sintéticos Orgânicos Por Incidência da Radiação Ultravioleta. VI Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica, São Paulo, APPLETON, J. CONSTRUÇÕES EM BETÃO Nota histórica sobre a sua evolução, Grupo de disciplina de betão armado e pré-esforçado, Março BAKKER, R. F. Initiation period in corrosion of steel in concrete. RILEM: Chapman & Hall, Nova Iorque, BENTUR, A., JAEGERMANN, C. Effect of Curing and Composition on the Properties of the Outer Skin of Concrete. Journal of Materials in Civil Engineering, vol. 3, BENTUR, A., DIAMOND, S., BERKE, N. S. Steel Corrosion in Concrete: Fundamentals and Civil Engineering Practice. E & FN SPON, Londres, BERTOLINI, L., PEDEFERRI, B., POLDER, R. Corrosion of Steel in Concrete - Prevention, Diagnosis, Repair. WILEY-VCH, Milão, BRANCO, F. Concepção dos Edifícios com Durabilidade - Apontamentos da Cadeira de Patologia e Reabilitação da Construção. Instituto Superior Técnico, Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura. Lisboa, Maio BRITO, J. Diagnóstico, Patologia e Reabilitação de Revestimentos de Paredes. Instituto Superior Técnico, Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura, Lisboa, BROOMFIELD, J. P. Corrosion of Steel in Concrete: Understanding, Investigation and Repair. Taylor & Francis, Milton Park, Oxford, Reino Unido, CASCUDO, O. Controle da Corrosão de Armaduras em Concreto - Inspeção e Técnicas Electroquímicas. Editora UFG, Goiânia, Brasil, CEB. Durable Concrete Structures CEB design Guide. Bulletin d'information nº: 182, ed. 2ª. Comité Euro-International du Beton, Lausanne, Junho CEUKELAIRE, L., NIEUWENBURG, V. Accelerated carbonation of a blast-furnace cement concrete. Cement and Concrete Research, vol. 23, p , CHAI, C. V. Previsão da vida útil de revestimentos de superfícies pintadas em paredes exteriores. Instituto Superior Técnico, Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura. Lisboa,

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135 Anexo I - Caracterização do Betão (resultados do ensaio de compressão e de absorção de água); II - Medições das Profundidades de Carbonatação Acelerada; III - Fichas Técnicas dos Revestimentos por Pintura. 117

136

137 Anexo I Caracterização do Betão Medições das forças de rotura obtidos durante o ensaio da compressão ao betão. Força [kn] Tensão [MPa] Provete 1 510,2 22,7 Provete 2 506,2 22,5 Provete 3 504,0 22,4 Provete 4 524,1 23,3 Resultados obtido na determinação da absorção de água por imersão. m 1 m 2 m 3 A i [g] [g] [g] [%] Provete 1 824,6 469,6 769,2 15,61 Provete 2 816,8 470,1 769,6 13,64 Provete 3 815,3 463,1 758,2 16,21 Provete 4 829,2 474,2 773,5 15,69 Onde: m 1 massa de provete saturado no ar; m 2 massa hidrostática do provete saturado; m 3 massa do provete seco; A i absorção de água por imersão. 1

138 2

139 Anexo II Medições das Profundidades de Carbonatação Acelerada AAR Profundidade de carbonatação dos provetes colocados na AAR para os diversos períodos de degradação, e respectivos coeficientes de carbonatação. 30 Dias de Degradação Natural Período na Câmara de Carbonatação S/TINTA EURONAVY MAPEI ROBBIALAC SIKA 0 Dias 0,95* 0* 0* 0* 0* 30 Dias 18,06 0 1,54 6,45 2,19 60 Dias 28,21 5,25 2,08 8,19 4,19 90 Dias 50,00 7,53 4,02 12,26 7,46 K [mm/ano 0,5 ] 82,136 11,817 6,607 22,671 12,635 R 2 0,876 0,667 0,876 0,974 0,886 0 Dias 1,59* 0* 0* 0* 0* 90 Dias de 30 Dias 20,18 3,16 0 8,20 0 Degradação 60 Dias 28,58 3,28 2,16 11,40 2,83 Natural 90 Dias 50,00 8,51 6,51 15,47 7,70 K [mm/ano 0,5 ] 82,770 13,013 8,277 29,512 10,011 R 2 0,885 0,772 0,546 0,992 0,566 0 Dias 2,27* 0* 0* 0* 0* 180 Dias de 30 Dias 25,56 13,14 3,85 3,80 7,70 Degradação 60 Dias 44,70 15,57 10,43 26,34 15,43 Natural 90 Dias - 28,57 36,72 48,70 35,70 K [mm/ano 0,5 ] 96,181 48,869 47,459 72,400 52,744 R 2 0,967 0,909 0,579 0,699 0,744 *Profundidade relativa à carbonatação natural (antes de introduzir na câmara de carbonatação). 3

140 COB Profundidade de carbonatação dos provetes colocados na COB para os diversos períodos de degradação, e respectivos coeficientes de carbonatação. 30 Dias de Degradação Natural Período na Câmara de Carbonatação S/TINTA EURONAVY MAPEI ROBBIALAC SIKA 0 Dias 1,05* 0* 0* 0* 0* 30 Dias 17,54 2,33 1,67 8, Dias 30,12 3,80 3,22-6,17 90 Dias 47,87 7,05 4,87 11,98 6,34 K [mm/ano 0,5 ] 80,076 11,498 8,563 25,045 11,378 R 2 0,912 0,867 0,912 0,984 0,654 0 Dias 1,67* 0* 0* 0* 0* 90 Dias de 30 Dias 17,80 2,56 6,60 6,77 4,82 Degradação 60 Dias 27,53 12,32 8,60 9,42 8,47 Natural 90 Dias 50,00 16,14 13,37 17,31 15,00 K [mm/ano 0,5 ] 80,427 27,677 24,202 28,910 24,699 R 2 0,852 0,799 0,963 0,894 0,875 0 Dias 2,38* 0* 0* 0* 0* 180 Dias de 30 Dias 25,98 8,50 7,85 5,10 11,37 Degradação 60 Dias 43,28 16,82 14,89 28,43 14,35 Natural 90 Dias - 22,00 21,05 34,20 26,05 K [mm/ano 0,5 ] 94,040 40,641 37,740 60,357 44,331 R 2 0,978 0,952 0,942 0,787 0,909 *Profundidade relativa à carbonatação natural (antes de introduzir na câmara de carbonatação). 4

141 GAR Profundidade de carbonatação dos provetes colocados na GAR para os diversos períodos de degradação, e respectivos coeficientes de carbonatação.. 30 Dias de Degradação Natural Período na Câmara de Carbonatação S/TINTA EURONAVY MAPEI ROBBIALAC SIKA 0 Dias 1,28* 0* 0* 0* 0* 30 Dias 19,73 4,03 0,96 4,65 5,72 60 Dias 36,67 7,79 4,80 11,96 7,87 90 Dias - 13,84 7,90 15,95 9,89 K [mm/ano 0,5 ] 79,096 22,527 12,373 28,418 19,618 R 2 0,954 0,858 0,753 0,897 0,999 0 Dias 2,15* 0* 0* 0* 0* 90 Dias de 30 Dias 18,49 4,32 4,38 6,67 0 Degradação 60 Dias 29,78 7,27 8,04 12,32 13,89 Natural 90 Dias 50,00 15,85 10,81 17,88 18,28 K [mm/ano 0,5 ] 81,994 24,270 19,903 31,790 29,621 R 2 0,872 0,792 0,960 0,940 0,671 0 Dias 3,13* 0* 0* 0* 0* 180 Dias de 30 Dias 20,83 8,70 3,14 8,94 6,32 Degradação 60 Dias 50 14,49 12,39 17,77 11,55 Natural 90 Dias - 19,35 17,37 24,77 23,59 K [mm/ano 0,5 ] 102,09 36,204 29,299 44,441 38,669 R 2 0,838 0,977 0,816 0,937 0,808 *Profundidade relativa à carbonatação natural (antes de introduzir na câmara de carbonatação). 5

142 CH Profundidade de carbonatação dos provetes colocados na CH para os diversos períodos de degradação, e respectivos coeficientes de carbonatação. 30 Dias de Degradação Natural Período na Câmara de Carbonatação S/TINTA EURONAVY MAPEI ROBBIALAC SIKA 0 Dias 0* 0* 0* 0* 0* 30 Dias 14,33 1,50 1,04 3,56 1,70 60 Dias 22,84 2,83 2,19 6,00 2,16 90 Dias 50,00 3,89 3,42 7,92 4,93 K [mm/ano 0,5 ] 76,922 7,067 5,809 14,874 7,675 R 2 0,798 0,950 0,892 0,978 0,808 0 Dias 0* 0* 0* 0* 0* 90 Dias de 30 Dias 7,99 0 0,86 2,31 1,89 Degradação 60 Dias 18,67 2,59 1,76 5,95 3,09 Natural 90 Dias 47,98 4,55 2,96 8,97 3,86 K [mm/ano 0,5 ] 67,837 6,665 4,894 15,162 7,472 R 2 0,687 0,645 0,870 0,867 0,990 0 Dias 0* 0* 0* 0* 0* 180 Dias de 30 Dias 7,89 1,26 0,81 5,07 1,51 Degradação 60 Dias 21,32 2,50 1,87 9,47 2,52 Natural 90 Dias 50,00 4,00 2,67-2,42 K [mm/ano 0,5 ] 71,963 6,789 4,665 21,319 5,349 R 2 0,705 0,894 0,902 0,973 0,956 *Profundidade relativa à carbonatação natural (antes de introduzir na câmara de carbonatação). 6

143 Anexo III Ficha Técnica dos Revestimentos por Pintura Tinta: EURONAVY (HA01) 7

144 8

145 Tinta: MAPEI (Elastocolar Pintura) 9

146 10

147 11

148 12

149 Tinta: ROBBIALAC (Série 553 Tinta Acrílica HB) 13

150 14

151 15

152 Tinta: SIKA (Sikagard 680 S) 16

153 17

154 18

155 19

156 Resina Epóxida: SIKADUR 32N 20

157 21

158 22