Acção do polímero na velocidade de corrosão do aço induzida por carbonatação em argamassas cimentícias

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1 Acção do polímero na velocidade de corrosão do aço induzida por carbonatação em argamassas cimentícias Estudo de argamassas cimentícias modificadas com polímeros Tânia Neta Dias Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil Júri Presidente: Doutor Augusto Martins Gomes Orientadores: Doutor Orlando José Barreiros D Almeida Pereira Doutora Maria Sofia Coelho Costa e Sousa Ribeiro Vogal: Doutora Ana Paula Patrício Teixeira Ferreira Pinto Franca de Santana Outubro 2011

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3 AGRADECIMENTOS À Doutora Maria Sofia Ribeiro, orientadora externa desta dissertação, expresso o meu profundo agradecimento pelo apoio incondicional ao longo de todo o trabalho, as sugestões, comentários, bem como a sua simpatia e amizade. Ao Professor Doutor Orlando Pereira, orientador desta dissertação, pela sua pronta disponibilidade, pela sua preocupação e pela revisão atenta da dissertação. À Doutora Elsa Pereira, do Núcleo de Materiais Metálicos do LNEC, pelos seus conselhos e apoio na definição e montagem da macrocélula implementada nesta dissertação e pela sua revisão nesta área. Ao João Feiteira pela sua amizade e disponibilidade em me ajudar sempre que precisei. Ao LNEC pela cedência de materiais e equipamentos. Ao João Balsinha, Gil Rosa, Pedro Amaral, António Ferreira, João Milharadas, Rui Nogueira, Victor Fialho e à Margarida Miranda do Núcleo de Betões, à Paula Menezes, Paula Melo e ao Nuno Garcia do Núcleo de Materiais Metálicos pelo apoio e disponibilidade para me ajudar nos ensaios e tarefas realizadas. Ao Eng. Manuel Vieira do LNEC, ao Eng. Farinha dos Santos da empresa SIKA e ao Sr. Xavier Burgués da empresa NEUCHEM, ao Sr. José Alves da empresa Chryso pela disponibilidade para a cedência de materiais essenciais à realização desta campanha experimental. A autora reconhece o suporte financeiro da FCT - Fundação para a Ciência e a Tecnologia fornecido ao projecto PTDC/ECM/101810/ Polymer-modified Cement Mortars for Repair of Concrete Structures. Ao Vasco, pelo apoio, carinho e compreensão que me fez ultrapassar os momentos mais difíceis. A toda a minha família pelo incentivo e apoio ao longo de todo o percurso académico. Aos meus amigos pelos bons momentos que passamos neste percurso académico. Por fim, a todos aqueles que de alguma forma influenciaram a minha vida. i

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5 RESUMO No âmbito das reparações das estruturas de betão são muito utilizadas argamassas cimentícias modificadas com polímeros (PCMs). A NP EN define estas argamassas como argamassas hidráulicas com base num ligante hidráulico modificado com polímeros que, ao serem adicionados em quantidade suficiente, alteram e melhoram algumas propriedades das argamassas cimentícias comuns. Na primeira parte desta dissertação são abordados os aspectos relevantes da degradação do betão armado por corrosão das armaduras induzida pela carbonatação, enunciam-se os princípios e métodos de actuação na reparação preconizados na NP EN , seguindo-se a apresentação da caracterização das PCMs. A segunda parte apresenta a campanha experimental que pretendeu avaliar a actuação dos polímeros na velocidade de corrosão das armaduras induzida por carbonatação no interior das argamassas cimentícias, utilizando os polímeros estireno-butadieno e o acrílico. Para além da formulação e ensaio das PCMs, foram também estudadas argamassas cimentícias de referência, não modificadas. As propriedades das argamassas avaliadas são a porosidade, resistência mecânica, mobilidade da água, resistividade e a resistência à carbonatação. Para avaliar a progressão da corrosão nas armaduras, recorreu-se a um método semi-quantitativo baseado na medição da corrente galvânica em macrocélulas. O trabalho desenvolvido permitiu contribuir para aumentar o conhecimento da actuação dos polímeros nas propriedades das argamassas cimentícias, e os resultados promissores obtidos com o polímero acrílico (As) sugerem a sua maior eficácia na prevenção da corrosão do aço nas argamassas cimentícias já carbonatadas e sujeitas a um ambiente húmido e rico em oxigénio. Palavras-chave: Argamassas cimentícias modificadas com polímeros; corrosão do aço; carbonatação; argamassas de reparação. iii

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7 ABSTRACT Within the scope of the repair of concrete structures, polymer modified cementitious mortars (PCMs) are widely used. NP EN defines PCMs as mortars based on a hydraulic binder and modified with polymers which, when added in sufficient quantity, can improve some of the properties of common cementitious mortars. The first part of the present dissertation covers the relevant aspects of concrete degradation due to steel corrosion induced by carbonation, the fundamentals and methods of concrete repair reported in NP EN and the characterization of PCMs. The second part presents the experimental campaign intended to evaluate the influence of polymers in the carbonation-induced corrosion rate of steel embedded in styrene-butadiene and acrylic-styrene modified mortars. In addition to the formulation and testing of PCMs, reference unmodified mortars were also studied. The properties studied include porosity, mechanical resistance, water transport, electrical resistivity and resistance to carbonation. In order to assess the corrosion rate of steel, a semi-quantitative method based on galvanic current monitoring in macrocells was used. The present study contributed data to increase the knowledge on the influence of polymers on the properties of PCMs and the promising results achieved with the acrylic-styrene polymer indentify this type of polymer as being the most effective in preventing corrosion of steel in carbonated cementitious mortars subjected to a humid and oxygen-rich environment. Key words: Polymer cement mortar; Corrosion of steel; Carbonation; Repair mortar. v

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9 ÍNDICE AGRADECIMENTOS..i RESUMO.iii ABSTRACT..v ÍNDICE vii ÍNDICE DE FIGURAS x ÍNDICE DE QUADROS...xvi ABREVIATURAS.xvii 1.INTRODUÇÃO ENQUADRAMENTO E OBJECTIVOS DO TRABALHO ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO DEGRADAÇÃO DO BETÃO ARMADO DEGRADAÇÃO DO BETÃO ARMADO POR CORROSÃO DAS ARMADURAS MODELO DE DEGRADAÇÃO DO BETÃO ARMADO POR CORROSÃO DO AÇO POROSIDADE ACÇÃO DO DIÓXIDO DE CARBONO NO BETÃO ARMADO MECANISMO DE CORROSÃO PRODUTOS E SISTEMAS PARA A PROTECÇÃO E REPARAÇÃO DE ESTRUTURAS DE BETÃO NP EN BETÃO/ARGAMASSA MODIFICADO COM POLÍMEROS (PCC/PCM) PROPRIEDADES DAS ARGAMASSAS/BETÕES MODIFICADOS COM POLÍMEROS NO ESTADO FRESCO NO ESTADO ENDURECIDO APLICAÇÕES DOS BETÕES/ARGAMASSAS MODIFICADOS COM POLÍMEROS.33 vii

10 3.2.CASO PRÁTICO REPARAÇÃO DE UM RESERVATÓRIO DE ÁGUA CAMPANHA EXPERIMENTAL INTRODUÇÃO CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS CIMENTO AGREGADO POLÍMEROS POLÍMERO ACRÍLICO (As) POLÍMERO ESTIRENO-BUTADIENO (SB) SUPERPLASTIFICANTE INTRODUTOR DE AR AÇOS ARGAMASSAS COMPOSIÇÃO DAS ARGAMASSAS PREPARAÇÃO E CURA DAS ARGAMASSAS PLANO DE ENSAIOS MÉTODOS DE ENSAIO CONSISTÊNCIA POR ESPALHAMENTO TEOR DE AR MASSA VOLÚMICA FRESCA RESISTÊNCIA À FLEXÃO E À COMPRESSÃO RESISTIVIDADE DAS ARGAMASSAS CAPILARIDADE ABSORÇÃO DE ÁGUA À PRESSÃO ATMOSFÉRICA RESISTÊNCIA À CARBONATAÇÃO ACELERADA HUMIDADE RELATIVA NO INTERIOR DA ARGAMASSA 66 viii

11 CORRENTE GALVÂNICA EM MACROCÉLULAS PRODUTOS DE CORROSÃO RESULTADOS DA CAMPANHA EXPERIMENTAL INTRODUÇÃO TEOR DE AR CONSISTÊNCIA POR ESPALHAMENTO MASSA VOLÚMICA FRESCA RESISTÊNCIA À FLEXÃO E À COMPRESSÃO RESISTIVIDADE CAPILARIDADE ABSORÇÃO DE ÁGUA À PRESSÃO ATMOSFÉRICA ENSAIOS REALIZADOS ANTES E DURANTE A PROGRESSÃO DA CORROSÃO DO AÇO NO INTERIOR DAS ARGAMASSAS ESTUDADAS RESISTÊNCIA À CARBONATAÇÃO ACELERADA PROGRESSÃO DA CORRENTE GALVÂNICA EM MACROCELULAS PRODUTOS DE CORROSÃO.96 6.CONSIDERAÇÕES FINAIS CONCLUSÕES DESENVOLVIMENTOS FUTUROS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 113 ANEXO A Caracterização dos materiais utilizados (cimento, areia e polímeros) e humidade do interior das argamassas ANEXO B Resultados das variáveis estudadas nesta dissertação e pelos autores Ribeiro e Pina ix

12 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Esquema das decisões sobre a vida de uma construção. Recta vertical 1 Demolir a construção (Tempo de vida T1); Curva 2 Deixar a construção como está (tempo de vida T2, ainda que o término do seu uso ocorra para T 2 >T2); Curva 3 Reparar e/ou reforçar a construção (tempo de vida T3>T2 e término do uso para T 3>T3) [BRITO, 2001]..2 Figura 2.1 Modelo de Tuutti de degradação do betão armado sob acção ambiental XC ou XS [LNEC E 465]...8 Figura 2.2 Participação dos poros nos diferentes mecanismos de transporte [GONÇALVES, 1999]...10 Figura 2.3 Distribuição do tamanho de poros na pasta de cimento endurecida [FREIRE, 2005]...10 Figura 2.4 Zonas envolvidas no mecanismo da carbonatação e variação do ph ao longo da profundidade do betão [COSTA, 1997].11 Figura 2.5 Frente de Carbonatação a) paralela à superfície, b) e c) irregular [LNEC E-391]..12 Figura 2.6 Influência da HR do ar na velocidade de carbonatação [COSTA, 1997]..14 Figura 2.7 Aumento de massa dos espécimes durante o processo de carbonatação acelerada [CASTELLOTE et al, 2007].14 Figura 2.8 Modelo simplificado da corrosão do aço no betão [COSTA, 1997]...15 Figura 2.9 Volume relativo do produto da corrosão [COSTA, 1997] 16 Figura 2.10 Fendilhação e delaminação do betão de recobrimento [COSTA, 1997] 17 Figura 3.1 Modelo simplificado da formação do filme polimérico na matriz cimentícia [OHAMA, 1998]...22 Figura 3.2 Efeito da quantidade de monómeros existentes nos polímeros EVA, SBR e SAE na resistência à compressão e flexão das argamassas modificadas com polímeros [OHAMA, 1998]...25 Figura 3.3 Relação entre a razão vazios/pasta e a resistência à compressão das argamassas modificadas com polímeros (excepto para as argamassas modificadas com PVAC) com uma razão areia/cimento de 1:3 [OHAMA, 1998].26 Figura 3.4 Relação entre a razão pasta/vazios e a resistência à compressão das argamassas modificadas com polímeros [OHAMA, 1998]...26 Figura 3.5 Efeitos das condições de cura na resistência à flexão das argamassas modificadas com polímeros [OHAMA, 1998]..26 Figura 3.6 Efeito das condições de cura na resistência à compressão das argamassas modificadas com polímeros [OHAMA, 1998]...27 Figura 3.7 Resistência à compressão das argamassas modificadas com polímeros ao longo do período de cura seca [OHAMA, 1998].27 Figura 3.8 Relação entre a deformação por fluência ao longo do tempo e o coeficiente de fluência ao longo do tempo [OHAMA, 1998] 28 Figura 3.9 Absorção de água e permeabilidade das argamassas modificadas com polímeros [OHAMA, 1998].29 x

13 Figura 3.10 Profundidade de carbonatação das argamassas modificadas com polímeros após 10 anos de exposição no exterior e no interior de um edifício (razão polímero/cimento de 20%) [OHAMA, 1998].28 Figura 3.11 Adesão das argamassas modificadas com polímeros para as argamassas não modificadas, medida por dois tipos de ensaios [OHAMA, 1998] 32 Figura 3.12 Depósito de água antes de ser reabilitado [DIOGO]..34 Figura 3.13 Viga de coroamento com armaduras corroídas visíveis pelo interior [DIOGO].35 Figura 3.14 Degradação do betão da parede envolvente inferior [DIOGO] 35 Figura 3.15 chochos e nichos de agregados e armaduras corroídas expostas [DIOGO]...35 Figura 3.16 Tirantes atravessando o fuste do depósito [DIOGO].36 Figura 3.17 Amarração de um tirante [DIOGO]...36 Figura 3.18 Zona afectada, onde vamos proceder à protecção da armadura e à colocação de argamassa de reparação [DIOGO] 37 Figura 3.19 Abertura adjacente à viga de coroamento [DIOGO]..37 Figura 3.20 Varões adicionais [DIOGO] 37 Figura 3.21 Colocação de cofragem [DIOGO].38 Figura 3.22 Enchimento dos vazios criados [DIOGO].38 Figura 3.23 Lavagem a jacto de água simples do interior do depósito [DIOGO]...38 Figura 3.24 Disposição dos ferrolhos em aço [DIOGO]..39 Figura 3.25 Aspecto do betão, após projecção [DIOGO]...39 Figura 3.26 Furação para a colocação dos injectores [DIOGO] 40 Figura 3.27 Distribuição dos injectores ao longo de uma fissura [DIOGO].40 Figura 4.1 Curva granulométrica da areia.43 Figura 4.2 Fluxograma seguido na campanha experimental.48 Figura 4.3 Misturadora utilizada na preparação das argamassas 50 Figura 4.4 Materiais a utilizar na argamassa 50 Figura 4.5 Raspagem do material aderente.50 Figura 4.6 Molde para provetes de 160x40x40 (mm), descritos na NP EN Figura 4.7 Moldes para provetes cilíndricos de ø100x200 (mm)..50 Figura 4.8 Molde para provetes com varões de aço de 150x40x40 (mm)..50 Figura 4.9 Esquema representativo, em corte, dos provetes armados 51 Figura 4.10 Enchimento da primeira camada de argamassa 52 Figura 4.11 Espalhar uniformemente a argamassa.52 Figura 4.12 Vibração da segunda camada...52 Figura 4.13 Rasar a argamassa excedente..52 Figura 4.14 Molde dos provetes envolvido com filme plástico..52 Figura 4.15 Provete envolvido com filme..52 Figura 4.16 Cura dos provetes a seco (ao ar)..52 Figura 4.17 Compactação da primeira camada...55 Figura 4.18 Alisamento da superfície do cone e limpeza do prato...55 xi

14 Figura 4.19 Aspecto após ser retirado o molde tronco-cónico..55 Figura 4.20 Medição do espalhamento segundo as diagonais.55 Figura 4.21 Aparelho utilizado para a medição do teor de ar 56 Figura 4.22 Compactação da primeira camada...56 Figura 4.23 Colocação de água para selar hidricamente o aparelho...56 Figura 4.24 Mover o aparelho para garantir a retirada de todo o ar existente 57 Figura 4.25 Leitura da percentagem de ar contida na argamassa 57 Figura 4.26 Pesagem do recipiente (m1)..58 Figura 4.27 Alisamento da superfície.58 Figura 4.28 Pesagem do recipiente com argamassa (m2).58 Figura 4.29 Início do ensaio de resistência à flexão 58 Figura 4.30 Após o ensaio de resistência à flexão..58 Figura 4.31 Ensaio de compressão 59 Figura 4.32 Leitura dos valores obtidos.59 Figura 4.33 Corte do cilindro...61 Figura 4.34 Câmara de vácuo.61 Figura 4.35 Esquema representativo do circuito..61 Figura 4.36 Circuito...61 Figura 4.37 Provetes utilizados no ensaio de capilaridade 62 Figura 4.38 Provetes utilizados no ensaio de absorção de água à temperatura ambiente..63 Figura 4.39 Provetes armados sujeitos ao ensaio de absorção de água à pressão atmosférica, após ensaio de progressão da corrosão 63 Figura 4.40 Provetes não armados selados com resina epoxídica, excepto face de enchimento 65 Figura 4.41 Rotura do provete não armado..65 Figura 4.42 Pulverização com fenolfetaleína do pedaço para determinação da profundidade..65 Figura 4.43 Leitura da profundidade de carbonatação com o auxílio de um paquímetro.65 Figura 4.44 Célula de CO2 a 100% e sob pressão.66 Figura 4.45 Equipamento utilizado: célula, botija de dióxido de carbono e barómetro.66 Figura 4.46 Sensores de humidade e tubos de ensaio contendo as amostras dos provetes..67 Figura 4.47 Redução da amostra em pequenos pedaços..67 Figura 4.48 Exemplo da variação da corrente galvânica ao longo do tempo em betões com diferentes relações a/c e sujeitos a acção de iões cloreto [RAUPACH, 1997]..68 Figura 4.49 Esquema representativo dos provetes desenhados na monitorização da corrosão.69 Figura 4.50 Fotografia da montagem experimental.69 Figura 4.51 Ligação dos varões de aço (por soldadura), e de aço inoxidável (por contacto directo) aos fios de cobre 70 Figura 4.52 Pormenor do isolamento com resina epoxídica da zona dos varões..70 xii

15 Figura 4.54 Provetes armados levados à rotura ao longo do seu eixo longitudinal..71 Figura 4.55 Selecção das zonas de colheita de argamassa com produtos de corrosão depositados 71 Figura 4.56 Microscópio electrónico de varrimento (MEV).71 Figura 4.57 Redução dos espécimes em amostras pequenas..71 Figura 4.58 Colocação das amostras em cápsulas.71 Figura 4.59 Desumidificação e revestimento das amostras..71 Figura 5.1 Teor de ar das argamassas estudadas e estudadas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e Pina [PINA, 2009].74 Figura 5.2 Relação A/C, consistência por espalhamento e o teor de ar das argamassas estudadas e estudadas por Ribeiro e Pina..75 Figura 5.3 Relação entre o teor de ar versus a consistência por espalhamento das argamassas estudadas e estudadas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e Pina [PINA, 2009].76 Figura 5.4 Massa volúmica fresca e o teor de ar das argamassas estudadas e estudadas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e Pina [PINA, 2009].77 Figura 5.5 Resistência à compressão e à flexão das argamassas estudadas e estudadas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e Pina [PINA, 2009].78 Figura 5.6 Relação (At + Var)/C versus resistência à compressão das argamassas estudadas e estudadas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e Pina [PINA, 2009] 78 Figura 5.7 Relação (At + Var)/C versus resistência à flexão das argamassas estudadas e estudadas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e Pina [PINA, 2009]...79 Figura 5.8 Relação entre a resistividade e a humidade relativa dos espécimes [MEHTA, 1991] e [WEE et al., 1995].81 Figura 5.9 Resistividade eléctrica na saturação aos 29 dias de idade das argamassas estudadas e aos 28 dias de idade das estudadas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004]..82 Figura 5.10 Relação (At + Var)/C versus resistividade eléctrica das argamassas estudadas e estudadas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004]...82 Figura 5.11 Absorção capilar das argamassas estudadas.84 Figura 5.12 Coeficiente de absorção capilar das argamassas estudadas..84 Figura 5.13 Relação (At + Var)/C versus coeficiente de capilaridade das argamassas estudadas e estudas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004].84 Figura 5.14 Absorção de água por imersão à pressão atmosférica das argamassas estudadas..86 Figura 5.15 Relação (At + Var)/C versus absorção de água à pressão atmosférica das argamassas estudadas 86 Figura 5.16 Ganho de massa em imersão dos provetes prismáticos das argamassas estudadas após o ensaio de medição da intensidade de corrente..87 Figura 5.17 Profundidade de carbonatação ao longo do tempo em câmara com 5% de CO2, 65% de HR e 21ºC, das argamassas estudadas 88 xiii

16 Figura 5.18 Aspecto irregular da frente de carbonatação formada na argamassa CM-1 após o ensaio de carbonatação acelerada com elevado teor de CO2 sob pressão e durante 50 dias..90 Figura 5.19 Profundidade de carbonatação em função da raiz quadrada do tempo de ensaio das argamassas estudadas e estudadas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e Pina [PINA, 2009].91 Figura Relação (At + Var)/C versus coeficiente de carbonatação das argamassas estudadas e das argamassas estudadas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e por Pina [PINA, 2009]...91 Figura 5.21 Ganho da massa dos provetes durante o ensaio de carbonatação acelerada.92 Figura 5.22 Valor da intensidade de corrente ao longo do tempo das argamassas CM-1, CM- 2, PCM-SB e PCM-As..94 Figura 5.23 Valores de intensidade de corrente ao longo do tempo na câmara de humidade da CM-1, PCM-SB e PCM-As (Período d) 94 Figura 5.24 Valores de intensidade de corrente ao longo do tempo na câmara de humidade da CM-2 (Período b).95 Figura 5.25 Pormenor da corrosão da armadura que ocorreu num dos topos dos provetes da CM Figura 5.26 Pormenor dos óxidos de ferro presentes num dos topos dos provetes da CM-1.97 Figura 5.27 Os óxidos de ferro presentes na argamassa CM-1 98 Figura 5.28 Corrosão das armaduras contidas na argamassa CM Figura 5.29 Pormenor da corrosão da armadura contida na CM Figura 5.30 Pormenor dos óxidos de ferro presentes na CM-2 98 Figura 5.31 Pormenor dos óxidos de ferro presentes na argamassa PCM-SB..99 Figura 5.32 Pormenor da corrosão das armaduras contidas na PCM-SB..99 Figura 5.33 Os óxidos de ferro presentes na argamassa PCM-SB..99 Figura 5.34 Corrosão das armaduras contidas na PCM-SB..99 Figura 5.35 Argamassa PCM-As 99 Figura 5.36 Varões de aço contidos na argamassa PCM-As 99 Figura 5.37 Localização dos espécimes colhidos da argamassa CM Figura 5.38 Localização dos espécimes colhidos da argamassa CM Figura 5.39 Localização dos espécimes colhidos na argamassa PCM-SB..100 Figura 5.40 Aspecto geral da morfologia da superfície dos produtos de corrosão do aço corrente formados na CM-1: na zona 1 com morfologia rendilhada, tipo roseta; na zona 2 com morfologia globular.101 Figura 5.41 Espectros EDS referentes à Figura Figura 5.42 CM-1: Aspecto das rosetas mais desenvolvidas, características dos produtos de corrosão do aço corrente..102 Figura 5.43 Espectros EDS referentes à Figura O cálcio presente no EDS indica a presença de pasta misturada com os óxidos de ferro..102 Figura 5.44 CM-1:Aspecto dos óxidos de ferro (1 e 2) depositados na pasta cimentícia (3).102 xiv

17 Figura 5.45 Espectros EDS referentes à Figura 5.44: 1 e 2 produto resultante da corrosão do aço; e, 3 pasta cimentícia. A presença de cálcio junto com os óxidos, e vice-versa, indica que existe a mistura entre a pasta cimentícia e os óxidos..103 Figura 5.46 Aspecto geral dos óxidos de ferro formados na CM-2: óxidos amorfos. Assinalado a azul encontram-se os óxidos.103 Figura 5.47 Aspecto geral dos óxidos de ferro formados na CM-2: óxidos com morfologia em placas. Assinalado a azul encontram-se os óxidos..104 Figura 5.48 Pormenor da Figura 5.41 e respectivo espectro EDS. CM-2: óxidos amorfos 104 Figura 5.49 Pormenor da Figura 5.48 e respectivo EDS. CM-2: óxidos de morfologia em placas Figura 5.50 Aspecto geral dos óxidos de ferro formados na CM-2: morfologia globular e respectivo EDS Figura 5.51 Óxidos de ferro formados na CM-2: morfologia em agulha e respectivo EDS 106 Figura 5.52 PCM-SB: Aspecto geral dos produtos de corrosão do aço corrente embebido na PCM-SB: dispersos e amorfos. Imagem com contraste. A pasta cimentícia está presente nas zonas mais escuras 106 Figura 5.53 Espectros EDS referentes à Figura Figura 5.54 Morfologia dos produtos da corrosão do aço corrente formados na PCM-SB: aspecto amorfo. Os óxidos são representados pelas zonas mais salientes, estando um pouco envolvidos na pasta cimentícia como se pode observar nos EDS pela existência de cálcio 107 Figura 5.55 Espectros EDS referentes à Figura xv

18 ÍNDICE DE QUADROS Quadro Corrosão induzida por carbonatação [NP EN 206-1, LNEC E 464] 7 Quadro 2.2 Argamassas de diferentes relações A/C e os seus respectivos volumes de poros [FREIRE, 2005]...9 Quadro 2.3 Percentagens da água de ligação, de hidróxido de cálcio e de carbonato de cálcio nos diferentes espécimes, após o período de exposição ou não ao CO2 [CASTELLOTE et al, 2007]...15 Quadro 3.1 Princípios e métodos para a protecção e reparação de estruturas de betão relacionados com a corrosão das armaduras [NP EN ].20 Quadro 3.2 Princípios e métodos para a protecção e reparação de estruturas de betão relacionados com os defeitos do betão [NP EN ] 21 Quadro 3.3 Coeficiente de difusão aparente dos iões cloreto das argamassas e betões modificados com polímeros [OHAMA, 1998]...30 Quadro 4.1 Características químicas do cimento CEM I 42.5 R [VIEIRA, 2008] 42 Quadro 4.2 Características físicas do cimento CEM I 42.5 R [VIEIRA, 2008] 42 Quadro 4.3 Massa volúmica e absorção de água da areia em estudo 44 Quadro 4.4 Características do polímero As segundo a Ficha Técnica [Anexo A.5]..44 Quadro 4.5 Características do polímero SB segundo a Ficha Técnica [Anexo A.6].45 Quadro 4.6 Características do superplastificante de acordo com a Ficha Técnica [Anexo A.8]..45 Quadro 4.7 Características do introdutor de ar de acordo com a ficha técnica [Anexo A.9] 46 Quadro 4.8 Parâmetros de base para a definição da composição das argamassas 49 Quadro 4.9 Composição das argamassas por m3 de argamassa 49 Quadro 4.10 Ensaios realizados durante a campanha experimental...53 Quadro 5.1 Caracterização sucinta das argamassas desenvolvidas neste trabalho bem como as estudadas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e por Pina [PINA, 2009]..73 Quadro 5.2 Critérios de avaliação do betão armado no que respeita à resistividade com relação ao risco de corrosão CEB 192 [MEDEIROS, 2001]..80 Quadro 5.3 Resistividade eléctrica do betão aos 28 dias em função das classes de exposição ambiental [ANDRADE et al., 1998] 81 xvi

19 ABREVIATURAS A/C Água/Cimento As Acrílico CC Betão cimentício CM Argamassas Cimentícias CR Borracha de cloropreno EDS Detector de energia dispersiva de raios-x Ep Resina epóxidica EVA Acetato de vinilo-etileno HR Humidade Relativa MEV Microscópio Electrónico de Varrimento NBR Borracha Acrilonitrila-butadieno NR Borracha natural de látex PAE Éster acrílico P/C Polímero/Cimento PCC Betão cimentício modificado com polímeros PCM Argamassas cimentícias modificadas com polímeros PVA Álcool de vinílico PVAC Acetato de vinilo PVDC Cloreto de polivinilideno SAE Éster acrílico-estirenado SB Estireno-Butadieno SBR Borracha de estireno-butadieno xvii

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21 1. INTRODUÇÃO 1.1. ENQUADRAMENTO E OBJECTIVOS DO TRABALHO Desde o século XX que o betão armado é utilizado comummente na construção de edifícios, devido a possuir no seu interior armaduras que lhe conferem resistência à tracção e pela possibilidade de adquirir qualquer forma ou tamanho. Estas características tornam o betão armado um constante desafio ao engenheiro civil, ao permitir construir cada vez mais alto e de forma cada vez mais esbelta. A sua popularidade resulta também do seu baixo custo e da facilidade de aquisição dos elementos que o constituem. Uma das preocupações quando se constrói com o material betão armado, ou com qualquer outro material, é a longevidade da sua vida de serviço, pois o ser humano deseja que a sua habitação seja para a vida, bem como que as construções importantes, cujo risco de degradação se considera inaceitável, como monumentos, pontes, barragens durem uma eternidade. Este desejo terá contribuído para o estabelecimento do conceito de vida útil de uma construção. De acordo com o Decreto-Lei 301/2007 Capítulo II Art.º 4 secção 2, a vida útil pretendida para uma estrutura deve ser fixada pelo dono da obra ou projectista, de entre as categorias indicadas na NP EN 206-1, podendo dispensar-se esta indicação quando a vida útil pretendida é de 50 anos. De acordo com a NP EN 206-1, define-se vida útil da estrutura como o período de tempo durante o qual o desempenho do betão na estrutura se mantém a um nível compatível com a satisfação dos requisitos de desempenho da estrutura, desde que haja adequada manutenção. Quando a durabilidade da estrutura decresce, i. e. quando diminui a sua capacidade de permanecer apta para o uso previsto durante a vida útil e estando sujeita a apropriada manutenção, deverão ser tomadas medidas, tais como: reparar ou reforçar e proteger a construção ou parte dela, prevenir ou reduzir outras deteriorações, reanalisar a capacidade da construção podendo conduzir a uma alteração de funcionamento, sendo assim satisfeitos os futuros requisitos relativos à sua vida útil. Por vezes podem ser ainda tomadas outras decisões, como a demolição de parte ou da totalidade da construção ou então, nada fazer mas apenas monitorizar a construção devido por exemplo aos elevados custos das reparações posteriores face aos benefícios no período de vida útil ou tendo em conta a importância da construção. A Figura 1.1 ilustra esquematicamente as decisões que se podem tomar, quando chegamos ao ponto A da vida de uma construção, ou seja, quando a estrutura apresenta degradação que pode por em causa a sua funcionalidade e haverá que tomar uma decisão. O nível mínimo de qualidade apresentado na Figura 1.1 é o nível a partir do qual a estrutura não é capaz de satisfazer qualquer requisito de desempenho. A reparação, o reforço e a protecção das estruturas de betão são uma das estratégias de actuação para aumentar a vida útil de uma construção. 1

22 Figura 1.1 Esquema das decisões sobre a vida de uma construção. Recta vertical 1 Demolir a construção (Tempo de vida T 1); Curva 2 Deixar a construção como está (tempo de vida T 2, ainda que o término do seu uso ocorra para T 2 >T 2); Curva 3 Reparar e/ou reforçar a construção (tempo de vida T 3>T 2 e término do uso para T 3>T 3) [BRITO, 2001] No âmbito da reparação e protecção das estruturas de betão, surge a série de Normas NP EN 1504 de normas europeias constituída por dez partes. A parte 9 desta série de Normas NP EN 1504 é a chave de ligação das várias partes e indica as estratégias ou princípios de actuação relacionados com os defeitos no betão e com a corrosão das armaduras no seu interior, e a forma de concretizar a estratégia escolhida, ou seja, o método a usar. Nas partes 2 a 7 desta série de Normas NP EN 1504 são especificados os valores para as propriedades de desempenho dos materiais de reparação e de protecção a utilizar em cada método para satisfazer cada estratégia escolhida. No contexto das reparações localizadas do betão são correntemente utilizadas argamassas cimentícias (CM cement mortar) e as argamassas cimentícias modificadas com polímeros (PCM polymer cement mortar). A NP EN define como argamassas cimentícias (CC/CM - Hydraulic Cement Concrete/Hydraulic Cement Mortar) as argamassas e betões com base num ligante hidráulico misturado com agregados e eventualmente com adjuvantes e adições que, quando amassados com água fazem presa devido à reacção de hidratação e, como argamassas cimentícias modificadas com polímeros (PCC/PCM - polymer hydraulic cement concrete/polymer hydraulic cement mortar) as argamassas ou betões hidráulicos com base num ligante hidráulico modificado com polímeros, adicionados em quantidade suficiente de forma a produzir propriedades específicas. Os polímeros modificadores cimentícios estão divididos em quatro categorias, desde as dispersões poliméricas, os polímeros redispersivos em pó, os polímeros solúveis em água e as resinas líquidas. Os PCC/PCM são preparados de modo semelhante às CC/CM, sendo-lhes adicionado um polímero à água de amassadura, tal como qualquer adjuvante químico, antes da mistura com os componentes sólidos. Enquanto o adjuvante químico (p.e. superplastificantes, introdutores de ar, aceleradores de presa) actua principalmente na fase fresca do material cimentício, a maior dosagem de polímero adicionada (relação Polímero / Cimento 10%) permite-lhe actuar também na fase de endurecimento. As partículas esféricas de polímero dispersas na água de 2

23 amassadura vão-se aglomerando e coalescendo com o contínuo consumo e evaporação da água e, após a fase fresca do material cimentício passam a formar um filme polimérico, com espessura e continuidade variáveis, que se firma preferencialmente nos poros e na interface pasta-agregado e que confere características adicionais ao material cimentício. Os polímeros actuam, simultaneamente, como plastificantes, retardadores de presa e introdutores de ar devido ao efeito conjunto dos emulsionantes neles contidos, às próprias partículas esféricas poliméricas e ao ar introduzido durante a mistura. Com a evaporação e o consumo da água de amassadura ocorre a coalescência das partículas poliméricas, o que permite a formação de um filme polímero que passa a revestir as partículas de cimento hidratadas e a preencher a estrutura porosa, nomeadamente a interface pasta-agregado. Este revestimento físico tende a retardar o processo contínuo de hidratação da pasta de cimento e a atrofiar o desenvolvimento cristalino, nomeadamente o hidróxido de cálcio hidratado resultante da hidratação do cimento, quer nos poros como na zona da interface pasta-agregado. Na fase de endurecimento, os polímeros tendem a aumentar a resistência à tracção e à flexão das CMs embora sem grande benefício para a resistência à compressão cujo valor resulta de um balanço entre o ar introduzido, a redução de água de amassadura e o retardamento do processo de hidratação da pasta de cimento. Admite-se também que os polímeros tendem a actuar como hidrófugos nos poros capilares reduzindo a sucção capilar e contribuindo deste modo para diminuir a absorção de água por capilaridade e, que se comportam como agente de cura interna contribuindo para reduzir a microfissuração superficial na pasta cimentícia. Considera-se que os polímeros tendem também a actuar como redutores do módulo de elasticidade e da retracção de secagem dos materiais cimentícios e a conferir aos materiais cimentícios melhoria na impermeabilidade aos fluidos e aos gases. Reconhecida a importância da adição dos polímeros na melhoria das propriedades dos materiais cimentícios, nomeadamente redução da mobilidade da água, da resistividade e da carbonatação, propriedades relevantes na corrosão do aço no interior das argamassas cimentícias, pretendeu-se verificar e estudar a possibilidade de utilizar as PCMs para uma nova aplicação, a prevenção da corrosão das armaduras. Tendo em conta as melhorias conferidas pela adição dos polímeros nas propriedades que afectam directamente a corrosão do aço no interior das argamassas cimentícias como a diminuição da absorção de água e da mobilidade iónica e o aumento da resistência à penetração do dióxido de carbono, considerou-se, então, relevante conhecer a eventual actuação dos polímeros na velocidade de corrosão das armaduras no interior das argamassas cimentícias induzida por carbonatação, sendo este o objectivo principal deste estudo. A inovação do presente estudo respeita, por um lado, à realização de um trabalho experimental numa área de elevada especificidade, cujos poucos trabalhos realizados por outros autores [OKBA et al, 1997] [NEPOMUCENO et al, 2006] incidem em argamassas com vários tipos de adições (por ex: poliméricas e do tipo II) com desempenhos necessariamente diferenciados e 3

24 usam metodologias de ensaio com parâmetros avaliadores distintos e, por outro, devido aos resultados promissores obtidos no final deste estudo que permitiram estabelecer novas linhas de investigação, de modo a contribuir para definir como determinadas propriedades interferem no fenómeno da corrosão e caminhar para uma harmonização das metodologias de ensaios. Esta dissertação teve como objectivos principais: efectuar o levantamento do estado do conhecimento em relação à degradação do betão devido à corrosão das armaduras induzida por carbonatação e sistematizar os princípios de actuação e os métodos para concretizar esses princípios para esta degradação do betão, preconizados pela NP EN , resumindo alguns exemplos práticos; contribuir para o conhecimento da actuação dos polímeros na velocidade de corrosão das armaduras no interior das argamassas cimentícias, utilizando dois polímeros de famílias poliméricas distintas, de estireno-butadieno e acrílica, no âmbito da corrosão das armaduras induzida por carbonatação; aprofundar os conhecimentos da autora na área do trabalho experimental de laboratório, com a preparação de amostras para ensaio e a realização dos ensaios laboratoriais, a avaliação da influência das condições ambientais e do estado de calibração dos equipamentos, bem ainda como a interpretação e análise crítica dos resultados obtidos. Este trabalho insere-se no projecto de investigação científica e desenvolvimento tecnológico no domínio da Engenharia Civil e Minas PTDC/ECM/101810/2008 denominado Argamassas Cimentícias Modificadas com Polímeros para Reparação de Estruturas de Betão Armado, sendo o Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) e o Instituto Superior Técnico as unidades de investigação. O trabalho a desenvolver neste projecto pretende, por um lado, dar continuidade ao estudo de investigação na área da actuação dos polímeros nas argamassas cimentícias tendo em vista a sua utilização na reparação de estruturas de betão armado e, por outro, contribuir para que o conhecimento adquirido no decorrer deste projecto seja utilizado na melhoria dos cadernos de encargos, na execução de obras de reparação e que possa incentivar a produção nacional das argamassas cimentícias modificadas com polímeros. Este projecto pretende contribuir para aumentar o conhecimento relativo aos polímeros nos materiais cimentícios, com destaque para três áreas de actuação dos polímeros em argamassas cimentícias: na reacção expansiva álcalis-sílica (RAS), na progressão da corrosão do aço e, na penetração dos cloretos (Cl). 4

25 1.2. ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO Este trabalho está organizado em 6 capítulos. No capítulo 1, é efectuado o enquadramento do tema, descrevem-se os objectivos do estudo e expõe-se a organização do trabalho. O capítulo 2 aborda a degradação do betão armado e, com maior ênfase, descreve a degradação por corrosão do aço induzida por carbonatação. No capítulo 3, enunciam-se os princípios ou meios para actuar nos mecanismos de degradação do betão e os métodos para concretizar essa acção, preconizados na norma europeia NP EN , sendo abordadas as argamassas modificadas com polímeros como um elemento utilizado no método de reparação de estruturas por substituição do betão. Por último, dá-se um exemplo de uma construção em betão armado que sofre degradação por acção da carbonatação, descrevendo-se as suas anomalias e os métodos utilizados na sua reparação e protecção. No capítulo 4, inicia-se a apresentação da campanha experimental deste estudo com a identificação e selecção dos diversos materiais utilizados no fabrico das PCMs e CMs, seguida da apresentação dos parâmetros de base adoptados para a composição das argamassas a estudar e, por último, com o resumo das metodologias de ensaio usadas na caracterização das argamassas. No capítulo 5, apresentam-se os resultados obtidos nos ensaios descritos no capítulo 4 e sobre cada propriedade avaliada faz-se uma pequena introdução ao tema, apresentando-se no fim uma síntese das principais conclusões a extrair com base na análise dos resultados. No capítulo 6, sintetizam-se as conclusões do trabalho e sugerem-se alguns desenvolvimentos futuros e analisa-se o grau de cumprimento dos objectivos do estudo. 5

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27 2. DEGRADAÇÃO DO BETÃO ARMADO A degradação do betão armado pode resultar de acções mecânicas, tais como sobrecarga, abrasão, fadiga, impacto, de acções físicas, tais como gelo-degelo, efeitos térmicos, retracção, de acções químicas, tais como reacções expansivas internas álcalis-agregado e sulfáticas, acções biológicas, e do fogo, bem como da corrosão das armaduras nele incorporadas. A condição ambiental onde uma estrutura se insere é crucial para o seu processo de degradação e pode ser classificada em seis grupos, segundo a NP EN Dos seis grupos, três grupos são relativos à degradação do betão devido à corrosão das armaduras por acção do dióxido de carbono (XC) e dos cloretos provenientes da água do mar (XS) ou de outras origens (XD), dois grupos são relativos à degradação do betão pelo gelo/degelo (XF) ou por ataque químico (XA), e um grupo respeita à condição ambiental onde não há risco de corrosão das armaduras ou de ataque do betão (X0). Estes grupos estão ainda subdivididos em classes de exposição, consoante a intensidade da acção ambiental, excepto o grupo X0. No âmbito deste trabalho o grupo de relevo é o grupo XC apresentado no Quadro 2.1 de acordo com a NP EN e a especificação LNEC E-464. Quadro Corrosão induzida por carbonatação [NP EN 206-1, LNEC E 464] Classe XC1 XC2 XC3 XC4 Descrição do ambiente Seco ou permanentemente húmido Húmido, raramente seco Moderadamente húmido Ciclicamente húmido Exemplos informativos Betão armado no interior de edifícios ou estruturas, com excepção das áreas com humidade elevada. Betão armado permanentemente submerso em água não agressiva. Betão armado enterrado em solo não agressivo. Betão armado sujeito a longos períodos de contacto com água não agressiva. Superfícies exteriores de betão armado protegidas da chuva transportada pelo vento. Betão armado no interior de estruturas com moderada ou elevada humidade do ar (v.g., cozinhas, casa de banho). Betão armado exposto a ciclos de molhagem/secagem. Superfícies exteriores de betão armado expostas à chuva ou fora do âmbito da XC DEGRADAÇÃO DO BETÃO ARMADO POR CORROSÃO DAS ARMADURAS A degradação do betão por corrosão das armaduras pode dever-se ao fenómeno da carbonatação, a contaminantes corrosivos, nomeadamente os cloretos e sais descongelantes, e a eventuais correntes parasitas. A solução dos poros do betão sendo uma solução fortemente alcalina, com ph 12,5 a 13,5, permite a formação de uma película passiva na superfície das armaduras embebidas no betão, 7

28 constituída na sua maioria por óxido de ferro (Fe 2 O 3 ), que funciona como uma camada protectora do aço na medida em que impede que se inicie a corrosão. A partir da hidratação do silicato tricálcico e do silicato bicálcico, presentes no cimento portland, ocorre a libertação de hidróxido de cálcio, composto que confere o ph elevado à solução dos poros do betão. Quando o ph da solução dos poros da pasta de cimento decresce para valores inferiores a 9 10, devido ao fenómeno da carbonatação ou ao ataque dos cloretos, ocorre a destruição da película passiva que envolve as armaduras. A despassivação das armaduras pode originar, então, o início do mecanismo da corrosão, desde que ocorram condições para tal, nomeadamente a presença de oxigénio e água [APPLETON, 2009] MODELO DE DEGRADAÇÃO DO BETÃO ARMADO POR CORROSÃO DO AÇO A vida útil do betão armado pode ser representada pelo modelo de Tuutti (Figura 2.1), que representa a evolução no tempo da degradação do betão armado por corrosão do aço. Este modelo divide a vida útil do betão armado em dois períodos de tempo: período de iniciação e período de propagação. Figura 2.1 Modelo de Tuutti de degradação do betão armado sob acção ambiental XC ou XS [LNEC E 465] Num ambiente XC ou XS (Quadro 2.1), o período de iniciação do betão armado corresponde ao tempo necessário para que a acção do dióxido de carbono ou dos cloretos que penetram no betão de recobrimento através do sistema de poros abertos ao exterior criem as condições para que ocorra a despassivação do aço. O período de propagação na vida útil do betão armado decorre entre a despassivação do aço e o tempo que leva a atingir um determinado estado limite de durabilidade, resultado de reacções electroquímicas na solução dos poros do betão que produzem a corrosão das armaduras. Portanto, é no período de propagação que se processa a corrosão do aço e se propaga a degradação visível do betão armado. Neste período, a corrosão origina anomalias visíveis, tais 8

29 como a fendilhação, a delaminação do betão de recobrimento, a perda de aderência aço/betão e a perda de secção e de ductilidade do aço. Conclui-se assim que a qualidade do betão de recobrimento é o factor responsável pela resistência do betão armado às acções agressivas ambientais [LNEC E-465] POROSIDADE A pasta de cimento hidratada contém vários tipos de vazios que influenciam as suas propriedades. A porosidade é uma propriedade relacionada com o volume e define-se como o volume de vazios em relação ao volume total de uma amostra [COUTINHO, 1998]. A porosidade absoluta do material não se mede pois levaria à destruição do material, e corresponde ao resultado da soma da porosidade aberta, a normalmente medida, e a porosidade fechada, que corresponde aos vazios que não comunicam entre si nem com o exterior. A porosidade aberta é obtida pelo ensaio de absorção dependendo do método de ensaio, daí se referir a absorção sob pressão e a absorção à pressão atmosférica [FREIRE, 2005]. O factor que maior influência tem na porosidade da pasta de cimento é a relação água/cimento. Quanto maior for esta relação A/C, maior será o volume de poros presentes na pasta devido aos vazios resultantes da evaporação de parte da água de amassadura, uma vez que apenas 20% a 30% desta é necessária para a hidratação do cimento [FREIRE, 2005]. Dependendo da razão A/C, diferentes percentagens em volume de poros são obtidas, conforme descrito no Quadro 2.2. Quadro 2.2 Argamassas de diferentes relações A/C e os seus respectivos volumes de poros [FREIRE, 2005] A/C Volume de Poros (%) 0,4 23,3 0,5 34,5 0,6 42,1 0,8 53,4 Através dos vazios ou poros no betão, que vão desde canais capilares até cavidades, são transportadas substâncias gasosas e/ou líquidas para o seu interior através de vários mecanismos de transporte cujos parâmetros mais relevantes são o tamanho dos poros comunicantes e a sua porometria, i. e., a distribuição do tamanho desses poros [FREIRE, 2005]. Na Figura 2.2 observa-se a relação entre os mecanismos de transporte e o tamanho dos poros [GONÇALVES, 1999]. 9

30 Figura 2.2 Participação dos poros nos diferentes mecanismos de transporte [GONÇALVES, 1999] De acordo com Siebeert [SIEBEERT, 1986], o tamanho dos poros na pasta de cimento varia dentro de certa gama de dimensões, segundo as quais podem ser classificados, desde poros de ar aprisionado (decorrentes dos processos de compactação do betão), poros de ar introduzido (obtidos por adição de adjuvantes introdutores de ar), poros capilares (oriundos da saída de água livre do betão) e poros de gel (devidos ao gel proveniente do endurecimento dos ligantes hidráulicos do cimento), tendo os três primeiros tipos maior relevância na durabilidade. Na Figura 2.3, apresenta-se a classificação dos poros do betão por dimensões e sua ligação à durabilidade do betão. Denota-se na Figura 2.3 que são os poros de maiores dimensões os mais relevantes para a durabilidade do betão, pois são nestes poros que existe mais transporte de gases (CO 2 e O 2 ) e de líquidos (água e água salgada) para o interior do betão, como se pode observar na Figura 2.2, que põem em causa a durabilidade deste. Figura 2.3 A importância da dimensão dos poros na durabilidade do betão [FREIRE, 2005] Em geral, a introdução de ar aumenta a resistência do betão às alternâncias de congelação e descongelação, atrasa os efeitos nocivos das reacções expansivas internas e ainda reduz a capilaridade do betão, contudo reduz a compacidade do betão, o que faz baixar a sua 10

31 resistência à compressão, embora na fase fresca o ar introduzido actue como plastificante e permita retirar água de amassadura [FREIRE, 2005] ACÇÃO DO DIÓXIDO DE CARBONO NO BETÃO ARMADO Sobretudo nas cidades, o fenómeno da carbonatação é o mecanismo mais relevante de degradação do betão armado por corrosão das armaduras. O dióxido de carbono da atmosfera (cerca de 0,03 a 0,1%) em contacto com as estruturas de betão armado penetra nos poros do betão, reagindo com o hidróxido de cálcio (Ca(OH) 2 ) na presença da água, consumindo-o e originando o composto carbonato de cálcio (Equação 2.1), o que resulta na diminuição da alcalinidade da solução dos poros. Na Figura 2.4, podemos observar as variações das concentrações dos produtos e dos reagentes da equação 2.1 ao longo da profundidade do betão. Consoante a concentração destes produtos ou reagentes, o recobrimento pode ser dividido em três partes: zona carbonatada, frente de carbonatação e zona não carbonatada. É de realçar que estas três partes têm valores de ph diferentes. Figura 2.4 Zonas envolvidas no mecanismo da carbonatação e variação do ph ao longo da profundidade do betão [COSTA, 1997] Considera-se frente de carbonatação no betão a linha que limita a zona onde o fenómeno da carbonatação reduziu a alcalinidade do betão para valores de ph detectáveis pela viragem do indicador de fenolftaleína, de rosa para incolor, de ph entre 9 a 10. Esta linha pode desenvolver-se de diferentes modos (Figura 2.5) e quando alcança as armaduras dá-se a despassivação destas, podendo iniciar-se a corrosão [LNEC E-391 e EN 13295]. 11

32 Figura 2.5 Frente de Carbonatação a) paralela à superfície, b) e c) irregular [LNEC E-391] A progressão da carbonatação praticamente não ocorre em betão seco, pois o CO 2 necessita de água para reagir com o Ca(OH) 2, nem em betão saturado, pois é muito reduzido o acesso do ar contendo dióxido de carbono e a difusão do CO 2 na água é cerca de 10 4 vezes menor do que no ar. Assim sendo, a progressão da carbonatação depende de vários factores como a composição do betão, a compactação e cura, e as condições de exposição [COSTA, 1997]. Composição do betão Em relação à composição do betão, os factores inerentes à progressão da carbonatação são a estrutura porosa do betão e a capacidade de fixação do CO 2 pela pasta de cimento. A relação água/cimento influencia directamente a porosidade do betão, como abordado anteriormente, sendo que, quanto maior a relação água/cimento, maior a porosidade aberta, e consequentemente, maior a progressão da carbonatação [COSTA, 1997]. A capacidade de fixação do CO 2 do betão é determinada pela quantidade de substâncias carbonatáveis, essencialmente Ca(OH) 2, que vão reagir com o CO 2. Então, quanto maior a quantidade destas substâncias menor será a velocidade de carbonatação. Shiessl [SHIESSL, 1987], refere que a penetração do CO 2 é, de forma grosseira, a raiz quadrada da quantidade de cimento. Outros autores como Lewis e Ho [HO et al, 1987] indicam que esta relação é maior. Considera-se que as adições tipo II, nomeadamente cinzas volantes, escórias e sílica de fumo, não são vantajosas para a redução da carbonatação, apesar de estas adições modificarem a porosidade do betão originando um refinamento da estrutura porosa e dificultando a penetração do CO 2. No entanto, as cinzas para endurecerem consomem o hidróxido de cálcio 12

33 presente na solução dos poros reduzindo a capacidade de fixação do CO 2 do betão, necessitando assim de uma menor quantidade de CO 2 para carbonatar o betão. Dos estudos efectuados por Schubert [SCHUBERT, 1991], Ho e Lewis [HO et al, 1987], Costa [COSTA, 1997] conclui-se que sob o ponto de vista da durabilidade, quando o fenómeno em causa é a carbonatação, as adições não devem constituir um substituto do cimento, mas sim como um produto a adicionar ao betão, pois se as cinzas substituírem parte do cimento a quantidade de CaO baixa e, consequentemente, o teor de Ca(OH) 2 do betão, o que conduz a maiores velocidades de carbonatação. Refira-se também que, para as classes de resistência à compressão não muito elevadas o efeito da cura torna-se relevante e crucial para a qualidade do betão de recobrimento e consequentemente para a resistência à carbonatação. A composição química do ligante tornase também relevante para a resistência à carbonatação do betão, aumentando com a dosagem do cimento tipo CEM I, ou seja, com a quantidade de clínquer portand no ligante. De facto, à medida que se melhora a qualidade do betão, nomeadamente do betão de recobrimento, quer pela redução da sua porometria, quer pela composição do ligante, os factores que influenciam a progressão da carbonatação vão perdendo relevância no processo. Compactação e cura Deve efectuar-se uma boa compactação do betão e uma correcta cura, de modo a obter um recobrimento de boa qualidade, pois o recobrimento é a principal barreira física à entrada de agentes agressivos e, encontrando-se poroso e/ou fissurado, permite assim uma maior progressão da carbonatação, como já foi referenciado anteriormente [COSTA, 1997]. Condições de exposição A humidade relativa (HR) do betão depende das condições de exposição do betão e influencia fortemente a progressão da carbonatação. Existe uma percentagem de HR em que a progressão da carbonatação se dá de forma mais acentuada, verificando-se que o intervalo onde esta progressão é máxima se situa entre os 50 e os 70% de HR. Na Figura 2.6 destacase que, para valores baixos e valores elevados de HR não se dá a progressão da carbonatação, e que esta progressão só se efectua num intervalo restrito de HR [COSTA, 1997]. 13

34 Aumento de massa (%) Figura 2.6 Influência da HR do ar na velocidade de carbonatação [COSTA, 1997] Nos ambientes em que a concentração de CO 2 é mais elevada do que na atmosfera, de 0,03 a 0,1%, por exemplo em garagens subterrâneas, a progressão da carbonatação é mais elevada devido à maior diferença de concentração de CO 2 entre o interior e o exterior do betão [COSTA, 1997]. A Figura 2.7 reporta os resultados obtidos no estudo de Castellote [CASTELLOTE et al, 2007] sobre amostras carbonatadas em ambientes com diferentes concentrações de CO 2. Como ilustra a Figura 2.7, obteve-se um maior aumento de massa nos provetes carbonatados em ambientes com uma maior percentagem de CO 2, constatando-se mais uma vez que os produtos da carbonatação (CaCO 3 ) exibem uma massa superior à soma dos seus reagentes, pelo que o fenómeno de carbonatação está associado a um aumento de massa do material. Os valores em percentagem dos reagentes e dos produtos nas amostras estudadas por Castellote estão presentes no Quadro 2.3. Denota-se que as amostras de referência foram isoladas de forma a não haver contacto com o CO 2 [CASTELLOTE et al, 2007] % CO2 10% CO2 100% CO Tempo (dias) Figura 2.7 Aumento de massa dos espécimes durante o processo de carbonatação acelerada [CASTELLOTE et al, 2007] 14

35 Quadro 2.3 Percentagens da água de ligação, de hidróxido de cálcio e de carbonato de cálcio nos diferentes espécimes, após o período de exposição ou não ao CO 2 [CASTELLOTE et al, 2007] Amostras Percentagem na amostra Água de ligação Ca(OH) 2 CaCO 3 Referência 7,3 14,7 11,2 0,03% CO 2 5,0 9,6 27,6 3% CO 2 5,0 0,0 45,2 10% CO 2 4,1 0,0 48,8 100% CO 2 4,0 0,0 51,8 Outra condição de exposição que actua na progressão da carbonatação é a temperatura, verificando-se que quanto mais elevada maior será a progressão da carbonatação, pois a temperatura acelera a velocidade das reacções associadas. Este efeito foi demonstrado por Uomoto [UOMOTO et al, 1993] em ensaios experimentais MECANISMO DE CORROSÃO O mecanismo da corrosão do aço incorporado no betão é um processo electroquímico que envolve correntes eléctricas e reacções químicas e dá-se logo após a despassivação das armaduras, desde que estejam reunidas determinadas condições. Para que a corrosão ocorra é necessária a presença dos seguintes elementos: o Ânodo Zona da armadura despassivada; o Cátodo zona da armadura com acesso ao oxigénio; o Condutor eléctrico armadura; e, o Electrólito solução dos poros do betão. Existem situações onde não ocorre corrosão ou esta é praticamente nula, nomeadamente quando as armaduras não estão despassivadas (ausência de ânodo), quando os elementos estão submersos e não há oxigénio disponível (ausência de cátodo), e nos elementos situados em ambiente seco devido à reduzida condutividade eléctrica do betão (ausência de electrólito) [APPLETON, 2009]. A Figura 2.8 ilustra o modelo de uma célula de corrosão, onde se indicam as reacções que ocorrem neste processo electroquímico. Figura 2.8 Modelo simplificado da corrosão do aço no betão [COSTA, 1997] 15

36 Inicialmente, no ânodo, dá-se a dissolução do ferro, onde se libertam dois electrões e o ferro fica localmente carregado positivamente na forma de ião (Fe ++ ). Estes electrões libertados deslocam-se através do condutor eléctrico, chegam até ao cátodo, dando-se a redução do oxigénio, que consiste na reacção dos electrões com o oxigénio e a água, formando iões de hidróxido (OH - ). Estes iões hidróxido deslocam-se através do electrólito, chegam ao ânodo e formam os produtos de corrosão, completando assim o circuito eléctrico. A equação 2.2 mostra a reacção da formação de um dos produtos de corrosão. Dependendo da disponibilidade de oxigénio e das condições de humidade do meio envolvente podem formar-se outros produtos de corrosão. As equações seguintes esquematizam essas reacções. Estes óxidos e hidróxidos de ferro têm um volume superior ao ferro (Figura 2.9), gerando tensões que, quando ultrapassam a resistência à tracção do betão, acabam por fendilhar, delaminar e destacar o betão de recobrimento das armaduras (Figura 2.10). Figura 2.9 Volume relativo do produto da corrosão [COSTA, 1997] 16

37 Figura 2.10 Fendilhação e delaminação do betão de recobrimento [COSTA, 1997] Corrosão induzida por carbonatação A corrosão das armaduras devido à carbonatação do betão é geralmente caracterizada por ânodos e cátodos normalmente impossíveis de distinguir à vista desarmada. Estes cátodos e ânodos constituem microcélulas de corrosão e estas localizam-se muito perto umas das outras, originando a corrosão generalizada das armaduras [Raupach, 2006]. O dióxido de carbono não entra directamente na formação dos produtos de corrosão, este só diminui a alcalinidade do meio que envolve a armadura e consequentemente destrói a sua película protectora. Para se formarem estes produtos de corrosão é necessário que haja condições de exposição determinadas pela humidade relativa e/ou por ciclos de molhagem e secagem do betão, com valor de HR superior a 50% e acesso do oxigénio para reagir. Para aumentar a velocidade de corrosão será necessária uma elevada humidade do meio, uma baixa resistividade do betão, permitindo assim o fluxo de iões entre o cátodo e o ânodo, e uma porosidade elevada para que haja a penetração do dióxido de carbono e do oxigénio [COSTA, 1997]. 17

38 18

39 3. PRODUTOS E SISTEMAS PARA A PROTECÇÃO E REPARAÇÃO DE ESTRUTURAS DE BETÃO NP EN 1504 A série europeia EN 1504 é um conjunto de 10 normas que, para além de definir os princípios ou estratégias de actuação nos mecanismos de degradação de uma estrutura de betão, estabelece os métodos para concretizar a estratégia seleccionada e especifica valores para as propriedades de desempenho dos produtos e sistemas a utilizar de acordo com o uso pretendido. Antes de ser aplicado qualquer método de protecção, reparação ou demolição entre outros, a uma estrutura de betão deverá ser sempre efectuada uma avaliação dos defeitos e das suas causas da degradação observada. No processo de avaliação das causas da degradação deverão ser seguidos, pelo menos, os seguintes passos: a) avaliar o estado visível da estrutura de betão; b) efectuar ensaios in-situ que permitam determinar o estado do betão e das armaduras; c) conhecer a concepção original do projecto; d) classificar o ambiente, incluindo a exposição à contaminação; e) estudar a história da estrutura de betão, incluindo a da exposição ambiental; f) analisar as condições de utilização (por exemplo, carga ou outras acções); g) estudar os requisitos para utilizações futuras. Os defeitos no betão, ou em estruturas de betão podem ser provocados pelas seguintes acções, que poderão actuar isoladamente ou em combinação: a) acções mecânicas: p. ex. impacto, sobrecarga, movimento causado por assentamentos e explosão; b) acções químicas e biológicas; p. ex. ataque por sulfatos, reacção álcalis-agregado; c) acções físicas: p. ex. gelo-degelo, fendilhação de origem térmica, movimentos de humidade, cristalização de sais e erosão; d) fogo. As causas que levam à corrosão das armaduras incorporadas no betão são: a) degradação física-mecânica do betão de recobrimento, o protector das armaduras; 19

40 b) redução da alcalinidade do betão de recobrimento, resultado da reacção com o dióxido de carbono do ar (fenómeno da carbonatação); c) contaminação do betão de recobrimento por agentes corrosivos (normalmente iões cloro) que foram incorporados no betão quando da betonagem ou penetraram no betão a partir do ambiente; d) correntes eléctricas parasitas conduzidas ou induzidas nas armaduras a partir de instalações eléctricas vizinhas. Após a identificação e avaliação das causas da deterioração do betão ou das armaduras nele incorporadas, segue-se a escolha de quais os princípios de actuação a efectuar e consequentemente os métodos para concretizar os princípios seleccionados. No Quadro 3.1, estão indicados os princípios e os métodos relacionados com a corrosão das armaduras e no Quadro 3.2 os princípios e os métodos relacionados com os defeitos no betão, preconizados na parte 9 da norma, a chave da série Refira-se que poderão ser utilizados outros métodos, não descritos na presente NP EN , se houver evidência documental que satisfazem um ou mais daqueles princípios [NP EN ]. A escolha do método para satisfazer o princípio em que se deseja actuar para solucionar a degradação do betão deve ser estudada para cada caso. Seguidamente descrevem-se os conceitos associados à substituição de betão pela aplicação de argamassas de reparação, nomeadamente as modificadas com polímeros, onde se enquadra a campanha experimental deste estudo. Quadro 3.1 Princípios e métodos para a protecção e reparação de estruturas de betão relacionados com a corrosão das armaduras [NP EN ] Princípio Preservação ou restauração da passividade Aumento da resistividade Controlo catódico Protecção catódica Controlo das áreas anódicas Métodos para satisfazer os princípios Aumento do recobrimento com novo betão ou argamassa Substituição do betão contaminado ou carbonatado Realcalinização electroquímica do betão carbonatado Realcalinização do betão carbonatado por difusão Extracção electroquímica de cloretos Impregnação hidrofóbica Impregnação Revestimento Limitação do teor de oxigénio (no cátodo) por saturação ou revestimento Aplicação de potencial eléctrico Revestimento activo da armadura Revestimento barreira da armadura Aplicação de inibidores de corrosão no aço ou ao betão 20

41 Quadro 3.2 Princípios e métodos para a protecção e reparação de estruturas de betão relacionados com os defeitos do betão [NP EN ] Princípio Protecção contra o ingresso de agentes agressivos Controlo da humidade no betão Restauração do betão Reforço estrutural do betão Aumento da resistência física do betão Aumento da resistência aos químicos Métodos para satisfazer o princípio Impregnação hidrofóbica Impregnação Revestimento Ligação superficial de fendas Enchimento de fendas Transformação de fendas em juntas Erecção de painéis externos Aplicação de membranas Impregnação hidrofóbica Impregnação Revestimento Erecção de painéis externos Tratamento electroquímico Argamassa aplicada à mão Novo betão ou argamassa cofrado Betão ou argamassa projectado Substituição de elementos Adição ou substituição de armaduras externas ou embebidas Adição de armaduras ancoradas em furos abertos ou a abrir Reforço com placas coladas Adição de argamassa ou betão Injecção de fendas, vazios ou interstícios Enchimento de fendas, vazios ou interstícios Pré-esforço - (pós-tensionamento) Revestimento Impregnação Adição de argamassa ou betão Revestimento Impregnação Adição de argamassa ou betão 3.1. BETÃO/ARGAMASSA MODIFICADO COM POLÍMEROS (PCC/PCM) De acordo com a norma NP EN , a designação das argamassas e betões modificados com polímeros é polymer hydraulic cement concrete/mortar, PCC/PCM, que consistem em betões ou argamassas cimentícios com adição de um polímero. 21

42 As PCMs utilizando látexes (dispersão polimérica natural) estão em uso deste os anos 1950 s. Actualmente, os polímeros mais utilizados como modificadores de argamassa ou betão cimentício são o acrílico (As), o epoxídico (Ep), os copolímeros de estireno-butadieno (SB), de acetato de polivinil (PVA) e de acetato de vinilo e etileno (EVA). Do ponto de vista da aplicação destas argamassas na construção, estas têm a particularidade de serem aplicadas da mesma forma que as argamassas e betões convencionais. A quantidade de polímero (teor de sólido contido no polímero) normalmente utilizado está compreendida entre os 10 20% da quantidade de cimento [FOWLER, 1999]. As PCC/PCMs são preparadas de modo similar às outras argamassas e betões convencionais, mas com a adição de um polímero à água de amassadura, antes da mistura dos componentes sólidos. Ao contrário dos adjuvantes químicos tradicionais (p.e. superplastificante, introdutor de ar, aceleradores, endurecedores) que actuam principalmente na fase fresca do material cimentício, as partículas de polímero actuam também na fase endurecida, devido sobretudo à maior dosagem em que são empregues, e é nesta fase que o filme polimérico se forma e passa a revestir os componentes hidratados do cimento, os agregados, os poros e a interface pastaagregado [RIBEIRO, 2004]. Imediatamente após a mistura 1ª Etapa Partículas de cimento não hidratadas Partículas poliméricas Agregados 2ª Etapa 3ªEtapa Partículas de cimento hidratadas e não hidratadas, com partícula poliméricas depositadas Mistura de partículas de cimento não hidratadas e hidratadas, envolvidas por uma camada fechada de partículas poliméricas Compostos hidratados de cimento envolvidos por filme ou membrana Ar introduzido Figura 3.1 Modelo simplificado da formação do filme polimérico na matriz cimentícia [OHAMA, 1998] Ohama [OHAMA, 1995] propõe um modelo simplista para a formação do filme polimérico. Este modelo consiste em três etapas principais. Na Figura 3.1, podemos observar um esquema destas três etapas. A formação do filme polimérico e a hidratação das partículas de cimento 22

43 ocorrem em simultâneo, na fase de endurecimento, embora o processo de hidratação do cimento se inicie na fase fresca do material cimentício e a formação da película polimérica se inicie com o consumo e evaporação da água de amassadura. Então, no estado endurecido do betão/argamassa, o filme polimérico já formado tende a retardar a hidratação das partículas de cimento ainda por hidratar [OHAMA, 1998] PROPRIEDADES DAS ARGAMASSAS/BETÕES MODIFICADOS COM POLÍMEROS As propriedades dos betões e argamassas cimentícios modificados com polímeros PCC/PCMs dependem das diferentes fases de formação do filme polimérico na co-matriz cimentíciapolimérica e das características do filme formado e são marcadamente melhoradas em relação aos betões e argamassas convencionais. Nestes materiais, as propriedades no estado fresco e no estado endurecido são afectadas pela natureza do polímero utilizado, pela razão polímerocimento e água-cimento, o ar introduzido e as condições de cura. Seguidamente vão ser caracterizadas as propriedades das PCC/PCMs, comparando-as com as dos betões/argamassas convencionais [OHAMA, 1998] NO ESTADO FRESCO Trabalhabilidade, redução de água e teor de ar Geralmente, os polímeros aumentam a trabalhabilidade dos betões/argamassas com eles modificados quando comparados com os betões/argamassas tradicionais. Isto pode ser constatado pela redução da consistência, devido à formação de pequenas bolhas de ar introduzidas pelo polímero e às próprias partículas poliméricas de forma esférica, que conjuntamente facilitam a dispersão e mobilidade da mistura, e ao efeito dispersante dos emulsionadores contidos nos polímeros sobre as partículas de cimento. Assim, a razão água/cimento das PCMs é marcadamente reduzida com o aumento da razão P/C, pelo que os polímeros também actuam como redutores de água. Esta redução de água contribui para um aumento da resistência mecânica, aumento esse que é penalizado pelo aumento do teor de ar introduzido pelo polímero [OHAMA, 1998]. Um aumento excessivo de ar causa uma redução significativa na resistência à compressão, desvantagem que pode ser controlada pela incorporação na mistura de um apropriado agente anti-introdutor de ar. O teor de ar introduzido na argamassa cimentícia pela adição de polímeros vai depender do polímero mas também do tamanho do agregado e do tempo e da velocidade de mistura [OHAMA, 1998]. Retenção de água Os betões/argamassas cimentícios modificados com polímeros tendem a exibir uma marcada melhoria na retenção de água no seu interior em comparação com os betões/argamassas correntes. Esta retenção de água aumenta com a razão P/C. Admite-se que esta melhoria pode ser explicada tendo em conta as propriedades coloidais hidrofílicas das partículas poliméricas, que retêm água no seu interior e só a vão libertando lentamente no tempo devido à 23

44 coalescência e união das mesmas, e ao efeito de inibidor da evaporação de água por obturação, selagem e/ou impermeabilização do betão ou argamassa pelo filme polimérico formado. Este efeito de retentor de água nas PCC/PCM é positivo para a hidratação do cimento e tende a reduzir também a microfissuração plástica da pasta cimentícia. Se por um lado, é necessária alguma quantidade de água para a hidratação das partículas de cimento, por outro, é importante a redução da água livre interior para que as partículas poliméricas coalesçam e possam formar o filme polimérico, pelo que a cura ideal para as PCMs seria numa primeira fase uma cura húmida para favorecer a parte cimentícia seguida de uma cura ao ar, seca, para formar o filme polimérico. Contudo, a normalização europeia preconiza uma cura seca para as PCC/PCM [EN 1542]. Segregação e exsudação Em oposição com os betões/argamassas convencionais, os betões/argamassas cimentícios modificados com polímeros tendem a não apresentar segregação nem exsudação, apesar da sua maior fluidez, que resulta em parte da acção conjunta da melhoria nas propriedades anteriormente referidas. Os efeitos nefastos na resistência mecânica, bem como as desvantagens associadas à segregação e exsudação, não ocorrem nas argamassas modificadas com polímeros [OHAMA, 1998] NO ESTADO ENDURECIDO Resistência mecânica Em geral as PCC/PCM apresentam um aumento notável na resistência à tracção e flexão, sem melhoria na resistência à compressão, comparando com os betões e argamassas convencionais [RIBEIRO, 2008]. Esta característica resulta da acção conjunta do filme polimérico formado no seio da matriz cimentícia e da melhoria do desempenho da zona da interface entre a pasta cimentícia e os agregados. As propriedades mecânicas das PCC/PCM são também influenciadas por outros factores, que interagem uns com os outros, tais como: a proporção utilizada de cada componente da mistura (p.e. a razão A/C, P/C, areia/cimento, o teor de ar, percentagem da fracção mais fina do agregado); a qualidade dos materiais; os procedimentos da mistura; o método de cura; os métodos de ensaio [OHAMA, 1998]. O estudo efectuado por Ahmed [AHMED, 2011] demonstra que a adição de polímeros de diferente natureza reflecte-se na resistência das PCMs, bem como o aumento da quantidade de polímero adicionado associado a um maior teor de ar introduzido. Como já foi referido anteriormente, com a adição de polímeros consegue-se uma menor razão A/C, aumentando a resistência, sem pôr em causa a trabalhabilidade. Vários autores estudaram o modo como estes factores influenciam as propriedades das PCMs e Ohama [OHAMA, 1998] procedeu a vários ensaios para explicar a forma como estas variáveis afectam a resistência mecânica das PCM, que se ilustra nas Figuras 3.2 a

45 O efeito da proporção dos monómeros (em massa) nos polímeros SBR, EVA e SAE, nas resistências das PCMs está presente na Figura 3.2. A proporção de monómeros nos polímeros afecta as resistências das PCMs para uma mesma razão polímero/cimento. Ohama [OHAMA, 1972] [OHAMA, 1981] definiu uma razão pasta-vazios (α) e uma vazios-pasta (β), e de forma empírica propôs umas equações que usando α e β previam a resistência à compressão das PCMs, como as seguintes: Para argamassas modificadas com polímeros látex, or onde σ c é a resistência à compressão,, V c, V p, V a e V w são os volumes de cimento, polímero, ar e água por unidade de volume das PCMs respectivamente, e A, B, C, a e b são constantes empíricas. Os exemplos destas relações estão nas Figuras 3.3 e 3.4. Os efeitos do tipo de cura utilizado na resistência à compressão e à flexão das PCMs está presente nas Figuras 3.5 e 3.6. É evidente a partir das Figuras 3.5 e 3.6 que a melhor condição de cura, para a maioria das PCC/PCMs é uma cura húmida nos primeiros dias, de forma a alcançar uma boa hidratação do cimento, seguida de uma cura seca de forma a promover a formação do filme polimérico por coalescência das partículas poliméricas. Como apresenta a Figura 3.7, o desenvolvimento da resistência à compressão das PCC/PCMs é notável, mesmo durante um longo período de cura seca (365 dias). A razão principal para que tal aconteça é que a hidratação do cimento continua a acontecer mesmo durante a cura seca devido à capacidade de retenção de água da película polimérica. O grande aumento da resistência é uma das vantagens das PCC/PCMs em relação aos betões e argamassas convencionais. *Razão P/C Figura 3.2 Efeito da quantidade de monómeros existentes nos polímeros EVA, SBR e SAE na resistência à compressão e flexão das argamassas modificadas com polímeros [OHAMA, 1998] 25

46 Figura 3.3 Relação entre a razão vazios/pasta e a resistência à compressão das argamassas modificadas com polímeros (excepto para as argamassas modificadas com PVAC) com uma razão areia/cimento de 1:3 [OHAMA, 1998] Figura 3.4 Relação entre a razão pasta/vazios e a resistência à compressão das argamassas modificadas com polímeros [OHAMA, 1998] Figura 3.5 Efeitos das condições de cura na resistência à flexão das argamassas modificadas com polímeros [OHAMA, 1998] 26

47 Figura 3.6 Efeito das condições de cura na resistência à compressão das argamassas modificadas com polímeros [OHAMA, 1998] Figura 3.7 Resistência à compressão das argamassas modificadas com polímeros ao longo do período de cura seca [OHAMA, 1998] Deformabilidade, módulo de elasticidade e coeficiente de Poisson As argamassas cimentícias modificadas com polímeros tendem a exibir um módulo de elasticidade muito menor (0, GPa) que os betões e argamassas cimentícios (10-30 GPa) e consequentemente, a sua deformabilidade difere da deformabilidade de um betão/argamassa 27

48 convencional. A maioria das PCC/PCM têm uma maior deformabilidade e elasticidade do que os betões e argamassas comuns, cuja magnitude depende do tipo de polímero e da razão polímero/cimento. Em geral, a deformabilidade e o módulo elástico das PCC/PCMs tende a aumentar e a diminuir, respectivamento, com o aumento da razão polímero-cimento, isto é, ao colocarmos polímero nas argamassas estamos a aumentar a deformabilidade e a diminuir o módulo de elasticidade, destas. Contudo, o coeficiente de Poisson, razão entre a deformação transversal e a deformação longitudinal associada, é dificilmente alterado pela razão P/C [OHAMA, 1998]. Retracção de secagem, fluência e dilatação térmica Admite-se que a retracção de secagem das PCC/PCM tende a ser menor do que a dos betões e argamassas convencionais, e que vai depender da acção conjunta do efeito retentor de água e redutor de água do polímero, da dosagem adicionada e do tipo de polímero. A retracção de secagem aumenta com um tempo adicional de cura seca, e torna-se quase constante num período de cura seca de 28 dias, independentemente do tipo de polímero e da razão P/C. Geralmente, a retracção de secagem aos 28 dias tende a decrescer com o aumento da razão P/C [OHAMA, 1998]. Em geral, a fluência é consideravelmente menor nas PCC/PCM em comparação com os betões e argamassas convencionais, como se pode observar na Figura 3.8, relativa aos resultados obtidos nos estudos de Ohama [OHAMA, 1998]. Com base nos gráficos de resultados de Ohama [OHAMA, 1998], o valor da deformação por fluência das PCM é cerca de 4 a 6x10-4 e das CM de 10x10-4. Figura 3.8 Relação entre a deformação por fluência ao longo do tempo e o coeficiente de fluência ao longo do tempo [OHAMA, 1998] O coeficiente de dilatação térmica das PCC/PCM é directamente influenciado pelos agregados utilizados, como ocorre nos betões e argamassas convencionais, sendo o seu valor 28

49 semelhante ao das argamassas/betões convencionais, cerca de 9 a 10 x10-6 /C [OHAMA, 1998]. Impermeabilidade, resistência à água, resistência à penetração dos cloretos e resistência à carbonatação Admite-se que a estrutura porosa das PCC/PCM se caracteriza por ter os poros de maiores dimensões revestidos ou selados com o filme polimérico formado, local preferencial da coalescência das partículas poliméricas, bem como a zona da interface pasta agregado, resultando em parte num refinamento da sua porometria. Este efeito de enchimento, de selagem e ou de revestimento provocado pela presença do filme polimérico aumenta com a quantidade de polímero adicionado ou com a razão P/C. Esta característica reflecte-se na permeabilidade à água, na absorção de água por capilaridade e na transmissão de vapor de água das PCMs. Geralmente, a capilaridade e a permeabilidade são consideravelmente reduzidas com o aumento da razão P/C, como se pode observar na Figura 3.9 [OHAMA, 1998]. Figura 3.9 Absorção de água e permeabilidade das argamassas modificadas com polímeros [OHAMA, 1998] A redução da permeabilidade à água vai também reflectir-se numa maior resistência à penetração dos iões cloreto (Cl - ), um dos mais importantes factores que afectam a corrosão das armaduras nas estruturas de betão armado. Também se admite uma menor mobilidade iónica na solução intersticial devido à presença do polímero, outro aspecto que contribui para aumentar a resistência à penetração do ião cloreto nas PCC/PCM. O Quadro 3.3 indica os valores da difusão aparente dos iões cloreto em PCC e PCM, que foram estimados nos resultados obtidos em provetes conservados em água do mar artificial (NaCl a 2,4%). A resistência à penetração dos iões cloreto das PCC/PCM tende a melhorar com o aumento da 29

50 razão polímero/cimento, como seria de esperar [OHAMA, 1998]. A diferença dos valores do coeficiente de difusão aparente dos iões cloreto entre os betões e as argamassas é devida à diferença na sua porosidade e, tal como foi abordado no subcapítulo 2.1.2, os mecanismos de transporte dependem da porosidade do meio. Quadro 3.3 Coeficiente de difusão aparente dos iões cloreto das argamassas e betões modificados com polímeros [OHAMA, 1998] Tipo de argamassa Não modificada PCM-SBR PCM-EVA PCM-PAE Razão polímero cimento (%) Coeficiente de difusão aparente dos iões cloreto (cm 2 /s) Tipo de betão Razão polímero cimento (%) Coeficiente de difusão aparente dos iões cloreto (cm 2 /s) -8 Não 0 6,4x10 modificado 0 2,2x ,4x ,9x10-8 PCC-SBR 20 3,9x ,93x ,4x ,79x10-8 PCC-EVA 20 2,4x ,0x ,8x ,62x10-8 PCC-PAE 20 4,4x ,58x10-8 O efeito de selagem, de revestimento e ou de enchimento da estrutura porosa pelos polímeros nas PCC/PCM também tende a interferir na permeabilidade aos gases das PCMs, nomeadamente no que respeita ao dióxido de carbono (CO 2 ), ao oxigénio (O 2 ) e ao vapor de água. A resistência à carbonatação das PCC/PCM é marcadamente melhorada com o aumento da razão P/C, dependendo do tipo de polímero e das condições de exposição ao dióxido de carbono. O revestimento da estrutura cristalina hidratada e/ou por hidratar pelo filme polimérico formado, nomeadamente os cristais hidratados de hidróxido de cálcio formado nos poros e na interface pasta-agregado, é considerado outro factor que contribui para o aumento da resistência à carbonatação das PCC/PCM face às CMs. A resistência à carbonatação também é um factor muito importante na corrosão das armaduras, tal como é a resistência à penetração dos iões cloreto [OHAMA, 1998]. A Figura 3.10 mostra a profundidade de carbonatação em argamassas não modificadas e modificadas depois de uma exposição de 10 anos no interior e no exterior de um edifício. Da Figura 3.10 denota-se que nem todos os polímeros são eficazes no aumento da resistência à carbonatação, quando adicionados aos betões e argamassas. 30

51 Figura 3.10 Profundidade de carbonatação das argamassas modificadas com polímeros após 10 anos de exposição no exterior e no interior de um edifício (razão polímero/cimento de 20%) [OHAMA, 1998] Aderência O bom desempenho das PCC/PCM na aderência aos suportes, comparativamente com os betões/argamassas convencionais, é um aspecto muito importante, sobretudo na reparação de estruturas de betão. A boa aderência das PCMs ao betão é atribuída entre outros factores à elevada capacidade de aderência aos suportes característica da maioria dos polímeros, aumentando com o aumento da razão P/C. A aderência é uma propriedade que é muito afectada pelas propriedades do substracto, nomeadamente, estado de humidade, limpeza, resistência, rugosidade e porosidade. Os resultados da tensão de aderência mostram frequentemente uma considerável dispersão, devido ao facto de serem muito afectados por vários parâmetros inerentes à metodologia de ensaio. A Figura 3.11 mostra os valores da aderência das PCM a um substracto de argamassa convencional, medido pelo ensaio de arranque por tracção directa e pelo ensaio de corte por compressão [OHAMA, 1998]. Refira-se que a maior parte das PCC/PCM têm uma excelente aderência às telhas cerâmicas, tijolos, ao aço, à madeira e à rocha [OHAMA, 1998]. 31

52 Figura 3.11 Adesão das argamassas modificadas com polímeros para as argamassas não modificadas, medida por dois tipos de ensaios [OHAMA, 1998] Resistência ao impacto As PCC/PCM normalmente tendem a apresentar uma resistência ao impacto superior à dos betões/argamassas convencionais. Admite-se que esta melhoria poderá resultar do efeito conjunto da menor rigidez associada a um menor módulo de elasticidade, à menor densidade da microfissuração superficial da pasta cimentícia associada à cura interna e à maior resistência à tracção resultante da acção dos polímeros. Também se observa que a resistência ao impacto geralmente aumenta com o aumento da razão P/C. Os valores obtidos da resistência ao impacto variam marcadamente consoante o método de ensaio utilizado [OHAMA, 1998]. 32

53 Resistência à abrasão A resistência à abrasão das PCC/PCM depende do tipo de polímero utilizado, da razão P/C, da natureza do agregado fino e das condições de desgaste (se a acção de desgaste é agressiva ao ponto de o material perder a coerência). Em geral, a resistência à abrasão é consideravelmente melhorada com o aumento da razão P/C, o que deve resultar da acção conjunta do melhor desempenho da zona da interface pasta-cimento e do aumento da resistência à tracção [OHAMA, 1998]. Resistência química A resistência química das PCC/PCM depende da natureza do polímero utilizado e da razão P/C, sendo os polímeros epoxídicos os que conferem maior resistência química às PCMs. As PCC/PCM são atacadas pelos ácidos inorgânicos e orgânicos e pelos sulfatos devido à presença da pasta cimentícia, mas exibem boa resistência química a gorduras e óleos [OHAMA, 1998]. Efeito da temperatura, resistência térmica e incombustibilidade A resistência térmica das PCC/PCM é governada pela natureza do polímero utilizado, especialmente pela sua temperatura de transição vítrea, pela razão P/C e pelas condições de aquecimento, e em última análise pela degradação térmica do polímero. A maioria dos polímeros termoplásticos têm uma temperatura de transição vítrea entre os 80 e os 100 C [OHAMA, 1998]. Geralmente, a incombustibilidade das PCC/PCM depende da composição química do polímero utilizado e da razão P/C. As PCC/PCM com polímeros que contêm cloretos, isto é, CR e PVAC dão uma excelente incombustibilidade ao material. A incombustibilidade das PCC/PCM com o polímero PVAC resulta também da acção da elevada quantidade de ácido acético formada pela decomposição térmica deste polímero. A incombustibilidade da maioria das PCC/PCM diminui com o aumento da razão P/C [OHAMA,1998]. Durabilidade ao gelo-degelo e às intempéries As PCC/PCM têm uma melhorada resistência ao congelamento e descongelamento face aos betões/argamassas convencionais que resulta sobretudo do elevado teor de ar introduzido pelo polímero [OHAMA, 1998] APLICAÇÕES DOS BETÕES/ARGAMASSAS MODIFICADOS COM POLÍMEROS Actualmente, as PCC/PCM vão tendo uma maior aplicabilidade em reparações de estruturas de betão em comparação com as argamassas/betões convencionais devido ao seu melhor desempenho, nomeadamente aos agentes agressivos externos, que compensa o seu custo 33

54 elevado. Os polímeros têm um custo elevado mas que pode ser atenuado se forem contabilizadas as potencialidades acrescidas nas PCMs na prevenção da corrosão induzida por cloretos ou carbonatação [OHAMA, 1998], [FOWLER, 1999]. Outras aplicações típicas das PCC/PCM são em pisos, pavimentos e coberturas de terraços como impermeabilizantes e como adesivos [OHAMA, 1998] CASO PRÁTICO REPARAÇÃO DE UM RESERVATÓRIO DE ÁGUA Seguidamente apresenta-se um exemplo de uma obra efectuada no âmbito da reparação de estruturas de betão armado. O depósito de água potável elevado, construído na década de 1980, com uma capacidade de litros tem como função o armazenamento de água potável, para compensar eventuais falhas por parte do abastecimento público de água [Diogo Este depósito foi sujeito a reparação estrutural por parte da empresa Sotecnisol Engenharia. Este depósito é constituído pelos seguintes elementos: parede envolvente superior situada acima da viga; e inferior parede inclinada abaixo da viga; e a restante estrutura que suporta o reservatório (pilares e viga de coroamento). Na Figura 3.12, podemos visualizar o depósito antes da sua reparação. Figura 3.12 Depósito de água antes de ser reabilitado [DIOGO] Os elementos estruturais encontravam-se bastante degradados e já não exibiam as condições necessárias para permitir funcionar como reservatório. As anomalias detectadas foram as seguintes: armaduras corroídas expostas com consequente perda de secção, atingindo em certos casos 50% da secção original; desagregação do betão por falta de ligante exibindo chochos e ninhos de agregados resultante da deficiente compactação durante a betonagem; 34

55 espessura do recobrimento menor do que o valor exigido na normalização nacional e europeia. Dado que se trata de uma estrutura com uma classe de exposição XC (Quadro 2.1) o seu recobrimento nominal deveria estar entre os 25 e os 40 mm [LNEC E 464]. Nas Figuras 3.13 a 3.15, podemos observar as anomalias referidas. Figura 3.13 Viga de coroamento com armaduras corroídas visíveis pelo interior [DIOGO] Figura 3.14 Degradação do betão da parede envolvente inferior [DIOGO] Figura 3.15 chochos e nichos de agregados e armaduras corroídas expostas [DIOGO] A estanquidade do depósito encontrava-se diminuída por serem evidentes as perdas significativas de água, devido à deterioração das juntas construtivas, facilmente visíveis pelo exterior, e dos remates junto às tubagens. Observou-se também que ocorriam infiltrações em zonas indiscriminadas da superfície do depósito originadas pela degradação do betão nessas zonas. Na face inferior da laje de cobertura era corrente ocorrerem condensações de água, gerando assim a corrosão nas armaduras da laje, pois esta não tinha sido munida de uma impermeabilização adequada. O projecto de reparação foi dividido em três fases. Na primeira fase do projecto pretendia-se recuperar as paredes envolventes do reservatório em todo o perímetro da viga de coroamento 35

56 e sob esta pontualmente, visto serem as zonas mais degradadas. Na segunda fase pretendiase realizar o reforço estrutural, realizando-se encamisamento do depósito, pelo seu interior, aumentado a sua capacidade de resistência. No final da obra, na terceira fase, procedeu-se ao tratamento generalizado das superfícies exteriores do depósito, através da remoção de todo o material que não apresentava capacidade resistente, e o tratamento das armaduras que ficariam à vista, necessitando da aplicação de uma pintura de protecção contra a corrosão. Intervenção nas paredes do reservatório junto à viga de coroamento De modo a estabelecer e manter as condições de segurança, os trabalhos iniciaram-se pela aplicação de tirantes para equilíbrio da estrutura. Ajustaram-se os tirantes de forma alternada e faseada. Os tirantes eram constituídos por varões lisos de diâmetro 12 mm, roscado nas extremidades para aperto sobre chapa de aço quadrangular. As chapas possuíam uma espessura 15 mm e tinham aresta de 200 mm com um furo central de 14 mm de diâmetro. Para colocação dos tirantes no fundo do reservatório as furações foram feitas à rotação, sem percussão. Nas figuras 3.16 e 3.17, podem observa-se os tirantes colocados e a amarração do tirante, respectivamente. Figura 3.16 Tirantes atravessando o fuste do Figura 3.17 Amarração de um tirante [DIOGO] depósito [DIOGO] Posteriormente procedeu-se às reparações localizadas na parede envolvente inferior, por baixo da viga de coroamento. Estas reparações consistiram na substituição do betão que envolvia as armaduras corroídas que se encontravam expostas. Os produtos da corrosão das armaduras foram eliminados por meio de jacto ou por escovagem, até o aço se apresentar limpo e sem vestígios de corrosão. A tarefa subsequente consistiu na aplicação de produto de protecção anticorrosivo, à base de cimento e resina epoxídica modificada, e na reposição das secções com argamassa de reparação tixotrópica, com uma resistência à compressão na ordem de 60 MPa. Na Figura 3.18, pode observar-se uma das zonas pontuais. 36

57 Figura 3.18 Zona afectada, onde vamos proceder à protecção da armadura e à colocação de argamassa de reparação [DIOGO]. Seguidamente, procedeu-se à reparação da envolvente superior, adjacente em todo o perímetro da viga de coroamento. A reparação consistiu na execução de aberturas (Figura 3.19) de 1,40 m por 0,70 m, simétricas e executadas em ambas as faces de modo a manter o equilíbrio estrutural do depósito. Saliente-se que a largura da parede do depósito era de 0,16m, com um perímetro exterior de aproximadamente 25,20 m. Procedeu-se de forma análoga ao utilizado na parede envolvente inferior, para a protecção contra a corrosão das armaduras, as quais foram complementadas com varões adicionais amarrados aos existentes (Figura 3.20). Após o tratamento das armaduras, procedeu-se à cofragem (Figuras 3.21 e 3.22) com a finalidade de colocar uma argamassa de reparação monocomponente, de retracção controlada, com seixo rolado previamente humedecido e com diâmetro de 1/10 da menor espessura da parede do reservatório. Figura 3.19 Abertura adjacente à viga de coroamento [DIOGO] Figura 3.20 Varões adicionais [DIOGO] 37

58 Figura 3.21 Colocação de cofragem [DIOGO] Figura 3.22 Enchimento dos vazios criados [DIOGO] Realização do encamisamento do depósito pelo seu interior O encamisamento do depósito foi efectuado com betão projectado. Primeiramente procedeu-se à decapagem das superfícies com recurso a jacto de areia, seguido com lavagem de jacto de água simples. Na Figura 3.23, pode observar-se a lavagem a jacto de água simples do interior do depósito. Figura 3.23 Lavagem a jacto de água simples do interior do depósito [DIOGO] Após a decapagem procedeu-se à colocação, no interior do reservatório, de uma malha ortogonal, com armadura superior e inferior, no berço da estrutura até ao envolvimento da viga de coroamento, constituída por varões de diâmetro de 10 mm espaçados entre si por 0,15m em aço A400NR, com fixação através de ferrolhos em aço A400NR, com diâmetro de 12 mm. Na parede envolvente superior e parede do fuste dispôs-se uma malha ortogonal, constituída por varões de diâmetro de 8 mm espaçados entre si por 0,15 m em aço A400NR, com fixação análoga à anterior. Os ferrolhos foram chumbados com resina epoxídica e, além da função de posicionamento dos varões constituintes das malhas, também permitiram ancorar e solidarizar a parte velha à nova. Na Figura 3.24, pode observar-se a disposição dos ferrolhos de aço. 38

59 Figura 3.24 Disposição dos ferrolhos em aço [DIOGO]. Por fim foi efectuada a colocação do betão projectado C30/37 com incorporação de fibras de polipropileno, com a finalidade de aumentar a durabilidade e evitar a fissuração plástica. No berço da estrutura, o betão projectado foi aplicado em camadas sucessivas sobre a armação de aço A400NR, garantindo um recobrimento de armaduras de 3 cm. Nas paredes interiores utilizou-se o mesmo processo até se obter uma espessura de cerca de 0,06cm. Na Figura 3.25, pode observar-se o aspecto final do betão após a projecção. Figura 3.25 Aspecto do betão, após projecção [DIOGO] Concluída a projecção do betão, efectuou-se a reparação de fissuras através da injecção de resinas epoxídica de baixa viscosidade na parede envolvente superior, processo esse efectuado pelo exterior. Este processo, além de selar as fissuras, permitiu colmatar possíveis vazios que tenham ocorrido durante a projecção do betão e reforçar a ligação entre a estrutura velha e a nova. Nas Figuras 3.26 e 3.27, pode observar-se a furação para a colocação de injectores e a distribuição dos injectores ao longo da fissura. 39

60 Figura 3.27 Distribuição dos injectores ao longo de uma fissura [DIOGO] Figura 3.26 Furação para a colocação dos injectores [DIOGO] Após a cura do betão procedeu-se ao alívio gradual dos tirantes e à sua remoção faseada, sob o adequado controle de deformações. Tratamento das superfícies exteriores e outros As paredes exteriores foram limpas retirando todas as substâncias desagregadas na superfície do betão a reparar. Foram aplicados os mesmos métodos referidos anteriormente conjuntamente com uma argamassa de reparação, numa área de cerca de 50% da área do valor do reservatório. Para finalizar foi aplicada uma pintura com tinta acrílica especial, resistente à exposição solar e ambiental, nomeadamente aos alcalis. No interior, também se procedeu a aplicação de impermeabilização, utilizando uma argamassa cimentícia elástica [DIOGO]. 40

61 4. CAMPANHA EXPERIMENTAL 4.1. INTRODUÇÃO Este capítulo dá início ao estudo experimental com a identificação e selecção dos diversos materiais utilizados no fabrico das argamassas PCMs e CMs, seguido da apresentação dos parâmetros de base adoptados para a composição das argamassas a estudar e, por último, com o resumo das metodologias de ensaio usadas na caracterização das argamassas. A campanha experimental teve por objectivo contribuir para aumentar o conhecimento da actuação dos polímeros nas argamassas cimentícias para reparação de estruturas de betão armado, com especial relevo na progressão da corrosão do aço no interior da argamassa. Foram utilizadas PCMs com adição do polímero acrílico (PCM-As) e polímero de estirenobutadieno (PCM-SB), polímeros comercializados no mercado nacional, tendo como referência duas argamassas cimentícias (CM-1, CM-2) não modificadas. Estas 4 argamassas foram armadas, com varões de aço corrente e aço inox, com o objectivo de induzir a corrosão do aço no seu interior pela acção da carbonatação. Para tal, estas argamassas foram, em primeiro lugar, sujeitas ao ensaio de carbonatação acelerado e, só após estar garantida a despassivação do aço, os provetes foram conservados em ambiente de 90% HR a 38ºC para se dar início à corrosão do aço neles embebido e permitir avaliar a acção do polímero neste mecanismo de degradação. A análise dos resultados obtidos e o confronto com o estado da arte (capítulos 2 e 3) permitiu clarificar e confirmar aspectos relacionados com a actuação dos polímeros no desenvolvimento das propriedades das argamassas cimentícias e definir novas áreas de estudo neste domínio CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS O presente subcapítulo apresenta os ensaios de identificação dos materiais utilizados na composição das argamassas de reparação produzidas. É de salientar que todos os materiais utilizados na campanha experimental foram adequadamente armazenados em vasilhames e conservados numa sala com ambiente controlado, para evitar ao máximo o seu envelhecimento e degradação. Aprovisionou-se a quantidade suficiente destes materiais e, para cada campanha de ensaios, eram retiradas as quantidades necessárias, havendo a preocupação de previamente homogeneizar os materiais que se encontravam em cada vasilhame. 41

62 CIMENTO A selecção do tipo de cimento a usar na produção das argamassas resultou da acção agressora a estudar. Dado tratar-se do fenómeno da carbonatação, o cimento seleccionado foi CEM I, por ser constituído por 95 a 100% de clinquer e portanto proporcionar uma maior alcalinidade à argamassa endurecida. A classe de resistência foi a classe 42,5 R por ser a correntemente utilizada e a mais indicada para as argamassas de reparação estrutural. O cimento CEM I 42,5 R usado foi o da fábrica da Cimpor localizada em Alhandra. Nos Quadros 4.1 e 4.2, podemos observar os documentos normativos utilizados nas determinações de algumas das suas características químicas e físicas e os resultados obtidos. Quadro 4.1 Características químicas do cimento CEM I 42.5 R [VIEIRA, 2008] Determinações Documentos Normativos CEM I 42,5R Perda ao Fogo (%) NP EN ,49 Resíduo Insolúvel (%) NP EN ,75 Sulfatos (SO 3 ) (%) NP EN ,56 Cloretos (Cl - ) (%) NP EN ,02 Quadro 4.2 Características físicas do cimento CEM I 42.5 R [VIEIRA, 2008] Determinações Documentos Normativos CEM I 42,5R Massa Volúmica (kg/m 3 ) NP EN Finura Blaine (m 2 /kg) NP EN ,0 Início de Presa (h:min) NP EN :35 Expansibilidade (mm) NP EN ,0 Como esta remessa de cimento estava armazenada no LNEC há alguns anos, optou-se por efectuar o ensaio da perda ao fogo para garantir que o cimento estava em boas condições de ser utilizado na produção das argamassas. Neste ensaio, por calcinação ao ar (950 ±25 C), o anidro carbónico e a água são retirados e os elementos oxidantes eventualmente presentes são oxidados, como o ferro metálico, o ferro bivalente ou o manganês bivalente e os sulfuretos. Com esta calcinação dá-se uma perda de massa que é traduzida como a perda ao fogo e que pode reflectir o ganho de massa ao longo do tempo destes compostos no cimento, principalmente por absorção de água, o que não é desejável no cimento. O ensaio da perda ao fogo foi efectuado segundo a NP EN 196-2:2006 7, tendo-se obtido um valor de perda ao fogo de 2,5%. O valor máximo admissível para a perda ao fogo de um cimento CEM I é estipulado na NP EN 197-1, sendo este valor de 5%, valor superior ao valor obtido no ensaio realizado. No Anexo A.1 apresentam-se os valores obtidos no ensaio e o cálculo efectuado para obter o valor da perda ao fogo bruta. 42

63 Material que passa através do peneiro (%) AGREGADO O agregado utilizado para a formulação das argamassas foi uma areia natural siliciosa proveniente da zona norte do país, sobre a qual se realizaram os seguintes ensaios: análise granulométrica e módulo de finura, massa volúmica e absorção de água. Para a realização da determinação da análise granulométrica, seguiu-se a metodologia descrita na NP EN 933-1:2000. Segundo esta norma, a massa do provete a ensaiar é definida pela máxima dimensão do agregado (Dmáx). Por esta dimensão entende-se a menor abertura do peneiro, de uma série de peneiros de referência, através do qual passa, pelo menos, 90% da massa de agregado. Como no presente caso a máxima dimensão do agregado não ultrapassa os 4,75 mm, a massa do provete a ensaiar foi de um quilograma. Por mínima dimensão do agregado (Dmin) entende-se como a malha de maior dimensão pela qual passa uma percentagem inferior ou igual a 5% da massa de agregado. Após o ensaio obtiveram-se os valores de D máx =4 mm e de D min =0,125 mm para a areia usada. Na Figura 4.1, apresenta-se a curva granulométrica da areia utilizada no estudo. Os valores utilizados no cálculo da curva granulométrica estão presentes no Anexo A , Dimensão do Agregado (mm) Figura 4.1 Curva granulométrica da areia Para obter o valor do módulo de finura da areia executaram-se os procedimentos segundo a metodologia descrita na antiga norma aplicável aos agregados, a NP 1379, obtendo a curva granulométrica e a partir desta o módulo de finura, tendo sido obtido o valor de 2,7, o que significa que a dimensão média da areia é a correspondente ao 3º peneiro da série (0,595 mm de abertura) [COUTINHO, 1988]. No Anexo A.3 podemos observar os valores obtidos no ensaio e o cálculo efectuado para a determinação do módulo de finura. Para a determinação da massa volúmica e absorção de água, seguiu-se a metodologia indicada na norma NP EN A massa volúmica das partículas é calculada a partir da razão entre a massa e o volume. A massa é determinada pela pesagem do provete com as 43

64 partículas saturadas com superfície seca e a partir de outra pesagem do mesmo provete após secagem em estufa. O volume é determinado a partir da massa de água deslocada, sendo neste caso medido pela pesagem do picnómetro. A norma em questão recomenda que, no caso de agregados com várias fracções granulométricas, se deve separar a amostra em fracções de 0,063 mm a 4 mm, 4 mm a 31,5 mm e 31,5 mm a 63 mm, antes de se proceder à preparação do provete. No presente caso e uma vez que a fracção de 4 mm a 31,5 mm é diminuta, optou-se por não separar o agregado em fracções e adoptou-se o método do picnómetro descrito no capítulo 9 da NP EN No Quadro 4.3, apresenta-se o resultado obtido para a massa volúmica do material impermeável das partículas, ρ a, para a massa volúmica das partículas secas, ρ rd, para a massa volúmica das partículas saturadas com a superfície seca, ρ ssd, e para a absorção de água durante 24 horas em imersão, WA 24. Os dados utilizados para o cálculo destes resultados estão presentes no Anexo A.4. Quadro 4.3 Massa volúmica e absorção de água da areia em estudo Massa volúmica do material impermeável das partículas ρ a (kg/m 3 ) 2630 Massa volúmica das partículas secas ρ rd (kg/m 3 ) 2609 Massa volúmica das partículas saturadas com a superfície seca ρ ssd (kg/m 3 ) 2617 Absorção de água durante 24 horas em imersão WA 24 (%) 0, POLÍMEROS POLÍMERO ACRÍLICO (As) O polímero acrílico (As) usado foi um polímero redispersivo em pó, constituído por acrilato de butilo, estireno, acrilamida e uma resina de condensação, de acordo com a Ficha Técnica do produto. Segundo essa Ficha, este polímero é um modificador de ligantes minerais e a sua utilização na argamassa aumenta a resistência à flexão e tracção, bem como compressão, abrasão, flexibilidade e a aderência à base. A referida Ficha indica que o polímero deve ser utilizado nas proporções de 5 a 20% do peso do ligante, embora apresente vantagens notórias para uma dosagem de 15 a 20%. Os dados técnicos do polímero, fornecidos nessa Ficha, apresentam-se no Quadro 4.4. Quadro 4.4 Características do polímero As segundo a Ficha Técnica Função principal Modificador de ligantes minerais com efeito redutor de água Forma Pó Cor Castanho claro Odor Leve cheiro próprio Valor do ph 6,5 8,5 Temperatura de ignição* >200ºC Massa volúmica (23ºC) 600 /m 3 *Temperatura de combustão 44

65 POLÍMERO ESTIRENO-BUTADIENO (SB) Segundo a Ficha Técnica, o polímero de estireno-butadieno (SB) consiste numa dispersão aquosa de estireno-butadieno, sendo um polímero solúvel que, quando adicionado à argamassa, melhora as suas características, principalmente a aderência. Este polímero torna ainda a argamassa plástica e trabalhável, aumenta a resistência à tracção, limita a fissuração, melhora a dureza, impermeabiliza e reduz a sensibilidade aos ácidos e às gorduras. A referida Ficha recomenda misturar esta dispersão com água numa proporção de 1:2, isto é, 1 volume de polímero para 2 volumes de água. Os dados técnicos do polímero, fornecidos nessa Ficha, apresentam-se no Quadro 4.5. Quadro 4.5 Características do polímero SB segundo a Ficha Técnica Função principal Aumento da aderência da argamassa ao suporte Forma Líquido leitoso Cor Branca Massa volúmica (23 2ºC) 1000 kg/m 3 Dado que este produto é uma dispersão aquosa, foi determinado o teor de sólidos segundo a NP EN 480-8:1998, tendo-se obtido o valor de 33,7%. No Anexo A.5 apresentam-se os cálculos efectuados para determinar este valor SUPERPLASTIFICANTE O superplastificante que foi utilizado na argamassa de referência é um adjuvante redutor de água de alta actividade em pó, usado para betão e argamassa, compatível com qualquer tipo de cimento. De acordo com a Ficha Técnica do produto, apresenta como principais vantagens o reduzido risco de segregação e exsudação, importante redução da porosidade e melhoria notável na impermeabilização e durabilidade do betão. Este superplastificante é baseado em melamina sulfonada, constituído por polímeros orgânicos que "abraçam" as partículas de cimento, conferindo-lhes uma carga altamente negativa que provoca uma grande repulsão entre elas. Segundo aquela Ficha Técnica, este adjuvante deve ser usado nas proporções de 0,5 a 2% da massa do ligante. No Quadro 4.6, apresentam-se as suas principais características técnicas. Quadro 4.6 Características do superplastificante de acordo com a Ficha Técnica Função principal Superplastificante Função secundária Acelerador de endurecimento Forma Pó Cor Branco Teor em iões cloretos <0,1% Massa volúmica (20ºC) 650 kg/m 3 45

66 INTRODUTOR DE AR O introdutor de ar utilizado nesta campanha experimental também tem propriedades de plastificante. De acordo com a Ficha Técnica do introdutor de ar, este permite introduzir uma rede de bolhas microscópicas de ar estáveis em betões e argamassas, estando especialmente recomendado para a fabricação de argamassas de alvenaria. Provoca um efeito plastificante que permite uma redução de água e limita a segregação, chegando a suprimir a exsudação. As características deste introdutor de ar, de acordo com a ficha técnica, estão presentes no Quadro 4.7. Quadro 4.7 Características do introdutor de ar de acordo com a ficha técnica Função principal Introdutor de ar Função secundária Plastificante Natureza Líquida Densidade 1,01 g/cm 3 Cor Leitoso ph 7 (aproximado) Ponto de congelação 0 C Conteúdo de cloretos Isento Na 2 O equivalente 0,5% De acordo com a ficha técnica, as proporções a utilizar deste produto deverão estar compreendidas entre os 0,03 e os 0,5% da massa de ligante AÇOS O material aço foi utilizado nos provetes para o ensaio de carbonatação acelerada, o qual foi seguido pelo ensaio para medição da progressão da corrosão. Neste estudo foram utilizados dois tipos de aço de forma a um corresponder ao ânodo (aço corrente) e o outro ao cátodo (aço inox) (Figura 4.50 e 4.52): A400NR de 8 mm de diâmetro, corrente na construção; Aço inoxidável com 12 mm de diâmetro ARGAMASSAS Nesta campanha, foram fabricadas quatro argamassas distintas: CM-1 Argamassa cimentícia; CM-2 Argamassa cimentícia com teor de ar introduzido semelhante ao das PCMs; PCM-As Argamassa cimentícia modificada com polímero acrílico; PCM-SB Argamassa cimentícia modificada com polímero estireno-butadieno; COMPOSIÇÃO DAS ARGAMASSAS A comparação e análise dos resultados dos ensaios de caracterização das quatro argamassas estudadas será possível se a sua composição for semelhante, permitindo-se apenas que varie 46

67 a natureza do polímero, e deste modo permitirá avaliar a acção do polímero no mecanismo de corrosão do aço no interior de uma argamassa cimentícia. A partir desta observação, adoptaram-se os diferentes parâmetros de base para a definição da composição das argamassas. Os parâmetros adoptados para a composição das argamassas foram os seguintes: um traço ponderal de 1(cimento):3(areia), por ser o traço utilizado para garantir a resistência necessária a um material de reparação estrutural; uma relação Polímero/Cimento (P/C) igual a 15% nas PCMs, por corresponder a um bom compromisso entre a eficácia do polímero e o seu custo, tendo em conta o custo elevado das adições poliméricas; uma relação A/C igual para todas as argamassas, porque a humidade relativa no interior da argamassa influencia determinantemente os fenómenos de carbonatação e de corrosão do aço nos materiais cimentícios. O valor da relação A/C foi estabelecido para que a consistência por espalhamento de cada argamassa estivesse compreendida no intervalo definido pela ASTM C 1437, de %, e com o valor mínimo de 80%, visto que para valores de consistência por espalhamento inferiores a argamassa deixa de ser trabalhável em obra; o recurso a adjuvantes superplastificantes, na dosagem recomendada pelo fabricante, para garantir uma consistência por espalhamento superior ou igual a 80% ou para garantir a relação A/C fixada; o recurso a adjuvantes introdutores de ar, de modo a garantir que a argamassa de referência apresentasse um teor de ar semelhante ao das argamassas modificadas, de modo a isolar essa acção da dos polímeros e permitir avaliar a acção específica do polímero nos fenómenos em estudo. Após terem sido produzidas várias argamassas com diferentes relações A/C e determinadas as correspondentes consistências por espalhamento, considerou-se adoptar o valor de 0,40 para a relação A/C neste estudo. De facto, um valor A/C superior permitiria acelerar os fenómenos de carbonatação e de progressão da corrosão nas argamassas a estudar mas não seria coerente com as argamassas reais usadas em reparação e, por outro lado, para a relação P/C de 15%, devido à acção de plastificantes dos polímeros, as PCMs seriam muito fluidas ultrapassando o valor limite de 110 % de consistência por espalhamento. No Quadro 4.8 e na Figura 4.2, podemos observar de forma resumida os parâmetros adoptados na produção das argamassas. 47

68 48 Figura 4.2 Fluxograma seguido na campanha experimental

69 Quadro 4.8 Parâmetros de base para a definição da composição das argamassas Argamassa Polímero Adjuvante A/C Traço Ponderal P/C (%) Dosagem de adjuvante em relação à massa de cimento (%) CM Super plastificante CM Introdutor de 0,40 1:3 ar/plastificante --- 0,35 2 PCM-As As PCM-SB SB Para obter uma consistência por espalhamento de 100 ±10% e 80%. 2 Para obter um teor de ar igual às PCMs > 11%. Apresentam-se no Quadro 4.9 as composições usadas por metro cúbico para as PCMs e para as CMs. Quadro 4.9 Composição das argamassas por m 3 de argamassa Materiais Dosagem kg/m 3 CM-1 CM-2 PCM-As PCM-SB Cimento 505,0 308,4 377,1 430,5 Areia 1514,9 925,2 1131,4 1291,6 Água 202,0 123,4 150,9 172,2 Superplastificante 10, Introdutor de ar --- 1, Polímero ,6 64,6 A/C 0,4 0,4 0,4 0, PREPARAÇÃO E CURA DAS ARGAMASSAS As argamassas foram amassadas numa misturadora (Figura 4.3), utilizando o procedimento de amassadura constante na NP EN Os tempos afectos às várias operações foram controlados por um cronómetro. Antes de cada amassadura, os materiais a utilizar eram devidamente pesados e identificados (Figura 4.4). Na Figura 4.5 podemos observar um dos procedimentos efectuados durante a amassadura: a raspagem do material aderente. 49

70 Figura 4.3 Misturadora utilizada na preparação das argamassas Figura 4.4 Materiais a utilizar na argamassa Figura 4.5 Raspagem do material aderente Para os diferentes ensaios efectuados, foram usados provetes com diferentes dimensões. Foram utilizados os moldes prismáticos descritos na NP EN (Figura 4.6), moldes cilíndricos (Figura 4.7) e moldes prismáticos especialmente adaptados para este estudo, de modo a fabricar provetes com varões no seu interior (aço corrente e aço inoxidável) (Figura 4.8). Figura 4.6 Molde para provetes de 160x40x40 (mm), descritos na NP EN Figura 4.7 Moldes para provetes cilíndricos de ø100x200 (mm) Figura 4.8 Molde para provetes com varões de aço de 150x40x40 (mm) 50

71 O esquema apresentado na Figura 4.9 representa, em corte, os provetes efectuados no molde da Figura 4.8, onde o varão de aço corrente tem um recobrimento de cerca de 8 mm e o varão de aço inoxidável de cerca de 22 mm (ensaio descrito na secção ). A face a partir da qual foram definidos os recobrimentos foi a face de enchimento (face superior na Figura 4.9). Figura 4.9 Esquema representativo, em corte, dos provetes armados A compactação das argamassas nos moldes foi efectuada na mesa de vibração, tendo sido seguidos os seguintes procedimentos: colocar os moldes sobre a mesa de vibração; encher os moldes com argamassa um pouco mais de metade, espalhando a argamassa uniformemente em todo o molde (Figura 4.10 e 4.11); vibrar a argamassa durante 1 minuto; colocar uma segunda camada de argamassa enchendo o molde para além do topo, espalhando a argamassa igualmente em todo o molde; vibrar a argamassa mais 1 minuto (Figura 4.12); rasar a argamassa acima do topo do molde (Figura 4.13). A cura das PCMs foi efectuada de acordo com o especificado na normalização europeia para os produtos cimentícios modificados com polímeros. Trata-se de cura a seco, pois a presença da água retarda ou inibe a aglutinação/coalescência das partículas poliméricas e consequentemente a formação do filme polimérico no seio da matriz cimentícia. Tendo em conta que a humidade relativa no interior das argamassas também influencia o avanço da carbonatação, bem como a progressão da corrosão do aço no seu interior, optou-se por sujeitar as argamassas cimentícias também a uma cura ao ar, tal como para as argamassas cimentícias modificadas. A cura foi efectuada segundo o anexo A.1.2 da EN tendo-se efetuado os seguintes procedimentos: após a compactação envolver os moldes com filme plástico durante 24 horas (Figura 4.14); 51

72 após essas primeiras 24 horas, retirar o filme e desmoldar os provetes, seguido do envolvimento de cada provete com filme por mais 48 horas (Figura 4.15); após finalizado esse período de tempo, retirar o filme e efectuar uma cura ao ar numa sala condicionada, com 21 2ºC de temperatura e 60 10ºC de humidade durante 25 dias (Figura 4.16); Figura 4.10 Enchimento da primeira camada de argamassa Figura 4.11 Espalhar uniformemente a argamassa Figura 4.12 Vibração da segunda camada Figura 4.13 Rasar a argamassa excedente Figura 4.14 Molde dos provetes envolvido com filme plástico Figura 4.15 Provete envolvido com filme Figura 4.16 Cura dos provetes a seco (ao ar) 52

73 4.4. PLANO DE ENSAIOS Quadro 4.10 Ensaios realizados durante a campanha experimental Material Ensaio Forma dos provetes de ensaios Norma ou recomendação de ensaio Nr. de provetes por ensaio Idade do provete aquando o ensaio Argamassa no estado fresco Consistência por espalhamento Teor de ar Troco-cone (base Ø100mm) Cilindro (1 dm 3 ) ASTM C horas ASTM C 231 (Método B) 1 0 horas Massa volúmica Cilindro (1 dm 3 ) NP EN horas Argamassa no estado endurecido Varões de aço embebidos em argamassa Resistência à flexão Resistência à compressão Resistividade eléctrica na saturação Resistência à carbonatação acelerada Humidade Relativa Capilaridade Absorção de água por imersão à pressão atmosférica Corrente galvânica em macrocélulas Análise ao MEV/EDS Produtos de corrosão Prismas 160x40x40 (mm) Cubos 40x40x40 (mm) Bolachas ø100x50 (mm) Prismas 160x40x40 (mm) Pequenos fragmentos do interior da argamassa dos prismas Prismas 160x40x40 (mm) Prismas 160x40x40 (mm) Prismas armados 150x40x40 (mm) Pedaços de argamassa com espécimes resultantes da corrosão NP EN dias NP EN dias RILEM TC 154- EMC (NP 13295) 2 (Método Interno do LNEC) 3 29 dias 1 pren LNEC E Sensor do tipo B desenvolvido por Raupach [RAUPACH, 1997] Pelo menos 3 Várias leituras após 1 mês de idade Várias leituras após 1 mês de idade Várias leituras após os 3 meses de idade Idade superior a 3 meses Leituras de hora a hora após 1 mês de idade Idade superior a 4 meses 53

74 Ao longo da campanha experimental foram efectuados vários ensaios para a caracterização das propriedades das argamassas e para o controlo das variáveis que afectam a corrosão induzida por carbonatação. Os ensaios realizados sobre as argamassas estudadas foram seleccionados de modo a permitir avaliar as propriedades relevantes para o mecanismo da corrosão induzida por carbonatação, nomeadamente a resistividade das argamassas e a sua permeabilidade e porosidade. No Quadro 4.10 estão enumerados os ensaios efectuados bem como as normas, especificações ou recomendações seguidas MÉTODOS DE ENSAIO Neste subcapítulo descrevem-se, sucintamente os métodos de ensaio utilizados, com base nas normas, recomendações ou especificações seguidas CONSISTÊNCIA POR ESPALHAMENTO Para a determinação da consistência por espalhamento das argamassas, seguiu-se o método de ensaio da norma internacional ASTM C Esta norma indica ainda o intervalo de valores para o qual a trabalhabilidade in situ é aceitável: de 100±10%. Denote-se que optou-se por fixar a consistência por espalhamento da argamassa neste intervalo de 100 ± 10%, e a água de amassadura foi sendo ajustada de modo a satisfazer este espalhamento. Seguidamente, descreve-se este método de ensaio: A argamassa, depois de amassada, é colocada no molde tronco-cónico, centrado no prato de espalhamento, em duas camadas de 25 mm de espessura, compactando-se cada uma delas com 25 pancadas em pontos uniformemente distribuídos, recorrendo-se a um pilão (Figura 4.17), sendo retirada a argamassa em excesso à superfície do cone. Previamente à extracção do molde tronco-cónico, deve limpar-se a superfície livre do prato de forma a deixá-lo limpo de quaisquer fragmentos de argamassa (Figura 4.18). Retira-se o molde tronco-cónico verticalmente e de forma lenta, deixando-se cair o prato 25 vezes em cerca de 15 segundos (Figura 4.19). Com recurso a um paquímetro, medem-se os quatro diâmetros da argamassa segundo as quatro diagonais marcadas no prato (Figura 4.20) e subtrai-se o diâmetro da base do molde (Ø=100mm). O espalhamento é a média das quatro leituras e é apresentado em percentagem. 54

75 Figura 4.17 Compactação da primeira camada Figura 4.18 Alisamento da superfície do cone e limpeza do prato Figura 4.19 Aspecto após ser retirado o molde tronco-cónico Figura 4.20 Medição do espalhamento segundo as diagonais TEOR DE AR Por teor de ar das argamassas entende-se o volume de ar contido na mistura cimentícia fresca. O volume de ar introduzido pode ser resultante de vários factores, como a velocidade e o tempo da mistura, a quantidade e tipo de adjuvantes, polímeros, agregados e a relação água/cimento adoptada. O teor de ar das argamassas foi determinado segundo o método de ensaio B da norma internacional ASTM C 231 (Figura 4.21). Este método determina o teor de ar de uma argamassa baseando-se na variação de volume da pasta, causada por um aumento de pressão. Sucintamente, a metodologia do ensaio consiste em encher o recipiente com argamassa fresca em duas camadas, compactando-as com 25 pancadas com recurso a um pilão metálico (Figura 4.22). De seguida, e como boa prática, deu-se umas pancadas no recipiente com um martelo de borracha, de modo a extinguir os sulcos resultantes da compactação por apiloamento. Alisou-se a superfície livre do recipiente com um vidro e fechou-se o recipiente. Introduziu-se 55

76 água no seu interior com o intuito de o selar hidricamente (Figura 4.23) e, para garantir que todo o ar pudesse sair abanou-se ligeiramente o aparelho (Figura 4.24). A água foi introduzida até que houvesse expulsão de água em vez de ar. Aumentou-se a pressão dentro do recipiente por bombeamento da válvula introdutora. Abrindo-se a válvula extractora e, uma vez que o mostrador da medição de pressão estava calibrado em termos de percentagem de ar, leu-se a percentagem de ar contida na argamassa (Figura 4.25). Figura 4.21 Aparelho utilizado para a medição do teor de ar Figura 4.22 Compactação da primeira camada Figura 4.23 Colocação de água para selar hidricamente o aparelho 56

77 Figura 4.24 Mover o aparelho para garantir a retirada de todo o ar existente Figura 4.25 Leitura da percentagem de ar contida na argamassa MASSA VOLÚMICA FRESCA A massa volúmica das argamassas depende de factores como a massa volúmica dos agregados, a compacidade da mistura, o traço utilizado e o tipo de adjuvantes utilizados. A massa volúmica das argamassas no estado fresco (D) foi determinada de acordo com a norma NP EN pelo método de compactação manual. Começa-se por determinar a massa do recipiente, m 1, (Figura 4.26), que no presente caso apresentava a capacidade de 0,9945x10-3 m 3 (V). Coloca-se neste a argamassa fresca (0 horas), em camadas com cerca de 10 cm de espessura, compactadas com 25 penetrações de um pilão metálico, em pontos uniformemente espaçados na superfície livre. Mais uma vez, bateu-se com um martelo de borracha no recipiente para extinguir os furos resultantes do apiloamento. Retirou-se a argamassa em excesso com recurso a uma placa de vidro, alisando-se a superfície (Figura 4.27). Limpou-se o recipiente e determinou-se a massa do recipiente com argamassa, m 2, (Figura 4.28). A massa volúmica da argamassa fresca deve ser arredondada às dezenas, sendo calculada segundo a expressão seguinte: Sendo que: D massa volúmica da argamassa fresca (kg/m 3 ); m 1 massa do recipiente vazio (kg); m 2 massa do recipiente cheio de argamassa (kg); 57

78 V volume do recipiente (m 3 ). Figura 4.26 Pesagem do recipiente (m 1) Figura 4.27 Alisamento da superfície Figura 4.28 Pesagem do recipiente com argamassa (m 2) RESISTÊNCIA À FLEXÃO E À COMPRESSÃO A resistência mecânica das argamassas foi determinada segundo o método descrito nas Normas NP EN e EN Neste ensaio, os provetes utilizados são paralelepipédicos com as dimensões de (160x40x40) mm. Para cada argamassa, foram fabricados três prismas para ensaiar à flexão e as meias metades, para ensaiar à compressão, aos 28 dias de idade. Figura 4.29 Início do ensaio de resistência à flexão Figura 4.30 Após o ensaio de resistência à flexão 58

79 Figura 4.31 Ensaio de compressão Figura 4.32 Leitura dos valores obtidos No ensaio de resistência à flexão, a carga foi aplicada gradualmente a uma velocidade de 0,57 kn/s, centrada a meio vão do provete prismático, assente em dois apoios cilíndricos (Figura 4.29 e 4.30). No ensaio de compressão, a carga foi aplicada com uma velocidade de 2,55 kn/s até à rotura do provete (Figura 4.31 e 4.32). A tensão de rotura à flexão, f flexão (MPa), foi calculada segundo a equação: Sendo: F força de rotura à flexão (N) l distância entre os apoios (mm) b largura do prisma (mm) d espessura do prisma (mm) A tensão de rotura à compressão, f compressão (MPa), foi calculada segundo a equação: Sendo: F força de rotura à compressão (N) A área de aplicação da carga (mm 2 ) 59

80 RESISTIVIDADE DAS ARGAMASSAS A resistividade de uma argamassa é influenciada por vários factores, como a porosidade e a humidade relativa do provete e, por sua vez, influencia a velocidade de corrosão, ao controlar o fluxo de iões entre o cátodo e o ânodo. O ensaio para determinar a resistividade das argamassas foi baseado numa recomendação da RILEM, RILEM TC 154-EMC, tendo sido realizado aos 29 dias de idade. Os provetes foram obtidos do corte de cilindros de dimensões (ø100x200) mm, previamente curados ao ar, em bolachas de 50 mm de espessura (Figura 4.33). As bolachas foram colocadas numa câmara de vácuo (Figura 4.34) durante 3 horas, de seguida colocou-se água destilada (fervida no dia anterior de forma a retirar o ar nela contido) até que os provetes ficassem submersos, durante mais uma hora. Após esse período, os provetes foram colocados à pressão atmosférica durante cerca de 20 horas. No ensaio foi determinada a resistência eléctrica da argamassa (Ω), através de um circuito fechado, onde é aplicada uma corrente alterna com frequência de 1kHz, como mostra o esquema da Figura Este circuito é constituído por um aparelho que efectua a leitura da resistência eléctrica, por duas placas metálicas circulares, duas esponjas húmidas e um peso de 2 kg (Figura 4.36). Denota-se que o próprio circuito tem resistência eléctrica. Após a saturação do provete e antes de iniciar o ensaio, o provete foi retirado da água e foram limpas cuidadosamente as partes laterais deste, as esponjas foram humedecidas, o circuito foi montado e foi efectuada a leitura da resistência eléctrica do provete + circuito. Após retirado o provete do circuito, efectuou-se a leitura da resistência eléctrica do circuito. A resistência do provete é a diferença entre os valores da resistência eléctrica do provete+circuito e do circuito. A resistividade eléctrica (Ω.m) é obtida pela expressão: A área da base e a altura do provete são, respectivamente, as médias simples das áreas e das alturas dos três provetes utilizados no ensaio. 60

81 Figura 4.33 Corte do cilindro Figura 4.34 Câmara de vácuo Figura 4.35 Esquema representativo do circuito Figura 4.36 Circuito CAPILARIDADE As propriedades que governam o acesso e entrada de água para o interior das argamassas estudadas, segundo diferentes mecanismos de percolação, foram avaliadas de modo a permitir compreender melhor os resultados obtidos no ensaio de progressão da corrosão do aço no interior das argamassas. De modo a economizar o número de provetes de ensaio a fabricar, os provetes não armados sujeitos ao ensaio de carbonatação que não foram utilizados para determinar a progressão da carbonatação (Figura 4.37) foram usados para determinar a absorção de água por capilaridade. De cada argamassa, foram usados três prismas (40x40x160) mm para a determinação da absorção de água por capilaridade. É de destacar que estes provetes apresentam as faces laterais seladas com resina epoxídica, excepto a face de enchimento. 61

82 Figura 4.37 Provetes utilizados no ensaio de capilaridade Para a realização do ensaio de absorção de água por capilaridade, seguiu-se o método de ensaio descrito na norma europeia pren 13057, para os produtos e sistemas de protecção e reparação de estruturas em betão, embora os provetes usados não satisfizessem as dimensões indicadas na norma. Refira-se que, com a realização dos ensaios de absorção, pretendia-se comparar a capacidade de absorção de água dos prismas das diferentes argamassas para melhor compreender e interpretar os resultados do ensaio de progressão da corrosão do aço no interior das argamassas. O método baseia-se na medição do incremento de massa originado por absorção capilar, pesandose os provetes em intervalos fixos. Este incremento de massa resultante da água absorvida é expresso como um coeficiente, indicando a tendência que os provetes ensaiados apresentam para absorver água por capilaridade. Os provetes de ensaio foram imersos em água numa profundidade de 2±1mm. Para avaliar a quantidade de água absorvida ao longo do ensaio, pesaram-se os provetes ao fim de 12min, 30min, 1h, 2h, 4h e 24h. Antes de serem efectuadas as leituras das massas, os provetes foram devidamente secos com papel absorvente, de modo a retirar o excesso de água superficial. Refira-se que não foi necessária a secagem em estufa antes de efectuar o ensaio, dado que os provetes foram conservados ao ar até se atingir a massa constante antes de se iniciar o ensaio de carbonatação acelerada (secção 4.5.8). O coeficiente de absorção capilar determina-se recorrendo à construção de um gráfico curva de absorção capilar, que exprime a quantidade de água absorvida por unidade de área da base do provete (kg/m 2 ), em função da raiz quadrada do tempo (h 0,5 ). Para se calcular o coeficiente de absorção capilar, recorre-se à determinação do gradiente de uma recta, que pode assumir três formas distintas de acordo com os resultados obtidos (pren ) ABSORÇÃO DE ÁGUA À PRESSÃO ATMOSFÉRICA Pela mesma razão anteriormente referida, sobre os provetes usados para a determinação da absorção capilar realizou-se a determinação da porosidade acessível à água à pressão atmosférica, de modo a permitir comparar a capacidade de entrada da água exterior nas argamassas estudadas. Manteve-se o número de três provetes de ensaio por argamassa, prismas de (40x40x160) mm. 62

83 Denota-se, como anteriormente referido, que os provetes utilizados só tinham a face de enchimento não selada com resina epoxídica. Para obtermos a absorção de água à pressão atmosférica, recorremos à Especificação do LNEC E394. Inicialmente, introduzimos os provetes num recipiente com água (Figura 4.38), à temperatura de 20±3 C, até massa constante, isto é, considera-se massa constante do provete saturado m 1 quando a diferença entre massas de pesagens consecutivas, intervaladas de pelo menos 24h, for inferior a 0,1% da média das duas leituras. Antes de cada pesagem, secou-se a superfície do provete com papel absorvente de modo a remover a água superficial. Após obter a massa constante do provete saturado, pesa-se o provete dentro de água, obtendo assim a massa hidrostática m 2, após saturação. Após a determinação desta massa, colocam-se os provetes numa estufa a 48 C, temperatura diferente da que a especificação preconiza, devido aos provetes conterem polímeros de forma a obter a massa constante, m 3. A absorção por imersão em água é calculada pela seguinte expressão: onde: m1 massa do provete saturado no ar, expressa em gramas; m2 massa hidrostática do provete saturado, expressa em gramas; m3 massa do provete seco, expressa em gramas. Refira-se que os prismas armados das argamassas estudadas após a conclusão do ensaio de progressão da corrosão foram ainda usados para avaliar a capacidade de absorção de água das argamassas. Assim, foram levados à rotura ao longo do seu eixo longitudinal (Figura 4.39), pesados (dia zero) e colocados em imersão na sala condicionada, tendo-se medido o ganho de massa ao longo do tempo. As leituras foram efectuadas após 5, 7, 13, 21, 50 e 83 dias de imersão. Figura 4.38 Provetes utilizados no ensaio de absorção de água à temperatura ambiente Figura 4.39 Provetes armados sujeitos ao ensaio de absorção de água à pressão atmosférica, após ensaio de progressão da corrosão 63

84 RESISTÊNCIA À CARBONATAÇÃO ACELERADA Tal como foi evidenciado no fluxograma (Figura 4.2), a profundidade de carbonatação é uma das variáveis a controlar, pois pretende-se induzir a corrosão do aço no interior das argamassas por carbonatação. A carbonatação do material cimentício despassiva as armaduras e quando estas deixam de ficar protegidas pode iniciar-se o processo de corrosão. A profundidade de carbonatação das argamassas foi determinada segundo a norma EN Foram fabricados seis prismas não armados de cada tipo de argamassa, para serem usados nas medições da progressão da profundidade de carbonatação durante o ensaio de carbonatação acelerado, e seis prismas armados, que foram mantidos intactos dentro da câmara durante o ensaio de carbonatação acelerada. Assim sendo, no interior da câmara de carbonatação foram introduzidos 12 prismas (6 armados e 6 não armados) de cada tipo de argamassa e o ensaio acelerado terminaria quando se atingisse o valor pretendido para a profundidade de carbonatação, de 20 mm, medido nos prismas não armados. Foi considerado este valor para garantir que nos provetes armados os varões de aço corrente estavam totalmente despassivados. De seguida, os prismas armados seriam conservados nas condições de ensaio ideais para se dar início à progressão da corrosão do aço no seu interior. Após a cura ao ar até aos 28 dias (Figura 4.16), os provetes prismáticos não armados e armados foram conservados mais 14 dias ao ar para se obter massa constante, como indicado na norma EN De seguida, os provetes armados foram instrumentados para permitir medir a intensidade de corrente (secção ) e só depois todos os provetes foram selados lateralmente e nos topos com uma resina époxidica (Figura 4.40), ficando livre somente a face de enchimento, a face a partir da qual estavam definidos os recobrimentos estabelecidos (Figura 4,9), tendo depois sido colocados numa câmara de carbonatação acelerada, com um teor de CO 2 de 5%, aos 66 dias de idade, até aos 378 dias de idade. A humidade relativa da câmara de carbonatação era de 65% e a temperatura de 21±2ºC, como indicado na norma EN As leituras da intensidade de corrente foram efectuadas em intervalos de 1 hora ao longo do ensaio de carbonatação acelerada, de modo a verificar a eventual ocorrência da corrosão do aço corrente e, mais tarde, durante o ensaio de progressão da velocidade de corrosão, ou seja, desde o dia zero até ao dia 324. Refira-se que, devido a problemas técnicos, houve a necessidade de reduzir o teor de CO 2 para 1% no dia 53 do ensaio, o que provocou necessariamente um abrandamento da progressão da profundidade de carbonatação. No dia 80, retomou-se novamente a concentração de 5% de CO 2. A leitura da profundidade de carbonatação foi iniciada ao zero dia e efectuada aos 7, 11, 14, 21, 31, 28, 47, 53, 66, 87, 105, 119, 146, 174, 235, 262, 269, 276 e 312 dias com o recurso a um indicador de fenolfetaleina. Para tal levou-se à rotura uma pequena parte do provete não 64

85 armado com aproximadamente 1,5 cm de espessura (Figura 4.41), colocou-se fenolfetaleina sobre a superfície de rotura desse pedaço de provete e deixou-se secar. A parte que apresentou uma coloração magenta correspondia à argamassa não carbonatada (Figura 4.42). Com o auxílio de um paquímetro, efectuaram-se três leituras da profundidade de carbonatação a partir da face de enchimento de cada pedaço de provete e o valor final da profundidade de carbonatação foi o valor médio destas três leituras (Figura 4.43). Para o caso da argamassa CM-2, uma vez que foi fabricada numa data posterior ao fabrico das restantes, apenas se efectuaram as leituras da profundidade de carbonatação ao dia zero e ao dia 44, no qual se atingira o valor pretendido, pelo que o ensaio terminou. Figura 4.40 Provetes não armados selados com resina epoxídica, excepto face de enchimento Figura 4.41 Rotura do provete não armado Figura 4.42 Pulverização com fenolfetaleína do pedaço para determinação da profundidade Figura 4.43 Leitura da profundidade de carbonatação com o auxílio de um paquímetro Ao longo do ensaio, denotou-se que a progressão da profundidade de carbonatação da CM-1 era inferior à das PCMs, permanecendo praticamente estacionária e perto do valor do recobrimento, de 8 mm, a partir dos 119 dias na câmara. Uma vez que se pretendia atingir um valor de profundidade de carbonatação que envolvesse a totalidade do varão (8mm + 8 mm), 65

86 foram tomadas medidas para ultrapassar este problema. Assim sendo, sujeitaram-se os provetes armados e um provete não armado da argamassa CM-1 a um teor de CO 2 perto dos 100% e sob uma pressão de cerca de 0,3 MPa. É de referir que nem sempre se conseguiu obter esta pressão devido a fugas de CO 2 no sistema, pois o equipamento não estava preparado para este tipo de ensaio. Para realizar este ensaio foi utilizada uma célula, como mostram as Figuras 4.44 e Figura 4.44 Célula de CO2 a 100% e sob pressão Figura 4.45 Equipamento utilizado: célula, botija de dióxido de carbono e barómetro De acordo com Costa [COSTA et al, 2009], o CO 2 está no seu estado super-crítico a uma temperatura e a uma pressão acima do seu ponto crítico, de 36,6 C e 7,3 MPa. Neste estado super-crítico, o CO 2 exibe relativamente alta densidade, baixa viscosidade e baixa tensão superficial, apresentando assim um grande potencial para penetrar nos poros capilares da pasta de cimento, aumentando a sua reactividade e acelerando assim as reacções normais de carbonatação na pasta de cimento endurecida. A exposição inicial da pasta cimentícia a estas condições tem um desenvolvimento normal, isto é, aumenta a resistência mecânica e reduz a permeabilidade, mas após algum tempo de exposição, estes benefícios são atenuados e passa a ocorrer um processo de degradação com a perda da resistência mecânica e aumento da permeabilidade [COSTA et al, 2009]. Com base no referido, as condições a que foram sujeitos os provetes de CM-1 (Figura 5.45) estão muito abaixo das condições do estado super-crítico do CO 2, embora seja expectável, e era esse o objectivo, que a maior concentração de CO 2 sob pressão acelerasse o fenómeno da carbonatação e conduzisse a um aumento da profundidade de carbonatação na CM HUMIDADE RELATIVA NO INTERIOR DA ARGAMASSA Como foi abordado anteriormente, a humidade relativa no interior da argamassa afecta também o fenómeno da carbonatação, bem como o mecanismo de corrosão, logo é uma variável importante que deve ser avaliada e controlada. A determinação da humidade relativa do interior das argamassas foi efectuada com o recurso a sensores de humidade (Figura 4.46). Neste ensaio, é colhida uma amostra da argamassa retirada do interior do provete. Esta amostra é reduzida a pedacinhos pequenos que são colocados imediatamente num tubo de ensaio devidamente selado, e onde se coloca o sensor 66

87 de humidade. Passadas pelo menos 24 horas e quando a HR do ambiente no interior do tubo estabilizou efectua-se a leitura da humidade relativa da amostra da argamassa do interior do provete (Figura 4.47). Estas leituras foram sendo efectuadas sobre as amostras usadas para a determinação da progressão da profundidade de carbonatação. No Anexo A.6, são apresentados os valores obtidos. Figura 4.46 Sensores de humidade e tubos de ensaio contendo as amostras dos provetes Figura 4.47 Redução da amostra em pequenos pedaços CORRENTE GALVÂNICA EM MACROCÉLULAS A influência dos polímeros na corrosão foi estudada através de ensaios especialmente desenhados para o efeito. Utilizou-se um método semi-quantitativo baseado na medição da corrente galvânica em macrocélulas [RAUPACH, 1997]. Quando dois metais de potenciais electroquímicos diferentes se encontram imersos num mesmo electrólito e têm contacto galvânico entre si gera-se uma corrente galvânica que pode ser medida externamente. A intensidade de corrente gerada é directamente proporcional à velocidade de corrosão do metal menos nobre (anôdo). Quando o betão não está carbonatado e não existem cloretos no interior do betão, ambos os eléctrodos estão protegidos contra a corrosão devido à alcalinidade da solução presente nos poros do betão (estado passivo). Nestas condições, a corrente entre ambos os eléctrodos é insignificativa, quase que não existe corrente. Se, contudo, o teor de cloretos alcança teores críticos, ou se o valor do ph do betão baixa devido à carbonatação, a superfície do aço do ânodo já não está protegida contra a corrosão. O material seleccionado para o cátodo tem que ser resistente à contaminação por cloretos e à acção da carbonatação. Se o ânodo deixa de estar protegido, a zona de separação entre o cátodo e o ânodo (electrólito) passa a ser uma zona de fluxo de electrões. É este fluxo de electrões que é medido e que é proporcional à velocidade de corrosão do ânodo [RAUPACH, 1997]. 67

88 Figura 4.48 Exemplo da variação da corrente galvânica ao longo do tempo em betões com diferentes relações a/c e sujeitos a acção de iões cloreto [RAUPACH, 1997] A Figura 4.48 mostra umas medições de corrente entre um ânodo de aço e um cátodo de aço inox em dois betões com relações A/C diferentes. O ânodo está embebido no betão com um recobrimento de 5mm, para ocorrer a corrosão num curto período de tempo. Para iniciar a corrosão, foi aplicada uma solução de iões cloreto na superfície do betão. Os resultados das medidas de corrente na macrocélula mostram que os cloretos chegaram à profundidade de 5 mm no espécime de betão com uma A/C=0,70 em cerca de 80 dias depois da betonagem do betão isto causou um aumento significativo da corrente na macrocélula, enquanto que o espécime com uma razão de A/C menor permanecia passivo, devido à sua maior resistência contra a difusão dos cloretos [RAUPACH, 1997]. A grandeza dos valores da intensidade de corrente obtidos após o início da corrosão depende de muitas variáveis tais como a diferença de potencial entre o ânodo e o cátodo, a electroquímica do electrólito (impedimento cinético aos electrões) e os parâmetros geométricos (relação entre a área da superfície catódica e anódica). Então, de uma forma simplificada podemos dizer que a intensidade da corrente galvânica é dada pela razão entre a diferença de potencial entre o cátodo e o ânodo ( ( ), presente na seguinte expressão: ) e a soma das resistências do ânodo ( ), do cátodo ( ) e do electrólito Os valores de intensidade de corrente variam consoante as dimensões dos elementos que constituem a macrocélula [GULIKERS, 1996]. Através de observações anteriores, estimou-se que os valores de intensidade de corrente a obter enquanto a velocidade de corrosão fosse nula seriam na ordem de na (1x10-9 ). Neste trabalho, construiu-se uma macrocélula constituída por um eléctrodo de trabalho de aço de construção, que funciona como ânodo, e um cátodo de aço inoxidável. O electrólito é a argamassa 68

89 com o polímero em estudo. As correntes geradas entre os dois eléctrodos foram depois medidas através da queda ohmica aos terminais de uma resistência de 100Ω, utilizando um sistema de aquisição automática de dados. Na Figura 4.49, apresentam-se, na forma esquemática, os provetes utilizados na monitorização da corrosão. Figura 4.49 Esquema representativo dos provetes desenhados na monitorização da corrosão. Figura 4.50 Fotografia da montagem experimental Foram fabricados provetes prismáticos de (40x40x160) mm 3, contendo no seu interior um varão de aço de ø8 (o ânodo) e o varão de aço inox de ø12 (o cátodo). Foram curados ao ar e, após massa constante, foram instrumentados com fios de cobre, através de soldadura ou por contacto directo por meio de um parafuso aos varões (Figura 4.51). Estes fios de cobre fazem a ligação entre os varões, a resistência e o sistema de aquisição de dados (um voltímetro multicanal). Após a instrumentação, os provetes foram devidamente selados com resina epóxidica (Figura 4.52) e colocados na câmara de carbonatação ao mesmo tempo que os provetes do ensaio de resistência à carbonatação acelerada. Estes provetes tinham também cerca de 60 dias de idade. As leituras da intensidade de corrente galvânica foram efectuadas em intervalos de 1 hora ao longo de todo o ensaio de carbonatação acelerada e o ensaio de progressão da velocidade de corrosão, ou seja, desde o dia zero ate ao dia 324. Como foi efectuada com o recurso a voltímetros e a uma resistência eléctrica de 100Ω, para conhecermos o valor da intensidade de corrente utilizamos a Lei de Ohm. dada pela seguinte 69

90 expressão,, onde: I Intensidade de corrente (A); R Resistência eléctrica (Ω); V Diferença de potencial eléctrico (V). Figura 4.51 Ligação dos varões de aço (por soldadura), e de aço inoxidável (por contacto directo) aos fios de cobre Figura 4.52 Pormenor do isolamento com resina epoxídica da zona dos varões PRODUTOS DE CORROSÃO Para conhecer o tipo, a microestrutura e a morfologia dos produtos de corrosão que se formaram durante a corrosão do aço no interior das PCMs e das CMs, e de modo a avaliar eventuais diferenças devidas à acção e à presença dos polímeros no mecanismo da corrosão do aço no interior da argamassa cimentícia, efectuou-se a análise por observação ao microscópio electrónico de varrimento (MEV), associada à microanálise de raios X por dispersão em energias (EDS), da microestrutura dos produtos depositados na argamassa na zona do varão, como se ilustra nas Figuras 4.54 e Em primeiro lugar, efectuou-se uma inspecção visual dos varões e da argamassa em redor dos varões. Para isso, os provetes prismáticos armados foram levados à rotura ao longo do eixo longitudinal, como se ilustra na Figura De seguida, efectuou-se a selecção das zonas de colheita de argamassa com os produtos de corrosão depositados, com uma área de mais ou menos 20 mm de diâmetro (círculos a azul - Figura 4.55). Com o recurso ao MEV (Figura 4.56), foi possível obter uma visualização da microestrutura dos produtos de corrosão e da sua morfologia e efectuar em simultâneo os espectros EDS. Os espécimes a analisar no MEV precisaram de preparação prévia. Seguidamente, são enumerados os passos realizados para essa preparação: redução do espécime a amostras de pequena dimensão (num máximo de 2 cm de diâmetro) (Figura 4.57); colocação das amostras em cápsulas apropriadas na posição mais adequada para a observação dos produtos da corrosão (Figura 4.58); 70

91 colocação das amostras em vácuo para efectuar a sua desumidificação, e de seguida realização do revestimento das amostras com uma película de ouro, para tornar a amostra condutora (Figura 4.59); efectuar a análise das amostras no MEV. Neste ensaio ao MEV foram seleccionadas três amostras por cada argamassa. Figura 4.53 Provetes armados levados à rotura ao longo do seu eixo longitudinal Figura 4.54 Selecção das zonas de colheita de argamassa com produtos de corrosão depositados Figura 4.55 Microscópio electrónico de varrimento (MEV) Figura 4.56 Redução dos espécimes em amostras pequenas Figura 4.57 Colocação das amostras em cápsulas Figura 4.58 Desumidificação e revestimento das amostras 71

92 72

93 5. RESULTADOS DA CAMPANHA EXPERIMENTAL 5.1. INTRODUÇÃO Neste capítulo, apresentam-se os resultados obtidos nos ensaios efectuados durante a campanha experimental e faz-se uma comparação com os resultados obtidos por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e Pina [PINA, 2009], de modo a complementar a análise dos resultados e a permitir contribuir para uma melhor compreensão dos fenómenos ocorridos. Sobre cada propriedade, faz-se uma pequena introdução ao tema e apresenta-se, no fim, uma síntese das principais conclusões a extrair com base na análise dos resultados. Como referido no subcapítulo 4.3, as argamassas desenvolvidas neste trabalho são indicadas sucintamente no Quadro 5.1, bem como as estudadas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e Pina [PINA, 2009]. Quadro 5.1 Caracterização sucinta das argamassas desenvolvidas neste trabalho bem como as estudadas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e por Pina [PINA, 2009] CM PCM- SB PCM- As CM-1 Argamassa cimentícia com adição de um super-plastificante (2% 1 ) CM-2 Argamassa cimentícia com adição de um introdutor de ar/plastificante (0,35% 1 ) Arg. PA [RIBEIRO, 2004] Argamassa cimentícia sem adição de adjuvantes A0 [PINA, 2009] Argamassa cimentícia com adição de um introdutor de ar (0,009% 1 ) PCM SB Argamassa modificada com polímero estireno-butadieno (15% 2 ) SB-3 [RIBEIRO, 2004] Argamassa modificada com polímero estireno-butadieno (15% 2 ) PCM-As Argamassa modificada com polímero acrílico (15% 2 ) A2 [PINA, 2009] Argamassa modificada com polímero acrílico (15% 2 ) 1 - % em relação à massa do cimento 2 - % do teor de sólido de polímero em relação à massa do cimento Denote-se que, de acordo com os parâmetros adoptados para a composição das argamassas (secção ), as argamassas estudadas têm um traço ponderal de 1:3 e uma relação A/C de 0,40 e as argamassas cimentícias modificadas com polímeros (PCMs) têm o mesmo teor de polímero, de P/C=15%. No Anexo B.1, poderão ser observados alguns dos resultados obtidos das argamassas estudadas pelos autores Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e Pina [PINA, 2009] TEOR DE AR Os vazios contidos nos materiais cimentícios durante a mistura resultam do facto de não ter sido possível expeli-los do seu interior no estado fresco durante a vibração ou compactação ou, ainda podem resultar da evaporação de parte da água de amassadura. Enquanto o volume de vazios nas argamassas cimentícias varia, normalmente, entre 3% a 6%, com a adição de polímeros este valor aumenta para o dobro ou mais. Este aumento vai depender de alguns factores, nomeadamente: velocidade e tempo de mistura, quantidade de agente anti-introdutor 73

94 CM-1 CM-2 Arg. PA (RIBEIRO) A0 (PINA) PCM-SB SB-3 (RIBEIRO) PCM-AS A2 (PINA) Teor de ar (%) de ar contido no polímero ( antifoaming ), dosagem e natureza do polímero e natureza do agregado. Os resultados do teor de ar das argamassas no estado fresco são apresentados no Anexo B.2. CM PCM - SB PCM - As 35,0% 25,0% 6,0% 4,6% 16,5% 11,5% 6,4% 14,5% Figura 5.1 Teor de ar das argamassas estudadas e estudadas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e Pina [PINA, 2009] Estes resultados são comparados com os obtidos por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e Pina [PINA, 2009] na Figura 5.1, da qual se salientam os seguintes aspectos: como seria de esperar, nas CMs o teor de ar da argamassa no estado fresco é baixo, excepto para os casos da CM-2 e da A0 (PINA), pois nestas argamassas foi adicionado um introdutor de ar; a PCM-SB têm o teor de ar próximo das CMs, isto é, relativamente baixo, enquanto a PCM-As contêm um teor de ar mais elevado, já observado por Pina [PINA, 2009]. Considera-se que tal possivelmente se deva às propriedades da família polimérica acrílica e também à própria constituição da adição polimérica (maior quantidade de emulsionantes); considera-se que o aumento do teor de ar das PCMs de SB e de As deste estudo em relação às PCMs de SB-3 (RIBEIRO) e de A2 (PINA) advém do facto destas terem uma relação A/C superior e, consequentemente, uma consistência por espalhamento superior, que terá facilitado durante a mistura a criação e retenção de uma maior quantidade de ar no seu interior CONSISTÊNCIA POR ESPALHAMENTO Fixando a relação A/C das argamassas cimentícias, a sua consistência é fortemente reduzida com a adição de polímeros, porque estes actuam como fluidificantes. Esta característica dos 74

95 CM-1 CM-2 Arg. PA (RIBEIRO) A0 (PINA) PCM-SB SB-3 (RIBEIRO) PCM-AS A2 (PINA) Relação A/C Consistência por espalhamento (%) polímeros resulta do efeito conjunto de dois factores: o efeito dispersante dos emulsionantes contidos nos polímeros sobre as partículas de cimento; a maior mobilidade da mistura, devido ao ar retido pelos emulsionantes, normalmente na forma de bolhas esféricas, e devido às próprias partículas poliméricas dispersas nos polímeros, também de forma esférica. Os valores da consistência por espalhamento e o aspecto das argamassas estão presentes no Anexo B.3. Denota-se que estes valores foram obtidos segundo as opções indicadas no fluxograma (Figura 4.2), fixando uma relação A/C igual para todas as argamassas, com o valor de 0,40. Na Figura 5.2, comparam-se graficamente os valores da consistência por espalhamento e as relações A/C com os obtidos por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e Pina [PINA, 2009] e apresentam-se os valores do teor de ar de todas as argamassas. 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 CM PCM - SB PCM - As ,00 0 Relação A/C Teor de ar (%) 6,0% 35,0% 4,6% 16,5% 11,5% 6,4% 25,0% 14,5% Consistência por Espalhamento (%) Figura 5.2 Relação A/C, consistência por espalhamento e o teor de ar das argamassas estudadas e estudadas por Ribeiro e Pina Desta Figura, salientam-se os seguintes aspectos: ao impor a mesma relação A/C para todas as argamassas desta campanha experimental (CM-1, CM-2, PCM-SB e PCM-As), as argamassas cimentícias modificadas com polímero ficaram mais fluidas do que as CMs, porque a propriedade de plastificantes/redutores de água dos polímeros não foi eliminada. A argamassa cimentícia CM-1 ficou com um aspecto muito seco e com uma trabalhabilidade muito reduzida, apesar da adição de 2 % de um superplastificante. Na argamassa CM-2, pela adição de um introdutor de ar com grande eficácia para a dosagem recomendada de 75

96 0,35%, obteve-se uma consistência por espalhamento dentro do valor pretendido, de 100±10%; a argamassa CM-1 apesar de conter um superplastificante a 2% (valor máximo recomendável pelo fabricante) tem uma consistência por espalhamento inferior à da Arg. PA (RIBEIRO), sem nenhum adjuvante adicionado. Isto deveu-se ao facto da Arg. CM-1 ter uma relação A/C muito inferior à da Arg. PA (RIBEIRO), sendo o principal factor que governa esta propriedade a quantidade de água adicionada; denota-se que o teor de ar das argamassas aumenta a sua consistência por espalhamento, tanto nas CMs como nas PCMs, como seria de esperar (Figura 5.3); as PCMs estudadas pelos autores Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e Pina [PINA, 2099] têm uma consistência por espalhamento dentro do intervalo de 100±10%, pois têm uma quantidade menor de água em comparação com as PCMs desta campanha experimental, o que vai reflectir-se na resistência mecânicas das argamassas; o teor de ar elevado nas PCMs e CM-2 e baixo na CM-1 desta campanha experimental conduziu a porosidades distintas, que se vão reflectir na resistência mecânica e nas propriedades relacionadas com a durabilidade destas argamassas. Figura 5.3 Relação entre o teor de ar versus a consistência por espalhamento das argamassas estudadas e estudadas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e Pina [PINA, 2009] 5.4. MASSA VOLÚMICA FRESCA A massa volúmica dos materiais cimentícios vai depender da relação A/C, da massa volúmica dos agregados, da dosagem do ligante e do nível de compactação do material. Com a adição de polímeros, surge ainda um compromisso entre dois factores, o teor de ar introduzido pelo polímero e a redução de água devido à acção de plastificante do polímero, que vai influenciar também a massa volúmica das PCMs. Os valores da massa volúmica fresca das argamassas estão apresentados no Anexo B.4. 76

97 CM-1 CM-2 Arg. PA (RIBEIRO) A0 (PINA) PCM-SB SB-3 (RIBEIRO) PCM-AS A2 (PINA) Massa volúmica fresca (kg/m 3 ) Teor de ar (%) CM PCM - SB PCM - As 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% γf (kg/m3) Teor de ar (%) Figura 5.4 Massa volúmica fresca e o teor de ar das argamassas estudadas e estudadas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e Pina [PINA, 2009] Estes resultados são comparados com os obtidos por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e Pina [PINA, 2009] na Figura 5.4, da qual se salientam os seguintes aspectos: na generalidade, nas PCMs o valor da massa volúmica fresca inferior a 2000 kg/m 3 resulta de um compromisso entre o ar introduzido, a redução de água e a dosagem de polímero, para igual traço ponderal e semelhante massa volúmica da areia. Nestas argamassas o traço ponderal foi 1:3, a massa volúmica das areias variou entre 2600 e 2630 kg/m 3 e a relação P/C foi igual a 15%, tendo variado a relação A/C e o teor de ar introduzido; denota-se que, quanto maior o teor de ar, menor será a massa volúmica, excepto entre as argamassas CM-1 e Arg.PA (RIBEIRO), pois, apesar da CM-1 ter um teor mais elevado que a Arg. PA (RIBEIRO), esta tem uma consistência por espalhamento muito mais baixa RESISTÊNCIA À FLEXÃO E À COMPRESSÃO Como é do conhecimento geral, a modificação polimérica das argamassas cimentícias tende a beneficiar a resistência à tracção e, naturalmente, à flexão, mas a diminuir ou retardar o desenvolvimento da resistência à compressão, independentemente da natureza da família polimérica e do tipo de polímero adicionado. A diminuição da resistência à compressão nas PCMs deve-se, por um lado, ao aumento da porosidade fechada da PCM devido ao elevado teor de ar introduzido pelos polímeros e, por outro, ao atrofiamento cristalino e ao retardamento 77

98 Resistência à compressão aos 28d, MPa CM-1 CM-2 Arg. PA (RIBEIRO) A0 (PINA) PCM-SB SB-3 (RIBEIRO) PCM-AS A2 (PINA) Resistência Mecânica (MPa) do processo de hidratação do cimento, devido ao filme polimérico formado e à co-matriz cimentícia-polimérica presente [PINA, 2009] [RIBEIRO, 2004] [OHAMA, 1995]. Os valores da resistência à flexão e da resistência à compressão aos 28 dias de idade estão presentes no Anexo B.5 e os valores da relação (Água total+volume de ar)/cimento - (A t +V ar )/C - estão presentes no Anexo B.6. A razão (A t +V ar )/C é usada de forma qualitativa para avaliar a porosidade total das argamassas, resultante tanto da relação A/C como do ar introduzido pela amassadura CM PCM - SB PCM - As Resistência à compressão aos 28 dias (MPa) Resistência à flexão aos 28 dias (MPa) Figura 5.5 Resistência à compressão e à flexão das argamassas estudadas e estudadas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e Pina [PINA, 2009] 70 CM-1 60 SB3 (RIBEIRO) PA (RIBEIRO) 50 A0 (PINA) 40 A2 (PINA) 30 PCM-SB PCM-As 20 CM's PCM's ,5 1 1,5 2 (A t + V ar ) / C CM-2 Figura 5.6 Relação (A t + V ar)/c versus resistência à compressão das argamassas estudadas e estudadas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e Pina [PINA, 2009] 78

99 Resistência à flexão aos 28d, MPa CM-1 PCM-SB PCM-As 10 SB3 (Ribeiro) A2 (PINA) PA (Ribeiro) A0 (PINA) CM-2 CM's PCM's 0 0 0,5 1 1,5 2 (A t + V ar ) / C Figura 5.7 Relação (A t + V ar)/c versus resistência à flexão das argamassas estudadas e estudadas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e Pina [PINA, 2009] Estes resultados são comparados com os obtidos por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e Pina [PINA, 2009] da Figura 5.5 à Figura 5.7, das quais se salientam os seguintes aspectos: tal como esperado, para semelhante relação (A t +V ar )/C a resistência à compressão das PCMs foi inferior à das CMs. Os resultados sugerem que a presença do polímero acrílico (As) penaliza menos a resistência à compressão das argamassas cimentícias, uma vez que para igual relação (A t +V ar )/C, de 0,67, a resistência da argamassa A2 (PINA) foi superior à da PCM-SB e, para um valor superior desta relação, de 1,1, a PCM-As manteve a resistência de 29,2 MPa, igual à da PCM-SB com (A t +V ar )/C de 0,67. A argamassa CM-2 foi fortemente penalizada pelo elevado valor do teor de ar introduzido, para igual valor de A t /C de 0,4 face às restantes argamassas estudadas; o valor da resistência à flexão foi superior nas PCMs face às CMs, para igual valor da relação (A t + V ar )/C, exceptuando a argamassa CM-1. O polímero As, mesmo tendo introduzido um teor de ar de 25%, destacou-se pelo aumento observado na resistência à flexão da argamassa cimentícia. O valor da resistência à flexão da CM-1 foi muito próximo do valor das PCMs, devido sobretudo à sua estrutura porosa que a tornou numa argamassa bastante resistente; denota-se a menor influência do teor de ar introduzido, para igual relação A/C, na resistência à flexão face à resistência à compressão das argamassas cimentícias. De facto, a argamassa CM-2 apresentou um valor de resistência à flexão 4x inferior ao da argamassa CM-1, mas um valor de resistência à compressão 8 vezes inferior ao valor da resistência à compressão da argamassa CM-1 79

100 5.6. RESISTIVIDADE A resistividade do material cimentício é um parâmetro frequentemente utilizado na monitorização da corrosão das armaduras, em estruturas de betão armado. A resistividade é uma propriedade intrínseca de um material e depende da sua capacidade para transportar carga eléctrica, ou seja, traduz a mobilidade dos iões na solução intersticial da sua estrutura porosa, entre o cátodo e o ânodo. A mobilidade iónica depende, por um lado, da porometria do material e da distribuição de água nos poros e, por outro, da concentração iónica da solução dos poros e da temperatura. Quando o teor de água nos poros e a temperatura aumentam ou a concentração de iões aumenta, a resistividade diminui. Embora informativa, uma vez que pode fornecer informações acerca da contaminação do material cimentício com cloretos, da sua eventual carbonatação e da velocidade de corrosão das armaduras, a resistividade não pode ser vista como o único parâmetro a controlar na monitorização da corrosão das armaduras. Existem outros parâmetros igualmente importantes, tais como a velocidade de corrosão, o teor de cloretos, o potencial de corrosão e os parâmetros ambientais (precipitação, temperatura). É importante salientar que embora a resistividade eléctrica do material cimentício possa correlacionar-se com a velocidade de corrosão das armaduras nele incorporadas, não permite informar sobre o estado de corrosão das mesmas, ou seja, se estas se encontram corroídas ou passivadas. No Quadro (5.2) apresentam-se, de acordo com o Comité Euro-international Du Beton, as gamas de valores de resistividade do betão que são normalmente associados a diferentes probabilidades de corrosão,, Estes valores têm grande aceitação no meio técnicocientífico [MEDEIROS, 2001 e RIBEIRO, 2004]. Para valores inferiores a 100 Ω.m considera-se que a resistividade não é o parâmetro controlador da velocidade de corrosão. Quadro 5.2 Critérios de avaliação do betão armado no que respeita à resistividade com relação ao risco de corrosão CEB 192 [MEDEIROS, 2001] Resistividade do Betão Indicação de probabilidade de corrosão ρ > 200 Ω.m Desprezível 100 a 200 Ω.m Baixa 50 a 100 Ω.m Alta ρ < 50 Ω.m Muito alta Andrade [ANDRADE et al., 1998] propôs valores da resistividade eléctrica do betão saturado aos 28 dias de idade para as classes de exposição ambiental relacionadas com a deterioração do betão por corrosão das armaduras, como mostra o Quadro 5.3. A resistividade eléctrica dos materiais cimentícios aumenta com o aumento do grau de carbonatação e diminui com a penetração dos cloretos, devido, respectivamente, à diminuição e aumento da concentração iónica na solução intersticial dos poros, pelo que tal contribui para se exigirem maiores valores da resistividade eléctrica para a acção dos cloretos. 80

101 Resistividade (ohm.m) Quadro 5.3 Resistividade eléctrica do betão aos 28 dias em função das classes de exposição ambiental [ANDRADE et al., 1998] Acção de Carbonatação Cloretos Ambiente Ambiente Ambiente da Classe de seco ou Ambiente Ambiente na húmido não zona costeira exposição protegido da imerso zona de maré saturado marítima chuva Elemento agressivo CO 2 CO 2 Cl - Cl - Cl - Resistividade mínima (Ω.m) >10 >50 >100 >150 >200 Segundo Mehta [MEHTA, 1991] e Wee [WEE et al., 1999], Figura 5.8, na saturação a resistividade eléctrica do material cimentício é cerca de 40 Ωm. Como seria de esperar, quanto mais seco se encontra o material cimentício maior será a sua resistividade Humidade relativa (%) Figura 5.8 Relação entre a resistividade e a humidade relativa dos espécimes [MEHTA, 1991] e [WEE et al., 1995] Como acontece com outros materiais, as propriedades eléctricas dos materiais cimentícios são afectadas pela temperatura. O aumento da temperatura é acompanhado por um aumento da mobilidade iónica e da dissolução de iões para a solução dos poros, pelo que a resistividade eléctrica do material cimentício diminui. A resistividade do material também é influenciada pela presença de agregados grossos, pelo que nos betões a resistividade é sempre superior à das argamassas, pois os agregados grossos dificultam a condução da corrente eléctrica no interior do material [RIBEIRO, 2004]. Dado que os polímeros são materiais não condutores, estes também influenciam a resistividade do material onde estão presentes, aumentando a resistividade do material cimentício [RIBEIRO, 2004]. 81

102 Resistividade eléctrica na saturação aos 28 d e 29d, Ωm CM-1 CM-2 Arg. PA (RIBEIRO) PCM-SB SB-3 (RIBEIRO) PCM-AS Os valores médios da resistividade eléctrica na saturação aos 29 dias de idade das argamassas apresentam-se no Anexo B CM PCM - SB PCM - As Resistividade eléctrica (Ω.m) aos 28 dias Resistividade eléctrica (Ω.m) aos 29 dias Figura 5.9 Resistividade eléctrica na saturação aos 29 dias de idade das argamassas estudadas e aos 28 dias de idade das estudadas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] SB3 (Ribeiro) CM's PCM's 50 0 CM-1 PA (Ribeiro) PCM-SB PCM-As CM-2 0 0,5 1 1,5 2 (A t +V ar )/C Figura 5.10 Relação (A t + V ar)/c versus resistividade eléctrica das argamassas estudadas e estudadas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] Estes resultados são comparados com os obtidos por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] na Figuras 5.9 e 5.10, das quais se denotam os seguintes aspectos: a CM-1 apresentou um valor de resistividade na saturação de 50 Ωm, ligeiramente superior ao valor esperado de 40 Ωm para uma argamassa cimentícia corrente, o que 82

103 revela a sua elevada densidade e baixa porosidade. Na argamassa CM-2, o baixo valor de resistividade (6 Ωm) deveu-se à sua elevada porosidade; o polímero estireno-butadieno (SB) sugere exibir a capacidade de aumentar a resistividade das argamassas cimentícias, uma vez que a PCM-SB com maior valor de (A t +V ar )/C (0,7) exibiu resistividade igual à Arg. PA (Ribeiro) com menor valor de (A t +V ar )/C (0,6). Admite-se que a elevada porosidade da PCM-As, com uma relação (A t +V ar )/C de 1,1, terá prevalecido em relação à melhoria conferida pela presença do polímero de As na dosagem de P/C=15%; segundo o CEB 192 (Quadro 5.2), as argamassas estudadas no estado de saturação apresentam forte probabilidade do aço no seu interior iniciar a corrosão (resistividade < 50 Ωm), ou seja, as argamassas quando saturadas não exibem qualquer redução ao fluxo da corrente eléctrica por unidade de tempo. Uma melhor resposta eléctrica destas argamassas irá depender de eventuais alterações químicas na estrutura da pasta de cimento para condições HR da pasta menores do que 100% CAPILARIDADE A absorção capilar de um material poroso consiste no fenómeno de subida da água de contacto nos poros capilares (10-5 a 10-7 de diâmetro), devido sobretudo à diferença de pressão que se gera entre a superfície livre da água e a superfície da água no capilar. Esta absorção capilar depende de vários factores, nomeadamente da relação A/C (aumenta quando esta aumenta), do volume de pasta por unidade de área do material (aumenta quanto maior for o volume de pasta), da finura e dosagem do cimento (diminui quando a finura e a dosagem aumentam), da duração da cura húmida (diminui quando a duração aumenta) e da idade (diminui quando a idade aumenta). As condições de humidade do material vão influenciar significativamente a absorção capilar, sendo nula em condições de saturação do material. A velocidade da absorção capilar é tanto mais lenta quanto mais estreitos forem os poros capilares. O ar introduzido pelos polímeros, embora possa aumentar o volume de vazios, constitui poros não acessíveis à água ou poros de elevada dimensão (com raio superior a 10-4 m) que contribuem para seccionar os poros capilares existentes, interrompendo a sucção capilar. Alguns estudos referem também admitir a possibilidade dos polímeros influenciarem de forma diferente a energia livre das paredes dos capilares, actuando como hidrófugos, reduzindo deste modo a sucção capilar nos materiais cimentícios. A metodologia de ensaio presente na pren foi a seguida neste estudo, com excepção da dimensão dos provetes de ensaio. Dos valores da massa de água absorvida nos intervalos de tempo estipulados na pren foram traçadas as curvas da absorção capilar ao longo das primeiras 24 horas presentes na Figura 5.7. A partir dessas curvas (Figura 5.11) foram traçadas rectas conforme os casos expostos na pren secção 6.1, obtendo os valores do coeficiente de absorção capilar, apresentados na Figura 6.8. No Anexo B.8 indicam-se os 83

104 Coef- de capilaridade, kg/(m 2.h 0,5 ) Coeficiente de absorção capilar (kg/(m 2.h 1/2 )) Absorção capilar (kg/m 2 ) valores da absorção capilar ao longo do tempo e no Anexo B.9 as curvas e as rectas que levaram ao cálculo do coeficiente de absorção capilar CM-1 CM-2 PCM-SB PCM-As Tempo de absorção (horas 1/2 ) Figura 5.11 Absorção capilar das argamassas estudadas 0,5 0,4 0,3 0,2393 0,2 0,1375 0,1 0,0470 0,0321 0,0 CM-1 CM-2 PCM-SB PCM-As Figura 5.12 Coeficiente de absorção capilar das argamassas estudadas 0,6 0,5 PA (Ribeiro) 0,4 0,3 0,2 CM-2 0,1 PCM-SB 0 SB3 (Ribeiro) CM-1 PCM-As 0 0,5 1 1,5 2 (A t +V ar )/C CM's PCM's Figura 5.13 Relação (A t + V ar)/c versus coeficiente de capilaridade das argamassas estudadas e estudas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] 84

105 Estes resultados são comparados com os obtidos por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] na Figuras 5.11 a 5.13, das quais se denotam os seguintes aspectos: foi a argamassa PCM-As que obteve a menor absorção capilar e o menor coeficiente de absorção capilar, apesar do elevado valor da relação (A t +V ar )/C (1,06), revelando deste modo a elevada eficácia do polímero acrílico (As), na dosagem de P/C=15%, na redução da capilaridade das argamassas cimentícias. Admite-se que este elevado desempenho do polímero As na redução da absorção capilar terá resultado da presença de poros não acessíveis à água ou poros de elevada dimensão (com raio superior a 10-4 m) no interior da PCM que contribuíram para interromper a sucção capilar, associado a um significativo efeito hidrofugante do polímero que terá reduzido a energia livre da superfície das paredes dos capilares; a argamassa CM-2, apesar do maior valor da relação (A t +V ar )/C, exibiu menor coeficiente de capilaridade do que a Arg. PA (Ribeiro), provavelmente devido ao elevado teor de ar introduzido (35%) que constituiu poros fechados e poros de elevada dimensão que terão seccionado os poros capilares e permitido reduzir a absorção capilar; a argamassa CM-1 comportou-se de uma forma bastante positiva, como seria de esperar dado a reduzida porosidade e elevada densidade; a PCM-SB já não se comportou tão bem como a PCM-As, pois este polímero introduz menos ar e não terá uma acção intensa do tipo hidrofugante como a do polímero de As; os valores do coeficiente de absorção capilar obtidos em todas as argamassas estudadas foram inferiores a 0,5 kg/(m 2.h 1/2 ). Este valor é o valor máximo para o coeficiente de absorção capilar indicado pela NP EN para os produtos de reparação. Dado isto, estas argamassas estão conforme o estipulado pela NP EN para a absorção capilar das argamassas de reparação ABSORÇÃO DE ÁGUA À PRESSÃO ATMOSFÉRICA A porosidade à pressão atmosférica é a absorção de água do material cimentício que resulta da diferença entre a massa do provete imerso em água e a massa do mesmo provete quando seco, expressa em termos do volume do provete. A porosidade assim obtida é fortemente influenciada pela dimensão do provete e pelo tipo de provete, ou seja, se é moldado ou obtido por corte, bem como, pela idade e pela cura do provete. Esta porosidade permite avaliar a porosidade do material acessível à água, a qual poderá ser fortemente influenciada pela adição dos polímeros. A absorção de água por imersão à pressão atmosférica foi determinada segundo a especificação LNEC E 394, com excepção das dimensões dos provetes ensaiados. Na Figura 5.14, podemos observar os valores obtidos e no Anexo B.10 indicam-se os valores intermédios de cálculo. 85

106 Absorção de água à pressão atmosférica, % PCM-As PCM-SB CM-2 CM Absorção de água por imersão à pressão atmosférica (%) Figura 5.14 Absorção de água por imersão à pressão atmosférica das argamassas estudadas CM-2 10 CM PCM-SB PCM-As CM's PCM's ,5 1 1,5 2 (A t + V ar ) / C Figura 5.15 Relação (A t + V ar)/c versus absorção de água à pressão atmosférica das argamassas estudadas Das Figuras 5.14 e 5.15, denotam-se os seguintes aspectos: as PCMs estudadas saem fora da lei normalmente aceite para os materiais cimentícios, exibindo uma menor porosidade para um maior valor da relação (A t +V ar )/C. Tal comportamento admite-se resultar do facto de grande percentagem dos poros introduzidos pela adição dos polímeros serem poros fechados e da eventual selagem e/ou preenchimentos dos poros pelo filme polimérico formados; o baixo valor da absorção das PCMs ( 9 %) demonstra a baixa permeabilidade à água destas argamassas face às CMs; 86

107 Massa de água (g) a CM-2 foi a argamassa que mais absorveu água, como era previsto, dado ser uma argamassa cimentícia muito porosa, não modificada; a CM-1 comportou-se melhor em relação à CM-2, como era espectável, mas revela a menor capacidade de impermeabilização das argamassas cimentícias face às PCMs. Na Figura 5.16, podemos observar o ganho de massa, ao fim de 50 dias de imersão, nos provetes prismáticos armados após o ensaio de medição da intensidade de corrente, em sala condicionada. O ganho de massa obtido nestes provetes de ensaio foi coerente com os valores da absorção de água por capilaridade e, em parte, com os da absorção à pressão atmosférica, das argamassas estudadas. A menor absorção de água em imersão ocorreu na PCM-As, seguida da argamassa CM-1 e da PCM-SB e, com algum distanciamento, seguiu-se a argamassa CM-2. O mesmo andamento ocorreu na absorção por capilaridade, mas na absorção à pressão atmosférica, ambas as PCMs exibiram menores valores do que as CMs CM-1 CM-2 PCM-SB PCM-As Tempo (dias) Figura 5.16 Ganho de massa em imersão dos provetes prismáticos das argamassas estudadas após o ensaio de medição da intensidade de corrente 5.9. ENSAIOS REALIZADOS ANTES E DURANTE A PROGRESSÃO DA CORROSÃO DO AÇO NO INTERIOR DAS ARGAMASSAS ESTUDADAS A corrosão do aço no interior das argamassas foi induzida por carbonatação. Assim, em primeiro lugar, deu-se início ao ensaio de carbonatação acelerada, na câmara de carbonatação a 5% de CO 2, 65% de HR a 21 ± 2ºC. A data da entrada dos provetes, armados e de referência, na câmara de carbonatação acelerada foi designada de dia zero e o ensaio terminaria quando a profundidade de carbonatação ultrapassasse o valor pretendido de 20 mm, equivalente a 8 mm de recobrimento mais 8 mm correspondente ao diâmetro do varão de aço corrente mais 4 mm, de modo a envolver a totalidade desse varão, garantindo-se deste modo a despassivação da armadura de Ø 8 mm de aço corrente. De seguida, os provetes foram 87

108 Profundidade de Carbonatação (mm) sujeitos ao ensaio de progressão da corrosão, em câmara de saturação com cerca de 90 % HR e 38ºC de temperatura. Os dois ensaios ocorreram entre o dia 0 e o dia RESISTÊNCIA À CARBONATAÇÃO ACELERADA O CO 2 é indirectamente um agente agressor para o aço pois, como foi explicado anteriormente, este ao reagir com o hidróxido de cálcio presente na solução dos poros origina carbonato de cálcio, reduzindo a alcalinidade dessa solução para valores que destroem a película passivante que reveste o aço e tornando-o susceptível ao mecanismo da corrosão. Do dia zero até ao dia 235, segundo a NP 13295, a profundidade de carbonatação nas PCMs atingiu o valor pretendido (d k 20 mm), o que não se verificou na CM-1, pelo que se optou por sujeitar a CM-1 ao ensaio de carbonatação acelerado sob pressão durante mais 50 dias. A argamassa CM-2 foi fabricada posteriormente e foi também sujeita ao ensaio de carbonatação acelerada a 5 % de CO 2, a 65% de HR e 21 ± 2ºC. No entanto, não se efectuaram as medições da progressão da profundidade de carbonatação com a cadência efectuada nas outras argamassas. As medições foram realizadas ao dia zero e ao dia 44, tendo ultrapassado o valor pretendido de 20 mm de profundidade nesta data. Podem observar-se no Anexo B.11 os valores médios da profundidade de carbonatação CM-1 CM-1 (sob pressão) CM Tempo (dias) Período de tempo em que a CM-1 esteve sujeita a um teor de CO 2 sob pressão ( 0,3 MPa) Figura 5.17 Profundidade de carbonatação ao longo do tempo em câmara com 5% de CO 2, 65% de HR e 21ºC, das argamassas estudadas Estes resultados são apresentados graficamente na Figura 5.17, da qual se denotam os seguintes aspectos: no início do ensaio (até ao dia 60), a progressão da profundidade de carbonatação nas PCMs ocorreu de modo relativamente semelhante, mas muito mais rápido do que na argamassa CM-1. Após este período, a profundidade de carbonatação na PCM-As distanciou-se significativamente da PCM-SB, atingindo o valor de 20 mm perto dos 90 88

109 dias de ensaio, enquanto na PCM-SB foi perto dos 160 dias, verificando-se uma estabilização da progressão da profundidade de carbonatação na argamassa CM-1 a partir do dia 174 no valor do recobrimento (8,4 mm). Esta menor resistência à carbonatação das PCMs face à CM-1 terá possivelmente resultado do facto da relação A/C ter sido fixada no valor de 0,40, valor elevado para as PCMs por não ter sido contabilizado a acção de plastificante característica dos polímeros, associado ao elevado teor de ar introduzido também característico da adição dos polímeros. Deste modo, a argamassa CM-1 foi beneficiada, exibindo uma densidade elevada, que se reflectiu positivamente nas suas propriedades. A argamassa CM-2, com A/C de 0,40 e com um teor de ar introduzido semelhante ao das PCMs, serviu para anular o efeito de introdutor de ar dos polímeros e permitir avaliar a acção dos polímeros nos mecanismos de carbonatação e de corrosão nos materiais cimentícios; denota-se que a partir do dia 235 deixou-se de efectuar as leituras da profundidade de carbonatação das argamassas PCM-SB e PCM-As, porque a profundidade de carbonatação ultrapassou o recobrimento e envolveu todo o varão de aço corrente. No caso da PCM-As, a profundidade de carbonatação atingiu toda a espessura do provete de ensaio (40 mm); devido à estagnação da progressão da profundidade de carbonatação na CM-1 e para se conseguir atingir uma profundidade de carbonatação superior ao recobrimento e que envolvesse todo o varão de aço corrente, sujeitou-se esta argamassa a uma câmara com um teor de CO 2 elevado e sob uma pressão de cerca de 0,3 MPa, com o objectivo de acelerar a progressão da profundidade de carbonatação. Estas condições de ensaio, carbonatação acelerada sob pressão com HR>60% e a 22 ºC (condições ambientais da sala de ensaio), decorreram entre o dia 262 até ao dia 312, tendo-se assim garantindo que a profundidade de carbonatação na CM-1 ultrapassasse o recobrimento e envolvesse, pelo menos, parte do varão de aço corrente (d k =11 mm): após o ensaio acelerado de carbonatação sob pressão durante 50 dias da CM-1, constatou-se efectivamente o aumento da profundidade de carbonatação mas verificou-se que a frente de carbonatação apresentava um aspecto diferente do habitual, ou seja, em vez de se apresentar paralelamente à superfície de exposição era observada de uma forma irregular (Figura 5.18). Considera-se que esta situação terá resultado do facto do CO 2, ao encontrar-se sob pressão, terá penetrado rapidamente nas zonas mais frágeis da argamassa CM-1, isto é, nas zonas mais porosas, carbonatando-as também mais rapidamente, acelerando deste modo a frente de carbonatação. 89

110 Figura 5.18 Aspecto irregular da frente de carbonatação formada na argamassa CM-1 após o ensaio de carbonatação acelerada com elevado teor de CO 2 sob pressão e durante 50 dias O desenvolvimento no tempo da profundidade de carbonatação tende a abrandar, não seguindo uma função linear do tempo, como se constata na Figura 5.17 pela redução do declive das rectas. De facto, da reacção química do hidróxido de cálcio e do silicato de cálcio hidratado com o dióxido de carbono resulta a formação do carbonato de cálcio e água no interior dos poros. Este carbonato de cálcio tende a colmatar o sistema poroso, dificultando a difusão do CO 2 para o interior da pasta, a própria estrutura porosa do material cimentício tende a apresentar-se mais fechada para o interior devido à melhor hidratação da pasta e, ainda, a água libertada pela carbonatação vai tendo cada vez mais dificuldade em sair do material, dificultando também a difusão do CO 2 para o interior da argamassa. Na Figura 5.19, os valores da profundidade de carbonatação dos autores Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e Pina [PINA, 2009] correspondem ao dia 56 na câmara de carbonatação e a profundidade de carbonatação das argamassas deste estudo são apresentadas em função da raiz do tempo. Os coeficientes de carbonatação permitem avaliar o desempenho dos espécimes no fenómeno da carbonatação. Em relação à argamassa PCM-As, tal como as outras, foi considerado somente um coeficiente de carbonatação. Como ilustra o gráfico da Figura 5.19, a argamassa PCM-As evidencia dois declives no desenvolvimento da progressão da carbonatação: o primeiro a terminar perto do dia 56 da câmara de carbonatação e, um segundo declive mais elevado após o dia 56. O facto de se considerar um só declive poderá favorecer esta argamassa no que respeita ao seu desempenho à progressão da carnonatação. No Anexo B.12 está demonstrada a forma de cálculo destes coeficientes de carbonatação. 90

111 Coeficiente de carbonatação (mm/dia0,5) Profundidade de carbonatação (mm) Tempo (dias 0,5 ) CM-1 CM-2 PCM-SB PCM-AS Arg. PA (RIBEIRO) a 5% de CO2 SB-3 (RIBEIRO) a 5% de CO2 A0 (PINA) a 1% de CO2 A2 (PINA) a 1% de CO2 Figura 5.19 Profundidade de carbonatação em função da raiz quadrada do tempo de ensaio das argamassas estudadas e estudadas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e Pina [PINA, 2009] R² = 0,9266 CM PCM-As PA (Ribeiro) PCM-SB CM-1 SB3 (Ribeiro) A0 (PINA) A2 (PINA) 0 0,5 1 1,5 2 (At + Var) /C CM's PCM's Figura Relação (A t + V ar)/c versus coeficiente de carbonatação das argamassas estudadas e das argamassas estudadas por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e por Pina [PINA, 2009] 91

112 Variação da massa (g) Tempo (dias) CM-1 CM-2 PCM-SB PCM-AS Figura 5.21 Ganho da massa dos provetes durante o ensaio de carbonatação acelerada Estes resultados são comparados com os obtidos por Ribeiro [RIBEIRO, 2004] e Pina [PINA, 2009] nas Figuras 5.19 a 5.21, das quais se denotam os seguintes aspectos: as PCMs desta campanha experimental exibiram uma resistência à carbonatação inferior às PCMs dos outros autores, devido possivelmente à razão A/C imposta de 0,40, que penalizou fortemente estas PCMs, nomeadamente no que se refere à estrutura porosa, como se reflectiu no valor obtido na resistência à compressão aos 28 dias de idade; a variação do coeficiente de carbonatação com a relação (A t + V ar )/C, Figura 5.20, permite demonstrar como as PCMs desta campanha experimental foram penalizadas por conter uma relação A t /C de 0,40. A Figura ilustra a elevada (R 2 =0,9266) correlação linear entre a relação (A t + V ar )/C e os coeficientes de carbonatação das argamassas estudadas e das de Ribeiro. As argamassas A0 (PINA) e A2 (PINA) destacam-se devido ao facto de terem estado sujeitas a 1% de CO 2 e não 5% de CO 2 como as restantes. Esta relação demonstra que quanto maior (A t + V ar )/C menor é a resistência da argamassa à carbonatação; como seria de esperar, a resistência à carbonatação das PCMs deste estudo foi superior à da CM-2, por esta ser uma argamassa cimentícia, não modificada, e com um teor de ar semelhante ao das PCMs, o que permitiu constatar a acção do polímero no atraso ou diminuição da profundidade de carbonatação das argamassas cimentícias. Novamente, a CM-1 exigiu um melhor desempenho à carbonatação face às PCMs devido à sua reduzida porosidade; como se pode observar na Figura 5.20, a massa das argamassas aumentou com a progressão da profundidade de carbonatação. Na argamassa CM-1, denota-se que houve uma variação inicial da massa mais elevada, mas que ao longo do tempo esta variação foi-se tornando constante, estando de acordo com a Figura 5.19, onde se 92

113 observa que a progressão da carbonatação começou a ser menor. Já nas PCMs ocorreu sempre um ganho de massa, tal como na CM-2, confirmando que o fenómeno da carbonatação está associado a um ganho de massa do material, pela produção do carbonato de cálcio e água PROGRESSÃO DA CORRENTE GALVÂNICA EM MACROCÉLULAS A corrente galvânica pode correlacionar-se com a velocidade de corrosão e frequentemente recorre-se a medições da corrente galvânica em macrocélulas para obter informações sobre a progressão da velocidade de corrosão das armaduras [PEREIRA, 2009]. Quando o valor da intensidade de corrente na macrocélula aumenta, significa que aumentou a velocidadede corrosão e, quando a intensidade diminui, a velocidade de corrosão também diminui. Como foi abordado no subcapítulo , é expectável que os valores da intensidade de corrente da macrocélula utilizada neste trabalho antes do início da corrosão sejam da ordem de nano-ampére, 1 na (1x10-9 A). No Gráfico da Figura 5.22, encontram-se registados os valores da intensidade de corrente do aço corrente (ânodo), no interior das argamassas estudadas, obtidos ao longo do tempo em que decorreram os ensaios de carbonatação acelerada e de progressão da velocidade de corrosão, desde o dia 0 até ao dia 324. Denota-se que não foram registados os valores da CM- 1 desde o dia 261 até ao dia 312, período no qual a argamassa se encontrava na célula de CO 2 sob pressão, dado não ser possível os fios de cobre saírem do interior da célula sem que houvesse fugas de CO 2 para o exterior. Entre os dias 307 e 312, não houve registo de dados, por inexistência de equipamento para o efeito. A CM-2 esteve menos tempo na câmara de carbonatação, dado que atingiu a profundidade pretendida de 20 mm muito rapidamente, tendo estado na câmara de carbonatação durante 47 dias, seguindo para a câmara de humidade, 90% HR e 38ºC de temperatura, onde esteve desde o dia 47 até ao dia 67. Nos gráficos das Figuras 5.23 e 5.24 observa-se o pormenor do aumento da intensidade de corrente na entrada na câmara de humidade, respectivamente, no dia 312 para as CM-1, PCM- SB e PCM-As e, no dia 47 para a CM-2. Denota-se, na Figura 5.23, que os valores de intensidade de corrente no início da entrada na câmara de humidade foram consideravelmente elevados, dado que a câmara de humidade estava a uma temperatura de cerca de 50 Ce não de 38ºC, como esperado, tendo acelerado o processo químico da corrosão. De seguida, com a diminuição da temperatura da câmara de humidade para 38 C ocorreu a diminuição dos valores da intensidade de corrente, confirmando-se a forte influência da temperatura no valor da intensidade de corrente, e, consequentemente na velocidade de corrosão. Já no caso da CM-2, Figura 5.24, desde o início da entrada na câmara de humidade, os provetes estiveram sempre a 90% HR e à temperatura de 38 C. 93

114 Intensidade de Corrente (na) Intensidade de Corrente (na) a b c Tempo (dias) d CM-1 (1) CM-1 (2) CM-1 (3) CM-2 (1) CM-2 (2) CM-2 (3) PCM-SB (1) PCM-SB (2) PCM-SB (3) PCM-As (1) PCM-As (2) PCM-As (3) a) CM-2 encontrava-se na câmara de carbonatação (47 dias); b) CM-2 encontrava-se na câmara de humidade (20 dias); c) CM-1, PCM-SB e PCM-As encontravam-se na câmara de carbonatação (312 dias); d) CM-1, PCM-SB e PCM-As encontravam-se na câmara de humidade (12 dias). Figura 5.22 Valor da intensidade de corrente ao longo do tempo das CM-1, CM-2, PCM-SB e PCM- As Tempo (dias) CM-1 (1) CM-1 (2) CM-1 (3) PCM-SB (1) PCM-SB (2) PCM-SB (3) PCM-As (1) PCM-As (2) PCM-As (3) 94 Figura 5.23 Valores de intensidade de corrente ao longo do tempo na câmara de humidade da CM-1, PCM-SB e PCM-As (Período d)

115 Intensidade de Corrente (na) Tempo (dias) CM-2 (1) CM-2 (2) CM-2 (3) Figura 5.24 Valores de intensidade de corrente ao longo do tempo na câmara de humidade da CM-2 (Período b) Dos Gráficos das Figuras 5.22 a 5.24, denotam-se os seguintes aspectos: como se observa no gráfico da Figura 5.22, durante o ensaio de carbonatação acelerada, no intervalo de tempo em que a profundidade de carbonatação na CM-1 atingiu o varão de aço corrente, de 8,33 mm na proximidade do dia 119, até ao fim deste ensaio, observaram-se alguns picos nos valores de intensidade de corrente que se admite poderem indiciar a ocorrência de corrosão. Estes picos foram sendo detectados durante o processo de carbonatação da CM-1 depois da suposta despassivação do aço corrente no seu interior (d k > 8 mm), fenómeno que nunca foi detectado nas argamassas com polímeros, PCMs. Quando, no dia 312, os provetes da CM-1 e das PCM-SB e PCM-AS foram colocados na câmara de humidade (Figura 5.23), observou-se a ocorrência de picos, agora bem mais elevados, como seria de esperar, mas tendo ocorrido o mais elevado na CM-1, seguido da PCM-SB. Considera-se que os picos que ocorreram na CM- 1, durante o intervalo do dia 119 até ao final do ensaio no dia 312, corresponderam à despassivação localizada e temporária do aço corrente no interior da CM-1, que não progrediu no tempo; antes da colocação dos provetes da PCM-SB na câmara de humidade, ou seja, durante todo o ensaio de carbonatação acelerada (do dia zero ao dia 312), não se registou nenhuma alteração dos valores de intensidade de corrente. Após a colocação na câmara de humidade (Figura 5.23), no dia 312, houve registo de um aumento gradual da 95

116 intensidade de corrente indicativo de ocorrência de corrosão. É de salientar que os valores mais elevados na curva de intensidade de corrente surgiram nesta argamassa, não considerando os valores de pico da CM-1 e, que, por algum motivo, num dos provetes da PCM-SB não ocorreu aumento da intensidade de corrente, ou seja, não terá ocorrido corrosão do aço corrente; a argamassa PCM-As foi a única argamassa onde não se registou um aumento da intensidade de corrente em nenhuma altura durante o período destes dois ensaios, do dia zero ao dia 324, o que permite concluir que não terá ocorrido corrosão do aço corrente no seu interior, apesar da despassivação do aço e da exposição ambiental ideal para ocorrer a sua corrosão. Esta ausência de corrosão observada na PCM-As poderá possivelmente dever-se ao facto da carbonatação de todo o provete (Figuras 5.17 e 5.19) ter contribuído para colmatar a estrutura porosa da argamassa, dificultando a mobilidade iónica na solução intersticial com consumo dos iões hidroxilo (OH - ) e cálcio (Ca 2+ ), associada ao efeito de barreira física do filme polimérico formado que terá também contribuído para aumentar essa colmatação da rede capilar. Por outro lado, com base na análise dos resultados da capilaridade (Figura 5.11) e da porosidade acessível à água à pressão atmosférica (Figura 5.14), este polímero revela possuir uma maior capacidade para impermeabilizar a argamassa cimentícia face ao polímero de SB, o que terá contribuído para impedir a entrada de água e aumento da HR no interior da PCM-As e reduzido deste modo a mobilidade iónica da solução intersticial, de tal modo que não permitiu que ocorresse corrosão do aço, apesar da redução do ph da pasta cimentícia e da consequente despassivação do aço. De facto, poder-se-á referir que, na PCM-As ocorreu a entrada de gases, nomeadamente o CO 2 e O 2, ambos necessários à corrosão induzida por carbonatação, mas houve o impedimento da entrada de água externa necessária também à corrosão, disponível na câmara de humidade a 90% HR e a 38ºC, visto que a água interna que serviu para a contínua hidratação da pasta cimentícia e para o desenrolar da carbonatação não terá sido suficiente para permitir iniciar a corrosão PRODUTOS DE CORROSÃO Como referido no subcapítulo , em primeiro lugar efectuou-se uma observação visual da superfície de fractura dos provetes armados que foram levados à rotura segundo a direcção longitudinal (Figura 4.54), após terem sido sujeitos à corrosão induzida por carbonatação nas condições anteriormente referidas. Da observação visual do varão e da argamassa envolvente na superfície de fractura referem-se os seguintes aspectos: os varões embebidos na argamassa CM-1 apresentavam-se corroídos em ambos os topos dos provetes, como ilustram as Figuras 5.25 e Considera-se que esta corrosão terá ocorrido devido ao efeito de canto nos provetes. Nas Figuras 5.27 e 5.28, podemos observar a corrosão dos varões e os óxidos de ferro formados nos três provetes da CM-1; os varões contidos na argamassa CM-2 apresentavam-se corroídos ao longo do seu comprimento (Figuras 5.29 e 5.30) e a argamassa apresentava uma maior quantidade 96

117 de óxidos depositados, quando comparada com a PCM-SB e com a CM-1. Deve ter-se em conta o facto de a CM-2 ter permanecido mais tempo na câmara de humidade (mais 8 dias, num total de 20 dias), sujeita a uma HR elevada de 90%, o que terá contribuído para permitir que os óxidos de ferro se formassem em maior quantidade devido ao prolongamento do tempo de ensaio; a argamassa PCM-SB que envolvia os varões nela embebidos apresentava depósito de óxidos de ferro ao longo de todo o comprimento do varão, mas em pequena quantidade (Figura 5.31) e sendo pouco visíveis no próprio varão (Figura 5.32), excepto no provete PCM-SB (1) que não apresentou qualquer indício visível de corrosão (Figuras 5.33 e 5.34); os varões embebidos na argamassa PCM-As não apresentaram qualquer indício visível de corrosão (Figuras 5.35 e 5.36), aspecto coerente com a ausência do aumento da intensidade de corrente observada ao longo do ensaio; a análise visual relativa aos produtos resultantes da corrosão do aço corrente ilustrados nas Figuras 5.25 a 5.36 está coerente com os resultados obtidos da medição da intensidade de corrente apresentados nos gráficos das Figura 5.22, 5.23 e 5.24, e confirmam o significado desses valores. De facto, o aço corrente dos provetes da CM-2 apresentaram uma corrosão mais acentuada, seguida da dos provetes da PCM-SB e CM-1; o aço corrente do provete PCM-SB (1) e dos três provetes da PCM-As não sofreram corrosão; após a observação visual através de um microscópio óptico denotou-se que os óxidos formados na PCM-SB eram mais negros, face aos observados na CM-1, o que indica ou sugere que estes óxidos deviam conter menos oxigénio na sua composição, por terem sido possivelmente formados em presença de uma menor quantidade deste elemento, o O 2. Para a observação ao MEV do tipo, microestrutura e morfologia dos produtos da corrosão do aço corrente formados nos provetes das várias argamassas foram seleccionados e colhidos vários espécimes. Nas Figuras 5.37, 5.38 e 5.39, estão representados os pontos de onde provêm os espécimes (círculos pintados a azul). Dado não ter ocorrido corrosão do aço corrente dos provetes da PCM-As, não foi efectuada nenhuma análise no MEV sobre estas argamassas. 97

118 Figura 5.25 Pormenor da corrosão da armadura que ocorreu num dos topos dos provetes da CM-1 Figura 5.26 Pormenor dos óxidos de ferro presentes num dos topos dos provetes da CM-1 CM-1 (1) CM-1 (2) CM-1 (3) CM-1 (1) CM-1 (2) CM-1 (3) Figura 5.27 Os óxidos de ferro presentes na argamassa CM-1 Figura 5.28 Corrosão das armaduras contidas na argamassa CM-1 Figura 5.29 Pormenor da corrosão da armadura contida na CM-2 Figura 5.30 Pormenor dos óxidos de ferro presentes na CM-2 98

119 PCM-SB (1) PCM-SB (2) PCM-SB (3) PCM-SB (1) PCM-SB (2) PCM-SB (3) Figura 5.31 Os óxidos de ferro presentes na argamassa PCM-SB Figura 5.32 Corrosão das armaduras contidas na PCM-SB Figura 5.33 Pormenor dos óxidos de ferro presentes na argamassa PCM-SB Figura 5.34 Pormenor da corrosão das armaduras contidas na PCM-SB PCM-As (1) PCM-As (2) PCM-As (3) PCM-As (1) PCM-As (2) PCM-As (3) Figura 5.35 Argamassa PCM-As Figura 5.36 Varões de aço contidos na argamassa PCM-As 99

120 Figura 5.37 Localização dos espécimes colhidos da argamassa CM-1 Figura 5.38 Localização dos espécimes colhidos da argamassa CM-2 Figura 5.39 Localização dos espécimes colhidos na argamassa PCM-SB Da análise por observação ao MEV e com base nos espectros EDS, salienta-se o seguinte: os óxidos de ferro resultantes da corrosão das armaduras de aço corrente embebidas na CM-1 têm uma morfologia pouco desenvolvida, apresentando-se sob a, globular, em forma de rendilhado, rosetas ou forma de superfície plana (Figuras 5.40, 5.42 e 5.44). Refira-se que estes compostos químicos resultantes da corrosão do aço corrente têm frequentemente a forma de rosetas, bem definidas [ZHONG et al, 2006], contudo neste caso, dado que o período de corrosão foi muito reduzido (12 dias, muito menor do que 1 a 2 anos), julga-se que estas rosetas características dos produtos da corrosão não tiveram tempo de se formar e desenvolver. As estruturas globulares observadas nestes produtos são pouco comuns como morfologia dos óxidos de ferro [ZHONG et al, 2006]; na argamassa CM-2, devido ao facto dos provetes terem permanecido mais tempo na câmara de humidade (mais 8 dias num total de 20 dias), os óxidos de ferro são mais 100

121 volumosos. Os óxidos formados apresentavam-se quer sem morfologia bem definida quer na forma de placas, de agulha ou de glóbulos (Figuras 5.46 a 5.51). Na figura 5.50 apresentam-se aspectos de óxidos depositados no interior de um poro de forma globular e um pouco alongada; os óxidos formados na argamassa PCM-SB têm morfologia diferente da observada nas amostras retiradas da argamassa CM-1. Não se identificaram formações de morfologia bem definida encontrando-se estes óxidos mais dispersos na argamassa e em menor quantidade, sendo as suas formações pequenas, em comparação com a CM-1 (Figuras 5.52 e 5.54); Da análise por observação no MEV/EDS realizadas nos produtos de corrosão do aço corrente depositados nas argamassas constaram-se os seguintes aspectos presentes nas Figuras 5.40 a PASTA DE CIMENTO 2 1 Figura 5.40 Aspecto geral da morfologia da superfície dos produtos de corrosão do aço formados na CM-1: na zona 1 com morfologia rendilhada, tipo roseta; na zona 2 com morfologia globular Figura 5.41 Espectros EDS referentes à Figura

122 1 2 Figura 5.42 CM-1: Aspecto das rosetas mais desenvolvidas, características dos produtos de corrosão do aço corrente Figura 5.43 Espectros EDS referentes à Figura O cálcio presente no EDS indica a presença de pasta misturada com os óxidos de ferro Figura 5.44 CM-1:Aspecto dos óxidos de ferro (1 e 2) depositados na pasta cimentícia (3) 102

123 Figura 5.45 Espectros EDS referentes à Figura 5.44: 1 e 2 produto resultante da corrosão do aço; e, 3 pasta cimentícia. A presença de cálcio junto com os óxidos, e vice-versa, indica que existe a mistura entre a pasta cimentícia e os óxidos PORO NA PASTA CIMENTÍCIA Figura 5.46 Aspecto geral dos óxidos de ferro formados na CM-2: óxidos amorfos. Assinalado a azul encontram-se os óxidos 103

124 PORO NA PASTA CIENTÍCIA Figura 5.47 Aspecto geral dos óxidos de ferro formados na CM-2: óxidos com morfologia em placas. Assinalado a azul encontram-se os óxidos Figura 5.48 Pormenor da Figura 5.41 e respectivo espectro EDS. CM-2: óxidos amorfos 104

125 Figura 5.49 Pormenor da Figura 5.48 e respectivo EDS. CM-2: óxidos de morfologia em placas PORO NA PASTA CIENTÍCIA Figura 5.50 Aspecto geral dos óxidos de ferro formados na CM-2: morfologia globular e respectivo EDS 105

126 Figura 5.51 Óxidos de ferro formados na CM-2: morfologia em agulha e respectivo EDS Figura 5.52 PCM-SB: Aspecto geral dos produtos de corrosão do aço corrente embebido na PCM-SB: dispersos e amorfos. Imagem com contraste. A pasta cimentícia está presente nas zonas mais escuras 106

127 Figura 5.53 Espectros EDS referentes à Figura Figura 5.54 Morfologia dos produtos da corrosão do aço corrente formados na PCM-SB: aspecto amorfo. Os óxidos são representados pelas zonas mais salientes, estando um pouco envolvidos na pasta cimentícia como se pode observar nos EDS pela existência de cálcio 107

128 108 Figura 5.55 Espectros EDS referentes à Figura 5.54

129 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS Considera-se que a campanha experimental do trabalho realizado permitiu contribuir para aumentar o conhecimento da actuação dos polímeros como modificadores cimentícios e iniciar novos caminhos de estudo e pesquisa, com base nos resultados obtidos. O estado do conhecimento realizado na 1ª fase deste estudo permitiu fundamentar a campanha experimental no que respeita à selecção das metodologias de ensaio e à interpretação dos resultados que foram sendo obtidos no decorrer do trabalho. As etapas mais importantes deste trabalho foram, por um lado, efectuar um estudo prévio para definir o valor da relação A/C das argamassas a estudar para uma consistência por espalhamento aplicável em obra. Por outro lado, formular as argamassas cimentícias com adição de polímero (PCMs) para uma relação P/C de 15% com a relação A/C estabelecida (0,40). Ainda, formular argamassas cimentícias de referência (CMs) para duas vertentes: a relação A/C fixa (0,40) e a consistência por espalhamento aplicável em obra; e, o teor de ar semelhante às PCMs e a relação A/C fixa, de modo a permitir anular o efeito de introdutor de ar e de plastificante dos polímeros, recorrendo à adição de um introdutor de ar/plastificante. Estas etapas foram cruciais para uma correcta interpretação dos resultados dos ensaios seleccionados. Ao longo da realização do trabalho, os objectivos definidos foram sendo alcançados, as várias argamassas com e sem polímero foram fabricadas contemplando os parâmetros considerados fundamentais para a sua formulação, os ensaios seleccionados foram concretizados e finalizados, os resultados obtidos foram analisados e confrontados com os de outros autores e foi possível concluir que a presença do polímero influencia os fenómenos de carbonatação e de corrosão do aço nas argamassas cimentícias. Considera-se que existe inovação no trabalho realizado porque, por um lado, a campanha experimental debruçou-se sobre uma das áreas específicas de actuação dos polímeros pouco estudada [OKBA et al, 1997] [NEPOMUCENO et al, 2006] cujos resultados dependem de parâmetros característicos de cada metodologia usada e dos constituintes das argamassas ensaiadas e, por outro, os resultados obtidos foram promissores permitindo abrir novas linhas de investigação que irão contribuir para o avanço do conhecimento nesta área. De facto, a campanha experimental realizada para avaliar mais uma propriedade dos polímeros como modificadores cimentícios, a de prevenção da corrosão, é crucial na degradação das estruturas de betão armado e a informação existente nesta área não se encontra harmonizada. Considera-se que falta investigar o modo como determinadas propriedades interferem no fenómeno da corrosão e caminhar para uma harmonização das metodologias de ensaios. 109

130 6.1. CONCLUSÕES Como conclusões gerais do trabalho realizado, salientam-se os seguintes aspectos: foi efectuado o levantamento do estado do conhecimento em relação à degradação do betão devido à corrosão das armaduras induzida por carbonatação e apresentados os métodos e princípios protagonizados na NP EN para esta degradação, resumindo alguns exemplos práticos; a relação A/C foi igual para todas as argamassas produzidas, CMs e PCMs, por ser crucial para o fenómeno da corrosão do aço induzida por carbonatação nos materiais cimentícios e para a trabalhabilidade das argamassas. O valor estabelecido para a relação A/C foi de 0,40 por permitir fabricar argamassas com a trabalhabilidade adequada para a reparação de estruturas de betão (argamassa aplicável em obra, real), embora seja um valor elevado para as PCMs e um valor baixo para as CMs. Para as PCMs, a acção dos polímeros como plastificantes não foi contabilizada, tendo penalizado algumas das melhorias esperadas nas propriedades das argamassas cimentícias pela adição dos polímeros. Para a CM-1, esta relação A/C de 0,4, foi muito reduzida e com a ajuda do superplastificante, tornou a argamassa densa, com baixa porosidade e com uma consequente elevada resistência mecânica. Para a CM-2, o objectivo foi obrigatoriamente manter o valor de A/C igual às outras argamassas e introduzir um teor de ar igual à das PCMs, para anular a acção do polímero como introdutor de ar e, desse modo, permitir avaliar a acção do polímero nos fenómenos a estudar nas argamassas cimentícias; com a utilização de dois polímeros de famílias poliméricas distintas, de estirenobutadieno e acrílica, e de duas argamassas cimentícias de referência, foi possível contribuir para aumentar o conhecimento sobre a actuação dos polímeros na velocidade de corrosão das armaduras induzida por carbonatação nos materiais cimentícios; o presente trabalho deu a conhecer e permitiu aprofundar os conhecimentos da autora na área de trabalho experimental de laboratório, nomeadamente com a preparação de amostras para ensaio, a realização dos ensaios laboratoriais, a avaliação da influência das condições ambientais e do estado de calibração dos equipamentos, bem como a interpretação e análise crítica dos resultados obtidos. Como conclusões específicas do trabalho, salientam-se os seguintes aspectos: os resultados obtidos confirmam a acção de superplastificante e de introdutor de ar dos polímeros nas argamassas cimentícias e o consequente baixo valor da massa volúmica fresca das PCMs; 110

131 com um traço ponderal 1:3 e uma consistência por espalhamento aplicável em obra (100±10%), a relação A/C de uma argamassa cimentícia deve atingir um valor próximo de 0,60 (sem adjuvantes químicos adicionados) e para uma PCM um valor inferior a 0,30; os resultados obtidos confirmam a acção benéfica dos polímeros na resistência à flexão, sem benefício para a resistência à compressão. Os resultados destacaram uma maior eficiência do polímero acrílico, apesar da elevada relação (A t +V ar )/C ; a influência do teor de ar na resistividade na saturação aos 29 dias das argamassas e, para igual teor de ar, a presença do polímero conduz ao aumento da resistividade; a maior eficácia do polímero acrílico na redução da absorção de água por capilaridade, resultado do seccionamento da estrutura capilar pelo elevado do teor de ar introduzido e admitindo-se ainda um eventual efeito hidrofugante na redução da tensão superficial das paredes dos capilares; a maior eficácia dos polímeros, em particular do polímero acrílico (As), na redução da absorção de água à pressão atmosférica, em comparação com as CMs, devido à impermeabilidade conferida pelo filme polimérico característico das argamassas modificadas com polímeros; a influência da relação (A t + V ar )/C na profundidade de carbonatação das argamassas, pois quanto maior esta relação menor é a resistência à carbonatação da argamassa; os resultados obtidos permitiram confirmar o efeito marcante da temperatura e da presença da água na intensidade da corrente e na velocidade de corrosão do aço no interior das argamassas cimentícias; os resultados promissores dos polímeros em inibir a corrosão do aço no interior das argamassas cimentícias já carbonatadas, conservadas a 20 C, 65% HR e 5% de CO 2 ; a maior eficácia do polímero acrílico (As) na inibição da corrosão do aço nas argamassas cimentícias já carbonatadas, conservadas a 38 C e 90% HR, admitindo-se resultar da acção conjunta da colmatação e refinamento dos poros devido à carbonatação e do maior efeito de barreira no acesso de água para o interior da argamassa; a argamassa CM-1 embora com resultados igualmente promissores na prevenção da corrosão do aço induzida por carbonatação, na prática esta argamassa era impossível de ser aplicada manualmente em reparações localizadas de estruturas de betão armado devido à sua muito reduzida trabalhabilidade, quantificada por uma consistência por espalhamento de 81%; a influência do polímero na morfologia e desenvolvimento dos produtos da corrosão do aço, apresentando-se de uma maneira geral menos desenvolvidos na PCM-SB, face a morfologias mais volumosas e mais desenvolvidas, do tipo planares e rosáceas, presentes nas CMs; a cor escura dos produtos de corrosão observados deve-se ao facto destes serem formados com uma menor quantidade de oxigénio. 111

132 6.2. DESENVOLVIMENTOS FUTUROS Os desenvolvimentos futuros que se prevêem para a continuidade do estudo das PCMs para aplicação em reparação de estruturas de betão armado apontam para o aprofundamento do conhecimento da acção dos polímeros no desempenho das PCMs e nos fenómenos ocorridos. Referem-se algumas das principais linhas de desenvolvimento futuro: estudo da influência do tipo e da natureza do polímero na velocidade de corrosão do aço embebido em argamassas cimentícias, com base nos resultados promissores obtidos no presente trabalho; estudo mais abrangente para a avaliação da permeabilidade à água das PCMs, com diferentes metodologias de ensaio, e a sua influência na velocidade de corrosão; análise química mais alargada, nomeadamente com ensaio de difracção dos raios X, de modo a aprofundar o conhecimento da estrutura molecular dos óxidos formados; análise específica e vocacionada para analisar a composição química dos produtos de corrosão de forma a permitir avaliar a presença do polímero na sua constituição; estudo dos parâmetros controladores do fenómeno de carbonatação da argamassa cimentícia com adição de polímeros, de modo a contribuir para aumentar o conhecimento do distinto desempenho das diferentes famílias poliméricas. 112

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136 EN (1998) Products and systems for the protection and repair of concrete structures. Test methods. Determination of compressive strength of repair mortar. EN (2004) Products and systems for the protection and repair of concrete structures. Test methods. Determination of resistance to carbonation. LNEC E 391 (1993) Betões. Determinação da Resistência à Carbonatação, Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Lisboa. LNEC E 394 (1993) Betões. Determinação da absorção de água por imersão. Ensaio à pressão atmosférica. LNEC E 464 (2007) Betões. Metodologia prescritiva para uma vida útil de projecto de 50 a 100 anos face às acções ambientais, Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Lisboa. LNEC E 465 (2007) Betões. Metodologia para estimar as propriedades de desempenho do betão que permitem satisfazer a vida útil de projecto de estruturas de betão armado ou préesforçado sob as exposições ambientais XC e XS, Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Lisboa. pr EN (2001) Products and systems for the protection and repair of concrete structures. Test methods. Determination of resistance of capillary absorption. NP 1379 (1976) Inertes para argamassas e betões. Análise granulométrica. NP EN (2006) Métodos de ensaio de cimentos. Parte 1: Determinação das resistências mecânicas. NP EN (2006) Métodos de ensaio de cimentos. Parte 2: Análise química de cimentos. NP EN (2005) Cimento. Parte1: Composição, especificações e critérios de conformidade para cimentos correntes. NP EN (2007) Betão. Parte 1: Especificação, desempenho, produção e conformidade. NP EN (1998) Adjuvantes para betão, argamassa e caldas de injecção. Métodos de ensaio. Parte 8: Determinação do teor de resíduo seco. NP EN (2000) Ensaios das propriedades geométricas dos agregados. Parte 1: Análise granulométrica. Método de peneiração. NP EN (2003) Ensaios das propriedades mecânicas e físicas dos agregados. Parte 6: Determinação da massa volúmica e da absorção de água. NP EN Produtos e sistemas para a protecção e reparação de estruturas de betão. Definições, requisitos, controlo da qualidade e avaliação da conformidade. 116

137 NP EN (2005) - Produtos e sistemas para a protecção e reparação de estruturas de betão. Definições, requisitos, controlo da qualidade e avaliação da conformidade. Parte 1: Definições. NP EN (2006) - Produtos e sistemas para a protecção e reparação de estruturas de betão. Definições, requisitos, controlo da qualidade e avaliação da conformidade. Parte 3: Reparação estrutural e não estrutural. NP EN (2009) - Produtos e sistemas para a protecção e reparação de estruturas de betão. Definições, requisitos, controlo da qualidade e avaliação da conformidade. Parte 9: Princípios gerais para a utilização de produtos e sistemas. NP EN (2002) Ensaios do betão fresco. Parte 6: Massa volúmica. RILEM TC 154-EMC (2000) Electrochemical techniques for measuring metallic corrosion, Materials and structures, Vol. 33, December, pp

138

139 ANEXO A Anexo A.1 - Determinação da perda ao Fogo do cimento CEM I 42.5R Amostra Toma de Ensaio (g) m Peso do cadinho (g) m 1 Peso do cadinho mais resíduo calcinado (g) m 2 Perda ao fogo bruta (%) Amostra de controlo 1 1,0001 9,1653 9, ,0564 Amostra de controlo 2 1,0009 9,2663 9, ,0176 Amostra de CEM I 42,5R (Alhandra) 1 1,0012 9, ,0955 2,5170 Amostra de CEM I 42,5R (Alhandra) 2 1,0009 9, ,3619 2,4878 Dado que 36,0564%-36,0176%=0,0388% e que 2,5170%-2,4878%=0,0292% sendo estes valores menores que o dobro do desvio-padrão de repetibilidade, sendo este 0,04%x2=0,08%, então o ensaio é válido. O valor de perda ao fogo é de 2,50%. Anexo A.2 Determinação da curva granulométrica da areia Massa seca total (g) M 1 (M 1 ) Massa seca após lavagem (g) M 2 Massa seca dos finos removidos por lavagem (g) M 1 -M 2 601,6 592,3 9,3 A1

140 Dimensão das aberturas do peneiro (mm) Série base + 2 Massa do material retido R i (g) Percentagem do material retido, Pi Ri M1 x100 Material que passa através do peneiro (%) i Pi 125 0,0 100,0 63 0,0 100,0 40 0,0 100,0 31,5 0,0 100,0 20 0,0 100,0 16 0,0 100,0 14 0,0 100,0 12,5 0,0 100,0 10 0,0 100,0 8 0,0 100,0 6,3 0,0 100,0 4 23,8 4,0 96, ,5 19,4 76, ,2 17,8 58,8 0, ,6 32,2 0,25 126,9 21,1 11,1 0,125 43,1 7,2 3,9 0, ,3 1,6 Material restante no fundo P = 0,6 Percentagem de finos que passam pelo peneiro de 63μm: Verificação da conformidade do ensaio: O ensaio é válido. A2

141 Anexo A.3 Determinação do módulo de finura da areia Peso da amostra (g) 1061,6 Malha (mm) Resíduo Resíduos acumulados (%) Peneiro g % Passado Retido.6'' 152,4 0, ,000 0,000 4'' 101,6 0, , '' 76,2 0, ,000 0,000 2'' 50,8 0, , '' 1/2 38,1 0, ,000 0,000 1'' 25,4 0, , /4'' 19,1 0, ,000 0,000 1/2'' 12,7 0, , /8'' 9,52 0, ,000 0,000.nº4 4,76 0,3 0,028 99,972 0,028.nº8 2,38 130,7 12,326 87,646 12,354.nº16 1,19 146,7 13,834 73,812 26,188.nº30 0, ,934 47,878 52,122.nº50 0, ,7 29,677 18,201 81,799.nº100 0, ,4 11,449 6,752 93,248 nº200 0,074 50,3 4,743 2,009 - Refugo - 21,3 2, Totais 1060, ,739 Módulo de Finura 2,7 Anexo A.4 Determinação da massa volúmica e da absorção de água da areia Designação M 1 Massa do agregado saturado com a superfície seca ao ar (g) M 2 Massa do picnómetro contendo o provete de agregado saturado (g) Valor Temperatura da água (ºC) 588, ,9 20 M 3 Massa do picnómetro apenas cheio de água (g) 1532,1 20 M 4 massa de ar do provete seco em estufa (g) 586, ρ ω massa volúmica da água à temperatura registada na determinação de M 2 (Mg/m 3 ) 0, A3

142 Anexo A.5 - Determinação do teor de resíduo seco do polímero SB Amostra Massa do resíduo Massa da toma de Teor de resíduo seco seco (g) polímero (g) (%) Amostra 1 0,705 2,089 33,75 Amostra 2 0,681 2,025 33,63 Dado que teor médio de resíduo seco=33,7%>20%, e que 33,75% - 33,63%=0,12% < 0,80% então o critério estabelecido na norma NP EN é verificado, e o ensaio é válido. Anexo A.6 Humidade Relativa no interior da argamassa Dias desde o início do ensaio Humidade (%) CM-1 PCM-SB PCM-AS 0 52,30 52,70 48, ,30 55,00 55, ,50 61,85 58, ,05 56,20 49, ,20 54,40 52, ,55 55,90 49, ,65 52,00 46, ,85 53,25 44, ,95 51,65 42, ,80 45,45 39, ,60 47,25 39, ,75 50,4 45, ,5 50,15 45, ,55 48,3 46, ,25 49,85 42,85 A4

143 Humidade Relativa (%) CM-1 PCM-SB PCM-AS Tempo (dias) A5

144 ANEXO B Anexo B.1 Resultados das argamassas estudadas pelos autores Ribeiro e Pina Relação P/C (%) Relação A/C Adjuvantes ou polímeros Consistência por Espalhamento (%) Teor de ar (%) Massa volúmica fresca (kg/m 3 ) Resistência à compressão aos 28 dias (MPa) Resistência à flexão aos 28 dias (MPa) Arg. PA (RIBEIRO) 0% 0,63-110,0 4,6% ,4 6,6 A0 (PINA) 0% 0,37 Introdutor de ar/cimento 0,009% 87,0 16,5% ,2 6,7 SB-3 (RIBEIRO) 15% 0,31 Estireno - Butadieno 112,0 6,4% ,2 10,2 A2 (PINA) 15% 0,31 Acrílico 97,0 14,5% ,1 10,0 Relação (A t + V ar )/C Resistividade eléctrica (Ω.m) aos 28 dias Coeficiente de carbonatação (mm/dia 0,5 ) Profundidade de carbonatação acelerada (5% de CO2) (mm) aos 56 dias Profundidade de carbonatação acelerada (1% de CO2) (mm) aos 56 dias Arg. PA (RIBEIRO) 0,61 36,00 1,600 12,0 - A0 (PINA) 0,73-0,301-2,3 SB-3 (RIBEIRO) 0,42 217,90 0,300 2,3 - A2 (PINA) 0,66-0,045-0,3 A6

145 Anexo B.2 Teor de ar Argamassa Teor de ar CM-1 6,0% CM-2 35,0% PCM-SB 11,5% PCM-As 25,0% Anexo B.3 Consistência por espalhamento das argamassas Argamassa Consistência por espalhamento Aspecto CM-1 81,0% CM-2 100,5% PCM-SB 121,0% PCM-As 136,5% A7