Segredos da corrosão VI - ROGERTEC - Produtos do ... · tipos comuns de proteção catódica para...

RECUPERAR • Novembro / Dezembro 200318

Joaquim Rodrigues

Conheça o real comportamento de doistipos comuns de proteção catódica parao concreto armado, com monitoramentopor computador 24 horas por dia.

Indiscutivelmente o único sistema que in-terrompe a corrosão no concreto armado éa proteção catódica com anodos de sacrifí-cio (AS). Ao contrário dos sistemas con-vencionais de tratamento da corrosão comlimpeza da armadura e aplicação de massi-nhas poliméricas inibidoras, grouts, epóxisou epóxis ricos em zinco, que interferem demaneira danosa, aumentando ainda mais oprocesso corrosivo na estrutura (RECUPE-RAR nº 33, 37, 42, 44, 46, 47, 48 e 53), os ASatuam instantaneamente, modificando po-tenciais anódicos para catódicos, com di-reito a teste de São Tomé e monitoramento.O resultado é o domínio absoluto da corro-

são na estrutura, apagando de vez aquelaestória parecida com “o que se conhece nãoé o que acontece ou o que acontece não é oque se conhece”.

O fio da meada

Armaduras e cabos de protensão não sãopassivados pelo ambiente alcalino do con-creto. A passivação é obtida naturalmentepela película de óxidos formada na superfí-cie do aço, quando de sua fabricação. Aalcalinidade do concreto, portanto, não criaa passividade, apenas toma conta dela. Oestado deste filme de óxidos dependerá to-

talmente do clima alcalino que a pasta decimento hidratado ou matriz cimentícia pro-move. Ocorre que, devido ao seu processode cura, concretos são mais ou menos per-meáveis, consoante com uma série de vari-

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Segredos dacorrosão VI

Checando o funcionamento dosanodos de sacrifício no concreto.

CORROSÃO

GLOSSÁRIO

Hidrofilia – propriedade molecular resultante daforte afinidade entre os grupos moleculares da ma-triz cimentícia e a água. Propriedade da matriz ci-mentícia de absorver e reter água.Passivação – redução da velocidade da reaçãoanódica do aço submetido a corrosão.Alcalino – relativo aos álcalis e aos metais alcali-nos monovalentes como sódio, potássio e lítio, cujaoxidação fornece o álcalis.

Continua na pág. 20


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áveis que fazem parte de sua dosagem. Estapermeabilidade aliada à hidrofilia amoitadano ventre da matriz cimentícia deixa, no en-tanto, a porta aberta à penetração de gasescorrosivos e água, sabe Deus acompanha-do de quem. É aí que mora o perigo pois,chegando na superfície do aço, quebram osanto filme de óxidos que passivam a su-perfície, desencadeando processos de cor-rosão generalizados ou localizados. Com umagravante: a perpetuação do ataque devi-do à contaminação da matriz cimentícia queinterefe diretamente no estado alcalino damatriz cimentícia.

Os anodos de sacrifício (AS)

Estes metais, ao serem instalados, mudamo potencial da armadura de corrosivo anó-dico para protegido catódico. Dependen-do do anodo de sacrifício (AS) utilizado,ter-se-á uma proteção abrangente (grandesáreas), como é o caso do tratamento de su-perfície feito com Zinco Termo Projetado(ZTP) ou uma proteção localizada, feita in-serindo-se dentro do concreto,pastilhas,varas ou malha galvânica.

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GLOSSÁRIO

Anodo de sacrifício – um metal ou liga metálicamenos nobre do que o aço da construção e quesofre corrosão galvânica ao ser ligado ao aço.Resistor – componente elétrico que introduz re-sistência num circuito. Sua resistência é convencio-nalmente indicada por um código de cores. Suafunção é controlar a corrente que passa pelo fio.Resistor shunt – resistor de precisão que secoloca paralelo a um circuito, com a função dedesviar a fração conhecida da corrente, permitindosua medição com um amperímetro ( ).

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Este tratamento, conhecido como o únicoque interrompe a corrosão pode facilmenteser checado ou monitorado, bastando umasimples semi-pilha.

Testes e monitoramento

De modo a conferir o funcionamento de al-guns AS, o Instituto de Patologias da Cons-trução realizou uma série de ensaios, cons-truindo 40 blocos de concreto armado, ten-do base de 80cm x 40cm e 15cm de altura.

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Pilhaduracell

Figura 1 - Medida dacorrente de uma pilha.

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vinte blocos fixou-se a Malha Galvâni-ca G na superfície doconcreto, inteligan-do-se a malha à ar-madura externamen-te e cobrindo-secom 2,5cm de arga-massa de cimento eareia aditivada comativador eletroquí-mico G.Os 40 blocos, assimpreparados e expos-tos ao tempo, forammonitorados de for-ma simultânea atra-vés de um sistemade aquisição de da-dos computadoriza-dos. Utilizou-se se-mipilhas (eletrodosde referência) per-

manentes, de dióxido de manganês e de ti-tânio ativado, previamente inseridos noconcreto dos blocos, junto às armaduras,de modo a analisar-se simultaneamente ospotenciais das peças. Estes dois tipos desemipilhas possuem potenciais fixos, assimcomo o tradicional CPV-4 de cobre sulfatode cobre (+316mV), em relação ao eletrodopadrão de hidrogênio (EPH). O potencialpadrão do eletrodo de referência de dióxi-do de manganês (EDM) é igual a +365mV eo de titânio ativado (ETA) é de +150mV.A ligação da película de ZTP e da malhagalvânica com as armaduras foi feita exter-namente de modo a se proceder a leituraapós seu desligamento (instant off). Utili-zou-se um resistor shunt em cada bloco paramedir a corrente circulante.

O objetivo dos testes foi medir a eficiênciados AS à medida que variavam as condi-ções atmosféricas como temperatura, umi-dade, chuva e insolação, além das possí-veis interferências com o concreto original,com a argamassa de cobrimento, com a con-taminação do concreto, com a aplicação detinta sobre o ZTP ou sobre a argamassa defixação da malha galvânica G, com a distân-cia e a relação entre áreas anodo-catodo e,por fim, com as diversas camadas de arma-duras.Todos os 40 blocos de concreto armado,ao serem ensaiados, possuíam exatos trêsmeses de idade.

Resultados com malha galvânica G

Estes 20 blocos de concreto foram previa-mente contaminados com 3% de cloretos,de modo a simular a condição das estrutu-ras à beira mar, industrial ou mesmo em con-tato com águas contaminadas. Nos perío-dos de estiagem que seguiram após a ins-talação da proteção catódica observou-seque o aumento da temperatura influencioudiretamente o comportamento dos blocos,observando-se uma queda no potencial,quer dizer a voltagem despencou para va-lores mais negativos, melhorando aindamais o estado de proteção das armaduras.Veja na RECUPERAR 52 pág. 33, o box Dia-gramas de Pourbaix que situa onde o ferroestá imune à corrosão. Quedas de tempera-tura durante a estiagem, por outro lado, jo-garam o potencial de proteção para valoresmais positivos. No resumo da ópera, ascurvas potencial e temperatura desenvol-veram-se de forma paralela em relação aotempo. Analisando-se a densidade de cor-rente que, efetivamente, responde pela pro-

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Figura 2 - Esquema de monitoramento simultâ-neo dos blocos.

Figura 4 - Os gráficos acimaevidenciam o comportamen-to dos 10 blocos contamina-dos com cloretos esubmetidos ao tempo. Omonitoramento contínuo foide sete dias. Durante esteperíodo a umidade relativamédia apresenta-se emtorno de 71%.

Figura 3 - Blocos tratados com Malha Galvânica G.As armaduras foram interligadas com estribos.

As armaduras foram dispostas em 3 cama-das, ou seja, a 2,4 e 6cm a partir da superfí-cie inferior. Os primeiros 20 blocos foram tra-tados com ZTP em sua base. Nos outros



teção das armaduras, em função do com-portamento da temperatura em períodos deestiagem, observou-se que o aumento docalor aumentou a densidade de corrente de-vido às reações químicas que naturalmentese desenvolvem com a água intersticial den-tro do concreto e argamassa de coberturada malha e que funciona como eletrólito paraas pilhas galvânicas formadas. Os picos,no gráfico densidade de corrente X tempo,informam o aumento natural dos potenci-ais de proteção em direção a valores maisnegativos. É interessante observar nos grá-ficos da figura 3 que a distância AS/arma-dura não promoveu nenhum efeito no com-

armaduras foi previamente “tratada” comepóxi rico em zinco e, propositadamente,deixados pequenos furos na película, demodo a simular a situação real, muito co-mum em obras de recuperação de estrutu-ras. A área de cada metade das armadurasfoi de 1.500cm2. O comportamento dos blo-cos, assim preparados e testados, deixa cla-ro que chuva no concreto faz aumentar acorrente, conduzindo os potenciais paravalores mais negativos, o que significa maisproteção. É interessante notar que, duran-te a chuva, a alta relação anodo-catodo, pro-movida pela pintura epóxica, ou seja, tem-se uma área anódica grande e bem definidaque é o ZTP e apenas pequenos pontoscatódicos na armadura que recebem corren-te de proteção (furos), uma leve reduçãonos valores dos potenciais, muito emboraos valores da corrente sejam aumentados.Parte dos blocos preparados e ensaiadosconforme demonstrado abaixo levou, pos-teriormente, uma pintura epóxica sobre apelícula de ZTP. A figura 6 evidencia que apintura acalma, quer dizer, não deixa os po-

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GLOSSÁRIO

Densidade de corrente – a corrente que flui deou para uma unidade de área de uma superfície doaço.Depolarização – a eliminação ou redução dapolarização por meios físicos ou mecânicos. A de-polarização resulta no aumento da corrosão. Ocor-re com a remoção do fluxo de corrente de proteçãoaplicado.Densidade de corrente – corrente dividida pelaárea da superfície do metal. São usados os termosdensidade de corrente anódica e catódica, signifi-cando a corrente dividida pelas áreas do anodo edo catodo, respectivamente.Polarização – é a mudança do potencial de cir-cuito aberto da armadura (em seu estado originalde corrosão) pela introdução de uma corrente atra-vés da interface concreto/armadura.Cloretos – denominação dos sais do ácido clorí-drico (HCl). Os cloretos mais importantes são ocloreto de sódio (NaCl), parte principal do sal mari-nho, o sal gema (NaCl) extraído do solo, o cloretode cálcio (CaCl2), o cloreto de potássio (KCl) ecloreto de cal [CaCl(ClO], também chamado de calclorada, pó branco, obtido da reação do cloro como hidróxido de cálcio.Semipilha – metal padronizado imerso em umeletrólito apropriado ou adequado, destinado a mediro potencial (voltagem) do aço.Polarização catódica – é a mudança do poten-cial de uma interface em direção a valores maisnegativos, devido ao fluxo de corrente atuante.Potencial de corrosão livre – potencial decorrosão na ausência de imposição de fluxo de cor-rente elétrica para a superfície do aço. Tambémchamado de potencial de circuito aberto.

portamento da densidade de corrente e tam-bém do potencial. Espera-se, naturalmente,que com o correr do tempo a resistividadedo concreto aumente e aí afete a distânciae, consequentemente, a proteção desenvol-vida pelos AS.

Resultados com ZTP

Os outros 20 blocos de concreto armado,também previamente contaminados com 3%de cloretos, foram tratados com ZTP e ana-lisados durante 7 dias, havendo presençade chuvas neste intervalo. Metade de suas

Figura 5 - Chuva, corrente e potencial versus tempo em blocos de concreto armado contaminados com3% de cloretos e tratados com ZTP. Parte de suas armaduras foram previamente “tratadas” com epóxirico em zinco, deixando-se furos na película. Choveu nos dias 5 e 6.

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Figura 4 - Situação dos blocos tratados com ZTP.As barras interligadas com estribos.

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tenciais se manifestarem muito negativa-mente, quer dizer, o AS é pouco solicitado,corrói pouco e dura mais. No 1º e no 8º dianão choveu, constatando-se uma reduçãonos potenciais.A figura 7, abaixo, retrata aquelas situações

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de alta contaminação na zona de recobri-mento junto a primeira camada de armadu-ras e uma contaminação menos intensa nasegunda, muito freqüente em estruturas in-dustriais e marítimas. Repare a importânciada temperatura no comportamento da den-sidade de corrente protetora. Outra impor-tante observação é evidenciada na figura

7: os blocos com armadura dupla expostosà contaminação diferenciada e naturalmen-te submetidos a uma baixa relação anodo-catodo, quer dizer muita armadura (catodo)para pouco anodo (ZTP), apresentam bai-xas densidades de corrente em relação aosblocos com apenas uma camada de arma-dura. Detalhe: a primeira e mais contamina-da camada de armaduras, na zona de reco-brimento, ao contrário do que poderia seimaginar, recebe menor densidade de cor-rente. Por que será?

Conferindo a PC

A relação incestuosa entre ASs e o aço dasarmaduras ou de cordoalhas de proteção érotineiramente verificado pelo chamado cri-tério dos 100mV. A verificação é simples.

Quando o AS é desconectado da armadura,ocorre o desligamento da corrente de pro-teção. Esta atitude faz o potencial das ar-maduras despencar verticalmente (veja Boxna página 25) de um nível de proteção, cha-mado polarizado, para outro sem proteção,fato este atribuído a chamada queda ôhmi-ca, IR, do potencial. Este teste, também cha-

mado de medida da depolarização ou do po-tencial imediatamente de 0,1 a 1 segundoapós o desligamento do AS (instant off),nos informa que uma depolarização mínimade 100mV é considerada indicação de que aestrutura está suficientemente protegida.Os blocos, com dupla contaminação e du-pla armadura, analisados anteriormente, fo-ram submetidos a uma depolarização (figu-ra 8). O que se vê, em ambas as camadasdos blocos, é uma queda lenta do potencialôhmico, IR, quase que por igual, quer dizer,

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Figura 6 - Potencialversus tempo de blocoscontaminados com 4%de cloretos e tratadoscom ZTP. Um compintura epóxica e outrossem, sobre o ZTP.

Figura 7 - Densidade de corrente etemperatura versus tempo de blocos

tratados com malha galvânica G, tendodupla armadura submetida a

contaminação igual e diferenciada.Repare a influência da temperatura no

comportamento da proteção.

de cloretos em todo bloco e apenasuma camada de armadura.

Bloco feito com dupla contaminaçãoe dupla armadura. Zona derecobrimento com envolvimento da1ª camada de amraduras tem 3% eestá situada a 2,5cm da superfíciecom ZTP. O concreto envolvendo a2ª camada tem 1% de contaminaçãoe está situada a 12cm da superfíciecom ZTP.

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Para ter maisinformações sobreCorrosão.

REFERÊNCIAS• Joaquim Rodrigues é engenheiro civil,

membro de diversos institutos nos EUA, emassuntos de patologia da construção. É editore diretor da RECUPERAR, além de consultortécnico de diversas empresas.

• Criteria for the Cathodic Protection ofReinforced Concrete Bridge elements (SHRP-S 359).

• R. Polder, COST 521, Corrosion of Steel inReinforced Concrete Structures, Final Report,ed. R. Weydert, Luxembourg.

• L. Bertolini, M. Gastaldi, MP. Pedeferri, R.Redaelli, Proc. EUROCORR 2001, Riva DelGarda.

• J. Spriestersbach, A. Melzer, J. Wisniewski,A. Winkels, M. Knepper, Proc. EUROCORR.

• J.E. Bennett, C. Firlotte, NACE Corrosion96, paper No. 316, Denver.

• G. Schuten, J. Leegedoor, R. Polder, W.Peelen, Proc. EUROCORR 2001, Riva DelGarda.

• J.P. Broomfield, Int. J. Restoration ofBuildings, 6.

• O. Vennesland, M. Raupach, J. Mc Carter,COST 521, Corrosion of Steel in ReinforcedConcrete Structures, Final Report, ed. R.Weydert, Luxembourg.

• EN 12696, Cathodic protection of steel inconcrete, 2000.

• L. Stockert, M. Hofmann, J. Hümmer, Proc.EUROCORR.

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muita armadura (catodo para pouco anodo(ZTP) devido, certamente, à alta condutivi-dade (ou baixa resistividade) do concreto.É interessante comparar com o gráfico doBox do critério da queda da polarização.Em resumo, verificou-se que a corrente deproteção e a consequente polarização sãodependentes de diversos parâmetros liga-dos à condição atmosférica. Ambos os sis-temas, ZTP e malha galvânica G analisados,funcionaram adequadamente.

Figura 8 - Medida da queda de polarização feita nos blocos com dupla camada de armadurassubmetidos a contaminação diferenciada.

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