Comportamento de concreto armado com adição de resíduos de tijolo cerâmico moído frente à corrosão por cloretos

Behaviour of reinforced concretes with addition of ground clay bricks waste in relation to corrosion by chlorides

Comportamento de concreto armado com adição de resíduos de tijolo cerâmico moído frente à corrosão por cloretos

Behaviour of reinforced concretes with addition of ground clay bricks waste in relation to corrosion by chlorides

Gibson Rocha Meira^I; Pablo Ramon Rodrigues Ferreira^I; Valdith Lopes Jerônimo^I; Arnaldo Manuel Pereira Carneiro^II

^IInstituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba, João Pessoa - PB - Brasil

^IIUniversidade Federal de Pernambuco, Recife - PE - Brasil

^{Endereço para correspondência}

RESUMO

Com o intuito de analisar o comportamento de concretos com substituição de cimento por resíduo de tijolo cerâmico moído (RTM) frente à corrosão por cloretos, foram moldados corpos de prova (CPs) de concreto armado de 80 x 80 x 80 mm, com faixas de substituição do RTM de 0 %, 10 % e 30 % e fator água/aglomerante de 0,55. Após uma cura úmida de 7 dias e em ambiente de laboratório até 180 dias, os CPs foram submetidos a ciclos de imersão e secagem em solução de NaCl 1M. Uma vez identificada a despassivação das armaduras, perfis de cloretos livres e totais foram obtidos. Os resultados mostram que, embora haja uma pequena diminuição da resistência mecânica e do teor crítico de cloretos com a incorporação de RTM ao concreto, os concretos com RTM tendem a apresentar uma redução da sua capacidade de transporte de massa, que pode se sobrepor ao aspecto anterior e alongar o período de iniciação da corrosão.

Palavras-chaves: Concreto. Resíduo de tijolo. Durabilidade. Corrosão por cloretos.

ABSTRACT

With the aim of analysing the behaviour of concrete with replacements of ground clay bricks waste (GCBW) under reinforcement corrosion by chlorides, reinforced concrete specimens with 80 x 80 x 80 mm were cast. The replacements were set at 0 %, 10 % and 30 % of cement weight and the water to cement ratio at 0.55. After a 7-day wet curing and in a laboratory environment until the 180th day, the specimens were subjected to wetting and drying cycles in a 1M sodium-chloride solution. After identification of depassivation of the reinforcement, total and free chloride profiles were obtained for each specimen. The results show that, although there is a slight decrease in compressive strength and in critical chloride content with GCBW addition to concrete, concretes with GCBW tend to show a reduction in mass transport ability, which can override the previous aspect and extend the initiation period of corrosion.

Keywords: Concrete. Clay bricks waste. Durability. Chloride corrosion.

Introdução

A confecção de concretos com o uso de resíduos da construção civil (RCC) vem sendo estudada desde o fim da Segunda Guerra Mundial, acerca de sua viabilidade técnico-econômica de cunho sustentável (OLORUNSOGO; PADAYACHEE, 2002; BEKTAS, 2014). Esses estudos envolvem a avaliação das propriedades mecânicas do concreto (LEVY, 2001; LEITE, 2001), a viabilidade econômica de seu emprego (OLIVEIRA; MATTOS; ASSIS, 2001; VIEIRA; DAL MOLIN, 2004), o processo de hidratação e a formação de compostos do cimento com resíduos (TYDLITÁT et al., 2012; VÁZQUEZ et al., 2014), o transporte de massa na matriz cimentícia (TOLEDO FILHO et al., 2007; ZONG; FEI; ZHANG, 2014) e alguns estudos de durabilidade (OLORUNSOGO; PADAYACHEE, 2002; VIEIRA; DAL MOLIN, 2004; VAZQUEZ et al.,2014; BEKTAS, 2014).

A composição dos resíduos da construção civil (RCC) pode apresentar significativa variabilidade. Contudo, os resíduos oriundos de materiais cerâmicos representam grande fatia da composição do RCC, com quantitativos que assumem 26% para Porto Alegre, 48% para Maceió, 21% para Campinas e 14% para Salvador. Essa fatia é de 32% para a Holanda e de 35% para Taiwan (LEITE, 2001; VIEIRA; DAL MOLIN, 2004).

A inserção desses resíduos no concreto pode ser feita por substituição dos agregados ou substituição parcial do cimento. A maior parte dos estudos se concentra na substituição de agregados naturais por agregado reciclado de RCC (LEITE, 2001; VIEIRA; DAL MOLIN, 2004; TYDLITÁT et al., 2012). Estudos focados na avaliação de concretos com substituição de cimento por resíduos cerâmicos ainda são poucos (VEJMELKOVÁ et al., 2012; TOLEDO FILHO et al., 2007).

Considerando a substituição de agregado graúdo por agregado reciclado de RCC, o trabalho de Levy (2001) mostra que a resistência mecânica do concreto não é afetada até a faixa de 20% de substituição, seguida por quedas drásticas até 100% de substituição. Nesse contexto, Vázquez et al. (2014) observaram um sutil aumento na resistência à compressão até a faixa de 20% de substituição, seguida de queda nessa propriedade. Por outro lado, Zong, Fei e Zhang (2014) relatam que a resistência mecânica diminui com a substituição de agregado graúdo natural por agregados reciclados de resíduos de tijolos. Levy (2001) e Zong, Fei e Zhang (2014) acrescentam que há queda da massa específica do material e aumento na absorção total.

Levando em consideração a substituição do cimento por resíduo de tijolo moído (RTM), Toledo Filho et al. (2007) e Vejmelková et al. (2012) observaram que a resistência mecânica do material tende a aumentar até uma faixa máxima de substituição entre 10% e 20%; em seguida, a resistência diminui consideravelmente.

Com relação à hidratação de pastas com substituição de cimento por RTM, Tydlitát et al. (2012) relatam que o calor de hidratação diminui significativamente com a substituição do cimento por esse tipo de resíduo reciclado, uma vez que o uso desse material retarda a hidratação do C₃S. Esses autores também concluem que as substituições estudadas têm efeito sobre a hidratação do cimento, até o limite de substituição de 20%, e o percentual excedente atua essencialmente na forma de filler.

Sobre a alcalinidade de concretos com a incorporação RTM, percebe-se que há redução gradativa no pH com a adição do resíduo. Vejmelková et al. (2012) observaram que os concretos de referência apresentam valores de pH da água de lixiviação da ordem de 12, após 60 dias de imersão em água destilada, enquanto concretos com substituição de 60% do cimento por RTM apresentaram pH da água de lixiviação da ordem de 11, demonstrando a redução de alcalinidade em função da incorporação do RTM.

Assim como os concretos convencionais, os concretos com a incorporação de resíduos cerâmicos reciclados também estão sujeitos a processos de degradação decorrentes da ação ambiental. A ação dos cloretos representa uma importante fonte de degradação das estruturas de concreto armado, devido à corrosão das armaduras. Ensaios que avaliam o transporte de cloretos na matriz cimentícia, quer seja com a aplicação de campo elétrico ou não, buscam obter parâmetros que quantifiquem esta maior ou menor habilidade de transporte e são amplamente utilizados como instrumentos de comparação entre distintas mesclas de concreto, ou na avaliação do período de iniciação da corrosão (TUUTTI, 1982).

A partir de perfis de concentração de cloretos, a segunda Lei de Fick tem sido adotada para avaliar o transporte por difusão de cloretos no concreto, empregando-se, para tal, a Equação 1, onde C(x,t) é a concentração dos cloretos na profundidade xe no tempo t; C₀ é a concentração inicial de cloretos no interior do concreto; C_s é a concentração de cloretos na superfície doconcreto; erf é a função de erro de Gauss; e D é o coeficiente de difusão. Embora a Equação 1 tenha as limitações de assumir C_s e D constantes, fato este que não corresponde à realidade (ANDRADE; CASTELLOTE; D'ANDREA, 2011), esta ainda é amplamente utilizada, dada sua facilidade de aplicação.

Considerando o comportamento do coeficiente de difusão em matrizes com a incorporação de resíduos cerâmicos reciclados, Zong, Fei e Zhang (2014), estudando concretos com a incorporação de agregados de resíduos cerâmicos, obtiveram aumento de pouca expressão nesse parâmetro, até a faixa de 30% de substituição, seguido por aumentos significativos até o nível de substituição de 50%. Por outro lado, Vejmelkova et al. (2012), estudando concretos com a adição de RTM em substituição ao cimento, apesar de não terem avaliado diretamente o transporte de cloretos, obtiveram bom desempenho de concretos com níveis de substituição até 20%, quer seja em relação à resistência mecânica, quer seja em relação a ensaios relacionados à durabilidade, como absorção de água.

Tomando como referência que o período de iniciação da corrosão se finaliza com a despassivação da armadura (TUUTTI, 1982), a quantidade de cloretos necessária para desencadear esse processo (teor crítico de cloretos) depende das características da matriz cimentícia, em especial do pH da solução dos poros do concreto (HAUSMANN, 1967). Nesse sentido, o uso de adições minerais costuma contribuir para a redução do teor crítico, em função do consumo de hidróxidos nas reações pozolânicas (MEIRA et al., 2014). A Figura 1 apresenta resultados relativos ao teor crítico de cloretos para concretos com a incorporação de adições minerais tradicionais, como, por exemplo, sílica ativa, cinza volante e escória de alto-forno, o que corrobora o anteriormente comentado. No entanto, ainda há carência de estudos sobre o tema para matrizes que empregam materiais reciclados de resíduos cerâmicos.

Como se pode observar, ainda há forte carência de estudos focados na durabilidade de concretos com a incorporação de materiais reciclados de resíduos cerâmicos, em especial no que se refere à corrosão de armaduras. Esse aspecto, aliado ao significativo volume de RTM gerado pelas indústrias de cerâmica vermelha (VIEIRA, 2005), denota a importância da realização de estudos sobre durabilidade que considerem o emprego do RTM em matrizes cimentícias.

Partindo desse pressuposto e considerando a corrosão de armaduras desencadeada por cloretos, o presente trabalho tem por objetivo analisar o comportamento de concretos armados com substituição do cimento por RTM com relação à penetração de cloretos, ao comportamento eletroquímico das armaduras e ao teor crítico de cloretos. A escolha do RTM, como substituto do cimento, se baseou não só no aspecto ambiental de redução do consumo de clínquer mas também na perspectiva de atividade pozolânica do material, conforme discutido na seção Materiais empregados.

Materiais e programa experimental

Materiais empregados

Para a confecção dos corpos de prova de concreto, foram empregados os seguintes materiais: água, areia, brita, RTM e cimento Portland. A água utilizada neste trabalho foi potável, fornecida pela concessionária local, com teor médio de cloretos de 1,3 mg/l. O agregado miúdo foi uma areia quartzosa média de cava, com dimensão máxima característica de 4,8 mm e módulo de finura de 3,06. O agregado graúdo foi brita granítica, com dimensão máxima característica de 9,5 mm e modulo de finura de 6,87. A Figura 2 mostra a distribuição granulométrica dos agregados empregados, com suas porcentagens acumuladas e individuais.

O RTM empregado foi originário da indústria de cerâmica vermelha (tijolos cerâmicos) e foi moído em moinho de bolas até uma finura aproximada de 5.000 cm²/g, medida através de permeabilímetro Blaine (ABNT, 1998). Os resultados das caracterizações física e química do RTM estão dispostos na Figura 3 e na Tabela 1. A caracterização química do RTM foi feita através de fluorescência de raios X, empregando-se um espectrômetro de fluorescência de raios X, marca Rigaku, modelo RIX 3000. A soma dos óxidos de ferro, alumínio e sílica são maiores que 70%, como determina a NBR 12653 (ABNT, 2012b), para materiais pozolânicos. Segundo a NBR 5752 (ABNT, 2012a), o RTM empregado apresenta atividade pozolânica, com índice de atividade pozolânica de 86%. Em função desse aspecto, esse material foi empregado como substituição ao cimento.

Com relação ao cimento, optou-se por um cimento Portland CPV - ARI, devido a seus baixos níveis de adição na fabricação. As características físicas e químicas desse cimento estão na Tabela 1, e sua granulometria a laser, na Figura 4. Empregaram-se, para tal, os mesmos ensaios adotados para o RTM.

Dosagens e confecção dos corpos de prova

Concretos com relação água/aglomerante 0,55 e com 0%, 10% e 30% de RTM em substituição, em massa, ao cimento foram empregados. A relação água/aglomerante de 0,55 foi adotada em função de ser habitual em obras da região e representar uma situação mediana da rede porosa do concreto. A Tabela 2 apresenta as dosagens empregadas neste trabalho, bem como os resultados de resistência à compressão e absorção de água, realizados aos 28 e 180 dias.

Para os ensaios de resistência à compressão e absorção de água, empregaram-se corpos de prova cilíndricos de 100 mm x 200 mm, desmoldados com 24 h e curados por 7 dias em imersão total de água saturada com cal. Após o tempo de cura, foram dispostos em ambiente de laboratório até a realização do ensaio. A cura de 7 dias foi adotada em função de sua maior proximidade com as condições praticadas em obra.

Para os ensaios de indução da corrosão por cloretos, os corpos de prova (CPs) tiveram dimensões de 80x80x80 mm. Em cada CP, duas barras de aço CA-50 de 6,3 mm de diâmetro foram dispostas, conforme mostra a Figura 5. As barras foram cortadas com 100 mm de comprimento e foram previamente limpas mediante escovação mecânica. Esse procedimento teve por objetivo não haver muita distância da condição de aplicação em obra. Logo após, as extremidades das barras foram envoltas por fita adesiva de PVC, de modo a propiciar uma longitude exposta de 30 mm. As barras foram posicionadas com cobrimento de 20 mm; em seguida, ocorreu a moldagem dos CPs. A desmoldagem aconteceu após 24 h da moldagem e a cura foi realizada por 7 dias em câmara úmida (UR de 95±2% e T 25±5 ºC). Após essa cura, os CPs foram dispostos em ambiente de laboratório até atingir uma microestrutura mais estável (180 dias) e, em seguida, foram pintados com resina epóxi em quatro das seis faces, com o intuito de simular um fluxo unidirecional dos cloretos. Foram utilizados três CPs (seis barras) para cada condição de ensaio analisada.

Ensaio acelerado de indução da corrosão por cloretos

O ensaio de indução da corrosão por cloretos foi feita por meio de ciclos de imersão e secagem. Esse tipo de ensaio caracteriza-se por submeter os corpos de prova a períodos de imersão (total ou parcial) em solução agressiva e posterior secagem (em ambientes de laboratório ou estufas). Neste trabalho, empregou-se imersão total de 3 dias em solução de cloreto de sódio 1M e secagem em estufa a 40 ºC por 4 dias. A renovação da solução foi feita a cada 2 ciclos, com o objetivo de minimizar o efeito de alteração de sua concentração em função do transporte de cloretos para o interior do concreto e eventual evaporação de água.

A escolha da solução empregada se deu pelo fato de a solução de cloreto de sódio 1M ser a mais empregada na literatura (GLASS; HASSANEIN, 1997; PAGE et al., 2002; VIEIRA, 2003; SILVA, 2006). Quanto aos ciclos, os períodos de imersão/secagem mais empregados são de 3 dias para imersão e de 4 dias para secagem ou de 2 dias para imersão e de 5 dias para secagem (GJΦRV; VENNESLAND, 1979; CABRAL, 2000; SANTOS, 2006, ANGST et al., 2011), optando-se pela primeira forma. No que se refere à forma de secagem, há, na literatura, certo equilíbrio entre a secagem em ambiente de laboratório (WHEAT, 2002; TAVARES; COSTA; ANDRADE, 2006; ANGST et al., 2011) e a secagem em estufa, com temperatura variando entre 40 e 50 ºC (VIEIRA, 2003; TAVARES; COSTA; ANDRADE, 2006; KISHIMOTO, 2010). No presente caso, optou-se pela secagem em estufa, em função da redução do tempo de ensaio.

No método empregado (ciclos de imersão e secagem), a sucção capilar, que se caracteriza pela penetração dos íons cloretos na rede porosa do material por tensões capilares (ANGST;VENNESLAND, 2008), prevalece nas camadas superficiais do concreto. No entanto, nas camadas mais profundas, onde a perda de água não é tão acentuada durante a secagem, também ocorre difusão (MEIRA et al., 2010). Entre os métodos empregados no cenário nacional, esse é o mais difundido, o que também motivou sua escolha no presente estudo. A Figura 6 apresenta imagens desse ensaio, com as etapas de imersão em solução (Figura 6a) e secagem em estufa (Figura 6b).

Monitoramento eletroquímico e análise química

O monitoramento das barras nos CPs foi realizado através da técnica eletroquímica de resistência de polarização com compensação da queda ôhmica e de medidas do potencial de corrosão em circuito aberto. O equipamento empregado nas leituras foi um ponteciostato de bancada, modelo GILL AC da ACM Instruments (Figura 7a). Para a realização das medidas, empregou-se um eletrodo de referência de Cu|CuSO₄ (ESC) e um contraeletrodo de aço inoxidável, mantendo-se todo o conjunto em uma gaiola de Faraday, para evitar interferências externas (Figura 7b). As leituras foram feitas sempre após as imersões na solução agressiva, o que se processou até a detecção da despassivação da barra. A técnica de resistência de polarização (Rp) tem sido amplamente empregada na literatura com o objetivo de detecção da despassivação das armaduras e estudos sobre o teor crítico de cloretos (ANGST; VENNESLAND, 2008; MEIRA et al., 2014) e alia uma resposta eficiente em relação à identificação da instalação do processo de corrosão com a rapidez das medidas. Nesse sentido, esses foram os motivos de sua adoção no presente estudo.

Leituras de potencial de corrosão mais eletronegativas que -350 mV (ESC) e densidade de corrente superiores a 0,1 µA/cm², acompanhadas de um salto nessas medidas, foram utilizadas como critérios para identificar o momento da despassivação, conforme recomenda a literatura (CASCUDO, 1997; AMERICAN..., 2009; ANGST; VENNESLAND, 2008). Quando identificados tais requisitos simultaneamente e realizadas duas leituras consecutivas, de modo a comprovar a despassivação, os CPs eram retirados de ensaio.

Comprovada a despassivação de alguma armadura, a barra despassivada era removida do CP e eram extraídas as amostras para obtenção dos teores de cloretos. Para isso, seguiram-se as seguintes etapas: primeiro procedia-se à separação do CP em duas partes, com um disco de corte diamantado, o que resultava em dois CPs com uma barra em cada um; aquele cuja barra encontrava-se despassivada era suavemente rompido, no sentido do alinhamento da barra, utilizando-se martelo e talhadeira. Uma vez identificada a presença do(s) pite(s), havia a marcação de sua distância até a superfície do CP e das amostras a serem extraídas,para, então, a barra ser removida do CP. Essas amostras eram compostas de uma amostra superficial, representada pelo primeiro milímetro mais superficial, e mais quatro amostras de 5 mm, obtidas em camadas sucessivas, as quais eram extraídas empregando-se a mesma ferramenta de corte, removendo-se 3 mm das faces pintadas para descarte da camada de epóxi.

Após a extração das amostras, elas eram pulverizadas manualmente, com o emprego de um almofariz e pistilo, peneiradas em uma peneira número 100 e imediatamente imersas em acetona, de modo a evitar sua carbonatação. Essas amostras foram empregadas em análises químicas para determinação dos teores de cloretos livres e totais. A preparação dessas amostras para titulação seguiu as recomendações do RILEM (2002a, 2002b), e a determinação dos teores de cloretos livres e totais foi realizada a partir da técnica de titulação potenciométrica, seguindo as recomendações da ASTM C114 (AMERICAN..., 1992). Para tal, empregou-se um titulador automático, modelo Titrino, da Metrohm.

Resultados

Monitoramento eletroquímico

Os resultados do monitoramento eletroquímico (potencial de corrosão e densidade de corrente instantânea de corrosão) estão apresentados nas Figuras 8, 9 e 10. As faixas indicadoras do risco de corrosão para as medidas de potencial (AMERICAN..., 2009) e do nível de corrosão para as medidas de corrente (CIGNA et al., 1997) foram incorporadas às referidas figuras. Os resultados mostram queda brusca do potencial de corrosão das barras e aumento, também brusco, na densidade de corrente de corrosão, com o avanço dos ensaios acelerados de indução da corrosão. Para todos os traços em questão, percebe-se essa tendência. Esse comportamento é típico para os casos de despassivação por cloretos, conforme se observa em outros trabalhos (CASTRO; VÉLEVA; BALACÁN, 1997; GARCÍA-ALONSO et al., 2010; ANGST et al., 2011).

Para um mesmo traço, observa-se claramente variação no tempo de despassivação de cada barra, porém há uma tendência geral de despassivação na sequência C4 10%, C4 REF e C4 30%, com uma boa aproximação entre os dois primeiros. O tempo médio de despassivação e seu desvio padrão foi de 42 ± 18 dias para C 10%, 50 ± 6 dias para C REF, e 82 ± 34 dias para C 30%.

Perfis de cloretos

As Figuras 11, 12 e 13 apresentam os resultados obtidos para os perfis de cloretos (totais e livres), a partir das titulações potenciométricas.

Conforme esperado, percebe-se redução nos teores de cloretos livres e totais com o aumento da profundidade. No entanto, há formação de um pico de concentração interna nas primeiras camadas desses perfis, caracterizando o que se chama de perfil em duas zonas. Esse tipo de perfil caracteriza-se por apresentar uma concentração máxima de cloretos distante alguns milímetros da superfície do concreto, que delimita uma zona onde a absorção capilar é o principal mecanismo de transporte e uma zona mais interna, onde prevalece o mecanismo de transporte por difusão (CASTRO; DE RINCÓN; PAZINI, 2001).

Esse comportamento é explicado pela característica do método de indução da corrosão adotado, que se baseia em ciclos de umectação e secagem, o que favorece uma troca de umidade mais intensa nas camadas mais superficiais (CASTRO; DE RINCÓN; PAZINI, 2001; MEIRA et al., 2007). A formação de perfis de cloretos em duas zonas é relativamente comum e foi observada por diversos autores (CASTRO; DE RINCÓN; PAZINI, 2001; LEVY, 2001; MEIRA et al., 2007; COSTA; APPLETON, 2007; ANGST et al., 2011), sempre com a formação de picos nas camadas mais superficiais.

Ao se compararem os perfis de cloretos totais e livres, observa-se, além de um incremento nas concentrações para cloretos totais, uma intensificação desses picos, o que se explica pela fixação de cloretos na matriz cimentícia.

Com relação à incorporação de resíduos em substituição ao cimento, percebe-se que, com o aumento no teor de RTM, há um pequeno aumento nas concentrações de cloretos livres e totais nas camadas mais superficiais, especialmente para a taxa de substituição de 30%, explicado pelo maior período de exposição à solução agressiva.

Análise e discussão dos resultados

Parâmetros eletroquímicos

Através das Figuras 8, 9 e 10, pode-se observar que, para as primeiras idades, os corpos de prova de referência apresentaram a tendência de leituras de potencial menos eletronegativas e correntes mais baixas, seguindo-se das dosagens C 10% e C 30 %. Isso se explica pelo maior consumo de cimento da dosagem de referência, que proporciona maior alcalinidade na solução dos poros do concreto (Tabela 2) e, portanto, melhor estabilidade da película de passivação (PAGE, 1975; ANGST; VENNESLAND, 2008). Contudo, isso não se traduz em maior tempo para despassivação, uma vez que as dosagens com maior teor de RTM contribuem para a fixação de uma maior quantidade de cloretos na matriz e apresentam menor velocidade de transporte de cloretos, conforme se discute na seção seguinte.

Com o objetivo de analisar a relação entre o potencial de corrosão (E_corr) e a densidade de corrente de corrosão (i_corr), elaborou-se a Figura 14, que mostra o comportamento relativo desses dois parâmetros. Apesar de haver certa dispersão, dado o caráter estocástico do processo de corrosão, pode-se observar uma relação linear inversa entre o potencial e o logaritmo da corrente, conforme já observado por outros autores (ANDRADE, 1988; VIEIRA, 2003; ANGST et al., 2011).

Considerando as dosagens e a relação linear entre E_corr e o logaritmo de i_corr, foram realizadas regressões lineares para as diferentes dosagens (Figura 14). Os resultados indicam a tendência de deslocamento para cima das retas representativas das dosagens com adição de RTM, o que significa que, para um mesmo potencial de corrosão, as densidades de corrente de corrosão são superiores para as dosagens com adição de RTM. Esse comportamento corrobora o anteriormente comentado em relação a uma melhor formação da película de passivação para a dosagem de referência.

Transporte de cloretos

Considerando os perfis de cloretos em duas zonas, conforme comentado na seção Perfis de cloretos, é possível analisar o comportamento desses a partir da zona mais interna, onde prevalece o transporte por difusão, considerando um perfil reescalonado, conforme mostra a Figura 15 (ANDRADE; ALONSO, 1997; MEIRA et al., 2010). Com base no perfil reescalonado, a concentração máxima observada nas camadas internas mais superficiais passa a ser a nova concentração superficial do perfil reescalonado, mantendo-se os demais pontos internos do perfil, com o novo referencial de profundidade a partir do ponto de concentração máxima. Esse foi o procedimento adotado no presente estudo para avaliar o comportamento do coeficiente de difusão e demais parâmetros relacionados ao transporte de cloretos, nas dosagens estudadas.

A obtenção do coeficiente de difusão (D) e da concentração superficial (C_s) de cloretos no concreto se deu a partir de ajustes aos perfis experimentais de cloretos livres com base na segunda Lei de Fick (Equação 1), cujos resultados são apresentados na Tabela 3. Embora, na literatura, seja comum esse tipo de ajuste também para cloretos totais, optou-se por apresentar aqueles relativos aos perfis de cloretos livres, em função de serem esses cloretos os que efetivamente são transportados. Cabe ressaltar que esses ajustes são uma simplificação da realidade, em que a concentração superficial e o coeficiente de difusão variam em função do tempo, e a relação entre cloretos livres e combinados varia em função das condições de equilíbrio químico, em cada profundidade. Nessas regressões, consideraram-se os perfis de cloretos no momento da despassivação. Dessa forma, estes representam parâmetros obtidos com menores diferenças em relação aos efeitos da idade sobre aporosidade,quando observado o longo período de cura/repouso (180 dias). Portanto, esse aspecto deve ser ponderado nas considerações aqui realizadas.

Percebe-se que a concentração superficial (C_s) não obteve variação significativa entre os corpos de prova de referência e com 10% de RTM, porém,para a dosagem C 30%, há aumento considerável na concentração em questão, o que se explica pelo maior tempo de exposição e por sua maior capacidade de fixação de cloretos na matriz, conforme se pode verificar na Tabela 4, que apresenta a relação entre cloretos combinados e totais, sobre os quais se discute a seguir. Dispersões significativas (entre 20% e 35%) nos valores do parâmetro aqui analisado são usuais na literatura e representam, além da heterogeneidade dos materiais, limitações dos procedimentos de ensaio e ajustes adotados (ANGST et al., 2011).

Os coeficientes de difusão foram obtidos a partir de regressões empregando-se a segunda Lei de Fick no ato da despassivação, tendo como consequência valores de D em distintas idades. No entanto, o longo período de cura/repouso dos CPs contribuiu para estabilizar a matriz cimentícia e, certamente, minimizou a influência da diferença de idade no coeficiente de difusão, possibilitando compará-los de forma geral. A Figura 16 mostra o coeficiente de difusão e o índice de vazios,considerando os diversos teores de substituição do cimento. Observa-se, nessa figura, que, assim como há uma leve tendência de redução do índice de vazios com o incremento da quantidade de RTM, também há redução no coeficiente de difusão no mesmo sentido. Esse comportamento do coeficiente de difusão pode ser explicado através de dois aspectos: primeiro, e com menor influência, embora a ação pozolânica não tenha sido capaz de reverter o comportamento da resistência dentro do período analisado (180 dias), devido à baixa reatividade do RTM, é possível que as alterações provocadas pelas reações pozolânicas (refinamento de poros e aumento de tortuosidade) tenham começado a impactar nas medidas de absorção e no transporte de cloretos; segundo, e com maior impacto no transporte de cloretos, a maior capacidade de fixação de cloretos dos concretos com adição de RTM, conforme se pode observar na Tabela 4.

A Tabela 4 expõe a relação entre cloretos combinados e totais para as diversas profundidades de amostra analisadas. Portanto, os valores apresentados representam médias e desvios de seis amostras para cada condição analisada. É possível verificar uma leve tendência de maior fixação de cloretos para as matrizes com incorporação de RTM, que pode ser explicada não só pela combinação com os aluminatos aportados pelo resíduo como também por uma fixação em outras estruturas hidratadas, como o CSH, por exemplo (ENEVOLDSEN; HANSSON; HOPE, 1994).

Teor crítico de cloretos

Os valores de teores críticos foram obtidos a partir dos ajustes da segunda Lei de Fick aos perfis experimentais obtidos após a constatação da despassivação, considerando-se os perfis reescalonados e a menor distância entre a superfície do concreto e o pite de corrosão na barra. Assim, com essa profundidade, obtinha-se a concentração de cloretos no perfil ajustado, a qual foi assumida como concentração crítica. Esse procedimento foi empregado tanto para os teores de cloretos totais como para os livres. Após a obtenção dos valores de teores críticos, adicionalmente, foi empregada a técnica estatística de Chouvenet, para análise dos dados espúrios, o que permitiu o emprego de dados mais consistentes e representativos da amostra. A Figura 17 mostra os resultados médios e desvios dos teores críticos para cloretos totais e livres após a utilização da referida técnica.

A partir da Figura 17, percebe-se uma queda nas concentrações críticas de cloretos livres e totais para início do processo de corrosão com o incremento da quantidade de RTM. Considerando que a formação da película passivadora e sua estabilidade eletroquímica é fortemente influenciada pelo pH da solução dos poros do concreto (TREADAWAY, 1988; ANGST; VENNESLAND, 2008), observa-se que a redução de pH provocada pela incorporação do RTM (Tabela 2) contribui para diminuir o teor crítico de cloretos. Esse comportamento converge com resultados de outros autores, que trabalharam com outros tipos de adição mineral, conforme pode ser visto na Figura 1. A faixa de valores obtida para cloretos totais também condiz com aquelas observadas na literatura, indicando que, embora haja redução no teor crítico de cloretos com o emprego do RTM, essa redução se mantém em patamares compatíveis com o emprego de outras adições mais tradicionais.

Considerando o caso específico do teor crítico de cloretos totais, o incremento da adição de RTM contribui para o aumento do teor de cloretos combinados (6% para os concretos C 10% e 14,5% para os concretos C 30%), o que, por sua vez, contribui para reduzir a diferença em relação ao concreto de referência, mas não o suficiente para alterar a tendência geral de decréscimo do teor crítico.

Análise geral em relação à corrosão

Embora a adição de RTM conduza a uma diminuição inicial da resistência mecânica do concreto, essa redução tende a ser minimizada com o tempo (Tabela 2), mantendo-se dentro de patamares aceitáveis (abaixo de 20% para 180 dias), o que revela a ação pozolânica do RTM (JERÔNIMO et al., 2013). Esse efeito possivelmente contribuiu para o refinamento dos poros e aumento da tortuosidade, e, embora não tenha sido capaz de reverter o comportamento da resistência no período analisado (180 dias), é possível que tenha começado a impactar nas medidas de absorção. Como consequência desses últimos aspectos e, principalmente, da maior capacidade de fixar cloretos das matrizes com RTM, a velocidade de transporte de cloretos nos concretos com RTM é reduzida, o que contribui para o incremento do período de iniciação da corrosão (considerando-se apenas os aspectos supramencionados).

Quando essa análise se soma ao comportamento do teor crítico de cloretos, observa-se que, no caso do emprego de 10% de RTM, o efeito de redução desse teor se sobrepõe ao ganho na redução da velocidade de transporte de cloretos, reduzindo levemente (16%) o período de iniciação da corrosão para essa dosagem. Fato inverso ocorre em relação ao emprego de 30% de RTM, que faz prevalecer a redução significativa na velocidade de transporte, prolongando o período de iniciação da corrosão.

Conclusões

A adição de RTM ao concreto tende a reduzir a resistência mecânica do material. Contudo, essa redução é minimizada com o avanço das reações pozolânicas ao longo do tempo.

A adição de RTM contribui para a redução da velocidade de transporte dos íons cloreto, refletindo-se nos valores do coeficiente de difusão. Esse comportamento decorre da maior capacidade de fixação de cloretos na matriz cimentícia dos concretos com RTM e, possivelmente, também por um refinamento dos poros e aumento da tortuosidade da rede porosa.

Os valores dos teores críticos de cloretos livres e totais tendem a diminuir com a substituição de cimento por RTM, em virtude da redução de alcalinidade dos concretos que incorporam esse tipo de resíduo.

Por fim, é importante colocar que, embora ocorra redução de resistência com a incorporação de RTM ao concreto, ela se mantém dentro de limites aceitáveis com o avanço da hidratação do material (abaixo de 20% para 180 dias). No que se refere à corrosão de armaduras, embora haja diminuição no teor crítico de cloretos com a incorporação de RTM, ocorrem ganhos em relação à redução na velocidade de transporte de cloretos, que podem alargar consideravelmente o período de iniciação da corrosão e se sobrepor à perda de desempenho inicial, o que possibilita a dosagem de concretos com RTM com bom desempenho em relação à corrosão por cloretos.

Agradecimentos

Ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba (IFPB), pelo auxílio e disposição no uso de suas instalações; ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e à Finep, pela concessão de bolsas e financiamento do projeto.

Pablo Ramon Rodrigues Ferreira

Coordenação de Obras de Engenharia | Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba | E-mail: [e-mail]

Valdith Lopes Jerônimo

Departamento de Construção Civil | Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba E-mail: [e-mail]

Arnaldo Manuel Pereira Carneiro

Departamento de Engenharia civil, Centro de Tecnologia | Universidade Federal de Pernambuco | Rua Acadêmico Hélio Ramos, s/n, Cidade Universitária | Recife - PE - Brasil | CEP 50740-530 | Tel.: [phone] Ramal 35 | E-mail: [e-mail]

Recebido em 08/04/14

Aceito em 07/10/14

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  26 Jan 2015
• Data do Fascículo
  Dez 2014

Histórico

• Aceito
  07 Out 2014
• Recebido
  08 Abr 2014