A URE possui estruturas de concreto que sustentam os equipamentos.
A corrosão do concreto é de grande importância, pois provoca não somente sua deterioração, mas também pode afetar a estabilidade e a durabilidade das estruturas. A armadura não é suscetível de sofrer corrosão, a não ser que ocorram contaminação e deterioração do concreto. Os constituintes do concreto inibem a corrosão do material metálico e se opõem as entradas de contaminantes. Portanto, pode-se afirmar que quanto mais o concreto se mantiver inalterado, mais protegida estará à armadura. A corrosão e a deterioração observadas em concreto podem estar associadas a fatores mecânicos, físicos, biológicos ou químicos. Entre os fatores mecânicos, as vibrações podem ocasionar fissuras no concreto, possibilitando o contato da armadura com o meio corrosivo (Gentil, 2003).
Importante consideração da corrosão do concreto é que a pasta de cimento não é um material sólido contínuo em escala microscópica. A pasta de cimento é considerada como um gel para descrever seus limites cristalinos característicos onde se têm espaços entre as fases sólidas. Estes espaços microscópicos são também conhecidos como poros, e são preenchidos por água, soluções iônicas ou o próprio ar. Claramente então, o concreto é um material poroso, e sua porosidade é que permite a entrada das espécies corrosivas. O concreto possui pH entre 12,5 e 13,6 e, nestas condições alcalinas, o aço carbono passiva (Roberge, 1999).
O excesso de poros com diferentes diâmetros é produzido pelo processo específico de fabricação do concreto, e está relacionado à proporção da água e do cimento, chamada relação A/C (Alvim, 2002).
As fissuras no concreto armado não podem ser evitadas, porém sua extensão pode ser limitada, de acordo com a agressividade ambiental a que ficará exposto o concreto (Alvim, 2002).
50 Em atmosferas agressivas, é sempre recomendado que o recobrimento da armadura seja superior à espessura da carbonatação, para que não haja risco de oxidação nas fissuras de largura inferior a 0,2mm (Alvim, 2002).
O concreto que envolve a armadura de aço, quando executado sem os devidos cuidados, pode não funcionar como uma barreira perfeita, permitindo que os vergalhões sofram ataques de íons agressivos ou de substâncias ácidas existentes na atmosfera (Alvim, 2002). O principal agente responsável pela corrosão no concreto na URE é o dióxido de carbono (CO2).
As armaduras podem sofrer as seguintes formas de corrosão eletroquímica:
• corrosão uniforme: corrosão em toda a extensão da armadura quando esta fica exposta ao meio corrosivo;
• corrosão puntiforme ou por pite: os desgastes são localizados sob a forma de pequenas cavidades, também chamadas alvéolos;
• corrosão intergranular: é processada entre os grãos dos cristais do metal e quando os vergalhões sofrem, principalmente, tensões de tração, podem fissurar ou fraturar perdendo sua estabilidade;
• corrosão transgranular: que se realiza intragrãos da rede cristalina, podendo levar à fratura da estrutura, quando houver esforços mecânicos;
• fragilização pelo hidrogênio: corrosão originada pela ação do hidrogênio atômico na sua difusão pelos vergalhões da armadura, propiciando a sua fragilização e, em conseqüência, a fratura.
O mecanismo da corrosão da armadura é uma manifestação específica da corrosão eletroquímica em meio aquoso, embora o eletrólito confinado a uma rede de poros existentes no concreto possui a resistividade elétrica bem mais elevada do que a verificada nos eletrólitos típicos ou comuns (Alvim, 2002).
O processo de corrosão é desenvolvido de modo espontâneo como o de qualquer pilha eletroquímica onde existam: um anodo, um cátodo, um eletrólito e a presença de um
51 condutor elétrico. A ausência de um destes elementos impedirá o início da corrosão ou cessará o processo, caso já esteja em andamento (Alvim, 2002).
Não há corrosão em concretos secos (ausência de eletrólito) e tampouco em concreto totalmente saturado, devido não haver suficiente acesso de oxigênio. Em tais condições, só haverá dissolução do aço da armadura, se houver intensidade de corrente suficiente para realizar a eletrólise da água gerando, assim, oxigênio extra, pois sempre existe água no concreto e, geralmente, em quantitativo suficiente para atuar como eletrólito, normalmente quando este está em presença de climas úmidos. Na armadura do concreto é comum a utilização dos aços de baixo teor de carbono, (menos de 0,4%) quando os vergalhões são usados em concreto armado. Os produtos da corrosão são depositados nos poros capilares e fissuras existentes na circunvizinhança da armadura do concreto e não no próprio metal (Alvim, 2002).
O concreto, quando exposto aos gases como o gás carbônico (CO2), o dióxido de enxofre
(SO2) e o gás sulfídrico (H2S), gases da carga da URE, pode ter reduzido o pH da solução
existente nos seus poros. A alta alcalinidade da solução intersticial devido, principalmente, à presença do hidróxido de cálcio, Ca(OH)2, oriundo das reações de hidratação do cimento,
também poderá ser reduzida. Tal perda de alcalinidade, em processo de neutralização, por ação, principalmente, do CO2 (gás carbônico) que transforma os compostos do cimento em
carbonatos é um mecanismo chamado de carbonatação (Alvim, 2002).
O Ca(OH)2 dissolvido na fase líquida do concreto leva seu pH para valores entre 12,5 a
13,5 (Alvim, 2002).
Os poros do concreto podem dispor de quantidades de água diferenciadas, em função da umidade relativa do ar. A difusão de um gás (CO2) é bastante diferente quando o difusor é a
água ou o ar (Alvim, 2002).
Quando os poros estão secos (baixa U.R.) a difusão do CO2 é processada até as regiões
52 água. A frente de carbonatação é lenta quando os poros estão cheios d'água (saturados) devido à baixa velocidade de difusão do CO2, na água. No entanto, se os poros estão
parcialmente preenchidos com água, (alta U.R., sem haver saturação), existirá avanço da frente de carbonatação até certa profundidade, porque os poros estão em condição favorável. Tal situação é efetivamente prejudicial, podendo haver elevadas velocidades de corrosão pela destruição da passivação do aço da armadura (Alvim, 2002).
O teor de umidade relativa do ar (U.R.) é o fator que mais influi na velocidade de corrosão, que é máxima entre 50% e 80% de umidade relativa (Alvim, 2002).
A armadura, quando envolvida por concreto carbonatado, pode sofrer corrosão como se estivesse exposta à atmosfera, sem qualquer tipo de proteção, com o agravante de que a umidade perdura, no interior do concreto, por tempo bastante superior do que se estivesse exposta ao ar (Alvim, 2002).
Podem existir, também, agentes agressivos que contribuem sensivelmente para acelerar a corrosão pelo aumento que provocam na condutividade elétrica do eletrólito. Entre eles citam-se: os íons cloretos (Cl-); os íons sulfatos (SO42-); o dióxido de carbono (CO2); os
nitratos (NO3-); o gás sulfídrico (H2S); o cátion amônio (NH4+); os óxidos de enxofre (SO2
e SO3) e fuligem (Alvim, 2002).
Nas regiões onde o concreto é de qualidade inadequada ou há cobrimento deficiente da armadura, há progresso da corrosão com formação de óxido ou hidróxido de ferro, ocupando volumes bem maiores do que o volume inicial da armadura causando, assim, pressões de expansão superiores a 15 MPa (150 kgf/cm2). Surgem fissuras no concreto, já em processo de corrosão, na direção paralela à armadura. Desse modo, fica facilitada a penetração dos agentes agressivos, chegando a provocar o lascamento do concreto (Alvim, 2002).
53 No processo da oxidação das ferragens há expansão e, em seguida, o desprendimento do concreto. As reações químicas que se processam na carbonatação são as reações (44), (45) e (46) (Texto Técnico, 2004):
CO2 + H2O Æ H2CO3 (44)
H2CO3 + Ca(OH)2 Æ CaCO3 + 2 H2O (45)
CaCO3 + H2CO3 Æ Ca(HCO3)2 (46)
Recomenda-se um recobrimento mínimo de 2,5cm para que a obra tenha uma boa duração de, pelo menos, 50 anos, sem risco de corrosão das armaduras (Texto Técnico, 2004).
Se a qualidade do concreto for comprometida, de forma a permitir a penetração do gás dióxido de carbono, oxigênio do ar e umidade (água), então o ferro do aço passa a ser atacado (Texto Técnico, 2004).
A formação de ferrugem se processa pelas seguintes reações (47), (48) e (49) (Texto Técnico, 2004):
Fe + CO2 + H2O Æ FeCO3 + H2 (47)
FeCO3 + CO2 + H2O Æ Fe (HCO3)2 (48)
2 Fe(HCO3)2 + O2 Æ Fe2O3 .2H2O + 4 CO2 (49)
A formação da ferrugem dá-se acompanhada do aumento de volume do ferro, que atingirá várias vezes sua espessura original, fazendo com que a interface do concreto aderida ao ferro, se desprenda da armadura enferrujada e em expansão, acelerando a destruição do concreto armado (Texto Técnico, 2004).
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