Mecanismos de transporte de agentes agressivos no concreto

Os mecanismos de transporte de substâncias no concreto são dependentes da concentração de agentes agressivos no ambiente, das características químicas e microestruturais do concreto e do grau de umidade (SCHIESSL, 1987).

O transporte de líquidos e gases por um meio poroso como o concreto pode ocorrer através de diferentes mecanismos, os quais podem se destacar como sendo os mais influentes no fenômeno de corrosão: a permeabilidade, a absorção por sucção capilar, a difusão e a migração iônica (RIBEIRO et al., 2014).

2.4.1.1. Permeabilidade

A permeabilidade é um fenômeno de transporte de um fluido por um meio poroso impulsionado pela ação de pressão. Ou seja, é caracterizada pela facilidade com que um fluido atravessa um sólido poroso sob uma diferença de pressão.

De acordo com Vilasboas (2013), podem reduzir-se a cinco as formas de penetração dos fluidos no concreto: através da pasta de cimento hidratado, do agregado, da zona de transição pasta-agregado, das inevitáveis fissuras e fendas e dos grandes defeitos existentes em grandes volumes de concreto. No entanto, é na zona de transição pasta-agregado, especialmente nos agregados graúdos, que o fluido percola com maior facilidade.

Conforme Santos (2006), a permeabilidade do concreto pode ser influenciada pelos fatores que alteram o volume e a conectividade dos poros capilares deste material. Desta forma, a relação água/cimento, o consumo de cimento, o teor de agregados, o emprego de adições minerais e o grau de hidratação influenciam diretamente sobre a permeabilidade.

A permeabilidade pode ser representada por um coeficiente, o qual é uma característica do material e independe das propriedades do líquido (KROPP et al., 1995). O coeficiente de permeabilidade é obtido aplicando a lei de Darcy para um fluxo laminar, estacionário e não turbulento através de um meio poroso, conforme a Equação 1:

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(Equação 1)

Sendo:

Vf = velocidade de escoamento do fluido (m³/s); Kh= permeabilidade hidráulica (m/s);

A= seção do meio poroso (m²); H= altura da coluna d’água (m); L= comprimento da amostra (m)

2.4.1.2. Absorção por sucção capilar

A absorção capilar é definida como o fluxo de um fluido devido a um gradiente de umidade. Sendo também caracterizada como o transporte de líquidos devido à tensão superficial atuante nos poros capilares do concreto (RIBEIRO et al., 2014).

Conforme Cascudo (1997), quanto mais elevada a tensão superficial no interior dos poros, maior será a ascensão capilar e, quando os líquidos são altamente viscosos, torna-se mais difícil a penetração destes nos poros do concreto.

Em geral, quanto menor o diâmetro dos capilares, maiores as pressões capilares e, consequentemente, maior e mais rápida a absorção. É importante destacar que não há absorção capilar em concretos saturados.

De acordo com Kropp et al. (1995), a absorção por sucção capilar é um mecanismo de transporte importante com relação ao ingresso de cloretos no concreto. Sua atuação é marcante nos casos em que o concreto não está saturado, de forma que se este entra em contato com a solução salina, ela é absorvida por forças capilares. Segundo Medeiros (2008), este tipo de mecanismo de transporte pode ser considerado um dos maiores causadores de contaminação do concreto por cloretos, agindo onde existem condições cíclicas de umedecimento e secagem.

2.4.1.3. Difusão

A difusão é o mecanismo de transporte de substância de um meio para outro ocasionado devido a uma diferença de potencial químico, geralmente de concentração. Trata-se de um processo espontâneo de transporte de massa por efeito de gradientes de concentração proporcionado por dois diferentes meios em contato íntimo através dos quais a substância se difunde para igualar as concentrações (RIBEIRO et al, 2014).

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O fenômeno da difusão em concretos é influenciado por fatores como variação de concentração de íons na superfície ao longo do tempo, variação do próprio coeficiente de difusão devido aos íons combinados, a idade do concreto, variação da temperatura e grau de saturação do concreto (PINTO, 2016).

Conforme Santos (2006), a difusão ocorre tanto para substâncias presentes em meio líquido como para aquelas em meio gasoso. Os principais agentes agressivos que comprometem as armaduras de concreto, os íons cloro e o dióxido de carbono (CO2), tem sua penetração

controlada por este fenômeno.

O fluxo por difusão por ocorrer no estágio estacionário, que é caracterizado pelo fluxo constante das substâncias, independente do tempo e do sentido do fluxo. Neste caso, o fluxo pode ser representado pela 1ª Lei de Fick, na qual o coeficiente de difusão no estado estacionário (ou coeficiente de difusão efetivo) é dado pela Equação 2:

(Equação 2)

Em que, qm representa o fluxo de massa, x é a profundidade de penetração de íons, C é a concentração e D é o coeficiente de difusão.

No entanto, sabe-se que o processo de difusão de agentes agressivos pelo concreto não é constante, pois existem variações de concentração ao longo do tempo de exposição. Logo, é válido associar ao fluxo por difusão no estado não estacionário, o qual é dependente do tempo e da profundidade de penetração e pode ser representado pela 2ª Lei de Fick (Equação 3):

(Equação 3)

Geralmente, utiliza-se o coeficiente de difusão para determinar a capacidade de um concreto em permitir a difusão dos íons cloro. Logo, o coeficiente de difusão no estado não estacionário é o principal coeficiente de mensuração da vida útil frente ao ataque de cloretos nas estruturas, considerando que o concreto é pouco resistente à penetração de cloretos devido à reserva de aluminatos (C3A e C4AF) que se combinam quimicamente com o cloro (PINTO,

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2.4.1.4. Migração iônica

A migração iônica consiste em um processo de transporte que ocorre quando existe um potencial elétrico que possibilita o deslocamento dos íons presentes para que se neutralize o efeito da diferença de potencial (RIBEIRO et al., 2014).

A migração iônica pode ocorrer em estruturas com passagem de corrente elétrica, como metrôs, concretos com proteção catódica por corrente impressa, em estruturas submetidas à extração de cloretos e à realcalinização pela aplicação de uma diferença de potencial (NEPOMUCENO, 2005).

Alguns ensaios são baseados na migração de íons, como por exemplo, um dos ensaios mais utilizados para determinar a resistência dos concretos à penetração de cloretos. Neste ensaio, é aplicada uma diferença de potencial elétrico nas duas extremidades da amostra de concreto, sendo desta forma, forçada a migração de íons de um potencial a outro. Através deste procedimento, é possível a obtenção de forma indireta, dos coeficientes de difusão de cloretos, abordados no item anterior (MITTRI, 2016).

É válido destacar, que todos os mecanismos de transporte de agentes agressivos mencionados, podem ocorrer simultaneamente, intensificando ainda mais o transporte dos agentes e sendo fundamentais no que se refere ao estudo da durabilidade de concretos em relação à carbonatação e à ação de cloretos.