artigo
Envie artigo para: techne@pini.com.br. O texto não deve ultrapassar o limite de 15 mil caracteres (com espaço). Fotos devem ser encaminhadas separadamente em JPG
Durabilidade e proteção
do concreto armado
O
primeiro indício do uso do con-creto armado no mundo ocorreu em 1850 na França por Jean-Louis Lambot. Isso significa que o concreto armado é um material ou sistema es-trutural relativamente “jovem”, com menos de 200 anos de existência, porém, a maioria das pessoas que o utilizam não tem consciência disso.A origem do concreto armado foi totalmente intuitiva e empírica. Nesse contexto, é compreensível que não se tenha pensado cuidadosamente na du-rabilidade dos materiais envolvidos.
Contudo, pode-se dizer que a união desses dois materiais (aço + concreto) contou com um pouco de sorte para alcançar a grande aplica-ção que tem nos dias atuais. Isso por-que, felizmente, os coeficientes de expansão térmica dos dois materiais são similares e porque o aço dentro do concreto encontra-se em um meio altamente alcalino devido à forma-ção de cal, e esse meio com pH acima de 12 faz com que o aço não corroa. A menos que haja a presença de íons despassivantes ou redução do pH de-vido ao ataque por CO2, por
exem-plo. Pode-se dizer que foi sorte, por-que essa teoria não era conhecida quando Lambot resolveu confeccio-nar os seus barcos.
Marcelo Henrique Farias de Medeiros
Prof. Dr. do Departamento de Construção Civil, Universidade Federal do Paraná
medeiros.ufpr@gmail.com
Paulo Helene
Prof. Dr. do Departamento de Engenharia Civil, Escola Politécnica,
Universidade de São Paulo
Proteção de superfície no contexto da durabilidade do concreto armado
Pensar em durabilidade do concre-to é algo extremamente novo. Há pou-cas décadas, esse assunto não era consi-derado um ponto de grande importân-cia. Existia uma impressão geral (tanto do meio técnico quanto do usuá rio) que o concreto armado tinha durabili-dade tão extrema que esse não era um ponto a se preocupar.
Infelizmente a experiência mostrou o contrário, e há alguns anos a durabili-dade do concreto tem sido um dos as-suntos mais estudados na área de mate-riais de construção civil. Isso é reflexo do impacto econômico que os serviços de reparo e manutenção de edificações têm tomado em diversos países, como muito bem ilustrado na tabela 1.
Dentro do tema durabilidade do concreto armado, existem várias linhas
de pesquisa, passando pela dosagem ra-cional do concreto, uso de adições po-zolânicas, escória de alto forno, fibras, polímeros, entre outros. Contudo, todas essas aplicações são inerentes ao uso em estruturas novas (dosagem do concreto a ser empregado em uma edificação a ser construída). Nesse contexto, a proteção superficial do concreto figura como uma alternativa que pode ser usada em estru-turas novas e em estruestru-turas antigas (tra-balhos de manutenção). Essa versatilida-de é uma das principais vantagens versatilida-dessa ferramenta de elevação da durabilidade do concreto armado. Porém, é impor-tante ter em mente que nenhuma solu-ção é composta só por vantagens. No caso da proteção superficial, é de suma importância ter em mente que a durabi-lidade do sistema de proteção é muito inferior à do concreto que está sendo protegido. Isso significa que para manter o grau de proteção do sistema é necessá-rio que ele seja renovado de tempos em tempos, e esse período varia bastante em função da qualidade e do tipo do produ-to de proteção empregado.
Tipos de sistemas de proteção de superfície
Os materiais de proteção superfi-cial para concreto podem ser classifi-cados em formadores de película,
hi-Tabela 1 – GasTOs cOm rEParO E manuTEnçãO Em alGuns PaísEs (uEDa, TakEwaka, 2007).
País Gastos com construções novas Gastos com manutenção e reparo Gastos totais com construção
França 85,6 bilhões de euros (52%) 79,6 bilhões de euros (48%) 165,2 bilhões de euros (100%)
Alemanha 99,7 bilhões de euros (50%) 99,0 bilhões de euros (50%) 198,7 bilhões de euros (100%)
Itália 58,6 bilhões de euros (43%) 76,8 bilhões de euros (57%) 135,4 bilhões de euros (100%)
Reino Unido 60,7 bilhões de pounds (50%) 61,2 bilhões de pounds (50%) 121,9 bilhões de pounds (100%)
drofugantes de superfície (de poro aberto) e bloqueadores de poros, como representado na figura 1.
(a) Formadores de película: podem ser divididos em tintas e vernizes. Tinta é uma composição líquida pigmentada que se converte em uma película sólida após sua aplicação em uma camada delgada. As tintas são formuladas a par-tir de quatro componentes básicos, sendo eles resinas, solventes, pigmentos e aditivos. Já os vernizes são constituí-dos apenas por resinas, solventes e adi-tivos. Pela ausência de pigmentos, não apresentam cor e geralmente têm dura-bilidade inferior à das tintas.
(b) Bloqueadores de poros: são produtos compostos por silicatos, que penetram nos poros superficiais e rea-gem com a portlandita formando um produto semelhante ao C-S-H. O sili-cato de sódio é o produto mais usado para esse fim.
De acordo com Thompson et al. (1997), a reação apresentada na equa-ção 1 representa o que acontece quan-do a solução de silicato de sódio pene-tra nos poros do concreto.
Na2SiO3 + yH2O + xCa(OH)2 → xCaO
. SiO2 . yH2O + 2NaOH equação 1
Desse modo, esse tratamento forma uma camada menos porosa na superfície da peça de concreto alteran-do a sua penetração de água. Além disso, esse sistema de proteção não al-tera a aparência da superfície do con-creto, sendo uma opção a ser conside-rada nos casos em que alguma exigên-cia arquitetônica proíbe a mudança estética da superfície do concreto.
(c) Hidrofugantes de superfície: entre os procedimentos para proteger superfícies de concreto, as impregna-ções hidrófugas são as que menos in-terferem no aspecto das mesmas. Seu principal efeito consiste em impedir ou dificultar a absorção de água do concreto. Na prática, atualmente se utilizam silanos, siloxanos oligoméri-cos e misturas desses dois compostos.
Os silanos são hidrorrepelentes incolores conhecidos quimicamente como alquiltrialcoxisilano. Possuem pequena estrutura molecular
(diâ-metro de 1,0 x 10-6 a 1,5 x 10-6 mm),
permitindo-lhe penetrar eficiente-mente mesmo em substratos pouco permeáveis. São vendidos em con-centração relativamente alta (de um modo geral 20%) e reagem quimica-mente com materiais à base de sílica ou alumina. Por ter estrutura mole-cular tão reduzida, são muito voláteis (Batista, 1998).
Os siloxanos são hidrorrepelentes incolores, quimicamente conhecidos como alquilalcoxisiloxanos. Possuem estrutura molecular relativamente grande em relação aos silanos (diâme-tro de 1,5 x 10-6 a 7,5 x 10-6 mm) e, por
isso, têm menor poder de penetração. Porém, seu poder de penetração é sufi-ciente para estabelecer uma excelente e durável condição de hidrorrepelência, pela reação química com materiais que contenham sílica ou alumina (Ba-tista, 1998).
Desse modo, os silanos, siloxanos e substâncias similares penetram nos poros do concreto e formam uma ca-mada hidrófuga que dificulta a pene-tração de água na forma líquida (que pode ingressar contaminada com clo-retos), mas permite que o vapor de água entre e saia do concreto deixando que o mesmo “respire” (Broomfield, 1997).
Efeitos dos sistemas de proteção sobre o concreto armado
Na absorção de água
Um dos principais efeitos de um sistema de proteção superficial para concreto armado é a restrição ao in-gresso de água no material. O concreto é um material naturalmente hidrófilo, ou seja, tem elevada afinidade com a água. O resultado disso é que quando a água entra em contato com a superfície do concreto, esta é absorvida quase ins-tantaneamente, dependendo do teor de umidade do concreto. A proteção de superfície muda essa condição, seja pela transformação do comportamento hi-drófilo para hidrófugo, seja pelo tam-ponamento dos poros da camada mais externa ou pelo isolamento da superfí-cie do concreto do meio externo.
O efeito dos diferentes grupos de tratamento de superfície foi recente-mente estudado e a figura 2 mostra uma visão geral da capacidade de re-dução desses sistemas de proteção su-perficial na absorção de água por capi-laridade. Nessa ilustração, fica notória
Figura 1 – Grupos de tratamentos de superfície para concreto: (a) formadores de película (b) bloqueadores de poros (c) hidrofugantes de superfície
(a) Formadores de película (b) Bloqueadores de poros (c) Hidrofugantes de superfície
(a) (b) (c)
Fonte: adaptado de Bentur et al., 1997
Figura 1 – Grupos
de tratamentos de
superfície para concreto
Figura 2 – Absorção de água por sucção capilar (kg/m2) para concreto de referência e concreto protegido 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 0 5 10 15 20 25 30 Dias Fonte: Medeiros 2008 Referência Acrílico (A) Acrílico (B) Poliuretano Hidrofugante (1) Hidrofugante (2) Silicato
Absorção de água por sucção capilar
para concreto de referência e concreto protegido
Absorção
(k
g/
m²)
(a) Formadores de película (b) Bloqueadores de poros (c) Hidrofugantes de superfície
(a) (b) (c)
Fonte: adaptado de Bentur et al., 1997
Figura 1 – Grupos
de tratamentos de
superfície para concreto
a r T i G O
Na termodinâmica da corrosão
A termodinâmica do processo de corrosão está diretamente relaciona-da com o tempo para que haja a des-passivação das armaduras, ou seja, o início do processo de corrosão, muito conhecido como o período de inicia-ção. O tempo desde a execução de uma edificação até o final do período de iniciação é o tempo de vida útil de serviço de uma estrutura.
Estudos de corrosão acelerada foram recentemente desenvolvidos em laboratório para investigar a in-fluên cia dos sistemas de proteção de superfície na elevação do tempo para que haja o início da corrosão de arma-duras no concreto armado. A figura 4 mostra o resultado desse trabalho e demonstra que a despassivação das armaduras é muito influenciada pela proteção de superfície. Isso porque o monitoramento do potencial de cor-rosão em corpos de prova de concreto armado indicaram despassivação do aço (início da corrosão) após 280 dias de exposição à solução com 5% de NaCl, enquanto o mesmo não ocor-reu em nenhum dos casos de concreto com proteção superficial aplicada.
É importante esclarecer que os va-lores de potencial de corrosão estão relacionados com a probabilidade de o fenômeno da corrosão estar ocorren-do, não significando maior ou menor velocidade de corrosão, assunto que será tratado no item que segue.
Efeito na cinética da corrosão
Cinética da corrosão nada mais é do que a velocidade das reações que compõem o processo. Ou seja, estan-do a estrutura com o processo de corrosão já instalado, é importante obter informações sobre a velocida-de do progresso da velocida-deterioração por corrosão, que tem relação direta com a resistividade elétrica do concreto. Desse modo, é plenamente fácil de entender que uma estrutura com o processo de corrosão de armaduras em progresso pode estar corroendo a diferentes velocidades em função da resistividade do concreto do substra-to, ou seja, da quantidade de eletróli-to nos poros do concreeletróli-to.
Figura 3 – Coeficiente de difusão de cloretos (cm2/s) para concreto de referência e concreto protegido
Figura 4 – Potencial de corrosão (mV) para concreto de referência e concreto protegido 100% 8,08E-09 17% 1,34E-09 27% 2,21E-9 5% 3,71E-10 33% 2,66E-09 8% 6,56E-10 12% 9,91E-10 Sistemas de proteção Fonte: Medeiros, 2008
Figura 3 – Coeficiente de difusão de cloretos
para concreto de referência e concreto protegido
D (c m² /s ) Referência Acrílico (A) Acrílico (B) Poliuretano Hidrofugante (1) Hidrofugante (2) Silicato Fonte: Medeiros, 2008 Referência Acrílico (A) Acrílico (B) Poliuretano Hidrofugante (1) Hidrofugante (2) Silicato
Figura 4 – Potencial de corrosão
para concreto de referência e concreto protegido
0 28 56 84 112 140 168 196 224 252 280 Dias Eco rr (m V) 0 -50 -100 -150 -200 -250 -300 -350 -400 -450 -500 Baixa probabilidade de corrosão (10%) Faixa de incerteza Alta probabilidade de corrosão (90%)
a alta capacidade de redução do in-gresso de água para o interior do con-creto, devendo-se enfatizar que a capa-cidade de redução da absorção é bas-tante variável entre os produtos testa-dos, que estão todos disponíveis no mercado para a proteção de estruturas de concreto armado. Além disso, é fácil perceber que a eficiência desses pro-dutos não depende apenas do tipo de material, uma vez que o desempenho apresentado pelos dois acrílicos e pelos dois hidrofugantes (siliano/siloxanos) foram bastante diferentes.
Na penetração de cloretos
Outro efeito importante dos siste-mas de proteção de superfície é a redu-ção do coeficiente de difusão de
clore-tos, ou seja, redução da velocidade de contaminação da estrutura quando submetida a ambientes influenciados pela proximidade em relação ao mar (Medeiros; Helene, 2008).
Os dados apresentados na figura 3 mostram o potencial de redução do coe ficiente de difusão de cloretos oca-sionado pelos sistemas de proteção. Esses resultados indicam que o coefi-ciente de difusão de cloretos pode ser reduzido para valores que representam entre 5% e 33% em relação ao concre-to sem proteção, dependendo do siste-ma de proteção empregado. Isso se re-flete em uma elevação considerável do tempo de vida útil de serviço de uma estrutura de concreto armado que sofra ess tipo de intervenção.
O efeito da proteção de superfície, em uma estrutura que está corroendo, é exatamente de desacelerar a corrosão de armaduras pela restrição do ingres-so de água para o interior do concreto, ou seja, aumento da resistividade. A figura 5 evidencia a eficácia de alguns sistemas de proteção de superfície quando aplicadas sobre uma estrutura de concreto armado contaminada com 1% de cloretos em relação à massa de cimento. Nesse caso, os corpos de prova contaminados (concreto de re-ferência e protegidos) foram submeti-dos à estabilização em diferentes níveis de umidade relativa do ar. Verificou-se que a velocidade de corrosão aumen-tou drasticamente para umidade rela-tiva acima de 80%, enquanto no caso do concreto protegido a velocidade de corrosão se manteve baixa mesmo acima de 90%.
Devo proteger? Que material devo especificar?
Os resultados usados para ilustrar os itens anteriores não deixam dúvida sobre a eficácia do emprego de siste-mas de proteção de superfície na ele-vação da vida útil das estruturas de concreto armado. Uma boa forma de mostrar o reflexo que esses materiais podem ter na elevação da vida útil do concreto armado é o uso das leis de Fick da difusão de cloretos juntamente com a função erro de Gauss para a es-timativa do tempo de vida útil em fun-ção do cobrimento adotado em proje-to ou encontrado na obra a ser recupe-rada. Esse tipo de raciocínio está re-presentado na figura 6, cujo processo de cálculo está detalhado em Medeiros (2008). É importante enfatizar que a estimativa de vida útil representada na figura 6 se refere ao caso em que o agente agressivo principal é o ataque por íons cloretos e a sua penetração ocorre por difusão.
Para especificar um sistema de pro-teção superficial não se deve ter como base apenas a sua eficiência isolada-mente. É de extrema importância que se tenha em conta a capacidade de manter essa característica ao longo do tempo. Um sistema pode ser muito efi-caz em barrar o ingresso de água e de
Figura 5 – Velocidade de corrosão (µA/cm2) para concreto de referência e concreto protegido Fonte: Medeiros, 2008 Referência Acrílico (A) Acrílico (B) Poliuretano Hidrofugante (1) Hidrofugante (2) Silicato
Figura 5 – Velocidade de corrosão
para concreto de referência e concreto protegido
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.3 0.2 0.1 0.0 Nível de corrosão moderado Nível de corrosão baixo Nível de corrosão desprezível 50 60 70 80 90 100 icorr (m ic ro A/ cm²)cloretos, contudo, não apresentar boa resistência à radiação UV. Num caso como esse, um sistema um pouco menos eficiente quanto à capacidade de barrar a água e cloretos que tenha uma maior resistência a esse tipo de radiação pode ser mais interessante, se o caso en-volver a exposição ao sol. Desse modo, é fundamental analisar a eficiência em conjunto com a durabilidade do siste-ma de proteção superficial.
É primordial que o especificador esteja ciente das condições de serviço a que os materiais estarão submetidos. Isso irá evitar a ocorrência de certas incompatibilidades e consequências indesejáveis. Por exemplo: o verniz
acrílico base solvente, apesar de ser um excelente material de acabamento, se aplicado sem um primer adequado, escurece a superfície, uma vez que é incompatível com a alcalinidade do concreto. A especificação de um verniz epoxídico para áreas externas pode ser trágica, caso receba incidência solar, pois o produto se degrada com a inci-dência dos raios ultravioleta. É, porém, um dos melhores em resistência a ata-ques químicos, podendo ser ampla-mente utilizado em ambientes indus-triais. Deve-se tomar cuidado também na especificação do verniz poliureta-no, já que existem dois tipos: o aromá-tico e o alifáaromá-tico, este último
bicompo-Fonte: Medeiros, 2008 Referência Acrílico (A) Acrílico (B) Poliuretano Hidrofugante (1) Hidrofugante (2) Silicato
Figura 6 – Vida útil estimada x cobrimento
para concreto de referência e concreto protegido
1 10 100 anos
10
1
Limite crítico de Cl-= 0,4% (em relação à massa de cimento)/Cs = 1,8
Co br im en to ( cm )
Figura 6 – Vida útil estimada (anos) X cobrimento (cm) para concreto de referência e concreto protegido
a r T i G O
nente e resistente aos raios solares, podendo ser usado em superfícies ex-ternas. Portanto, nunca se deve especi-ficar um poliuretano aromático para tratamento de superfícies externas su-jeitas à ação solar.
Uma forma muito útil de racioci-nar em termos de proteção de superfí-cie foi proposta na tese de doutorado de Medeiros (2008), em que a prote-ção é convertida em termos de cobri-mento equivalente, que consiste em quantos centímetros de cobrimento equivale uma demão de um determi-nado sistema de proteção. A figura 7 serve como resultado ilustrativo da avaliação feita por Medeiros (2008).
É importante enfatizar que a expe-riência e qualificação do profissional conta muito na hora de especificar algum tipo de proteção de superfície para o concreto armado. É importan-te estar aimportan-tento a todas as variáveis en-volvidas no sistema a ser recuperado, tais como: se a estrutura já está conta-minada com cloretos; se vai estar ex-posta à radiação U.V.; se existe exposi-ção à água diretamente; se o mecanis-mo de penetração de água envolve sucção capilar ou permeabilidade; se existem outros mecanismos de degra-dação, tais como: carbonatação, ata-que por sulfatos, chuva ácida, ataata-que
por micro-organismos e outros; con-dições de acesso; custo da proteção; facilidade de manutenção; ganho de vida útil proporcionado.
Considerações finais
É importante que a indústria da construção civil juntamente com o usuário veja sua edificação como algo que necessita de manutenções perió-dicas e a proteção de superfície é uma ferramenta que pode e deve ser usada nos trabalhos de manutenção. É per-feitamente aceito que o dono de um carro troque suas velas, óleo, lave, faça balanceamento dos pneus e etc. É exa-tamente esse conceito que precisa ser estendido para as edificações, o usuá-rio precisa se conscientizar que uma edificação não é um bem eterno e sua durabilidade vai ser maior ou menor em função da manutenção realizada ao longo da sua vida útil.
No caso de uma estrutura de con-creto armado, a proteção de superfície tem influência nos dois estágios da vida útil da estrutura (Iniciação e Pro-pagação), como resume a tabela 2.
Não se pode esquecer que a eficiên-cia de uma proteção superfieficiên-cial é dimi-nuída ao longo do tempo de exposição ao meio ambiente. Desse modo, o ca-minho do sucesso para os produtos de
proteção superficial para concreto está no estabelecimento de um programa de manutenção, considerando que cada material tem uma vida útil limita-da, necessitando de renovação para ga-rantir o nível de proteção requerido.
Além disso, é importante enfatizar que a escolha do material a ser especi-ficado precisa estar baseada em dados técnicos e científicos, além de expe-riên cias anteriores. O profissional pre-cisa ter consciência das vantagens e desvantagens de cada sistema de pro-teção para especificá-lo adequada-mente e de forma compatível com o tipo e grau de exposição em que a edi-ficação esteja inserida.
Tabela 2 – EFEiTO Da PrOTEçãO X PEríODO Da viDa úTil mais inFluEnciaDO (mEDEirOs, 2008)
Efeito da proteção de superfície Período da vida útil mais influenciado
Restrição ao ingresso de agentes agressivos
Iniciação (obras novas)
Redução da umidade interna Propagação (obras antigas)
Sistemas de proteção
Fonte: Medeiros, 2008
Figura 7 – Cobrimento equivalente
dos sistemas de proteção
Acrílico (A) Acrílico (B) Poliuretano Hidrofugante (1) Hidrofugante (2) Silicato 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Co br im en to E qu iv al en te da P ro te çã o (c m ) CCS = 1,8 %
crit. = 0,40 % em rel. a massa de cim.
Figura 7 – Cobrimento equivalente dos sistemas de proteção
lEia mais
Perfeitos Hidrorrepelentes para Toda Situação. M. Batista; Revista Recuperar, v. 23, 1998.
Steel Corrosion in Concrete – Fundamentals and Civil
Engineering Practice. A. Bentur; S. Diamond; N. S. Berke. London: E and FN SPON, 1997.
Corrosion of Steel in Concrete – Understanding, investigation and repair. J. P. Broomfield. Londres: E & FN Spon, 1997.
Contribuição ao Estudo da Durabilidade de Concretos com Proteção Superficial Frente à Ação de Íons Cloretos. M. H. F. Medeiros. Tese (Doutorado) – Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2008.
Efficacy of Surface Hydrophobic Agents in Reducing Water and Chloride Ion Penetration in Concrete. M. Medeiros; P. Helene. Materials and Structures, v. 41,n.1, p. 59-71, 2008.
Characterization of silicate sealers on concrete. J. L. Thompson; M. R. Silsbee; P. M. Gill; B. E. Scheetz. Cement and Concrete Research, v. 27, n. 10, p. 1561-1567, 1997.
Performance-based Standard Specifications for Maintenance and Repair of Concrete Structures in Japan. T. Ueda; K. Takewaka. Structural Engineering International, v. 4, p. 359-366, 2007.
