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Revisão sobre ensaios acelerados para indução da corrosão desencadeada por cloretos em concreto armado

Review of accelerated tests for the induction of corrosion triggered by chlorides in reinforced concrete

Resumo

A corrosão de armaduras desencadeada por cloretos é um dos principais problemas que afetam as estruturas de concreto armado. Considerando o estudo desse tipo de problema, a velocidade na coleta dos dados, a possibilidade de controle das variáveis que influenciam o processo de corrosão e o baixo custo na realização dos testes têm sido aspectos motivadores da opção por realizar ensaios acelerados para indução da corrosão por cloretos em vez de ensaios baseados em exposição natural. Com o decorrer dos anos, embora tenha havido evolução nos procedimentos adotados nos ensaios acelerados, ainda não há uma padronização amplamente praticada nas pesquisas. Este trabalho faz uma revisão sobre as principais metodologias de ensaio empregadas para induzir a corrosão por cloretos praticadas no Brasil e no mundo, discutindo suas vantagens e desvantagens e gerando uma reflexão em relação à padronização de procedimentos. Nesse sentido, sugere, entre outros aspectos, o emprego de procedimentos de ensaios acelerados que guardem proximidade com condições reais de exposição e a padronização nos critérios empregados na identificação da despassivação da armadura e na preparação dos corpos de prova. Essas ações contribuem para diminuir a variabilidade de resultados e facilitam a comparação entre estudos de natureza semelhante.

Palavras-chave:
Cloretos; Concreto armado; Corrosão; Ensaios acelerados

Abstract

Reinforcement corrosion triggered by chlorides is one of the main problems that affects reinforced concrete structures. Considering the study of this kind of problem, the speed of data collection, the possibility of controlling the variables that influence the corrosion process and the low cost of carrying out these tests have been encouraging aspects for carrying out laboratory accelerated tests rather than testing based on natural exposure. Over the years, although the procedures adopted in accelerated tests have improved, research in the field is still lacking widely used standardisation. This study undertakes a review of the main testing methodologies used to induce corrosion triggered by chlorides in Brazil and internationally, discussing their advantages and disadvantages and generating a reflection about the standardisation of procedures. Hence, it proposes, among other aspects, the use of accelerated testing procedures that keep a proximity with real exposure conditions, the standardisation of the criteria used to identify reinforcement depassivation, as well as of specimens preparation. These actions can contribute to reduce data variability and facilitate comparisons among similar studies.

Keywords:
Chlorides; Reinforced concrete; Corrosion; Accelerated tests

Introdução

A ação dos íons cloreto é uma das principais responsáveis por desencadear a corrosão de armaduras em estruturas de concreto armado. Embora ainda haja dúvidas em relação ao modo como ocorre a ruptura da capa passiva e a ativação das armaduras, vários esforços em pesquisa têm sido feitos no sentido de estudar a ação dos cloretos sobre estruturas de concreto.

Esses estudos envolvem aspectos como influência de características dos materiais e do ambiente no transporte de cloretos (TUUTTI, 1982TUUTTI, K. Corrosion of Steel in Concrete. Sweden: CBI, 1982.; PAGE; HAVDAHL, 1985PAGE, C. L.; HAVDAHL, J. Electrochemical Monitoring of Corrosion of Steel in Microsilica Cement Pastes. Materials and Structures, v. 18, p. 41-47, 1985.; JAEGERMANN, 1990JAEGERMANN, C. Effect of Water-Cement Ratio and Curing on Chloride Penetration Into Concrete Exposed to Mediterrenean Sea Climate. ACI Materials Journal, v. 87, n. 4, p. 333-339, 1990.; THOMAS, 1996THOMAS, M. Chloride Thresholds in Marine Concrete. Cement and Concrete Research, v. 26, p. 513-519, 1996.), modelagem do transporte de cloretos e da propagação da corrosão (SAETTA; SCOTTA; VITALIANI, 1993SAETTA, A. V.; SCOTTA, R. V.; VITALIANI, V. Analysis of Chloride Diffusion Into Partially Saturated Concrete. ACI Materials Journal, v. 90, n. 5, p. 441-451, 1993.; TANG; NILSSON, 1993TANG, L.; NILSSON, L.-O. Chloride Binding Capacity and Binding Isotherms of OPC Pastes and Mortars. Cement and Concrete Research, v. 23, p. 247-253, 1993.; GUIMARÃES, 2000GUIMARÃES, A. T. C. Vida Útil de Estruturas de Concreto Armado em Ambientes Marítimos. São Paulo, 2000. 241 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2000.) e caracterização dos níveis de presença salina em zona de atmosfera marinha e sua interação com estruturas de concreto (GUSTAFSSON; FRANZÉN, 1996GUSTAFSSON, M. E. R.; FRANZÉN, L. G. Dry Deposition and Concentration of Marine Aerosols in a Coastal Area, sw Sweden. Atmospheric Environment, v. 30, n. 6, p. 977-989, 1996.; MORCILLO et al., 1999MORCILLO, M. et al. Effect of Marine Aerosol on Atmospheric Corrosion. Materials Performance, v. 38, p. 72-77, 1999.; MEIRA, 2004MEIRA, G. R. Agressividade Por Cloretos em Zona de Atmosfera Marinha Frente ao Problema da Corrosão em Estruturas de Concreto Armado. Florianópolis, 2004. 369 f. Tese (Doutorado em Engenharia) - Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2004.). No entanto, esses estudos podem ser agrupados entre aqueles que se dedicam à fase de iniciação da corrosão e aqueles que envolvem a fase de propagação da corrosão, estes de forma isolada ou conjunta com a primeira fase. Outro aspecto a ser destacado é que a grande maioria desses estudos envolve a realização de ensaios acelerados em laboratório, com metodologias próprias que nem sempre podem ter seus resultados comparados.

Sobre a realização de ensaios acelerados, embora haja aspectos que os distanciem das condições reais de exposição, em que uma multiplicidade de ações ocorre de forma simultânea e aleatória, é um caminho necessário, pois a obtenção de resultados em ensaios em condições naturais de exposição pode ser extremamente demorada, o que inviabiliza seu emprego de forma regular. O importante nesse cenário é definir estratégias de ensaio acelerados que os aproxime, de forma direta ou através de fatores de correção das condições de aplicação reais dos materiais. Outro aspecto a ser ponderado em relação aos ensaios acelerados é que, uma vez que eles demandam menor tempo para a obtenção de resultados, também envolvem menor custo operacional.

Nesse sentido, ensaios acelerados focados no transporte de cloretos, embora ainda não tenham sido objeto de padronização no Brasil, avançaram significativamente nos últimos anos no cenário internacional, resultando em documentos normativos como aqueles propostos pela C1202 (AMERICAN SOCIETY..., 2018aAMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. C-1202: standard test method for electrical indication of concrete's ability to resist chloride ion penetration. Philadelphia, 2018a.), E1573 (AMERICAN SOCIETY..., 2018bAMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. E-1573: standard test method for measurement and reporting of masking sound levels using a-weighted and one-third-octave-band sound pressure levels. Philadelphia, 2018b.), T259 (AMERICAN ASSOCIATION..., 2002AMERICAN ASSOCIATION OF STATES HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIALS. T259-80: standard method of test for resistance of concrete to chloride ion penetration. Washington, DC, 2002.), T277 (AMERICAN ASSOCIATION..., 2015AMERICAN ASSOCIATION OF STATES HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIALS. T-277: electrical indication of concrete’s ability to resist chloride ion penetration. Washington, DC, 2015.), NT BLUID 443 (NORDTEST..., 1995NORDTEST METHOD. NT BUILD 443: accelerated chloride penetration. Finland, 1995. Annual Book of NT BUILD Standards.), NT BLUID 492 (NORDTEST..., 1999NORDTEST METHOD. NT BUILD 492: concrete, mortar and cement-based repair materials: chloride migration coefficient from non-steady-state migration experiments. Finland, 1999.) e EN 12390-11 (EUROPEAN..., 2015EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION. EN 12390-11: testing hardened concrete: part 11: determination of the chloride resistance of concrete, unidirectional diffusion. Brussels, 2015.). Por outro lado, a padronização de ensaios focados na indução da corrosão por cloretos, ou seja, que envolvem a despassivação da armadura e, eventualmente, o avanço do processo de corrosão, avançou menos em relação à uniformização de procedimentos.

Nesse cenário, as pesquisas relacionadas à indução da corrosão por cloretos em estruturas de concreto armado apresentam algumas dificuldades em relação à análise dos resultados obtidos. Primeiro, o processo de corrosão envolve incertezas em relação à despassivação, com idas e vindas antes que a corrosão se instale de forma consistente. Segundo, há o emprego de uma diversidade de metodologias experimentais, as quais produzem resultados que sofrem influência direta de cada uma delas. Terceiro, a utilização de diferentes técnicas de monitoramento e avaliação do estado de corrosão da armadura, bem como dos critérios empregados nesse tipo de avaliação apresentam suas particularidades e limitações, produzindo significativa variabilidade de resultados. Além disso, o concreto armado apresenta respostas diferentes em função da idade, do ambiente de exposição, do modo de confecção e aplicação (TREJO; HALMEN; REINSCHMIDT, 2009TREJO, D.; HALMEN, C.; REINSCHMIDT, K. Corrosion Performance Tests for Reinforcing Steel in Concrete: technical report. Austin: Texas Transportation Institute, 2009. (Technical Report Documentation Page, FHWA/TX-09/0-4825-1). Disponível em: <https://rosap.ntl.bts.gov/view/dot/16937>. Acessado em: 23 mar. 2017.
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). Por fim, pode-se agregar que parte dos elementos acima mencionados depende de uma adequada infraestrutura laboratorial, com alguns equipamentos de custo significativo, nem sempre disponíveis nos laboratórios.

Considerando as pesquisas relacionadas à indução da corrosão por cloretos, diferentes abordagens foram utilizadas por pesquisadores em ambiente de laboratório objetivando simular as condições reais de exposição. Parte desses estudos foi realizada dispondo a armadura em solução alcalina, com cloretos adicionados a essa solução, de modo a simular o meio no qual a armadura está exposta no concreto. Esse tipo de ambiente pode ter facilmente o pH e a concentração de cloretos alterados com precisão, a critério do pesquisador (ANGST et al., 2009ANGST, U. M. et al. Critical Chloride Content in Reinforced Concrete: a review. Cement and Concrete Research, v. 39, p. 1122-1138, aug. 2009.; TREJO; HALMEN; REINSCHMIDT, 2009TREJO, D.; HALMEN, C.; REINSCHMIDT, K. Corrosion Performance Tests for Reinforcing Steel in Concrete: technical report. Austin: Texas Transportation Institute, 2009. (Technical Report Documentation Page, FHWA/TX-09/0-4825-1). Disponível em: <https://rosap.ntl.bts.gov/view/dot/16937>. Acessado em: 23 mar. 2017.
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). Quando se utiliza pasta de cimento, argamassa ou concreto, a penetração de cloreto em corpos de prova endurecidos se torna mais demorada, e a quantificação da concentração de cloretos presente na superfície do aço é mais difícil e laboriosa (TREJO; HALMEN; REINSCHMIDT, 2009TREJO, D.; HALMEN, C.; REINSCHMIDT, K. Corrosion Performance Tests for Reinforcing Steel in Concrete: technical report. Austin: Texas Transportation Institute, 2009. (Technical Report Documentation Page, FHWA/TX-09/0-4825-1). Disponível em: <https://rosap.ntl.bts.gov/view/dot/16937>. Acessado em: 23 mar. 2017.
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).

Além da simulação da fase líquida presente nos poros de matrizes cimentíceas, os pesquisadores têm empregado como principais métodos para indução da corrosão a adição de cloretos à água de amassamento do concreto ou argamassa (ARYA; XU, 1994ARYA, C.; XU, Y. Effect of Cement Type on Chloride Binding and Corrosion of Steel in Concrete. Cement and Concrete Research, v. 25, n. 4, p. 893-902, nov. 1994.; PAGE et al., 2002PAGE, M. M. et al. Ion Chromatographic Analysis of Corrosion Inhibitors in Concrete. Construction and Building Materials, v. 16, p. 73-81, jan. 2002.; GARCIA-ALONSO et al., 2007GARCIA-ALONSO, M. C. et al. Corrosion Behaviour of New Stainless Steels Reinforcing Bars Embedded in Concrete. Cement and Concrete Research, v. 37, p. 1463-1471, jun. 2007.), a aplicação de campo elétrico para acelerar a penetração de cloretos no concreto a partir de um reservatório contendo solução salina (CASTELLOTE; ANDRADE; ALONSO, 2002CASTELLOTE, M.; ANDRADE, C.; ALONSO, C. Accelerated Simultaneous Determination of the Chloride Depassivation Threshold and of the Non-Stationary Diffusion Coefficient Values. Corrosion Science, v. 44, p. 2409-2424, Feb. 2002.;. TREJO; PILLAI, 2003TREJO, D.; PILLAI, R. G. Accelerated Chloride Threshold Testing: part I - ASTM A615 and A706 reinforcement. ACI Materials Journal, v. 100, n. 6, p. 519-527, 2003.), a submissão de concretos a ciclos de secagem e umedecimento (GLASS; HASSANEIN; BUENFELD, 1997GLASS, G. K.; HASSANEIN, A. M.; BUENFELD, N. R. Monitoring the Passivation of Steel in Concrete Induced by Cathodic Protection. Corrosion Science, v. 39, n. 8, p. 1451-1458, 1997.; PAGE et al., 2002PAGE, M. M. et al. Ion Chromatographic Analysis of Corrosion Inhibitors in Concrete. Construction and Building Materials, v. 16, p. 73-81, jan. 2002.; VIEIRA, 2003VIEIRA, F. M. P. Contribuição ao Estudo de Corrosão de Armaduras em Concretos Aramados Com Adição de Sílica Ativa. Porto Alegre, 2003. Tese (Doutorado em Engenharia) - Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2003.; SILVA, 2006SILVA, F. G. Estudo de Concretos de Alto Desempenho Frente à Ação de Cloretos. São Carlos, 2006. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia dos Materiais) - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2006.) e a exposição de concretos à difusão pura por imersão ou através do ensaio de salt ponding test (JOUKOSKI et al., 2004JOUKOSKI, A. et al. The Influence of Cement Type and Admixture on Life Span of Reinforced Concrete Utility Poles Subjected to the High Salinity Environment of Northeastern Brazil, Studied by Corrosion Potential Testing. Cerâmica, v. 50 p. 12-20, 2004.; CHIANG; YANG, 2007CHIANG, C. T.; YANG, C. C. Relation Between the Diffusion Characteristic of Concrete From Salt Ponding Test and Accelerated Chloride Migration test. Materials Chemistry and Physics, v. 106, p. 240-246, 2007.).

Variações nos procedimentos de ensaio para indução da corrosão por cloretos podem influenciar no tempo para início da corrosão, no mecanismo de transporte, no comportamento eletroquímico da barra e no teor crítico de cloretos (ANGST et al., 2009ANGST, U. M. et al. Critical Chloride Content in Reinforced Concrete: a review. Cement and Concrete Research, v. 39, p. 1122-1138, aug. 2009.). Nesse sentido, esses métodos de ensaio carecem de ser confrontados com situações reais de exposição, de modo a correlacionar os resultados, conforme procedimento realizado por Meira et al. (2014)MEIRA, G. R. et al. Analysis of Chloride Threshold From Laboratory and Field Experiments in Marine Atmosphere Zone. Construction and Building Materials, v. 55, p. 289-298, 2014. em relação ao teor crítico de cloretos.

As Figuras 1 e 2 resumem as formas como os cloretos têm sido introduzidos em ensaios acelerados de indução da corrosão nos cenários internacional e nacional respectivamente. Os resultados apresentados na Figura 1 advêm do trabalho publicado por Angst e Vennesland (2009)ANGST, U. M.; VENNESLAND, Ø. Critical Chloride Content in Reinforced Concrete: state of the art. Concrete Repair, Rehabilitation and Retrofitting II, p. 311-317, 2009., enquanto que os dados apresentados na Figura 2 representam percentuais relativos às publicações nacionais trabalhadas na presente revisão.

Figura 1
Formas de introdução de cloretos em ensaios acelerados de indução da corrosão - cenário internacional

Figura 2
Formas de introdução de cloretos em ensaios de indução da corrosão - cenário nacional

No cenário internacional, a forma de introdução de cloretos em ensaios acelerados mais empregada é a adição salina à massa de concreto (mistura ao concreto fresco), seguida por ensaios que empregam difusão pura, adicionados em solução (simulando a fase líquida do concreto/argamassa) e absorção/difusão (Figura 1). No cenário nacional, a forma mais empregada compreende os ensaios com mecanismo de transporte por ação conjunta de absorção e difusão (Figura 2), com os ciclos de imersão e secagem prevalecendo.

Como se pode observar, ainda há uma significativa variabilidade nos tipos e procedimentos de ensaios acelerados para indução da corrosão por cloretos, mesmo com décadas de pesquisas. Partindo desse pressuposto e considerando a corrosão de armaduras desencadeada por cloretos, o presente trabalho apresenta o estado da arte sobre ensaios acelerados de indução da corrosão por cloretos no Brasil e no mundo. Com isso, visa contribuir para a padronização futura de ensaios, bem como para minimizar falhas na condução dos ensaios e interpretação de resultados.

Estado da arte das pesquisas no Brasil e no mundo

A introdução de cloretos no interior do concreto ocorre de diferentes maneiras, porém a exposição a ambientes marinhos e a sais de desgelo são as causas mais comuns da degradação de estruturas por corrosão de armaduras desencadeada por cloretos (CASCUDO, 1997CASCUDO, O. Controle da Corrosão de Armaduras em Concreto: inspeção e técnicas eletroquímicas. São Paulo: Pini, 1997.; TREJO; HALMEN; REINSCHMIDT, 2009TREJO, D.; HALMEN, C.; REINSCHMIDT, K. Corrosion Performance Tests for Reinforcing Steel in Concrete: technical report. Austin: Texas Transportation Institute, 2009. (Technical Report Documentation Page, FHWA/TX-09/0-4825-1). Disponível em: <https://rosap.ntl.bts.gov/view/dot/16937>. Acessado em: 23 mar. 2017.
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).

Um dos primeiros estudos na área de corrosão de armaduras originada pela ação de cloretos em elementos de concreto armado foi desenvolvido na Alemanha em 1959 por H. Kaesche (KAESCHE, 1959KAESCHE, H. Die Prüfung der Korrosionsgefährdung von Stahlarmierungen durch Betonzusatzmittel. Zement-Kalk-Gips, v. 7, p. 289-294, 1959.), em que se buscou estudar os riscos de corrosão em elementos de concreto armado causados pela adição de aditivos aceleradores de pega. Ainda no mesmo ano, A. Bäumel publicou um dos primeiros estudos sobre a durabilidade de concretos calcários com adição de cloretos à massa de concreto (BÄUMEL, 1959BÄUMEL, A. Die Auswirkung von Betonzusatzmitteln auf das Korrosionsverhalten von Stahl in Beton. Zement-Kalk-Gips, v. 7, p. 294-305, 1959.). Além da Alemanha, países como Suécia, Espanha, EUA e Reino Unido tiveram importantes papéis na formação do conhecimento dessa área (ANGST et al., 2011aANGST, U. M. et al. Chloride Induced Reinforcement Corrosion: electrochemical monitoring of initiation stage and chloride threshold values. Corrosion Science, v. 53, p. 1451-1464, jan. 2011a.), tendo como principal motivo para o início das pesquisas os danos oriundos da adição de sais de desgelo na superfície de estruturas reais de concreto armado e da exposição desse tipo de estrutura a ambientes sob influência marinha.

As primeiras pesquisas acerca da corrosão iniciada por cloretos eram desenvolvidas em ambiente de laboratório com dois principais procedimentos de ensaio: adição de cloretos à massa de uma matriz cimentícia; e imersão da armadura em solução alcalina com cloretos. Contudo, a partir da segunda metade da década de 1980, o número de trabalhos aumentou consideravelmente, e novas estruturas de ensaio, com características mais realistas, foram incorporadas às pesquisas.

De modo mais recente, estudos tentam desenvolver modelos matemáticos para previsão de vida útil para estruturas de concreto armado usando ferramentas probabilísticas ou semiprobabilísticas, tendo o teor crítico de cloretos como parâmetro que alimenta esses modelos para a tomada de decisão. Os resultados desses modelos matemáticos são comparados com os valores obtidos de estruturas em condições reais de exposição, almejando desenvolver parâmetros mais realistas para a concepção de novas estruturas e condições mais precisas para a avaliação das estruturas existentes (GULIKERS, 2006GULIKERS, J. Considerations on the Reliability of Service Life Predictions Using a Probabilistic Approach. Journal de Physique IV, v. 136, p. 233-241, 2006.).

No Brasil, um dos primeiros trabalhos mais abrangentes relacionados à corrosão por cloretos foi publicado em 1981, por Paulo Helene, no Simpósio de Aplicação de Tecnologias do Concreto, intitulado “Corrosão de armaduras em concreto armado” (HELENE, 1986HELENE, P. R. L. Corrosão em Armaduras Para Concreto Armado. São Paulo: IPT; Pini, 1986.). Porém, um colóquio realizado pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) em 1972 divulgou os principais trabalhos da época voltados para a durabilidade de estruturas de concreto armado (TORRES, 2010TORRES, A. S. Corrosão Por Cloretos em Estruturas de Concreto Armado: uma meta-análise. Porto Alegre, 2010. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2010.). Em seguida, muitos outros trabalhos surgiram, como, por exemplo, o realizado por Maryangela G. Lima em 1990LIMA, M. G. Influência dos Componentes do Concreto na Corrosão de Armaduras. Porto Alegre, 1990. 133 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 1990. (LIMA, 1990LIMA, M. G. Influência dos Componentes do Concreto na Corrosão de Armaduras. Porto Alegre, 1990. 133 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 1990.), Osvaldo Cascudo em 1991CASCUDO, O. Contribuição ao Estudo e Emprego de Técnicas Eletroquímicas no Controle da Corrosão de Armaduras em Concreto Armado. São Paulo, 1991. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 1991. (CASCUDO, 1991CASCUDO, O. Contribuição ao Estudo e Emprego de Técnicas Eletroquímicas no Controle da Corrosão de Armaduras em Concreto Armado. São Paulo, 1991. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 1991.), Enio J. Pazini Figueiredo em 1994FIGUEIREDO, E. J. P. Avaliação do Desempenho de Revestimentos Para Proteção da Armadura Contra a corrosão Através de Técnicas Eletroquímicas: contribuição ao estudo de reparo de estruturas de concreto armado. São Paulo, 1994. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Escola de Emngenharia, Universidade de São Paulo, São Paulo, 1994. (FIGUEIREDO, 1994FIGUEIREDO, E. J. P. Avaliação do Desempenho de Revestimentos Para Proteção da Armadura Contra a corrosão Através de Técnicas Eletroquímicas: contribuição ao estudo de reparo de estruturas de concreto armado. São Paulo, 1994. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Escola de Emngenharia, Universidade de São Paulo, São Paulo, 1994.), Gibson Rocha Meira em 2004 (MEIRA, 2004MEIRA, G. R. Agressividade Por Cloretos em Zona de Atmosfera Marinha Frente ao Problema da Corrosão em Estruturas de Concreto Armado. Florianópolis, 2004. 369 f. Tese (Doutorado em Engenharia) - Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2004.), Marcelo Henrique F. de Medeiros em 2008MEDEIROS, M. H. F. Contribuição ao Estudo da Durabilidade de Concretos Com Proteção Superficial Frente a Ação Por Cloretos. São Paulo, 2008. 218 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2008. (MEDEIROS, 2008MEDEIROS, M. H. F. Contribuição ao Estudo da Durabilidade de Concretos Com Proteção Superficial Frente a Ação Por Cloretos. São Paulo, 2008. 218 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2008.) e Ronaldo Alves de Medeiros Júnior em 2014 (MEDEIROS JÚNIOR, 2014MEDEIROS JUNIOR, R. A. Estudo da Resistividade do Concreto Para Proposta de Modelagem de Vida Útil: corrosão de armaduras devido a penetração por cloretos. São José dos Campos, 2014. 243 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, 2014.). Hoje, o Brasil conta com bons centros de pesquisa acerca do tema, espalhados por todo o país. As regiões com maiores concentrações de trabalho são o Sudeste e o Sul, seguidos pelo Nordeste e o Centro-Oeste (TORRES, 2010TORRES, A. S. Corrosão Por Cloretos em Estruturas de Concreto Armado: uma meta-análise. Porto Alegre, 2010. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2010.).

Considerando a base bibliográfica empregada na elaboração deste estudo, foram montados os Quadros 1 e 2. Eles mostram as principais características dos ensaios empregados na indução da corrosão por cloretos, tomando como referência os cenários nacional (Quadro 1) e internacional (Quadro 2). Adotou-se como critério para a escolha dos trabalhos o emprego de corpos de prova confeccionados com armadura de aço envoltos por matriz cimentícia (concreto ou argamassa) submetidos à ação de cloretos.

Quadro 1
Características dos ensaios acelerados para indução da corrosão por cloretos em pesquisas realizadas no Brasil
Quadro 2
Características dos ensaios acelerados para indução da corrosão por cloretos de pesquisas realizadas no mundo

A seguir, discutem-se as características dos principais ensaios empregados na indução da corrosão por cloretos.

Métodos acelerados de indução da corrosão em concretos armados

Cumpre aqui esclarecer que não é objetivo desta seção apresentar todos os métodos acelerados de indução da corrosão para concreto armado, mas comentar sobre aqueles com maior representatividade na literatura, discutindo sobre suas vantagens e desvantagens.

Adição de cloretos à massa de concreto

Essa metodologia acelerada de indução da corrosão por cloretos consiste em adicionar certas quantidades preestabelecidas de íons cloreto ao traço do concreto; em seguida, segundo a literatura consultada, os concretos são submetidos a três condições distintas: exposição em ambiente de laboratório, em câmara climática ou em ciclos de imersão e secagem em água destilada. Os principais sais empregados são o cloreto de sódio (ARYA; XU, 1994ARYA, C.; XU, Y. Effect of Cement Type on Chloride Binding and Corrosion of Steel in Concrete. Cement and Concrete Research, v. 25, n. 4, p. 893-902, nov. 1994.; PAGE et al., 2002PAGE, M. M. et al. Ion Chromatographic Analysis of Corrosion Inhibitors in Concrete. Construction and Building Materials, v. 16, p. 73-81, jan. 2002.; GARCIA-ALONSO et al., 2007GARCIA-ALONSO, M. C. et al. Corrosion Behaviour of New Stainless Steels Reinforcing Bars Embedded in Concrete. Cement and Concrete Research, v. 37, p. 1463-1471, jun. 2007.; ANN et al., 2010ANN, K. Y. et al. The Resistance of High Alumina Cement Against Corrosion of Steel in Concrete. Construction and Building Materials, v. 24, p. 1502-1510, feb. 2010.) e o cloreto de cálcio (MONTEIRO; GØRV; MEHTA, 1985MONTEIRO, P. J. M.; GJØRV, O. E.; MEHTA, P. K. Microstructure of the Steel-Cement Paste Interface in the Presence of Chloride. Cement and Concrete Research, v. 15, p. 781-784, mar. 1985.; ANDRADE; ALONSO; MOLINA, 1993ANDRADE, C.; ALONSO, C.; MOLINA, F. J. Cover Cracking as a Function of Bar Corrosion: part I: experimental test. Materials and Structures, v. 26, n. 8, p. 453-464, oct. 1993.), com maior predominância do primeiro.

A adição de cloretos à massa de concreto fresco foi muito empregada entre as décadas de 1960 e 1980, por sua praticidade e velocidade no início da corrosão. O objetivo dessa técnica é encontrar o teor crítico de cloretos em um rápido espaço de tempo. Esse método de ensaio simula a contaminação de concretos, como através da utilização de agregados contaminados, do uso de aceleradores de pega, etc. Em tempos atuais, esses tipos de contaminação são improváveis pelas limitações impostas pelas normas (ANDRADE, 2001ANDRADE, C. Procesos de Corrosión en el Hormigón y Métodos Modernos de Cálculo de la Carbonatación, Penetración de Cloruros y Propagación de la Corrosión. In: CURSO DE ESTUDIOS MAYORES DE LA CORROSIÓN, 15., 2001, Madrid. Actas... Madrid: IETcc, 2001.). Portanto, trata-se de um método de ensaio que não apresenta similaridade com situações usuais existentes na realidade. No entanto, pode ser útil na análise comparativa de materiais, principalmente em função de sua velocidade de resposta.

Uma vez que se adicionam cloretos à massa de concreto, a concentração de cloretos total em todas as amostras fica homogeneamente distribuída e bem definida. Por outro lado, essa técnica de ensaio impossibilita a formação de um perfil de cloretos - importante para o estudo da evolução do ingresso de cloretos -, afeta a porosidade do material em função das ligações entre os cloretos e as fases hidratadas do cimento e, por fim, compromete a formação da película passivadora se a concentração for demasiado elevada (ANGST et al., 2011aANGST, U. M. et al. Chloride Induced Reinforcement Corrosion: electrochemical monitoring of initiation stage and chloride threshold values. Corrosion Science, v. 53, p. 1451-1464, jan. 2011a.).

Embora uma distribuição homogênea de cloretos nas amostras facilite a aferição da concentração de cloretos nas proximidades do aço, ela pode não ter relação com a realidade. Em virtude de não se formarem células com concentrações diferentes ao longo da superfície da barra, as características iniciais da corrosão por pite podem ser alteradas (LI; YUAN; LI, 2011LI, F.; YUAN, Y.; LI, C.-Q. Corrosion Propagation of Prestressing Steel Strands in Concrete Subject to Chloride Attack. Construction and Building Materials, v. 25, p. 3878-3885, may 2011.). O Quadro 3 apresenta um resumo das vantagens e das desvantagens do método.

Quadro 3
Vantagens e desvantagens da adição de cloretos à massa de concreto

Ciclos de imersão e secagem

Esse tipo de ensaio caracteriza-se por submeter os corpos de prova a períodos de imersão, parcial ou total (Figuras 3a e 3b), em solução agressiva e posterior secagem em ambiente de laboratório, câmara climática ou estufa (Figura 3c). As principais variáveis que influenciam na resposta desse tipo de ensaio são tempo de exposição aos ciclos, concentração da solução, tipo de cátion associado aos íons cloretos, período para renovação da solução, tempo de imersão, tipo de imersão (total ou parcial), tempo de secagem, tipo de secagem (em ambientes de laboratório, câmara climática ou estufas) e condições de secagem (temperatura, umidade e ventilação).

Figura 3
Configuração dos procedimentos de imersão e secagem

Na literatura, a solução mais empregada é a de cloreto de sódio a 1 M, devido a sua proximidade com a concentração salina média dos mares, algo próximo a 3,5% em relação à massa de água (GLASS; BUENFELD, 1997GLASS, G. K.; BUENFELD, N. R. The Presentation of the Chloride Threshold Level For Corrosion of Steel in Concrete. Corrosion Science, v. 39, n. 5, p. 1001-1013, 1997.; PAGE et al., 2002PAGE, M. M. et al. Ion Chromatographic Analysis of Corrosion Inhibitors in Concrete. Construction and Building Materials, v. 16, p. 73-81, jan. 2002.; VIEIRA, 2003VIEIRA, F. M. P. Contribuição ao Estudo de Corrosão de Armaduras em Concretos Aramados Com Adição de Sílica Ativa. Porto Alegre, 2003. Tese (Doutorado em Engenharia) - Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2003.; SILVA, 2006SILVA, F. G. Estudo de Concretos de Alto Desempenho Frente à Ação de Cloretos. São Carlos, 2006. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia dos Materiais) - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2006.). Quanto aos ciclos, os períodos de imersão/secagem mais empregados são os de 3 dias para imersão e de 4 dias para secagem ou de 2 dias para imersão e 5 dias para secagem (GJØRV; VENESLAND, 1979GJØRV, O. E.; VENNESLAND, O. Diffusion of Chloride Ions From Seawater Into Concrete. Cement and Concrete Research, v. 9, p. 229-238, jan. 1979.; CABRAL, 2000CABRAL, A. E. B. Avaliação da Eficiência de Sistemas de Reparo no Combate à Iniciação e à Propagação da Corrosão do Aço Induzida por Cloretos. Porto Alegre, 2000. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2000.; SANTOS, 2006SANTOS, L. Avaliação da Resistividade Elétrica do Concreto Como Parâmetro Para a Previsão da Iniciação da Corrosão Induzida Por Cloretos em Estruturas de Concreto. Brasília, 2006, 161 f. Dissertação (Mestrado em Estruturas e Construção Civil) - Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, 2006., ANGST et al., 2011aANGST, U. M. et al. Chloride Induced Reinforcement Corrosion: electrochemical monitoring of initiation stage and chloride threshold values. Corrosion Science, v. 53, p. 1451-1464, jan. 2011a.). Essas proporções com maior período de secagem têm relação com a maior facilidade do material em absorver água quando em imersão e com a maior dificuldade em perdê-la quando em secagem.

No que se refere à forma de secagem, há na literatura certo equilíbrio entre a secagem em ambiente de laboratório (WHEAT, 2002WHEAT, H. G. Using Polymers to Minimize Corrosion of Steel in Concrete. Cement and Concrete Composites, v. 24, p. 119-126, 2002.; TAVARES; COSTA; ANDRADE, 2006TAVARES, L. M.; COSTA, E. M.; ANDRADE, J. J. O. Estudo do Processo de Corrosão Por Íons Cloreto no Concreto Armado Utilizando Barras de Aço Comum e Barras de Aço Galvanizado. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 17., Foz do Iguaçu, 2006. Anais... Foz do Iguaçu: CBECIMat, 2006.; ANGST et al., 2011bANGST, U. M. et al. Chloride Induced Reinforcement Corrosion: rate limiting step of early pitting corrosion. Electrochemica Acta, v. 56, p. 5877-5388, may 2011b.) e a secagem em estufa com temperatura variando entre 40 ºC e 50 ºC (VIEIRA, 2003VIEIRA, F. M. P. Contribuição ao Estudo de Corrosão de Armaduras em Concretos Aramados Com Adição de Sílica Ativa. Porto Alegre, 2003. Tese (Doutorado em Engenharia) - Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2003.; TAVARES; COSTA; ANDRADE, 2006TAVARES, L. M.; COSTA, E. M.; ANDRADE, J. J. O. Estudo do Processo de Corrosão Por Íons Cloreto no Concreto Armado Utilizando Barras de Aço Comum e Barras de Aço Galvanizado. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 17., Foz do Iguaçu, 2006. Anais... Foz do Iguaçu: CBECIMat, 2006.; KISHIMOTO, 2010KISHIMOTO, I. Experimental Study on the Corrosion Condition of Steel Bars in Cracked Reinforced Concrete Specimen. In: INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON THE AGEING MANAGEMENT & MAINTENANCE OF NUCLEAR POWER PLANTS, Tokyo, 2010. Proceedings... Tokyo, 2010.). A principal vantagem do uso da secagem em estufa é a aceleração do ingresso de cloretos no interior do concreto em função do posterior aumento da sucção capilar (TANG; NILSON, 1993TANG, L.; NILSSON, L.-O. Chloride Binding Capacity and Binding Isotherms of OPC Pastes and Mortars. Cement and Concrete Research, v. 23, p. 247-253, 1993.). Por outro lado, o uso de uma temperatura elevada, acima de 50 ºC, pode alterar a microestrutura do concreto (METHA; MONTEIRO, 2008MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto: microestrutura, propriedades e materiais. São Paulo: Ibracon, 2008.) e, portanto, deve ser evitada.

Nos ciclos de imersão e secagem, a sucção capilar, que se caracteriza pela penetração dos íons cloreto na rede porosa do material por tensões capilares, prevalece nas camadas superficiais do concreto (ANGST; VENNESLAND, 2009ANGST, U. M.; VENNESLAND, Ø. Critical Chloride Content in Reinforced Concrete: state of the art. Concrete Repair, Rehabilitation and Retrofitting II, p. 311-317, 2009.). No entanto, nas camadas mais profundas, onde a perda de água não é tão acentuada durante a secagem, também ocorre difusão (COSTA; APPLETON, 2007COSTA, A.; APPLETON, J. Análises da Penetração de Cloretos em Estruturas de Betão Armado Expostas a Ambiente Marítimo. Revista Portuguesa de Engenharia de Estruturas, v. 46, p. 3-13, 2007.; MEIRA et al., 2010MEIRA, G. R. et al. Durability of Concrete Structures in Marine atmosphere Zones: the use of chloride deposition rate on the wet candle as an environmental indicator. Cement and Concrete Composites, v. 27, p. 667-676, 2010.). Por isso, esse método de ensaio apresenta significativa afinidade com a realidade (ANGST et al., 2009ANGST, U. M. et al. Critical Chloride Content in Reinforced Concrete: a review. Cement and Concrete Research, v. 39, p. 1122-1138, aug. 2009.).

O emprego de ciclos de imersão e secagem possibilita o monitoramento eletroquímico durante todo o período de ensaio, com respostas em relação ao comportamento eletroquímico da armadura ao longo desse período. Porém, durante o monitoramento, pode-se verificar curtos ciclos de passivação e repassivação até a consolidação do início do processo corrosivo, motivado pelas mudanças de ambiente em curto espaço de tempo (MEIRA et al., 2014MEIRA, G. R. et al. Analysis of Chloride Threshold From Laboratory and Field Experiments in Marine Atmosphere Zone. Construction and Building Materials, v. 55, p. 289-298, 2014.). Alterações microestruturais podem acontecer durante o ensaio não só motivadas pela idade, mas também relacionadas a pequenas curas do concreto durante as imersões, o que resulta em reduções de porosidade. Por outro lado, dependendo da temperatura que se empregue na secagem, pode haver alterações microestruturais que, em contrapartida, ensejem aumento de porosidade.

Diferentemente dos ensaios com adição de cloretos à massa de concreto, aqui o concreto apresenta concentrações de cloretos variando com a profundidade. Isso, se, por um lado, dificulta a obtenção dos teores críticos de cloretos, por outro, favorece à formação da película passivadora de forma semelhante às condições reais de exposição.

Comparando o presente método com outros métodos de ensaio, como a adição de cloretos à massa de concreto e a eletromigração, o ensaio por imersão e secagem apresenta um tempo relativamente elevado de ensaio para conduzir a armadura à despassivação, em virtude dos mecanismos de transporte envolvidos. O Quadro 4 resume as vantagens e as desvantagens de se empregar esse método de ensaio.

Quadro 4
Vantagens e desvantagens na aplicação do ensaio de ciclos de imersão e secagem

Eletromigração

A eletromigração envolve um conjunto de configurações de ensaios acelerados que se baseia na penetração de cloretos a partir da aplicação de um campo elétrico. Nesse tipo de ensaio, o mecanismo de transporte preponderante é a migração iônica (CASCUDO, 1997CASCUDO, O. Controle da Corrosão de Armaduras em Concreto: inspeção e técnicas eletroquímicas. São Paulo: Pini, 1997.; MIETZ, 1998MIETZ, J. Electrochemical Rehabilitation Methods for Reinforced Concrete Structures: a state of the art report. European Federation of Corrosion. London: The Institute of Materials, 1998.). Em um curto espaço de tempo, os íons cloreto migram, sob o efeito de um campo elétrico, no sentido da armadura, em vez de se difundirem lentamente no interior do concreto, devido a diferenças de concentração (TREJO; PILLAI, 2003TREJO, D.; PILLAI, R. G. Accelerated Chloride Threshold Testing: part I - ASTM A615 and A706 reinforcement. ACI Materials Journal, v. 100, n. 6, p. 519-527, 2003.). As configurações de ensaio são as mais diversas e variam desde os tipos de solução empregada, passando pelas formas de montagem do ensaio, até a intensidade do campo elétrico e seu tempo de aplicação. As configurações de ensaio mais utilizadas estão apresentadas nas Figuras 4a e 4b. Contudo, o ensaio apresentado na Figura 4c também pode ser identificado na literatura, com aplicação observada nos Estados Unidos.

Figura 4
Configurações de ensaio por migração iônica

No geral, o tipo de configuração mostrado na Figura 4a é a mais empregada (CABRERA, 1996CABRERA, J. G. Deterioration of Concrete Due to Reinforcement Steel Corrosion. Cement and Concrete Composites, v. 18, p. 47-59, 1996.; ALONSO et al., 1998ALONSO, C. et al. Factors Controlling Cracking of Concrete Affected by Reinforcement Corrosion. Materials and Structures, v. 31, p. 435-441, aug./sep. 1998.; PAGE et al., 2002PAGE, M. M. et al. Ion Chromatographic Analysis of Corrosion Inhibitors in Concrete. Construction and Building Materials, v. 16, p. 73-81, jan. 2002.; AUSTIN; LYONS; ING, 2004AUSTIN, S. A.; LYONS, R.; ING, M. Electrochemical Behaviour of Steel Reinforced Concrete During Accelerated Corrosion Testing. Corrosion, v. 60, n. 2, p. 203-212, 2004.; TORRES, 2006TORRES, A. S. Avaliação da Sensibilidade do Ensaio CAIM: corrosão acelerada por imersão modificada: frente ao processo de corrosão em armaduras de concreto armado. Porto Alegre, 2006. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2006.; SPAINHOUR; WOOTTON, 2008SPAINHOUR, L. K.; WOOTTON, I. A. Corrosion Process and Abatement in Reinforced Concrete Wrapped by Fibber Reinforced Polymer. Cement and Concrete Composites, v. 30, p. 535-543, mar. 2008.; AUSTIN; LYONS; ING, 2004AUSTIN, S. A.; LYONS, R.; ING, M. Electrochemical Behaviour of Steel Reinforced Concrete During Accelerated Corrosion Testing. Corrosion, v. 60, n. 2, p. 203-212, 2004.). Porém, esse tipo de configuração, apesar de ser o mais simples dos três, caracteriza-se por uma forte polarização na barra, tendo em vista que um dos polos é a própria armadura (TREJO; HALMEN; REINSCHMIDT, 2009TREJO, D.; HALMEN, C.; REINSCHMIDT, K. Corrosion Performance Tests for Reinforcing Steel in Concrete: technical report. Austin: Texas Transportation Institute, 2009. (Technical Report Documentation Page, FHWA/TX-09/0-4825-1). Disponível em: <https://rosap.ntl.bts.gov/view/dot/16937>. Acessado em: 23 mar. 2017.
https://rosap.ntl.bts.gov/view/dot/16937...
).

A Figura 4b mostra o esquema de montagem proposto por Castellote, Andrade e Alonso (2002)CASTELLOTE, M.; ANDRADE, C.; ALONSO, C. Accelerated Simultaneous Determination of the Chloride Depassivation Threshold and of the Non-Stationary Diffusion Coefficient Values. Corrosion Science, v. 44, p. 2409-2424, Feb. 2002., que consiste no emprego de uma diferença de potencial entre duas malhas metálicas imersas em soluções distintas, a primeira (na parte superior) contendo cloretos e a segunda (na parte inferior) contendo apenas água destilada. Por não empregar a barra como polo positivo, a polarização da armadura é reduzida. Porém, tal configuração de montagem repercute em um maior tempo de ensaio quando comparado à configuração mostrada na Figura 4a, devido à maior espessura do meio resistivo existente entre os polos.

Na Figura 4c, tem-se o ensaio Accelerated Chloride Threshold Test (ACT), proposto por Trejo e Miller (2003)TREJO, D.; MILLER, D. System and Method For Determining the Chloride Corrosion Threshold Level for Uncoated Steel Reinforcement Embedded in Cementitious Material. US Patent Application Serial No. 60/288, p. 210, 2003., um ensaio complexo que consiste na confecção de corpos de prova de argamassa cilíndricos (Figura 4c-7) (75x150 mm) com armadura embutida. Acima dos CPs, são dispostos reservatórios (Figura 4c-2) contendo uma solução com 3,5% de cloreto de sódio (Figura 4c-3). A diferença de potencial aplicada por uma fonte de bancada entre o cátodo (Figura 4c-4) e o ânodo (Figura 4c-10) é de 20 V, logo a barra não é usada como polo para aplicação da tensão. A armadura é ligada a um “terra”, minimizando drasticamente o efeito da polarização. O campo elétrico é aplicado em intervalos de 6 h, e as medidas eletroquímicas são realizadas 42 h após o emprego do campo. A corrosão da armadura é monitorada constantemente através de potenciostato, usando a técnica de resistência à polarização. Embutidos no corpo de prova estão o contraeletrodo (Figura 4c-5) e a sonda de Haber-Luggin (Figura 4c-6), que contém um eletrodo de referência (eletrodo de calomelano saturado), de modo a executar os ensaios de resistência de polarização. O ensaio prossegue até a detecção da despassivação da armadura.

Na literatura, o sal mais empregado nos ensaios de eletromigração é o cloreto de sódio (CABRERA, 1996CABRERA, J. G. Deterioration of Concrete Due to Reinforcement Steel Corrosion. Cement and Concrete Composites, v. 18, p. 47-59, 1996.; CASTELLOTE; ANDRADE; ALONSO, 2002CASTELLOTE, M.; ANDRADE, C.; ALONSO, C. Accelerated Simultaneous Determination of the Chloride Depassivation Threshold and of the Non-Stationary Diffusion Coefficient Values. Corrosion Science, v. 44, p. 2409-2424, Feb. 2002.; PAGE et al., 2002PAGE, M. M. et al. Ion Chromatographic Analysis of Corrosion Inhibitors in Concrete. Construction and Building Materials, v. 16, p. 73-81, jan. 2002.; AUSTIN; LYONS; ING, 2004AUSTIN, S. A.; LYONS, R.; ING, M. Electrochemical Behaviour of Steel Reinforced Concrete During Accelerated Corrosion Testing. Corrosion, v. 60, n. 2, p. 203-212, 2004.; SPAINHOUL; WOOTTON, 2008SPAINHOUR, L. K.; WOOTTON, I. A. Corrosion Process and Abatement in Reinforced Concrete Wrapped by Fibber Reinforced Polymer. Cement and Concrete Composites, v. 30, p. 535-543, mar. 2008.; PRABAKAR; MANOJARAN; NEELAMEGAM, 2009PRABAKAR, J.; MANOHARAN, P. D.; NEELAMEGAM, M. Performance Evaluation of Concrete Containing Sodium Nitrate Inhibitor. In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON NON-CONVENTIONAL MATERIALS AND TECHNOLOGIES, 11., Bath, 2009. Proceedings... Bath: Nocmat, 2009.; TREJO; HALMEN; REINSCHMIDT, 2009TREJO, D.; HALMEN, C.; REINSCHMIDT, K. Corrosion Performance Tests for Reinforcing Steel in Concrete: technical report. Austin: Texas Transportation Institute, 2009. (Technical Report Documentation Page, FHWA/TX-09/0-4825-1). Disponível em: <https://rosap.ntl.bts.gov/view/dot/16937>. Acessado em: 23 mar. 2017.
https://rosap.ntl.bts.gov/view/dot/16937...
; AHMAD, 2009AHMAD, S. Techniques for Inducing Accelerated Corrosion of Steel in Concrete. The Arabian Journal for Science and Engineering, v. 34, n. 2C, p. 95-104, 2009.). Em relação às concentrações de cloretos empregadas nas soluções, essas estão em torno de 1 M (ALONSO et al., 1998ALONSO, C. et al. Factors Controlling Cracking of Concrete Affected by Reinforcement Corrosion. Materials and Structures, v. 31, p. 435-441, aug./sep. 1998.; ANDRADE; ALONSO, 2002; LEE; NOGUCHIB; TOMOSAWAC, 2002LEE, H.-S.; NOGUCHIB, T.; TOMOSAWAC, F. Evaluation of the Bond Properties Between Concrete and Reinforcement as a Function of the Degree of Reinforcement Corrosion. Cement and Concrete Research, v. 32, p. 1313-1318, 2002.; TREJO; MILLER, 2003TREJO, D.; MILLER, D. System and Method For Determining the Chloride Corrosion Threshold Level for Uncoated Steel Reinforcement Embedded in Cementitious Material. US Patent Application Serial No. 60/288, p. 210, 2003.; CASTELLOTE; TORRES, 2006TORRES, A. S. Avaliação da Sensibilidade do Ensaio CAIM: corrosão acelerada por imersão modificada: frente ao processo de corrosão em armaduras de concreto armado. Porto Alegre, 2006. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2006.; ABSORRA et al., 2011ABOSRRA, L.; ASHOUR, A. F.; YOUSEFFI, M. Corrosion of Steel Reinforcement in Concrete of Different Compressive Strengths. Construction and Building Materials, v. 25, p. 3915-3925, 2011.).

A diferença de potencial recomendada varia de autor para autor, porém há uma tendência à aplicação de baixas diferenças de potencial. Trejo e Pillai (2003)TREJO, D.; PILLAI, R. G. Accelerated Chloride Threshold Testing: part I - ASTM A615 and A706 reinforcement. ACI Materials Journal, v. 100, n. 6, p. 519-527, 2003. recomendam 10 V, e Castellote, Andrade e Alonso (2002)CASTELLOTE, M.; ANDRADE, C.; ALONSO, C. Accelerated Simultaneous Determination of the Chloride Depassivation Threshold and of the Non-Stationary Diffusion Coefficient Values. Corrosion Science, v. 44, p. 2409-2424, Feb. 2002. recomendam valores entre 10 V e 13 V. O principal motivo para a aplicação de uma diferença de potencial mais baixa se deve principalmente a alterações na microestrutura do material e, consequentemente, nos perfis de cloretos, com o aumento da tensão aplicada (TREJO; PILLAI, 2003TREJO, D.; PILLAI, R. G. Accelerated Chloride Threshold Testing: part I - ASTM A615 and A706 reinforcement. ACI Materials Journal, v. 100, n. 6, p. 519-527, 2003.), bem como o efeito da polarização da armadura. Quanto maior a diferença de potencial aplicada no campo elétrico, maior a intensidade da polarização da armadura e maior será o tempo necessário para a barra voltar à configuração original (CASTELLOTE; ANDRADE; ALONSO, 2002CASTELLOTE, M.; ANDRADE, C.; ALONSO, C. Accelerated Simultaneous Determination of the Chloride Depassivation Threshold and of the Non-Stationary Diffusion Coefficient Values. Corrosion Science, v. 44, p. 2409-2424, Feb. 2002.; TREJO; PILLAI, 2003TREJO, D.; PILLAI, R. G. Accelerated Chloride Threshold Testing: part I - ASTM A615 and A706 reinforcement. ACI Materials Journal, v. 100, n. 6, p. 519-527, 2003.).

A aplicação de campo elétrico para acelerar o transporte de cloretos gera um efeito colateral, que é a migração de íons hidroxila (OH-). Assim, o pH da matriz cimentícia na região sofre alteração. Hausmann (1967)HAUSMANN, D. A. Steel Corrosion in Concrete: how does it occur? Materials Protection, v. 6, n. 11, p. 19-23, 1967. mostra que os valores-limite de cloretos para despassivação da armadura mudam proporcionalmente com a concentração de íons hidroxila (OH-) do ambiente. Logo, uma vez reduzida a concentração de OH-, também é reduzida a concentração de íons cloreto para provocar o início da corrosão. Castellote, Andrade e Alonso (2002)CASTELLOTE, M.; ANDRADE, C.; ALONSO, C. Accelerated Simultaneous Determination of the Chloride Depassivation Threshold and of the Non-Stationary Diffusion Coefficient Values. Corrosion Science, v. 44, p. 2409-2424, Feb. 2002. e Trejo e Pillai (2003)TREJO, D.; PILLAI, R. G. Accelerated Chloride Threshold Testing: part I - ASTM A615 and A706 reinforcement. ACI Materials Journal, v. 100, n. 6, p. 519-527, 2003. relataram que o pH do ambiente em volta da armadura diminui com o aumento do campo elétrico aplicado e/ou com o aumento do tempo de aplicação (carga passante), devido à oxidação de íons hidroxila no ânodo. Os mesmos autores também relatam que íons hidroxila são gerados no cátodo pela eletrólise das moléculas de água e posteriormente migram para o anodo, aumentando o pH do meio.

Além dos fatores citados acima, a baixa disponibilidade de oxigênio nas proximidades da armadura pode influenciar os resultados do monitoramento eletroquímico da armadura e do teor crítico de cloretos, já que, como os poros estão sempre saturados, poderá haver carência de oxigênio para ativação da armadura. Essa condição acaba fazendo com que mais cloretos penetrem no concreto antes da ativação da armadura e que ocorra uma superestimação do teor crítico de cloretos. O Quadro 5 resume as vantagens e as desvantagens de se empregar esse método de ensaio.

Quadro 5
Vantagens e desvantagens na aplicação do ensaio de eletromigração

Ensaio da piscina ou “salt ponding test

Os ensaios acelerados de indução da corrosão usando as configurações com reservatórios contendo soluções com cloretos na superfície de concretos são denominados de ensaios de piscina ou “salt ponding test”. O ensaio consiste na confecção de um reservatório (piscina) aderido à superfície do concreto, onde é adicionada uma solução contendo cloretos, e monitora-se a entrada de cloretos no concreto. A diferença de concentração entre a solução da piscina e o interior do concreto gera um gradiente de concentração de cloretos que tem como consequência o transporte desses íons por difusão (CASCUDO, 1997CASCUDO, O. Controle da Corrosão de Armaduras em Concreto: inspeção e técnicas eletroquímicas. São Paulo: Pini, 1997.).

Alguns autores defendem que uma parte do transporte ocorre por absorção capilar, motivada pela diferença de umidade entre a face saturada, em contato com a piscina, e a face oposta. Essa diferença de umidade gera vapor de água e consequentemente um gradiente de pressão, que, por sua vez, induz a uma maior penetração de solução (STANISH; THOMAS, 2003STANISH, K.; THOMAS, M. D. A. The Use of Bulk Diffusion Tests to Establish Time Dependent Concrete Chloride Diffusion Coefficients. Cement and Concrete Research, v. 33 n. 1, p. 55-62, 2003.). Para minimizar esse tipo de efeito, há a possibilidade de se manter o conjunto em ambiente com elevada umidade relativa (≥95%) para mitigar a perda de umidade do corpo de prova para o ambiente.

Esse ensaio pode assumir distintas configurações (Figuras 5a, 5b e 5c), e suas principais variáveis são a altura x da solução (Figuras 5a e 5b), a concentração da solução de cloretos e o tempo de exposição à solução. Alguns trabalhos empregam ciclos de exposição ao reservatório contendo cloretos e secagem; deste modo há sobreposição de mecanismos de transporte (absorção capilar e difusão), o que descaracteriza a prevalência da difusão como mecanismo de transporte (AMERICAN SOCIETY..., 2007AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. G-109: standard test method for determining effects of chemical admixtures on corrosion of embedded steel reinforcement in concrete exposed to chloride environments. Philadelphia, 2007.; OTIENO; ALEXANDER; BEUSHAUSEN, 2008OTIENO, M. B.; ALEXANDER, M. G.; BEUSHAUSEN, H. D. Corrosion Propagation in Cracked and Uncracked Concrete. In: CONCRETE REPAIR, REHABILITATION AND RETROFITTING II, 2., Cape Town, 2008. Proceedings... London: ICCRRR-2, 2008.).

Figura 5
Configurações de ensaio de salt ponding test

Percebe-se o uso de corpos de prova prismáticos e cilíndricos nos ensaios, com preferência para o primeiro tipo. Porém, não há uma padronização nas dimensões. Em todos os casos analisados o sal empregado foi o cloreto de sódio; já a concentração da solução variou entre 3% e 5% (TREJO; MILLER, 2003TREJO, D.; MILLER, D. System and Method For Determining the Chloride Corrosion Threshold Level for Uncoated Steel Reinforcement Embedded in Cementitious Material. US Patent Application Serial No. 60/288, p. 210, 2003.; JOUKOSKI et al., 2004JOUKOSKI, A. et al. The Influence of Cement Type and Admixture on Life Span of Reinforced Concrete Utility Poles Subjected to the High Salinity Environment of Northeastern Brazil, Studied by Corrosion Potential Testing. Cerâmica, v. 50 p. 12-20, 2004.; OTIENO; ALEXANDER; BEUSHAUSEN, 2008OTIENO, M. B.; ALEXANDER, M. G.; BEUSHAUSEN, H. D. Corrosion Propagation in Cracked and Uncracked Concrete. In: CONCRETE REPAIR, REHABILITATION AND RETROFITTING II, 2., Cape Town, 2008. Proceedings... London: ICCRRR-2, 2008.; TREJO; MILLER, 2003TREJO, D.; MILLER, D. System and Method For Determining the Chloride Corrosion Threshold Level for Uncoated Steel Reinforcement Embedded in Cementitious Material. US Patent Application Serial No. 60/288, p. 210, 2003.; JOUKOSKI et al., 2004JOUKOSKI, A. et al. The Influence of Cement Type and Admixture on Life Span of Reinforced Concrete Utility Poles Subjected to the High Salinity Environment of Northeastern Brazil, Studied by Corrosion Potential Testing. Cerâmica, v. 50 p. 12-20, 2004.), com certa prevalência de 5%, fato esse explicado pela redução do tempo de ensaio.

Os ensaios que empregam esse tipo de configuração caracterizam-se pelo elevado tempo de ensaio até a despassivação da armadura. O elevado tempo de ensaio se deve, principalmente, ao mecanismo de transporte de massa e à carência de oxigênio nos poros, uma vez que os poros, em geral, estão saturados (ANGST et al., 2009ANGST, U. M. et al. Critical Chloride Content in Reinforced Concrete: a review. Cement and Concrete Research, v. 39, p. 1122-1138, aug. 2009.).

A Figura 5a mostra uma configuração de ensaio semelhante à da norma T259-80 (AMERICAN ASSOCIATION..., 2002AMERICAN ASSOCIATION OF STATES HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIALS. T259-80: standard method of test for resistance of concrete to chloride ion penetration. Washington, DC, 2002.). Nele o ensaio consiste no emprego de corpos de prova de concreto armado submetidos ao fluxo unidirecional de cloretos a partir de um reservatório fixado em sua parte superior. A disposição do conjunto em um ambiente com umidade controlada (HR≥95%) contribui para que seja minimizada a secagem superficial dos corpos de prova. As alturas do reservatório e as concentrações da solução variaram de trabalho para trabalho. Chiang e Yang (2007)CHIANG, C. T.; YANG, C. C. Relation Between the Diffusion Characteristic of Concrete From Salt Ponding Test and Accelerated Chloride Migration test. Materials Chemistry and Physics, v. 106, p. 240-246, 2007. usaram uma solução de 3% de NaCl com altura da solução de 13 mm, e Otieno, Alexander e Beushausen (2008)OTIENO, M. B.; ALEXANDER, M. G.; BEUSHAUSEN, H. D. Corrosion Propagation in Cracked and Uncracked Concrete. In: CONCRETE REPAIR, REHABILITATION AND RETROFITTING II, 2., Cape Town, 2008. Proceedings... London: ICCRRR-2, 2008. usaram uma solução de 5% de NaCl com altura da solução de 25 mm. No entanto, não se espera que a altura do reservatório seja um fator de grande interferência em comparação com a concentração da solução.

Na Figura 5b tem-se a configuração de ensaio proposta por Joukoski et al. (2004)JOUKOSKI, A. et al. The Influence of Cement Type and Admixture on Life Span of Reinforced Concrete Utility Poles Subjected to the High Salinity Environment of Northeastern Brazil, Studied by Corrosion Potential Testing. Cerâmica, v. 50 p. 12-20, 2004.. O ensaio consiste na confecção de dois reservatórios, um contendo água destilada e outro contendo uma solução com íons cloreto. O uso do reservatório contendo água destilada aumenta o gradiente de concentração e minimiza os efeitos de vaporização de água no interior do concreto, conforme citado no início desta seção. Essa configuração de ensaio, atrelada a uma pré-saturação dos poros com água destilada, antes do ensaio acelerado, contribui para que ocorra a prevalência do transporte por difusão. Em situações em que a troca de umidade com o meio possa assumir maior proporção, tem-se a possibilidade de manutenção dos corpos de prova em ambiente com umidade relativa elevada (UR>95%).

Por fim, a Figura 5c mostra a configuração de ensaio proposto pela norma G-109 (AMERICAN SOCIETY..., 2007AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. G-109: standard test method for determining effects of chemical admixtures on corrosion of embedded steel reinforcement in concrete exposed to chloride environments. Philadelphia, 2007.). O ensaio consiste no emprego de corpos de prova de concreto com dimensões predeterminadas, submetidos a ciclos de exposição à solução com íons cloreto (3% de NaCl) contida num reservatório, durante 2 semanas, e secagem em ambiente de laboratório, também durante 2 semanas. Aos corpos de prova são adicionadas três barras de aço conectadas a um resistor de 100 Ω. O monitoramento eletroquímico é feito sempre após a exposição à solução agressiva, através das medidas de corrente (obtidas indiretamente por meio das medidas de potencial através do resistor), bem como através das medidas de potencial de corrosão, seguindo as recomendações das normas ASTM G-109 (AMERICAN SOCIETY..., 2007AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. G-109: standard test method for determining effects of chemical admixtures on corrosion of embedded steel reinforcement in concrete exposed to chloride environments. Philadelphia, 2007.) e C-876 (AMERICAN SOCIETY..., 2015AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. C-876: standard test for half-cell potentials of uncoated reinforcing steel in concrete. Philadelphia, 2015.) respectivamente. O processo de exposição e secagem se repete até a detecção da corrosão. Esse tipo de ensaio é amplamente utilizado em estudos para avaliar vários métodos de proteção contra corrosão, incluindo diferentes propriedades do concreto, materiais com baixa taxa de aglomeração em substituição parcial ao uso de cimento, inibidores de corrosão e aços para estruturas de concreto resistentes à corrosão (TREJO; HALMEN; REINSCHMIDT, 2009TREJO, D.; HALMEN, C.; REINSCHMIDT, K. Corrosion Performance Tests for Reinforcing Steel in Concrete: technical report. Austin: Texas Transportation Institute, 2009. (Technical Report Documentation Page, FHWA/TX-09/0-4825-1). Disponível em: <https://rosap.ntl.bts.gov/view/dot/16937>. Acessado em: 23 mar. 2017.
https://rosap.ntl.bts.gov/view/dot/16937...
).

A principal desvantagem do método de ensaio da piscina é o tempo para a finalização do ensaio. Esse fato é explicado por dois motivos: a limitação de oxigênio nas proximidades da armadura em função de os poros estarem saturados de solução; e o mecanismo de transporte por difusão iônica conferir velocidade lenta de ingresso de cloretos. O Quadro 6 resume as vantagens e as desvantagens de se empregar esse tipo de método de ensaio.

Quadro 6
Vantagens e desvantagens na aplicação do ensaio de salt ponding test

Câmara de névoa salina

O ensaio acelerado de indução da corrosão em câmara de névoa salina caracteriza-se por representar um típico ambiente de atmosfera marinha, onde a estrutura de concreto armado sofre a incidência de uma névoa contendo íons cloreto (Figura 6a). O ensaio consiste na colocação de corpos de prova em câmaras pré-fabricadas (Figura 6b) com ambiente controlado (temperatura, pressão, ciclos de aspersão, etc.), onde os CPs são aspergidos com solução salina vaporizada. Os principais mecanismos de transporte envolvidos são a absorção/capilar e a difusão, o primeiro, quando os corpos de prova ainda apresentam secagem superficial, e o segundo, quando seus poros vão sendo preenchidos pela solução aspergida.

Figura 6
Arranjo esquemático do ensaio em câmara de névoa salina (a); e imagem da câmara de névoa salina (b)

Existem normas que disciplinam o emprego da câmara de névoa salina para testar a resistência à corrosão de superfícies metálicas, como a B-117 (AMERICAN SOCIETY..., 1995AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. B-117: standard practice for operating salt spray (fog) apparatus. Philadelphia, 1995.), a ISO 9227 (INTERNATIONAL..., 2012INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION. ISO 9227: corrosion tests in artificial atmospheres: salt spray tests. Switzerland, 2012. Annual Book of International Standards.) e a NBR 8094 (ASSOCIAÇÃO..., 1993ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8094: material metálico revestido e não revestido: corrosão por exposição à névoa salina: método de ensaio. Rio de Janeiro, 1993.). Alguns autores, no entanto, empregam essas normas para balizar estudos em concreto armado. Castro, Véleva e Balancán (1997)CASTRO, P.; VÉLEVA, L.; BALANCÁN, M. Corrosion of Reinforced Concrete in Tropical Marie Environment and Accelerated Test. Construction and Building Materials, v. 11, n. 2, p. 75-81, mar. 1997. utilizaram as recomendações da norma ISO 9227 (INTERNATIONAL..., 2012INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION. ISO 9227: corrosion tests in artificial atmospheres: salt spray tests. Switzerland, 2012. Annual Book of International Standards.). Portella et al. (2006)PORTELLA, K. F. et al. Desempenho Físico-Químico de Metais e Estruturas de Concreto de Redes de Distribuição de Energia: estudo de caso na região de Manaus. Quimica Nova, v. 29, n. 4, p. 724-734, abr. 2006. e Monteiro (2002)MONTEIRO, E. C. B. Avaliação do Método de Extração Eletroquímica de Cloretos Para Reabilitação de Estruturas de Concreto Com Problemas de Corrosão de Armaduras. São Paulo, 2002. 229 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) -Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2002. utilizaram as recomendações da norma B-117 (AMERICAN SOCIETY..., 1995AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. B-117: standard practice for operating salt spray (fog) apparatus. Philadelphia, 1995.). Santos (2010)SANTOS, F. C. M. Estudo da Polianilina e da Polianilina-Melamina Como Revestimento Anticorrosivo Para Armaduras do Concreto Armado. Curitiba, 2010. 91 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia dos Materiais) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2010. usou as recomendações da norma brasileira NBR 8094 (ASSOCIAÇÃO..., 1993ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8094: material metálico revestido e não revestido: corrosão por exposição à névoa salina: método de ensaio. Rio de Janeiro, 1993.).

As principais variáveis que interferem no ensaio em câmara de névoa salina são o tipo de sal empregado, a concentração da solução vaporizada, a temperatura, a pressão, o volume de solução aspergida e o tempo entre cada aspersão. Em virtude das várias variáveis a serem controladas, a configuração do teste pode apresentar certo grau de complexidade (ANGST et al., 2009ANGST, U. M. et al. Critical Chloride Content in Reinforced Concrete: a review. Cement and Concrete Research, v. 39, p. 1122-1138, aug. 2009.).

O sal empregado em todos os trabalhos analisados foi o cloreto de sódio (CASTRO; VÉLEVA; BALANCÁN, 1997CASTRO, P.; VÉLEVA, L.; BALANCÁN, M. Corrosion of Reinforced Concrete in Tropical Marie Environment and Accelerated Test. Construction and Building Materials, v. 11, n. 2, p. 75-81, mar. 1997.; CASTRO; RINCON; PAZINI, 2001CASTRO, P.; RINCON, O. T. de; PAZINI, E. J. Interpretation of Chloride Profiles From Concrete Exposed to Tropical Marine Environments. Cement and Concrete Research, v. 31, p. 529-537, jan. 2001.; LEVY, 2001LEVY, S. M. Contribuição ao Estudo da Durabilidade de Concretos Produzidos Com Resíduos de Concreto e Alvenaria. São Paulo, 2001. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2001.; MONTEIRO, 2002MONTEIRO, E. C. B. Avaliação do Método de Extração Eletroquímica de Cloretos Para Reabilitação de Estruturas de Concreto Com Problemas de Corrosão de Armaduras. São Paulo, 2002. 229 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) -Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2002.; PORTELLA et al., 2006PORTELLA, K. F. et al. Desempenho Físico-Químico de Metais e Estruturas de Concreto de Redes de Distribuição de Energia: estudo de caso na região de Manaus. Quimica Nova, v. 29, n. 4, p. 724-734, abr. 2006.; SANTOS, 2010SANTOS, F. C. M. Estudo da Polianilina e da Polianilina-Melamina Como Revestimento Anticorrosivo Para Armaduras do Concreto Armado. Curitiba, 2010. 91 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia dos Materiais) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2010.). A concentração mais usada foi a de 5% (CASTRO; VÉLEVA; BALANCÁN, 1997CASTRO, P.; VÉLEVA, L.; BALANCÁN, M. Corrosion of Reinforced Concrete in Tropical Marie Environment and Accelerated Test. Construction and Building Materials, v. 11, n. 2, p. 75-81, mar. 1997.; LEVY, 2001LEVY, S. M. Contribuição ao Estudo da Durabilidade de Concretos Produzidos Com Resíduos de Concreto e Alvenaria. São Paulo, 2001. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2001.; MONTEIRO, 2002MONTEIRO, E. C. B. Avaliação do Método de Extração Eletroquímica de Cloretos Para Reabilitação de Estruturas de Concreto Com Problemas de Corrosão de Armaduras. São Paulo, 2002. 229 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) -Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2002.; PORTELLA et al., 2006PORTELLA, K. F. et al. Desempenho Físico-Químico de Metais e Estruturas de Concreto de Redes de Distribuição de Energia: estudo de caso na região de Manaus. Quimica Nova, v. 29, n. 4, p. 724-734, abr. 2006.). A temperatura apresentou-se bastante homogênea entre os trabalhos, algo em torno de 35 ºC, com pequena variação (CASTRO; VÉLEVA; BALANCÁN, 1997CASTRO, P.; VÉLEVA, L.; BALANCÁN, M. Corrosion of Reinforced Concrete in Tropical Marie Environment and Accelerated Test. Construction and Building Materials, v. 11, n. 2, p. 75-81, mar. 1997.; MONTEIRO, 2002MONTEIRO, E. C. B. Avaliação do Método de Extração Eletroquímica de Cloretos Para Reabilitação de Estruturas de Concreto Com Problemas de Corrosão de Armaduras. São Paulo, 2002. 229 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) -Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2002.; PORTELLA et al., 2006PORTELLA, K. F. et al. Desempenho Físico-Químico de Metais e Estruturas de Concreto de Redes de Distribuição de Energia: estudo de caso na região de Manaus. Quimica Nova, v. 29, n. 4, p. 724-734, abr. 2006.; SANTOS, 2010SANTOS, F. C. M. Estudo da Polianilina e da Polianilina-Melamina Como Revestimento Anticorrosivo Para Armaduras do Concreto Armado. Curitiba, 2010. 91 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia dos Materiais) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2010.).

Considerando os mecanismos de transporte envolvidos - primeiro a absorção/sucção capilar e, posteriormente, a difusão -, o tempo para início da corrosão pode ser bastante longo se comparado aos ensaios de eletromigração, mesmo tendo em vista as condições de controle da câmara. Por outro lado, nesse tipo de ensaio, pode-se avaliar o comportamento eletroquímico durante todo o período de ensaio e também estudar o transporte de cloretos durante esse mesmo período.

O Quadro 7 resume as vantagens e as desvantagens de se empregar esse tipo de método de ensaio.

Quadro 7
Vantagens e desvantagens do ensaio em câmara de névoa salina

Avaliação geral dos ensaios realizados

Com o intuito de ajudar na avaliação geral dos métodos de ensaio apresentados na seção anterior, foi confeccionado o Quadro 8. Nesse quadro, são analisadas, de forma conjunta, as principais características que influenciam na escolha do tipo de ensaio acelerado empregado na indução da corrosão por cloretos em corpos de prova de concreto armado. Para cada uma dessas características, é feita uma valoração de sua relação com cada tipo de ensaio, através de uma simbologia específica apresentada no mesmo quadro. Essa simbologia, apesar de representar uma avaliação qualitativa, se baseia em uma escala crescente de valoração da relação entre a característica analisada e o procedimento de ensaio, guardando também a referência de uma análise comparativa entre os procedimentos analisados. Ou seja, quanto maior é a quantidade de estrelas, maior é o impacto daquele ensaio na característica específica analisada. Por exemplo, um procedimento de ensaio com uma estrela em sua relação com a característica “tempo de ensaio” significa que aquele procedimento resulta em um tempo de ensaio muito pequeno, enquanto, se essa relação for identificada por cinco estrelas, o procedimento gera um tempo de ensaio muito longo.

Quadro 8
Características dos métodos de ensaio acelerado empregados na indução à corrosão por cloretos

A partir do Quadro 8, observa-se que os ensaios que apresentam melhor conexão com situações reais de exposição são aqueles que demandam maior tempo de operação. Portanto, a escolha passa por conciliar a necessidade da rapidez de resposta com a sintonia com a realidade. Com relação à simplicidade de procedimento, salvo os ensaios de eletromigração, que envolvem a montagem de um sistema elétrico, os demais são relativamente simples de ser realizados. Em geral, os ensaios analisados não oferecem grandes dificuldades para a determinação da concentração de cloretos, com maior destaque para os ensaios ACM e SS. Na mesma linha, os ensaios que operam com o transporte de cloretos do exterior para o interior não oferecem dificuldades para avaliar as características de transporte de massa nos materiais estudados. Por fim, cabe destacar que a configuração dos ensaios ACM e EM, em especial deste último, traz a possibilidade da influência da alteração da microestrutura do material analisado no transporte de cloretos.

Importância da padronização

Apesar da grande quantidade de estudos realizados, a diversidade de procedimentos empregados para indução da corrosão desencadeada por cloretos favorece à dispersão de resultados, com impacto sobre variáveis como o período de iniciação da corrosão e o teor crítico de cloretos. Um exemplo dessa dispersão pode ser observado em levantamentos sobre o teor crítico de cloretos na literatura, que apresentam valores que podem variar entre 0,15% e 2,95% (massa de cimento) para cloretos totais (ANGST et al., 2009ANGST, U. M. et al. Critical Chloride Content in Reinforced Concrete: a review. Cement and Concrete Research, v. 39, p. 1122-1138, aug. 2009.; MEIRA et al., 2014MEIRA, G. R. et al. Analysis of Chloride Threshold From Laboratory and Field Experiments in Marine Atmosphere Zone. Construction and Building Materials, v. 55, p. 289-298, 2014.). Contudo, a grande variabilidade dos resultados não se deve apenas às configurações de ensaio, mas também às técnicas de medição associadas aos parâmetros de leitura obtidos e aos critérios adotados para identificar a despassivação da armadura, às diferenças de definições e à natureza estocástica e complexa da iniciação da corrosão por pites.

No contexto das configurações de ensaio, os Quadros 1 e 2 apresentam o cenário de diversidade praticado. Um exemplo dessa diversidade refere-se à preparação das armaduras para os ensaios. Com relação à preparação da barra antes dos ensaios, os estudos abordados neste trabalho empregam as armaduras basicamente de três maneiras: como recebidas na obra (CASTRO; VÉLEVA; BALANCÁN, 1997CASTRO, P.; VÉLEVA, L.; BALANCÁN, M. Corrosion of Reinforced Concrete in Tropical Marie Environment and Accelerated Test. Construction and Building Materials, v. 11, n. 2, p. 75-81, mar. 1997.; GARCIA-ALONSO et al., 2007GARCIA-ALONSO, M. C. et al. Corrosion Behaviour of New Stainless Steels Reinforcing Bars Embedded in Concrete. Cement and Concrete Research, v. 37, p. 1463-1471, jun. 2007.), com decapagem mecânica (escovação ou jateamento da superfície) (OTIENO; ALEXANDER; BEUSHAUSEN, 2008OTIENO, M. B.; ALEXANDER, M. G.; BEUSHAUSEN, H. D. Corrosion Propagation in Cracked and Uncracked Concrete. In: CONCRETE REPAIR, REHABILITATION AND RETROFITTING II, 2., Cape Town, 2008. Proceedings... London: ICCRRR-2, 2008.; SILVA, 2010SILVA, C. A. Comportamento dos Perfis de Cloreto em Tetrápodes Localizados nos Molhes da Barra Rio Grande - RS - Brasil. Rio Grande, 2010. 287 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Oceânica) - Escola de Engenharia Oceânica, Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, 2010.) ou com decapagem química (MAADDAWY; SOUDK, 2003MAADDAWY, T. A. El; SOUDK, K. A. Effectiveness of Impressed Current Technique to Simulate Corrosion of Steel Reinforcement in Concrete. Journal of Materials in Civil Engineering, v. 15, n. 1, jan./feb. 2003.; MEDEIROS et al., 2017MEDEIROS, M. H. F. et al. Potencial de Corrosão: influência da umidade, relação água/cimento, teor de cloretos e cobrimento. Revista IBRACON de Estrutura e Materiais, v. 10, n. 4, p. 864-885, jul. 2017.; LIU et al., 2018LIU, W. et al. Discussion and Experiments on the Limits of Chloride, Sulphate and Shell Content in Marine Fine Aggregates For Concrete. Construction and Building Materials, v. 159, n. 20, p. 725-733, jan. 2018.). Tais estudos demonstram que as condições superficiais da barra têm efeito significativo no comportamento eletroquímico dela e no teor crítico de cloretos, em virtude de diferenças na formação da capa passiva (GONZALEZ et al., 1996GONZÁLEZ, A. et al. Behaviour of Pre-Rusted Steel in Concrete. Cement and Concrete Research, v. 26, p. 501-511, 1996.; CASCUDO, 1997CASCUDO, O. Controle da Corrosão de Armaduras em Concreto: inspeção e técnicas eletroquímicas. São Paulo: Pini, 1997.; FERREIRA, 2015FERREIRA, P. R. R. Análise da Indução da Corrosão Por Cloretos em Concretos Armados Com Adição de Resíduo de Tijolo Moído a Partir de Ensaios Acelerados. Recife, 2015. 195 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2015.;). Em geral, o tratamento superficial da barra aumenta o teor crítico de cloretos e, por consequência, o tempo de serviço da estrutura, respeitando a seguinte ordem de crescimento: armadura como recebido na obra < com limpeza mecânica < com decapagem química (ANGST et al., 2009ANGST, U. M. et al. Critical Chloride Content in Reinforced Concrete: a review. Cement and Concrete Research, v. 39, p. 1122-1138, aug. 2009.; FERREIRA, 2015FERREIRA, P. R. R. Análise da Indução da Corrosão Por Cloretos em Concretos Armados Com Adição de Resíduo de Tijolo Moído a Partir de Ensaios Acelerados. Recife, 2015. 195 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2015.).

No que se refere aos parâmetros de leitura e aos critérios adotados para identificar a despassivação da armadura, pode-se exemplificar a situação em que apenas o potencial de corrosão é empregado para identificar a despassivação da armadura, tendo o referencial limite de valores mais eletronegativos que -350 mV (ESC) (AMERICAN SOCIETY..., 2015AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. C-876: standard test for half-cell potentials of uncoated reinforcing steel in concrete. Philadelphia, 2015.) ou quando se emprega o potencial de corrosão com o mesmo referencial anterior, somado a uma densidade de corrente de corrosão superior a 0,1 µA/cm2 (CIGNA et al., 1997CIGNA, R. et al. Corrosion and Protection of Metals in Contact With Concrete. COST Action 509 - Final Report. European Community: Luxembourg, 1997.), associados à observância de um “salto” nas medidas dessas duas variáveis. Através da Figura 7, que representa o comportamento de um mesmo material/corpo de prova, pode-se observar que, dependendo da metodologia adotada, a configuração da despassivação pode se dar em momentos distintos, com impactos nas observações dela decorrentes, como, por exemplo, o período de iniciação da corrosão e o teor crítico de cloretos. Ao tomar como referência a despassivação apenas com base nas medidas de potencial de corrosão, a Figura 7a indica que esse momento ocorre aos 92 dias, quando o referencial crítico de -350 mV (ESC) é ultrapassado. No entanto, se essa variável for tomada de modo conjunto com a densidade de corrente de corrosão, a despassivação só se confirma aos 141 dias, quando as medidas de corrente ultrapassam o limite de 0,1 µA/cm2 e quando também se observam “saltos” nas medidas de Ecorr e icorr, esta última com um aumento de aproximadamente 6 vezes nos seus valores.

Figura 7
Exemplo de como diferentes técnicas/critérios de medição podem influenciar no resultado desejado - critério do potencial de corrosão (a), critério da densidade de corrente de corrosão (b)

No que se refere a diferenças de definições, pode-se citar o caso do teor crítico de cloretos. Quando se associa o teor crítico à concentração de cloretos necessária para despassivar a armadura, tem-se um referencial mais conservador, com teores críticos mais baixos (THOMAS, 1996THOMAS, M. Chloride Thresholds in Marine Concrete. Cement and Concrete Research, v. 26, p. 513-519, 1996.; GLASS; BUENFELD, 1997GLASS, G. K.; BUENFELD, N. R. The Presentation of the Chloride Threshold Level For Corrosion of Steel in Concrete. Corrosion Science, v. 39, n. 5, p. 1001-1013, 1997.; CASTELLOTE; ANDRADE; ALONSO, 2002CASTELLOTE, M.; ANDRADE, C.; ALONSO, C. Accelerated Simultaneous Determination of the Chloride Depassivation Threshold and of the Non-Stationary Diffusion Coefficient Values. Corrosion Science, v. 44, p. 2409-2424, Feb. 2002.; TREJO; MILLER, 2003TREJO, D.; MILLER, D. System and Method For Determining the Chloride Corrosion Threshold Level for Uncoated Steel Reinforcement Embedded in Cementitious Material. US Patent Application Serial No. 60/288, p. 210, 2003.; ANGST et al., 2011aANGST, U. M. et al. Chloride Induced Reinforcement Corrosion: electrochemical monitoring of initiation stage and chloride threshold values. Corrosion Science, v. 53, p. 1451-1464, jan. 2011a.; MEIRA et al., 2014MEIRA, G. R. et al. Analysis of Chloride Threshold From Laboratory and Field Experiments in Marine Atmosphere Zone. Construction and Building Materials, v. 55, p. 289-298, 2014.). No entanto, quando se associa o teor crítico à concentração de cloretos obtida no momento em que há uma visível deterioração da estrutura (dentro de limites aceitáveis), como é o caso do aparecimento das primeiras microfissuras de corrosão na estrutura, tem-se um referencial menos conservador e, portanto, concentrações críticas com valores mais altos (RICHARTZ, 19691 1 RICHARTZ, W. Die Bindung von Chlorid bei der Zementerhärtung. Zement-Kalk-Gips, v. 10, p. 447-456, 1969. apudANGST et al., 2009ANGST, U. M. et al. Critical Chloride Content in Reinforced Concrete: a review. Cement and Concrete Research, v. 39, p. 1122-1138, aug. 2009.).

No que se refere à natureza estocástica da corrosão por pites, há de se destacar que é importante a necessidade de realizar um número mínimo de repetições que permita representar o fenômeno com um nível mínimo de confiança. No caso específico do emprego dos ensaios de indução da corrosão para estudo do teor crítico de cloretos, estudos prévios indicam a necessidade de seis repetições para um nível de confiança de 95% (MEIRA et al., 2014MEIRA, G. R. et al. Analysis of Chloride Threshold From Laboratory and Field Experiments in Marine Atmosphere Zone. Construction and Building Materials, v. 55, p. 289-298, 2014.).

No cenário internacional, algumas propostas de ensaio têm sido colocadas, embora ainda não se tenha uma padronização ampla (TREJO; PILAI, 2003TREJO, D.; PILLAI, R. G. Accelerated Chloride Threshold Testing: part I - ASTM A615 and A706 reinforcement. ACI Materials Journal, v. 100, n. 6, p. 519-527, 2003.; ANGST et al., 2009ANGST, U. M. et al. Critical Chloride Content in Reinforced Concrete: a review. Cement and Concrete Research, v. 39, p. 1122-1138, aug. 2009.). No cenário brasileiro, a carência de padronização é uma realidade, o que demanda esforços para que se possa caminhar no sentido de uniformizar procedimentos aplicados na indução da corrosão por cloretos. A padronização dos ensaios é um caminho que não só auxiliaria o pesquisador com dados mais confiáveis, mas facilitaria sua comparação com outras fontes, dando melhor suporte à tomada de decisões.

Considerações finais

A indução da corrosão por cloretos em estruturas de concreto armado tem sido estudada através de diversos arranjos experimentais, com configurações significativamente diferentes. Ao analisar os resultados relatados na literatura, percebe-se que certos parâmetros inerentes ao procedimento de ensaio, tais como a aplicação de um campo elétrico para acelerar a penetração de cloretos ou a falta de limpeza da armadura, por exemplo, podem influenciar diretamente nos resultados e, consequentemente, nas conclusões daí advindas. Sendo assim, pode-se dizer que algumas configurações experimentais não são adequadas para se obterem resultados que tenham maior proximidade com condições reais de exposição.

Conforme apresentado neste trabalho, o estado da arte das pesquisas sobre ensaios acelerados no Brasil e no mundo mostra que, apesar do enorme enfoque dado ao assunto, ainda não há uma padronização nos parâmetros e procedimentos de ensaio, especialmente no Brasil. Entende-se que essa padronização deve passar por uma maior proximidade com a realidade. Nesse sentido, recomendam-se os seguintes pontos:

  • (a) a preferência por ensaios com mais afinidade com a realidade, como os ciclos de imersão e secagem, o salt ponding test e a câmara de névoa salina, já que eles são governados por fenômenos físicos próximos da realidade;

  • (b) deve-se preferir o uso de corpos de prova prismáticos com cobrimentos padronizados pela normalização em vigor, tendo em vista a maior facilidade de representar um fluxo unidirecional dos íons agressivos e condições mais reais da camada de cobrimento;

  • (c) é melhor empregar armaduras usadas tradicionalmente em obras de construção civil e limpas por decapagem química. Mesmo não sendo essa condição a que ocorre nas obras, além de ser a condição mais empregada na literatura, ela facilita a estabilização das medidas eletroquímicas e, por conseguinte, a identificação do teor crítico de cloretos. Além do mais, gera resultados a favor da segurança;

  • (d) deve-se seguir a tendência de uso já bastante empregada pela literatura de solução agressiva de cloreto de sódio a um molar, uso de adensamento mecânico nos corpos de provas e a delimitação de uma área central de exposição da armadura;

  • (e) recomenda-se adotar o critério de despassivação da armadura pautado na indicação simultânea do potencial de corrosão mais eletronegativo que -350 mV (ESC) (AMERICAN SOCIETY..., 2015AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. C-876: standard test for half-cell potentials of uncoated reinforcing steel in concrete. Philadelphia, 2015.) e da densidade de corrente de corrosão maior que 0,1 µA/cm2 (CIGNA et al., 1997CIGNA, R. et al. Corrosion and Protection of Metals in Contact With Concrete. COST Action 509 - Final Report. European Community: Luxembourg, 1997.), com “salto” em suas medidas, detectado através do monitoramento eletroquímico; e

  • (f) o uso de ferramentas estatísticas para minimizar incertezas oriundas da complexidade do processo estocástico que é a corrosão é o mais indicado.

  • 1
    RICHARTZ, W. Die Bindung von Chlorid bei der Zementerhärtung. Zement-Kalk-Gips, v. 10, p. 447-456, 1969.

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Datas de Publicação

  • Publicação nesta coleção
    03 Out 2019
  • Data do Fascículo
    Oct-Dec 2019

Histórico

  • Recebido
    02 Jun 2018
  • Aceito
    27 Fev 2019
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