Aplicação de técnicas eletroquímicas para avaliar o grau de corrosão do aço em concretos carbonatados e com cloretos

Orientador: Prof. Dr. Ronaldo Alves de Medeiros JuniorCoorientadora: Profª. Drª. Mariana D’Orey Gaivão Portella BragançaDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. Defesa : Curitiba, 15/09/2021Inclui referências: p. 156-170Resumo: A expansão dos centros urbanos em regiões litorâneas intensifica problemas na durabilidade das edificações. Dentre as atmosferas nocivas que desencadeiam a corrosão do aço no concreto armado se destacam aquelas contendo gás carbônico (CO2), proveniente da queima de combustíveis fósseis, e os íons cloretos (Cl-), natural de meios salinos, como os oceanos. Diferente de outros estudos que analisam consequências isoladas da atuação de um determinado contaminante no concreto, a presente pesquisa previu uma abordagem extensiva sobre estruturas de concreto armado acometidas por carbonatação e cloretos. Foram estudados os efeitos da exposição simultânea a CO2 e Cl- e suas complexas interações, variando a intensidade desses mecanismos. Para expandir a compreensão dos fenômenos, adotou-se 3 diferentes granulometrias para o agregado graúdo do concreto. Foram moldados cilindros de concreto armados e não armados contendo agregados graúdos de diâmetro máximo característico (DMC) iguais a 9,5, 19 e 25 mm, mantendo-se constante sua fração volumétrica nas amostras. Após a carbonatação acelerada em 3 diferentes graus (0, 40 e 80 dias) as amostras foram expostas à cloretos durante 1, 3, 7, 14 e 28 dias. Foram aplicadas técnicas de resistência à polarização linear, voltametria cíclica e espectroscopia de impedância eletroquímica para estudar o comportamento da corrosão. Realizou-se ensaios de resistividade e resistência elétrica para evidenciar as propriedades elétricas do cobrimento e, nos cilindros sem armadura, coletou-se dados de massa específica aparente e volume de vazios permeáveis para identificar diferenças nos poros do concreto. Os resultados evidenciaram que a exposição simultânea aumenta a degradação do aço. Penetrações elevadas de CO2 e Cl- impossibilitaram a passivação nas barras, ratificando o comprometimento crítico e irreversível. Penetrações de cloretos acima de 20 mm apresentaram queda acentuada na durabilidade. A intensificação da carbonatação reduziu a resistência à polarização, independente do agregado graúdo utilizado. Concretos com DMC = 25 mm registraram pior resposta aos ataques, principalmente em ataques concomitantes. Obteve-se o fator de forma de 0,257 para medidas de resistividade elétrica superficial distanciando de 30 mm os eletrodos, o que permite um melhor refinamento dos dados coletados em estruturas armadas.Abstract: The growth of urban centers in coastal regions may intensify issues in the durability of buildings by the carbon dioxide coming from the industrial and vehicles pollutants and chloride ions from the ocean and they can cause corrosion in concrete reinforcement. Many studies focus on a specific aggressive agent and its adverse effects in concrete, but the present research sought a broader evaluation. The model proposed here considered simultaneous exposure to CO2 and Cl-, varying its intensity. A variation in the coarse aggregate of the concrete it was made. Reinforced and unreinforced concrete cylinders were molded containing three coarse aggregates with maximum size equal to 9.5 mm, 19 mm and 25 mm. After exposure to accelerated carbonation at 3 different degrees (0, 40 and 80 days) the samples were exposed to chlorides for 1, 3, 7, 14 and 28 days. In the reinforced cylinders, the techniques of resistance to linear polarization, cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy were used to compare the corrosion behavior. In cylinders without armature, an apparent specific mass and void ratio test was performed in order to correlate the electrochemical results with the microstructure of the substrate. The results show that the joint exposure of carbonation and chlorides increases the degradation of the steel and, under high penetration of CO2 and Cl-, there is no possibility of passivation of the bars, indicating a situation of irreversible instability. Chloride penetration above 20 mm seems to cause a sharp decrease in concrete durability. In such cases, the carbonation increase produced a reduction in the polarization resistance, regardless of the coarse aggregate used. It was identified that concretes containing coarse aggregates with a maximum size of 25 mm presented the worse response to those attacks and may infer a weak durability of those concretes when exposed to CO2 and chlorides. Electrical tests provided the value of 0.257 as a form factor for correction of surface electrical resistivity readings when using probes with a distance of 30 mm between electrodes, which allows the adjustment of the surface electrical resistivity collected in reinforced structures to the real data