Barras de reforço de aço em estruturas de concreto armado são vulneráveis à corrosão; no entanto, várias técnicas podem melhorar muito sua resistência à corrosão e desempenho.
Embora a armadura de aço (vergalhão) esteja embutida no concreto, ela ainda é vulnerável à corrosão. Essa corrosão do concreto deteriora as barras; reduzindo assim a capacidade de carga total da estrutura e aumentando a probabilidade de falha ou colapso estrutural.
A história do concreto armado
Embora o concreto simples tenha sido usado como material de construção desde os tempos romanos antigos, o conceito de uso de reforço não foi introduzido até o final da década de 1850, quando o industrial francês François Coignet introduziu o uso de vergalhões de ferro. Então, na década de 1880, o engenheiro civil alemão GA Wayss propôs que as barras de ferro fossem substituídas por reforços de aço.
O concreto armado é um dos materiais mais versáteis e amplamente utilizados na construção moderna. É essencialmente concreto no qual barras de aço, hastes ou malhas são embutidas de tal forma que atuam como um único material. O concreto simples, embora forte em compressão, é relativamente fraco em tração, tornando-o inadequado e antieconômico para muitas estruturas de edifícios. O reforço de aço compensa essa fraqueza aderindo ao concreto, permitindo que os dois materiais trabalhem juntos para resistir às tensões de tração aplicadas. O reforço de aço também pode ser usado para aumentar a capacidade do concreto de resistir às forças de cisalhamento e compressão. (Essas forças são discutidas com mais detalhes no artigo The Effects of Corrosion on the Cutting Behavior of Materials.)
Por que o concreto armado sofre corrosão?
Embora o concreto possa parecer um material sólido, ele é naturalmente poroso. Essa característica torna o concreto suscetível à infiltração de diversas substâncias indesejadas que podem acelerar a corrosão do vergalhão embutido. Além disso, à medida que o concreto fresco seca, seu volume muda, causando o desenvolvimento de várias trincas finas que podem atuar como outra abertura para agentes causadores de corrosão.
Uma das causas mais amplamente documentadas de deterioração do reforço é a corrosão devido à presença de íons cloreto. Esses contaminantes são geralmente introduzidos no concreto a partir de sais de degelo, água do mar ou aditivos contendo cloreto. Os íons cloreto penetram pelos poros ou fissuras do concreto até atingirem a armadura de aço. Na presença de oxigênio e umidade, esses íons iniciam uma série de reações de corrosão. Embora o mecanismo pelo qual os cloretos aceleram a corrosão do vergalhão não seja totalmente compreendido, acredita-se que os íons cloreto penetram e dissolvem filmes de óxido protetores mais facilmente do que outros íons.
A corrosão no concreto armado também pode ocorrer se o pH do concreto for reduzido. O pH naturalmente alto do concreto, normalmente entre 12 e 13, cria um ambiente que promove a formação e o crescimento de películas protetoras de óxido que impedem a dissolução de íons metálicos. Reduzir o valor de pH do concreto para um valor tão baixo quanto 8,5 pode fazer com que o filme passivo se torne instável, deixando o reforço vulnerável ao ataque de corrosão.
Um dos motivos mais comuns responsáveis pela redução do pH do concreto é o dióxido de carbono (CO2) infiltração. Esse processo, conhecido como carbonatação, ocorre quando o dióxido de carbono da atmosfera reage com hidróxidos (hidróxido de cálcio) no concreto para formar carbonatos que baixam o pH. (A carbonatação também é discutida em Remediação e Prevenção da Corrosão do Concreto.)
A carbonatação também reduz significativamente a resistência do concreto aos íons cloreto. No concreto fresco, a quantidade de íons cloreto necessária para iniciar a corrosão é tipicamente entre 7.000 e 8.000 partes por milhão (ppm). No entanto, se o pH for reduzido para entre 10 e 11, o limite do íon cloreto pode cair para 100 ppm ou menos.
Como ocorre a corrosão do concreto armado?
Quando o filme de óxido que envolve as barras de reforço se dissolve devido ao cloreto, carbonatação ou outro ataque, partes do aço tornam-se reativas, formando uma célula de corrosão. Os locais ativos no vergalhão tornam-se o ânodo e perdem elétrons para o concreto circundante como íons ferrosos. Esta reação de oxidação de meia célula é representada pela seguinte equação química:
2Fe → 2Fe2+ +4e-
Enquanto as reações opostas de redução de meia célula nos locais menos reativos (cátodos) são representadas por:
2H2OU + OU2 +4e- → 4OH-
a fé2+ e oh- Os íons se combinam para formar produtos de corrosão que consistem em hidróxidos ou óxidos sólidos de ferro(II):
2Fé2+ +4OH- → 2Fe(OH)
Figura 1. Reações químicas durante a corrosão de armaduras.
À medida que o aço corrói, o metal se dissolve, resultando em uma redução na seção transversal do reforço e uma diminuição geral na resistência. Os produtos de corrosão resultantes que se formam ao redor da barra de reforço ocupam um volume maior que o aço. Essa expansão de volume cria tensão de tração no concreto circundante, o que pode promover fissuras nas proximidades da barra corroída. A expansão contínua pode eventualmente fazer com que pedaços de concreto sejam ejetados da estrutura em um tipo de falha conhecido como lascamento.
Figura 2. Diagrama dos efeitos progressivos da corrosão no concreto armado.
Métodos para melhorar a resistência à corrosão do concreto armado
Existem vários métodos para aumentar a resistência à corrosão de estruturas de concreto armado. A primeira camada de defesa geralmente envolve a modificação das propriedades da própria mistura de concreto. O concreto denso, com baixa porosidade e permeabilidade, reduz a capacidade de infiltração de contaminantes até o nível do aço de reforço.
Misturas de concreto de baixa permeabilidade são geralmente obtidas usando pozolanas e escória (por exemplo, cinzas volantes). Quando adicionados ao concreto, esses compostos diminuem a proporção de água para materiais cimentícios e produzem compostos adicionais que reduzem a interatividade dos poros do concreto. Isso evita que sulfato e cloreto entrem no concreto. Alguns materiais de pozolana e escória também são conhecidos por reduzir rachaduras de retração, que também atuam como uma abertura para contaminantes causadores de corrosão.
A próxima linha de defesa contra o ataque de corrosão de reforço é garantir que a cobertura de concreto adequada seja fornecida. Cobertura, que se refere à distância do reforço de aço até a borda externa do concreto, é tipicamente de 3/4 a 1 1/2 polegadas (19 a 38 mm) em condições normais, dependendo do tamanho da barra. No entanto, em ambientes altamente corrosivos, como próximo à água do mar, a caixa pode ter até 3 polegadas (76 mm) de tamanho.
Quanto maior o cobrimento, mais profundamente a armadura ficará embutida no concreto e melhor será o nível de proteção oferecido. O aumento da cobertura do reforço é geralmente complementado pelo uso de concreto de baixa permeabilidade.
Outro método para aumentar a resistência à corrosão do concreto armado é tornar as próprias barras de reforço resistentes ao ataque de corrosão. Isso inclui o uso de revestimentos protetores, galvanização por imersão a quente (HDG) ou a seleção de barras de reforço especializadas com maior resistência à corrosão do que as barras de aço carbono convencionais. Ao selecionar materiais de barra exclusivos, deve-se levar em consideração o nível de resistência à corrosão necessário, bem como seu custo e disponibilidade.
Outras medidas comumente usadas para mitigar a corrosão incluem o uso de misturas inibitórias e selantes de superfície de concreto.
Conclusão
Embora o concreto armado seja um material de construção versátil e durável, suas barras de reforço de aço são vulneráveis ao ataque de corrosão. A deterioração avançada pode resultar em resistência reduzida, lascamento e, em casos extremos, falha estrutural.
Essa corrosão geralmente é iniciada pela penetração de íons cloreto ou redução do pH devido à carbonatação. No entanto, várias medidas, incluindo o uso de concreto de baixa permeabilidade, o fornecimento de cobertura adequada e o uso de reforço resistente à corrosão, podem ajudar a melhorar o desempenho de estruturas de concreto armado em ambientes agressivos e desafiadores.