Sistemas híbridos de proteção anticorrosiva para pontes de concreto protendido

A proteção híbrida contra a corrosão é uma alternativa atraente aos tratamentos tradicionais de proteção contra a corrosão, pois combina o poder de interromper a atividade da corrosão com a simplicidade e os baixos requisitos de manutenção das tecnologias galvânicas.

Muitas estruturas de concreto armado sofrem danos por corrosão. As causas incluem entrada de sal devido à aplicação de sais de degelo durante a manutenção de inverno, exposição a ambientes marinhos e carbonatação de concreto.

Métodos Tradicionais de Prevenção de Corrosão para Concreto

A corrosão é um processo eletroquímico e, como tal, o uso de tratamentos de tecnologia eletroquímica tem sido muito popular. Os tratamentos tradicionais, como a proteção catódica de corrente impressa (ICCP), requerem a passagem de uma corrente constante através do concreto para interromper a atividade corrosiva e impedir seu desenvolvimento posterior. No entanto, para armaduras de concreto protendido, há riscos de fragilização por hidrogênio do aço se a polarização aplicada não for rigorosamente controlada. (Saiba mais em Introdução à fragilização por hidrogênio.)

A necessidade de proteção contra corrosão híbrida

As normas abordam esses riscos limitando a mudança induzida no potencial do reforço de aço, reduzindo a quantidade de hidrogênio gerada como resultado da hidrólise da água durante a aplicação de um tratamento eletroquímico como o ICCP. No entanto, o risco para o proprietário do ativo permanece durante o uso prolongado de um sistema ICCP, pois o monitoramento e os ajustes geralmente são feitos apenas em intervalos anuais e isso pode não ser suficiente. Uma abordagem alternativa para reduzir esse risco seria aplicar um breve tratamento de corrente impressa por uma fonte de alimentação DC externa para realcalizar os locais de corrosão e fornecer prevenção de corrosão a longo prazo, protegendo contra a corrosão galvânica. Esta combinação de tratamentos eletroquímicos é mais comumente conhecida como proteção contra corrosão híbrida.

Duas implementações híbridas de proteção contra corrosão

A ponte Kyle of Tongue em Sutherland, no norte da Escócia (veja a imagem principal, acima), inaugurada em 1970, tem um vão total de 184 metros, consistindo em 18 vãos aproximadamente iguais e possui uma faixa de rodagem única. Vigas de concreto protendido formam o tabuleiro, com blocos de concreto armado apoiados em estacas de aço. A ponte foi reparada em 1989 devido à corrosão induzida por cloreto. No entanto, as inspeções realizadas a partir de 1999 relataram corrosão contínua e deterioração estrutural (Figura 1).

Figura 1. Deterioração típica induzida por cloreto de vigas de concreto protendido.

Em 2011, foi assinado um contrato de reabilitação para prolongar a vida útil da estrutura por um período de 30 anos, parando e evitando a corrosão.

A Tiwai Point Bridge em Invercargill, Southland, Nova Zelândia, inaugurada em 1969, tem um vão total de 486 metros, consistindo em 27 vãos aproximadamente iguais e possui uma faixa de rodagem única. É formado por vigas de concreto protendido e pós-esforçado que formam o tabuleiro, com blocos de concreto armado apoiados em estacas de concreto protendido. A superestrutura foi substituída em 2009-2010 devido à forte corrosão das armaduras. Um contrato de reparo foi assinado em 2013 para prolongar a vida útil da subestrutura por um período de 50 anos, parando e evitando a corrosão.

A proteção contra corrosão híbrida foi implementada em ambas as estruturas. Para a ponte Kyle of Tongue, foi usado para interromper a atividade de corrosão existente nas vigas de concreto protendido da superestrutura e prolongar sua vida útil por mais 30 anos. Para a Tiwai Point Bridge, foi usado para prevenir a corrosão de estacas de concreto protendido dentro da zona de maré com uma vida útil de 50 anos.

As vantagens de empregar proteção híbrida contra corrosão incluem:

  1. Combinando o poder de um sistema eletroquímico tradicional para interromper a atividade de corrosão com a simplicidade e os baixos requisitos de manutenção das tecnologias galvânicas
  2. A atividade de corrosão parou imediatamente por meio de uma fase de ativação temporária
  3. Em geral, menores riscos de fragilização por hidrogênio
  4. Não há necessidade de fontes de alimentação permanentes e custos de manutenção anuais associados
  5. Requisitos de acesso reduzidos para instalação e monitoramento.
  6. Recursos de reenergização futuros
  7. Reduziu significativamente os riscos de curto-circuitos elétricos.

Dos elementos de betão pré-esforçado, apenas foi necessário retirar o betão fisicamente deteriorado. Ânodos híbridos de 18 mm de diâmetro e tipicamente 37 mm de comprimento foram instalados em cavidades pré-perfuradas em centros de aproximadamente 300 mm, entre os tendões pré-esforçados. As cavidades pré-perfuradas foram preenchidas com mástique patenteado de baixa resistência para cobrir completamente os ânodos e fornecer separação do concreto de reparo (Figura 2).

Figura 2. Instalação típica do ânodo híbrido em uma viga de concreto protendido.

Avaliação da eficácia de sistemas híbridos de proteção anticorrosiva para concreto.

Os sistemas híbridos de proteção contra corrosão instalados nas duas estruturas foram projetados para fornecer uma carga inicial suficiente para interromper a corrosão e fornecer corrente adequada para manter a passividade pelo restante de sua vida útil. No entanto, ele também foi projetado para permitir carregamento adicional de corrente impressa posteriormente na vida útil, caso os dados de monitoramento determinem que isso é necessário. Com base nisso, foram estabelecidos os seguintes critérios para avaliar seu desempenho:

  • Uma carga mínima na armadura de 50 kC/m2
  • Durante a fase de corrente impressa do tratamento, o potencial do aço protendido não deve ser mais negativo que -900 mV em relação ao eletrodo Ag/AgCl/0,5M KCl (prata/cloreto de prata).
  • A densidade de corrente, medida em locais com alto risco de corrosão, após a fase inicial de corrente impressa e a despolarização do sistema deve ser inferior a 2 mA/m2
  • Os ânodos serão instalados de forma que haja capacidade para futuras fases de tratamento de corrente impressa durante a vida útil do sistema.

As densidades de corrente de corrosão podem ser calculadas com base em uma corrente aplicada ao aço e na mudança de potencial do aço resultante. Estes podem então ser inseridos na equação de Butler-Volmer, que fornece a base para a teoria da resistência de polarização, para calcular a densidade de corrente de corrosão (Figura 3).

Figura 3. Exemplo de cálculo de densidade de corrente de corrosão.

Em geral, a proteção híbrida contra a corrosão é uma alternativa atraente aos tratamentos tradicionais de proteção contra a corrosão, pois combina o poder de interromper a atividade da corrosão com a simplicidade e os baixos requisitos de manutenção das tecnologias galvânicas. Ele oferece uma fase de ativação temporária para parar a corrosão, seguida por uma fase de modo galvânico permanente que é especialmente benéfica para estruturas de concreto protendido, pois reduz significativamente qualquer risco de fragilização por hidrogênio. (Esse método também é discutido no artigo Como os sistemas híbridos de proteção catódica são usados ​​para proteger o concreto armado.)

Após um breve tratamento de corrente impressa fornecido com uma fonte de alimentação DC externa para interromper a corrosão, a proteção contra corrosão galvânica de baixa densidade foi suficiente para manter as taxas de corrosão abaixo do limite exigido. O monitoramento dos potenciais de aço por até 600 dias também confirmou que o aço é passivo. Observou-se também que, ao longo do tempo, os potenciais do aço foram se movendo para valores mais positivos, o que é outro indício da passividade geral do aço. Mais importante ainda, a passividade foi mantida apesar da exposição contínua a um ambiente marinho hostil.

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