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COMUNICAÇÃO TÉCNICA ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Nº 175974
Projeto Petrobras - armadura: tecnologias para novos projetos e prolongamento de vida útil das estruturas de concreto armado Adriana De Araujo
Palestra apresentada no Centro de Tecnologia em Metalurgia e Materiais, IPT. 32 slides A série “Comunicação Técnica” compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública. ___________________________________________________________________________________________________
Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S/A - IPT
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www.ipt.br
“Projeto Petrobras - armadura” Tecnologias para novos projetos e prolongamento de
vida útil das estruturas de concreto armado
Período: 28.07.2015 a 21.04.2019
Adriana de Araujo
Laboratório de Corrosão e Proteção - IPT
14/12/2018
O objetivo geral do projeto é estudar novas tecnologias de proteção contra corrosão de estruturas de concreto, novas
e existentes, expostas ao ambiente marinho tropical
Grande parte das estruturas brasileiras estão sujeitas a uma degradação prematura, sendo isto
devido a falhas de execução, ausência de manutenções
periódicas eficientes e a não adoção de técnicas adequadas de proteção.
CO2 atmosférico penetra no concreto e reage com Ca(OH)2. As reações químicas resultam na redução do pH do concreto até 7,5, desestabilizando o filme passivo
do aço-carbono (corrosão generalizada). Esse fenômeno é denominado de carbonatação.
CO2
pH < 9,5
Corrosão da armadura em taxa
significativa em concreto úmido
Nas estruturas de concreto, a corrosão é desencadeada pela ação de dois agentes agressivos: CO2 e Cl-
Os íons Cl- são originários principalmente de atmosfera marinha. A presença de íons cloreto pode induzir à quebra localizada do filme passivo do aço-carbono, com formação de pites (corrosão localizada).
TECNOLOGIAS DISPONÍVEIS
ARMADURA aço-carbono
métodos eletroquímicos de proteção
proteção superficial por película
armaduras resistentes à corrosão
zincagem da armadura proteção catódica desalinização ou realcalinização
pintura epoxídica da armadura
aços ferríticos especiais aços inoxidáveis: Compósitos poliméricos reforçados com fibra de vidro
AÇÃO SOBRE
O CONCRETO
a/c; cobrimento fissuração.
Mo
nit
ora
men
to d
o c
on
cret
o e
da
arm
ad
ura
do ponto de vista físico
reserva alcalina; fixadores de Cl-
inibidores de corrosão etc.
do ponto de vista químico
Tra
ço
Cim
ento
Ad
ição
Ad
itiv
o
Técnicas de proteção economicamente viáveis ao se considerar o custo de construção, o custo de manutenção e a extensão da vida útil.
Proteção superficial: pinturas e hidrofugantes
Proteção catódica por corrente impressa;
Barras de aço-carbono revestidas: • zincagem por imersão a quente; • zincagem por aspersão térmica
sob revestimento por pintura epoxídica – duplex (dual-coated);
Barras de aço inoxidável: • AISI 304; • UNS 32304 (Lean duplex).
Barras de aço-carbono (referência); Sistemas de monitoramento.
Obras existentes: Proteção catódica por
corrente impressa em concreto reparado;
Proteção catódica galvânica em concreto reparado;
Proteção por inibidor de corrosão em concreto reparado;
Concreto reparado (referência).
OBRAS NOVAS OBRAS EXISTENTES
Bloco prismático: 400 mm x 150 mm x 150 mm. Barras: 3 barras com comprimento de 500 mm Recipiente acrílico: sem fechamento no fundo, com 270 mm x 60 mm x 56 mm Fissura artificial central na face superior: 0,3 mm de abertura e 260 mm de comprimento e 15 mm de profundidade, alinhada com a barra superior (distância de 5 mm).
Concepção dos corpos de prova e exposição a solução salina seguindo diretrizes das normas ASTM A955: 2015 e ASTM G109: 2007
Recipiente de solução NaCl 3 % sobre a fissura
Barra B1 – a ser contaminada
𝐶𝐴𝑥 = 𝐶𝐴𝑥−1 + 𝑡𝑥 − 𝑡𝑥−1 × 𝐼𝑥 − 𝐼𝑥−1
2
Em que CA é a carga acumulada, em coulombs, t é o tempo decorrido entre o início do ensaio e a medida da corrente, em segundos, I é o valor da corrente medida no tempo t, em amperes, e x é ciclo atual. Com essa determinação, obtém-
se a taxa de corrosão da macrocélula:
𝑇𝐶 =11600 ∗ 𝑉
𝐴 ∗ 𝑅
Concepção dos corpos de prova
Concepção dos corpos de prova – Técnicas de monitoramento
Tipos de corpos de prova Identi-ficação
Obras Novas
Lab Campo
Aço-carbono protegidos catodicamente
NPI 24 -
Aço-carbono AC 12 12
Aço-carbono zincado ZN 12 12
Aço inoxidável AISI 304 304 12 12
Aço inoxidável UNS 32304 LN 12 12
Par galvânico aço inoxidável AISI 304/aço-carbono
PGI 12 -
Par galvânico aço inoxidável UNS 32304/aço- carbono
PGL 12 -
Aço-
carb
ono
com
re
vest
imen
to d
úple
x Íntegro ZB I 6 6
Defeitos conforme recebido
ZB 6 6
Defeito 1,5 mm expondo o aço-carbono
ZB D1.5 10 10
Defeito 3 mm expondo o aço-carbono
ZB D3.0 2 2
Sistemas de monitoramento - 3 -
Tipos de corpos de prova Identi- ficação
Obras existentes
Lab Campo
Aço-carbono protegidos catodicamente
RPI 24 -
Aço-carbono com reparo convencional
R 12 12
Aço-carbono com reparo convencional associado ao embutimento de anodo de proteção catódica galvânica
RPG 12 12
Aço-carbono com reparo convencional associado à inibidor de corrosão
RI 12 12
OBRAS NOVAS OBRAS EXISTENTES
Resultados
Obras novas – Prevenção catódica iniciada após a construção (concreto não contaminado e armadura passiva)
17
18
15
NPI-13 231
NPI-14 201
NPI-15 0
NPI-16 17
NPI-17 47
NPI-18 0
NPI-19 178
NPI-20 123
Critério - ciclo 18
NPI-13 424
NPI-14 333
NPI-15 351
NPI-16 499
NPI-17 142
NPI-18 360
NPI-19 289
NPI-20 54
Critério final
Gráfico do potencial natural barra B1 – PN (4h)
Reajuste constante p/ estabelecer o
critério de 100 mV!
Reajuste constante p/ estabelecer o critério de
100 mV! Comportamento
variável!
Reajuste somente no
Ciclo 18!
CPs NPI 21-24 – sem proteção!
Critério < 100
Mais intensa a corrosão, menor é o valor de
critério! Heterogeneidade do concreto!
B1
Obras novas – Prevenção catódica iniciada quando da contaminação (concreto contaminado e armadura ativa)
NPI-1 572
NPI-2 96
NPI-3 331
NPI-4 193
NPI-5 186
NPI-7 389
NPI-8 238
Critério final
Gráfico do potencial natural barra B1 – PN (4h)
Sem proteção catódica
Menos intensa a corrosão, maior o é o valor de critério!
7
1
CPs NPI 9-12 – sem proteção!
Reajuste constante p/ estabelecer o critério de
100 mV! Comportamento
variável!
Obras reparadas – Proteção catódica iniciada quando da contaminação
(concreto reparado e contaminado e armadura “passiva”)
RPI-1 91
RPI-2 126
RPI-3 85
RPI-4 89
RPI-5 82
RPI-6 103
RPI-7 100
RPI-8 159
Critério final
Gráfico do potencial natural barra B1 – PN (4h)
Heterogeneidade do concreto!
CPs NPI 9-12 – sem proteção!
Regulagem constante para manter e ajustar
o critério! Comportamento
variável!
Reajuste constante p/ estabelecer o critério de
100 mV! Comportamento
variável!
B1
Obras Existentes – Proteção catódica galvânica após reparo (armadura passiva/corrosão incipiente)
Valor do PN dos CPs protegidos se manteve ao longo do tempo de contaminação, sendo
próximo do valor do PCA dos CPs sem proteção!
Gráfico do potencial natural barra B1 – PN (4h)
Reparo
Concreto
original
Reparo
Anodo de
sacrifício
CPs R – sem proteção!
RPG - 1 144
RPG - 2 199
RPG - 3 243
RPG - 5 300
RPG - 6 182
RPG - 8 257
RPG - 11 183
Critério final
Obras Existentes – Proteção por inibidor de corrosão no reparo (inibidor em pó) e no concreto original (MCI)
Elevação dos potencias indicando repassivação e
diminuição da taxa de corrosão!
Gráfico do potencial natural barra B1 – PN (4h)
Reparo
Anodo de
sacrifício
Reaplicação do inibidor Ciclo 4
Aplicação do inibidor
B1
Obras Existentes - Proteção catódica galvânica em meio contaminado
Gráfico do potencial natural barra B1 – PN (4h)
-1100
-1000
-900
-800
-700
-600
-500
1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718
Po
ten
cia
l (
Ag
|Ag
Cl|
KC
l 3 m
ol/L
)
Tempo (mês)
B1
B2
B3
B4
B5
Sentinel-PN4h
0
50
100
150
200
250
300
350
400
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Cri
téri
o d
e 1
00 m
V
Tempo (mês)
B1
B2
B3
B4
B5
150 C
Gráfico do potencial natural barra B1 – PN (4h)
-1100
-1000
-900
-800
-700
-600
-500
1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718
Po
ten
cia
l (
Ag
|Ag
Cl|
KC
l 3 m
ol/L
)
Tempo (mês)
B1
B2
B3
B4
B5
MasterProtect-PN4hMasterProtect-PN24h
0
50
100
150
200
250
300
350
400
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Cri
téri
o d
e 1
00 m
V
Tempo (mês)
B1
B2
B3
B4
B5
250 C
Obras Existentes - Proteção catódica galvânica em meio contaminado
Obras Novas – sistema de monitoramento
Corpo de prova CPA
EPCP
(externo)
EPCP-3
(interno)
SE1
(CorroZoa)
SE3
(BAC)
SE2
(SensorTec)
PCA indicativo de CORROSÃO!
B1/B1.1 B2/B2.1 B3/B3.1 B4/B4.1
Avaliação em laboratório eletrodos – sistema de monitoramento
Solução saturada de Ca(OH)2
Solução saturada de Ca(OH)2 variação oxigênio Solução Ca(OH)2 + NaCl 0,4 %
Solução Ca(OH)2 pH 9,5
Avaliação em laboratório eletrodos – sistema de monitoramento
Solução Ca(OH)2 + NaCl 1 %
Concreto íntegro – CP1 Concreto íntegro – CP2
Obras novas – Barra zincada
Corpos de prova de concreto
ZN–01, 09, 10 e 11: estabilização final dos valores de PCA indicam possível passivação, enquanto a variação
dos valores dos depois CPs e maior eletronegatividade, indica possível estado ativo, sendo o anodo e as B2-B3
o catodo da macrocélula. A carga cumulada e taxa indica maior corrosão dos
CPs ZN–02 e 05.
PCA barra B1 Carga acumulada
Taxa de corrosão
Barra superior- B1 Barra inferior – B2 Produto de
corrosão escuro e
brancos - 500 mV
Estabilização PCA
Obras novas – Barra zincada
Preparação das barras
Barras de aço-carbono na etapa de limpeza química, seguida de fluxagem e secagem em forno, antes da zincagem.
Barras de aço-carbono, em destaque, sendo retirado do banho de zinco, ao final de 5 min de imersão
(a)
(b)
(c)
Figura 1 – Finalização do processo de zincagem. Cromatização das barras zincadas após o resfriamento (a), secagem
ao ar após cromatização (b) e embalagem para transporte (c).
Cromatização das barras zincadas após o resfriamento (a), secagem ao ar após cromatização (b) e embalagem para transporte (c).
Corpos de prova de concreto - PCA barra B1
Obras novas – Barra zincada sob pintura epoxídica - duplex
Revestimento duplex das barras conforme recebido
ZB–01, Ciclo 1 -5: valores de PCA característicos do estado ativo do zinco, no Ciclo 19, possível PCA do estado passivo do
zinco, bem como p/ ZB–03 e 02 ZB–04, 05 e 06 : valores de PCA
característico de estado passivo do aço (nas falhas)
Revestimento duplex das barras íntegro (exame visual)
ZBI–02, 03 e 04: valores de PCA próximo de zero , característico de revestimento íntegro.
ZBI–01 e 06, Ciclo 1 -6: valores de PCA característico do estado ativo do zinco,
seguido de estabilização do PCA.
Zinco ativo
Estabilização PCA
Estabilização PCA
Resistência química 15 corpos de prova com as seguintes características:
100 mm de comprimento 2 defeitos equidistantes de 3 mm de diâmetro expondo o aço
Critério da ASTM A1055/A1055M (2010) Durante o período de ensaio, não pode: • formar bolhar; ficar macio; perder aderência; desenvolver fissuras
Após 45 dias de ensaio: • não deve apresentar cortes embaixo do revestimento, ao redor do furo intencional
• Resultado: não foram observadas alterações do revestimento ao final do ensaio
H2O DI CaCl2 3 mol/L NaCl 3 mol/L Ca(OH)2sat NaOH 3 mol/L
24
Obras novas – Barra zincada sob pintura epoxídica - duplex
Source: Gerdau (2016)
Epoxy coating
Zinc coating
Steel rebar
Descolamento catódico
Solução 3 % de NaCl
Eletrodo de referência calomelano saturado
Contraeletrodo de platina
25
• Critério da ASTM A1055/A1055M o O raio médio do descolamento do revestimento nas 3 barras ensaiadas não
deve exceder 7,5 mm;
o A medida é feita a partir da borda do defeito em 0°, 90°, 180° e 270°;
o Resultado: o raio médio de descolamento nos corpos de prova foi muito baixo (2,9 mm)
180°
270°
0°
90°
Obras novas – Barra zincada sob pintura epoxídica (dual-coated)
3 corpos de prova com 610 mm de comprimento
com três defeitos propositais com Ø 3 mm
816 h de ensaio em câmara de névoa 5 % NaCl
(ABNT NBR 8094: 1983)
Critério da ASTM A1055/A1055M • A média do raio de descolamento do revestimento de 9 áreas de testes
em 3 barras revestidas não pode exceder 3 mm quando medido do limite do defeito inserido no revestimento;
• A medida é feita a partir da borda do defeito em 0, 90, 180 e 270;
• Resultado: o raio médio de descolamento nos corpos de prova foi baixa (3,0 mm).
26
Obras novas – Barra zincada sob pintura epoxídica
Névoa salina
Obras novas – Barras de aços inoxidáveis
Corpos de prova de concreto
B1 AISI 304/B2-B3 AISI 304 Valores de PCA característico
de estado passivo do aço. Cargas acumuladas
desprezíveis.
B1 UNS S32304/B2-B3 UNS S32304
Valores de PCA característico de estado passivo do aço.
Cargas acumuladas desprezíveis, com condição
de anodo e catodo das barras indefinida
Obras novas – Barras inoxidáveis
Macrocélula de corrosão
Solução Concreto
B1 Aço-carbono (solução
NaCl 3 %) / B2-B3 Aço-carbono
B1 ativa Carga acumulada elevada (entre em torno de 400 C
a 900 C)
B1 AISI 304 (solução NaCl
3 %) / B2-B3 AISI 304
B1 passiva Carga acumulada
desprezível (abaixo de 5 C)
B1 LEAN DUPLEX (solução NaCl 3 %) /
B2-B3 LEAN DUPLEX
B1 passiva Carga acumulada
desprezível (abaixo de 10 C)
ENSAIO EM SOLUÇÃO – PAR GALVÂNICO
B1 AISI 304 (solução NaCl 3 %) /
B2-B3 Aço-carbono
B1 passiva Carga acumulada desprezível
(abaixo de 5 C) * Contaminação da solução
B2-B3 em dois ensaios
B1 passiva Carga acumulada
desprezível (abaixo de 5 C)
* Contaminação da solução B2-B3 em três ensaios
B1 LEAN DUPLEX (solução NaCl 3 %) /
B2-B3 AÇO-CARBONO
Conclusões ensaios em solução: Apenas o aço-carbono apresentou estado ativo de corrosão. Ensaios de AISI 304/AC e LD/AC indicaram que as barras de aço inoxidável não apresentaram corrosão e, devido à contaminação, algumas barras de AC apresentação corrosão.
ENSAIO EM CONCRETO
B1 AISI 304 (solução NaCl 3 %) /
B2-B3 AÇO-CARBONO
B1 LEAN DUPLEX (solução NaCl 3 %) /
B2-B3 AÇO-CARBONO
B1 passiva (diferença PCA B1(catodo)/B2-B3 desprezível
=20 mV). Carga acumulada desprezível,
valor negativo (até em torno de -10 C)
B1 passiva (diferença PCA B1(anodo)/B2-B3 desprezível
=10 mV). Carga acumulada desprezível
(abaixo de 5 C)
Conclusões ensaios em concreto: Apenas o aço-carbono apresentou estado ativo de corrosão, após 504 dias. Ensaios de AISI 304/AC e LD/AC indicaram que as barras de aço inoxidável se mantiveram passivas e apresentaram comportamentos distintos: AISI 304 é o anodo do par com AC; Lean duplex é o catodo do par com AC.
“A mente que se abre a uma nova ideia jamais voltará ao
seu tamanho original.”
Albert Einstein
Obrigada!
aaraujo@ipt.br
aaraujobonini@gmail.com
lcp@ipt.br
Laboratório de Corrosão e Proteção Fone: +55 (11) 3767-4044
http://www.ipt.br/centros_tecnologicos/CTMM http://lattes.cnpq.br/7121918010413028