APLICAÇÃO DE SOLUÇÕES ALCALINAS PARA REALCALINIZAÇÃO DE
CONCRETOS CARBONATADOS: UMA ALTERNATIVA PARA PONTES
DE CONCRETO ARMADO
REUS G C1; BECKER A C C2; RAISDORFER J3; SOUZA D J4; CEZARIO H C5; LENCZUK B
S T6;NIKKEL S7; RODRIGUES D S8; MEDEIROS M H F9
1
Engenheira Civil, mestranda. Universidade Federal do Paraná. ([email protected])
2
Graduanda em engenharia civil. Universidade Federal do Paraná. ([email protected])
3
Engenheiro Civil, mestrando. Universidade Federal do Paraná. ([email protected])
4
Engenheiro Civil, mestrando. Universidade Federal do Paraná. ([email protected])
5
Graduanda em engenharia civil. Universidade Federal do Paraná. ([email protected])
6
Graduanda em engenharia civil. Universidade Federal do Paraná. ([email protected])
7
Graduando em engenharia civil. Universidade Federal do Paraná. ([email protected])
8
Graduando em engenharia civil. Universidade Federal do Paraná. ([email protected])
9
Prof. Doutor em Engenharia Civil. Universidade Federal do Paraná. ([email protected])
RESUMO
A corrosão é um mecanismo de degradação que ocorre com maior frequência no concreto armado, sendo a carbonatação
um dos principais agentes iniciadores deste mecanismo de degradação. A realcalinização pode ser descrita como o
processo inverso da carbonatação, ou seja, visa elevar o pH do concreto e repassivar as armaduras contidas em seu
interior.O presente estudo tem por objetivo a análise da aplicação de três soluções aquosas em corpos de prova (CPs) de
concretos carbonatados. Para tanto, foram confeccionados corpos de prova padrão, que foram levados à câmara de
carbonatação. Posteriormente, estes foram submetidos à realcalinização através da aplicação de três soluções alcalinas.
Foi verificado se as amostras estavam secas e devidamente limpas. As soluções de carbonato de sódio (Na 2CO3), hidróxido
de sódio (NaOH) e hidróxido de potássio (KOH), foram aplicadas de quatro maneiras distinta. Os métodos de aplicação
foram, aplicação diretamente sobre o concreto em cinco demãos com o auxílio de um pincel, aspersão por 1 dia, aspersão
por 3 dias e imersão dos corpos de prova em solução.Por fim, com o objetivo de averiguar a eficiência do processo de
realcalinização, os CPs foram novamente e sofreram aspersão de uma solução de fenolftaleína para verificação das regiões
ainda carbonatadas.
Tanto a solução de carbonato de sódio quanto a aplicação com o pincel se mostraram ineficientes. A solução de hidróxido
de potássio por imersão resultou na realcalinização de toda a camada carbonatada, sendo o resultado mais eficiente.
Palavras-chave: realcalinização, carbonatação, corrosão de armaduras, solução alcalina, pontes.
ABSTRACT
Corrosion is a degradation mechanism which occurs more frequently in steel concrete structures, and carbonation is one
of the main initiators of this mechanism. Realkalisation can be described as the inverse process of carbonation, i.e., it
increases the concrete’s pH andrepassivate the steel. This study aims to analyze the application of three solutions in test
samples of carbonated concrete. For this purpose, standard specimenswere taken to a carbonation chamber. Subsequently,
three alkaline solutions were applied to the specimens. The samples were dried and thoroughly cleaned. Sodium carbonate
solution (Na2CO3), sodium hydroxide (NaOH) and potassium hydroxide (KOH) were applied in four different forms. The
application methods were: directly to the concrete in five coats with a paint brush; aspersion for one day;aspersion for 3
days; and immersion of the samples in the solution. Finally, to test the realkalisation process efficiency, the samples were
fractured anda phenolphthalein solution was sprinkled to verify the areasthat were still carbonated. Both, sodium
carbonate solution and the coating applied with a paint brush were inefficient. The most efficient result was the immersion
of the samples in a potassium hydroxide solution, which resulted in realkalisation of all carbonated coats.
Keywords: realkalisation, carbonation, corrosion, alkaline solution, bridges.
INTRODUÇÃO
A corrosão das armaduras é um mecanismo de degradação muito frequente em estruturas de concreto
armado, bem como em estruturas de grande porte, como pontes e viadutos. Helene (1992) cita as
manifestações patológicas típicas em pontes e viadutos, dentre elas a corrosão se mostra um problema
típico nesse tipo de estrutura.
A elevada alcalinidade é um fator de proteçãodas armaduras, que são envoltas em uma película
passivadora que as protege. Quando a alcalinidade do concreto é reduzida, esta película pode ser
quebrada e a corrosão tem seu início. A carbonatação é um mecanismo de degradação que diminui o
pH do concreto, já a realcalinização é um tratamento que visa reverter a diminuição do pH em função
da carbonatação.
A realcalinização é um dos poucos métodos de tratamento de estruturas que possibilita a reabilitação
de forma não destrutiva de estruturas de concreto armado acometidas da corrosão. Este método pode
ser realizado de forma química ou eletroquímica. O método eletroquímico apesar de ter obtido
resultados eficientes, se mostrou um método trabalhoso, devido a necessidade de mão de obra
especializada além de equipamentos sofisticados. Neste contexto, a realcalinização química ainda é
um método pouco estudado, porém se mostra um método interessante, pois pode ser de simples
aplicação. Porém, o desafio principal é desenvolver o método de aplicação e a solução mais adequados
para o sucesso deste tipo de método de recuperação de estruturas de concreto armado.
Desse modo, este artigo está focado na realcalinização química (RAQ), com diferentes técnicas de
execução e diferentes soluções alcalinas.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Para que o processo de realcalinização seja compreendido, é necessário que se entenda os processos
de corrosão, passivação das armaduras e carbonatação.
Corrosão
O concreto é uma material alcalino, que tem seu pH variando ente 12,5 e 13,5. Esta elevada
alcalinidade é responsável pela formação de uma película fina e aderente ao aço que o protege da
corrosão. Esta película é denominada película de passivação. Sua formação ocorre por meio da reação
química entre o íon ferro do aço e a portlandita (hidróxido de cálcio) presente na fase líquida dos
poros do concreto(HELENE, 1986). A portlandita é o elemento que atribui o elevado pH do concreto.
Segundo Metha e Monteiro(2008), quando o pH do concreto passa a ser menor que 11,5, a película
passivadora é destruída, o que propicia o início da corrosão.
A corrosão eletroquímica ocorre quando há diferença na concentração de íons dissolvidos no interior
do concreto, criando células de potenciais eletroquímicos. A água age como condutor elétrico entre o
cátodo e o ânodo, pois contém íons que transportam a corrente elétrica. O cátodo e o ânodo são regiões
diferentes da mesma armadura, onde a região com perda de seção é a região anódica, pois os elétrons
migram do ânodo para o cátodo.
O fenômeno da carbonatação, dentre outros, é um fator que pode causar o início da corrosão, pois este
mecanismo de degradação diminui o pH do concreto, podendo ocasionar a destruição a camada de
proteção das armaduras.
Carbonatação
A carbonatação é o processo físico-químico entre o CO2 presente na atmosfera e os compostos da
pasta de cimento hidratada. Neste processo o dióxido de carbono penetra no interior do concreto por
difusão e reage com a água formando ácido carbônico. Numa segunda etapa, o ácido carbônico reage
com os elementos alcalinos presente na água do interior dos poros do concreto, ou seja, o hidróxido
de cálcio (Ca(OH)2), o hidróxido de sódio (NaOH) e o hidróxido de potássio (KOH), originando
elementos menos alcalinos.
Realcalinização
A realcalinização tem por objetivo a restauração da alcalinidade do concreto e pode ser realizada de
forma química ou eletroquímica.
A realcalinização eletroquímica é um sistema anódico temporário, onde é instaurado um campo
elétrico para a indução do transporte de íons através da migração. Um meio de aplicação deste
tratamento é usando uma malha de aço ou titânio utilizada como ânodo, que é imersa em polpa de
papel embebida em solução de carbonato de sódio (Na2CO3) ou carbonato de potássio (K2CO3)
(BERTOLINI; CARSANA; REDAELLI, 2008). O processo da realcalinização eletroquímica é
descrito na Figura 1.
Figura 1 –Representação esquemática da realcalinização eletroquímica.
Fonte: O autor, adaptado de (YEIH; CHANG, 2005)
O processo da realcalinização eletroquímica em uma estrutura real é mostrado na Figura 2.
Figura 2 – Sistema anódico temporário aplicado no pilar de concreto armado..
Fonte: (BERTOLINI; CARSANA; REDAELL, 2008).
Na realcalinização eletroquímica o pH é elevado primeiramente ao redor das armaduras e na
superfície do concreto.Passado algum tempo, regiões realcalinizadas vão aumentando ao ponto em
que se encontram no final do tratamento. Este processo é apresentado na Figura 3.
Figura 3 –Evolução ao longo do tempo da realcalinização eletroquímica.
Fonte: a autora, adaptado de(BERTOLINI; CARSANA; REDAELLI, 2008).
A realcalinização química ocorre através da absorção e difusão de soluções alcalinas, através da ação
capilar e de forças hidráulicas, não necessitando de campo elétrico. Como pode ser observado na
figura
Portanto a realcalinização ocorre da parte externa da superfície para a parte interna, conforme
mostrado na Figura 4.
Figura 4 –Evolução ao longo do tempo da realcalinização químicas.
Fonte: a autora.
Em estudos recentes, como Araújo(2004), Moreira(2006), Sá(2006) e Araújo(2009), as soluções
utilizadas foram, hidróxido de sódio (NaOH), hidróxido de potássio (KOH), hidróxido de cálcio
(Ca(OH)2), carbonato de sódio (Na2CO3) e uma solução tripla contendo hidróxido de sódio, hidróxido
de potássio e carbonato de sódio.
Araujo (2004) aplicou a realcalinização química com os corpos de prova imersos, com ciclos de
molhagem e secagem, em soluções alcalinas de carbonato de sódio, hidróxido de potássio e uma
mistura dessas duas substâncias anteriores com hidróxido de cálcio. O resultado observado foi a
realcalinização de 2,5 cm em todos os corpos de prova, sendo o hidróxido de potássio a solução que
obteve a realcalinização em menor tempo (686 horas).
Sá (2006), dando seguimento ao estudo iniciado por.Araújo (2004), examinou a realcalinização em
corpos de prova imersos em solução tripla de (KOH, Na2CO3 e Ca(OH)2). O resultados obtido indicou
1,5 cm de profundidade realcalinizada após 5 dias de tratamento.
METODOLOGIA
Para o presente estudo, foram dosados dois traços variando apenas a quantidade de cinzas volantes.
Para cada traço foram moldados 3 corpos de prova cilíndricos de 10cm X 20cm, totalizando 6 corpos
de prova.
Em um dos traços houve substituição de 10% do cimento por cinzas volantes e no outro foi adicionada
10% de cinza volante em relação ao cimento. Para fins de nomenclatura, os 3 corpos de prova com
substituição do cimento pela cinza volante foram chamados de 1.0 CV 10 e os corpos de prova com
adição de cinza volante foram chamados de 1.1 CV 10. Na Figura 1 seguem os traços utilizados:
Tabela 1 – Dosagem dos corpos de prova
Cinzas
Volantes
(kg)
Cimento
(kg)
Areia
(kg)
Brita
(kg)
Água
(kg)
Aditivo
(kg)
%
1.0 CV 10
1,31
11,82
29,55
39,40
6,57
9,19
0,7
1.1 CV 10
1,31
13,13
29,55
39,40
7,22
14,45
1,0
Os corpos de prova foram adensados com vibrador de agulha de imersão, para evitar diferenças de
adensamento causadas pelo trabalhador. As relações água/finos e proporção de agregados foram
fixadas e apenas a quantidade de aditivo superplastificante mudou, de modo a manter um slump 10 ±
2cm.
A carbonatação dos corpos de prova foi realizada em uma câmara de carbonatação, mostrada na
Figura 5. A câmara possui controle da umidade relativa, temperatura e teor de dióxido de carbono.
A concentração de CO2 adotada foi de 5 ± 1%, a temperatura foi estabilizada em 40 ± 0,1ºC e a
umidade relativa foi controlada em 60 ± 2 %. Ensaios de resistência a compressão foram realizados
complementarmente.
Figura 5 – Câmara de carbonatação (Laboratório de Materiais e Estruturas do Departamento de Construção Civil da
UFPR).
Após o processo de carbonatação acelerada, foi cortada uma fatia superior de cada corpo de prova
com o tamanho aproximado de 1/4 do CP. Os CPs foram identificados pelo nome do traço (1.0CV10
ou 1.1CV11). A fatia superior foi denominada de referência (sem tratamento de realcalinização
química) efoi aspergidoum solução com fenolftaleína na superfície recém fraturada para
verificaçãoda frente de carbonatação.
Após a aspersão, a parte inferior dos corpos de prova foi submetida à aplicação de três soluções
diferentes para cada traço, totalizando 6 amostras. As soluções utilizadas foram:1 - carbonato de sódio
(Na2CO3);2 - hidróxido de potássio (KOH) e 3 - hidróxido de sódio (NaOH), que foram obtidas com
a mistura de água destilada através da proporção mostrada na Tabela 2.
Tabela 2 – Concentração das soluções usadas na realcalinização química.
Na2CO3
3g para 100ml de água
KOH
15g para 100ml de água
NaOH
21g para 100ml de água
Foram realizadas cinco aplicações de cada solução, com intervalo de 30 minutos, totalizando duas
horas e trinta minutos de ensaio. Para a aplicação foi utilizado o auxílio de um pincel.Esta forma de
aplicação é indicada por um fornecedor de uma solução para realcalinização química, por isso optouse por este método de aplicação.A Figura 6 exemplifica a divisão inicial do corpo de prova de
referência.
(a)
(b)
Figura 6 – (a) Divisão do corpo de prova e tipo de aplicação. (b) Corpo de prova com aspersão de fenolftaleína antes
da realcalinização.
Após uma semana da aplicação, os corpos de prova foram divididos em três partes, para nova aspersão
de fenolftaleína e verificação da realcalinização.
Devido a obtenção de um resultado insatisfatório quanto ao procedimento de tratamento adotado,
deciciu-se que, em cada fatia obtida seria realizada uma nova tentativa de realcalinização. Desse
modoem cada CP foi adotado um diferente método de aplicaçãototalizando 6 corpos de prova x 3
fatias = 18 amostras, classificadas quanto a sua posição em I, II e III.
Respeitando as soluções aplicadas em cada corpo de prova, foram realizadas novas aplicações de em
cada fatia. Nesta etapa foram testados 3 métodos distintos de aplicação. Nas fatias I a forma de
aplicaçãofoi aspersão da solução 20 vezes com intervalo de 10 minutos, durante 1 dia. As fatias II
tiveram aplicações de solução por 10 vezes com intervalo de 20 minutos, este processo foi repetido 5
vezes, totalizando 50 aplicações, todo este processo durou 3 dias. As fatias III ficaram imersas durante
50 horas. A Figura 7 exemplifica os tipos de aplicações realizadas nas amostras e a Figura 8mostra a
aplicação de solução de hidróxido de potássio por aspersão.
Figura 7 – Divisão do corpo de prova de referência e método de aplicação das soluções.
Figura 8 – Aspersão de solução de hidróxido de potássio.
Após o rompimento e nova aspersão de fenolftaleína, foram medidos os valores de profundidade de
carbonatação para a obtenção do resultado final.
ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
O ensaio de resistência a compressão dos corpos de prova foi realizado de maneira complementar,
resultando em 40 MPa para o traço 1.0 CV 10 e 37 MPa para o traço 1.1 CV 10, ambos aos 28 dias
de idade.
A apresentação dos gráficos está mostrada separadamente para cada solução, sendo que os diferentes
traços do concreto aparecem em barras lado a lado. As espessuras de carbonatação para cada tipo de
concreto são apresentadas em forma de linha para cada solução.
A solução de carbonato de sódio (Na2CO3) não apresenta nenhum gráfico, pois não houve
realcalinização em nenhum dos quatro métodos testados e em nenhum dos concretos com diferentes
traços. Este resultado pode ser observado na Figura 9, onde a profundidade de carbonatação
permaneceu inalterada em relação ao concreto não tratado.
O método de aplicação com o pincel não resultouem nenhuma realcalinização com as três soluções
realcalinizadoras empregadas neste trabalho, como pode ser observado nas Figura 10 e Figura 12.
A solução de hidróxido de sódio apresentou valores semelhantes de profundidade de realcalinização,
principalmente para os métodos de aplicação de aspersão em 3 dias e imersão, conforme pode ser
observado na Figura 10, porém não foi suficiente para realcalinizar toda a camada do concreto
carbonatado.
Figura 9 – Concreto tratado com Na2CO3sem ter apresentado indícios de realcalinização.
Figura 10 – Realcalinização de concretos com diferentes tipos de métodos de aplicação de solução de hidróxido de
sódio (NaOH).
A realcalinização parcial da espessura carbonatada pode ser observada na Figura 11.
Figura 11 – Concreto tratado com NaOH por imersão, apresentando realcalinização em parte da espessura
carbonatada.
A solução de hidróxido de potássio não obteve realcalinização com os métodos de aplicação com
pincel e aspersão por 1 dia. Já para o método de aspersão por 3 dias resultou em uma pequena
espessura de realcalinização para os dois traços utilizados. O método de imersão de solução de
hidróxido de potássio se mostrou mais eficiente dentre todos os estudados, de modo que toda a
espessura carbonatada foi realcalinizada após 50 horas de imersão, como pode ser observado na
Figura 12. O estudo de Araujo (2004) também indicou a solução de hidróxido de potássio como a
mais eficiente entre as testadas em seu experimento.
Figura 12 - Realcalinização de concretos com diferentes tipos de métodos de aplicação de solução de hidróxido de
potássio (KOH).
A Figura 13mostra uma amostra com a espessura carbonatada completamente realcalinizada pela
imersão do corpo de prova em solução de hidróxido de potássio.
Figura 13 - Concreto tratado com KOH por imersão, apresentando toda a profundidade de carbonatação realcalinizada.
CONCLUSÃO
Este trabalho foi focado em uma técnica de recomposição da alcalinidade do concreto denominada
realcalinização química (REQ), que tem seu maior campo de aplicação estruturas executadas em
concreto aparente porque trata-se de uma tratamento baseado na penetração de soluções alcalinas com
superfície do concreto que ingressam a partir da sucção capilar e difusão de substâncias de elevada
alcalinidade. As estruturas de pontes e viadutos podem ser citadas como os principais campos de
aplicação desta técnica de recuperação, pois são tipicamente colocadas em serviço com acabamento
em concreto aparente.
Desse modo, por meio dos resultados obtidos com este estudo foi possível concluir:

O método de aplicação com pincel, com 5 demãos em intervalo de 30 minutos não se mostrou
eficiente;

O método de aplicação de aspersão em 1 dia, com 20 aplicações com intervalos de 10 minutos
também não se mostrou eficiente;

O método de aspersão de soluções alcalinas durante 3 dias, sendo 5 aplicações de 10 vezes a
cada 20minutos obteve uma pequena espessura de realcalinização ao fim dos 3 dias. Apesar
de ter apresentada esta camada de elevado pH, esta técnica de aplicação se mostrou pouco
eficiente, pois o tempo para realcalinizar espessuras maiores de carbonatação pode ser
elevado.

O método de aplicação por imersão se mostrou eficiente, pois foi capaz de realcalinizar parte
da espessura do concreto carbonatado quando imerso em solução de hidróxido de sódio e toda
a espessura carbonatada quando imerso em solução de hidróxido de potássio.

A solução de carbonato de sódio se mostrou ineficiente, não realcalinizando nenhuma das
amostras estudadas, com nenhum dos métodos testados.

A solução de hidróxido de potássio se apresentou como a solução mais eficiente dentre as três
soluções estudadas.

O meio técnico ainda carece de um métodos de aplicação de soluções alcalinizadoras
eficientes em condições de campo, pois o método de imersão não é prático a ponto de
viabilizar a recuperação de estruturas de concreto armado em condições reais.
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