A Corrosão em Concreto Eletroquímica Aplicada

1. INTRODUÇÃO

O concreto é um dos materiais mais utilizados nas construções civis, presente em grande parte de suas estruturas. É composto por areia, cimento e agregados de diferentes tamanhos, oferecendo assim, melhor sustentação para as obras do que os materiais já muito utilizados no passado. Uma vez que é responsável pela estrutura das construções, a corrosão do concreto é um ponto importante pois, pode afetar a durabilidade e estabilidade das estruturas. Sendo assim, conservar e impedir que o material sofra contaminação, são essenciais para evitar sua deterioração, como também manter as estruturas seguras. Os fatores responsáveis pela deterioração do concreto são mecânicos, como as vibrações e erosão, os físicos que são as variações de temperatura, químicos, causados pelos ácidos e sais ou até mesmo biológicos, acarretados pelas bactérias (GENTIL, 2007).

2. FUNDAMENTOS E MECANISMO

Dando enfoque na corrosão eletroquímica, a qual pode afetar a armadura do concreto, temos cinco formas de corrosão. A uniforme, sendo caracterizada pela armadura totalmente exposta ao meio corrosivo, a puntiforme, em que a armadura sofre o desgaste localizado na forma de pites ou alvéolos, a intergranular, processada entre os grãos da rede cristalina, transgranular, que pode romper quando o material é submetido a ação mecânica e ocorre intragrãos da rede cristalina, por fim, a fragilização pelo hidrogênio, em que o hidrogênio atômico se difunde para o interior do aço da armadura. Como a corrosão intergranular, transgranular e fragilização pelo hidrogênio podem causar fratura na armadura, as mesmas são definidas como as mais graves, tendo assim reflexo direto na estabilidade das estruturas.

Com a finalidade de identificar a melhor maneira de evitar a corrosão, entender seu mecanismo é fundamental para proteção do material, mas também do ponto de vista econômico. Sendo assim, faz-se necessário avaliar o meio corrosivo (composição química, concentração, impurezas, pH, temperatura e sólidos em suspensão), material (presença de impurezas, processo de obtenção) e condições operacionais (solicitações mecânicas, movimento relativo entre o material e o meio e condições de imersão no meio).O mecanismo origina-se em áreas catódicas e anódicas, representado pelas equações:

Área anódica (corrosão) Fe → Fe2+ + 2e-

Área catódica (sem corrosão) ---> Não-areada: 2H2O + 2e- → H2 + 2OH -

Aerada: H2O + ½ O2 + 2e- → 2OH -

Tendo assim, como produto inicial da corrosão hidróxido de ferro II, Fe(OH)2, em meio não-aerado que se transforma em magnetita, Fe3O4, de coloração preta-esverdeada. No meio aerado o Fe(OH)2 se transforma em Fe(OH)3, de cor castanho-alaranjado (GENTIL, 2007).

3. FATORES QUE ACELERAM A CORROSÃO

O concreto protege a armadura de aço devido a sua característica altamente alcalina e ação isolante. A alta alcalinidade é resultante da presença de Ca(OH)2 formado na hidratação do cimento, responsável por criar uma película passivadora de Fe3O4 ou Fe2O3 entre armadura e concreto.

Ca(OH)2 + Fe2O3 → CaO.Fe2O3 + H2O

A ação isolante do concreto é mais eficiente quando ele tem baixa relação água/cimento, quando é denso e tem baixa porosidade, evitando a penetração de oxigênio e água.

A lixiviação (fluorescência), é um dos fatores que aceleram a corrosão. Ela consiste na solubilização do Ca(OH)2 e transporte para a superfície, causando deterioração, redução do pH e da passivação do concreto. A lixiviação é favorecida se a água tiver baixa concentração de cátions (água mole). O Ca2+ ao atingir a superfície reage com o CO2 do ar ou da água:

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

Esta reação é chamada carbonatação. Se houver excesso de CO2 no meio, ocorrerá a formação de bicarbonato de cálcio (CaHCO3)2, que por ter maior solubilidade, apresentará ainda maior deterioração. Em alguns casos, o CaCO3 se deposita apenas nos poros do concreto, nesta situação, a carbonatação é benéfica para proteção do concreto. Quanto maior a umidade relativa e teor de umidade do concreto, maior a tendência a carbonatação.

A presença de ácido acelera a corrosão do cimento. Ácidos estão presentes na chuva ácida (H2SO4, HNO3), em fábricas de laticínios (ácido lático) e fábricas de vinagre (ácido acético). O ácido age atacando a pasta de cimento, formando uma coloração alaranjada de acordo com a seguinte reação:

Ca(OH)2 + 2H+ → Ca2+ +2H2O

3CaO.2SiO2.3H2O + 6H+ → 3Ca2+ + 2SiO2 + 6H2O

Em seguida atacam a armadura:

Fe +2H+ → Fe2+ + H2

A alta concentração de base acelera a corrosão do concreto. O SiO2 presente no concreto reage com a base (NaOH) formando o composto solúvel Na2SiO3. SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 +H2O

A penetração da soda caustica no concreto acelera a corrosão, pois ela se concentra, reage com o CO2 do ar, formando carbonato de sódio (Hepta ou deca hidratado) e quando a água evapora, ele se cristaliza, causando aumento volumétrico e, portanto, deterioração do concreto.

2NaOH + CO2 + 6H2O → Na2CO3.7H2O

2NaOH + CO2 + 9H2O → Na2CO3.10H2O

A presença de sais aumenta a corrosão do concreto, pois possibilita a formação de pilhas. O sal de amônio ou de magnésio aceleram a corrosão pois reage com o Ca(OH)2, responsável pela alcalinidade protetora do concreto. De acordo com as seguintes reações: 2NH4Cl + Ca(OH)2 → 2NH3(g) + 2H2O + CaCl2

Mg2+ + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + Ca2+

Sais solúveis como NaCl, quebram a camada passivadora do aço pois o Íon Cl- em contato com água, forma ácido forte HCl, reduzindo o pH. Lembrando que a camada passivadora só existem em meio altamente alcalino. O aço (armadura) também sofre ataque do Cl-. Regiões próximas ao mar ou locais onde utiliza-se sais de degelo, sofrem mais com esse tipo de corrosão.

A presença de gás sulfídricos e sulfetos como o H2S acelera a corrosão. O H2S reage com o ferro formando FeS e H atômico. O H atômico se difunde para o interior do material e se converte a H2 molecular, causando tensão fraturante.

Locais poluídos, com presença de bactérias, podem acelerar a corrosão do concreto, pois elas podem oxidar compostos de enxofre a ácido