Orientadora: Profª. Drª. Cláudia Eliana Bruno Marino / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPE. Defesa: Curitiba, 05/12/2014 / Inclui bibliografia / Área de concentração: Engenharia e ciencia de materiais / Resumo: Determinados agentes iônicos presentes nos mais diversos ambientes (solo, água e ar) aos quais as obras de engenharia estão expostas como, por exemplo, os íons cloreto e sulfato, tendem a reagir com os hidratos do cimento, modificando as propriedades do concreto ou argamassa, levando a uma diminuição do tempo de sua vida útil. Ainda, em estruturas armadas, estes agentes influenciam na qualidade da dupla camada (concreto/barra), favorecendo o processo de corrosão da armadura, devido à interação iônica ou modificação da alcalinidade do meio. O diagnóstico desta diminuição da durabilidade normalmente envolve o desenvolvimento de ensaios laboratoriais, com a necessidade de extração de corpos de prova. Especificamente, para o concreto armado, testes envolvendo métodos eletroquímicos para a análise do potencial de corrosão e da resistência de polarização, bem como a técnica de espectroscopia de impedância eletroquímica têm sido utilizados quando da exposição a íons cloreto, devido à possibilidade de obtenção em campo da probabilidade e da taxa de corrosão em determinados pontos da estrutura. No entanto, pouco vem sendo desenvolvido acerca de outros agentes corrosivos, como os íons sulfato e, devido à complexidade do concreto, a interpretação destes resultados nem sempre é trivial. Outro desafio adveio da necessidade de interromper ou evitar estas reações químicas entre os produtos de hidratação do cimento e os diversos agentes agressivos. Técnicas envolvendo o aumento da qualidade do concreto, especificamente a permeabilidade, ainda são avaliadas como as mais promissoras. Mas, os avanços obtidos no estudo de compostos em escala nanométrica, como o dióxido de silício, têm possibilitado o desenvolvimento não só de concretos quimicamente mais resistentes, como também, de tratamento do material em estruturas susceptíveis ou em fase inicial de degradação. Assim, o presente trabalho visou o desenvolvimento de estudo eletroquímico de causa e efeito dos mecanismos de deterioração do concreto exposto aos íons cloreto e sulfato, com possível modificação das propriedades devido a adição de 1% (massa%/massa de cimento) de nano-Fe3O4 na dosagem padrão. Para tal, óxidos nanométricos, dentre os quais óxidos de silício, ferro, titânio e alumínio foram caracterizados e analisados quanto ao desempenho físico-químico em dosagens de concreto, tanto do ponto de vista mecânico, quanto e principalmente frente à durabilidade relativa a um padrão de referência, em
condições de envelhecimento laboratorial em meio contendo íons agressivos. Os resultados obtidos evidenciaram a possibilidade de utilização da técnica de
espectroscopia de impedância eletroquímica para o acompanhamento da diminuição desta durabilidade relativa do concreto sujeito à exposição aos íons cloreto e sulfato, sendo possível a detecção dos processos de corrosão em estágios iniciais de degradação. Ainda, foi verificada a melhora das propriedades mecânicas e físicoquímicas do material com a adição de 1% (massa%/massa de cimento) de óxidos nanométricos, com destaque para o nano-Fe3O4, possibilitando o desenvolvimento de materiais de maior durabilidade.
Palavras-Chave: Concreto armado. Íons cloreto e sulfato. Durabilidade.
Espectroscopia de Impedância Eletroquímica. Nano-Fe3O4. / Abstract: The buildings can be exposed to ionic agents present in environment (soil, water and air), such as chloride and sulfate, which ones tend to react with the cement hydrates and could modify the concrete or mortar properties, dropping the materials lifetime. Especially in reinforced structures, these agents influence the double layer (concrete/bar) quality, promoting the bar corrosion due the ionic interaction or the modification of the environment alkalinity. The diagnosis of this durability reduction involves laboratory tests and the specimens' extraction is normally necessary. Specifically for reinforced concrete there are some electrochemical tests, such as the corrosion potential, the polarization resistance and the electrochemical impedance spectroscopy that have been widely used to study the chloride ions exposition, because of the possibility of obtaining, even in the field, the corrosion probability and rate of some points in the structure. However, there is little research developed about electrochemical tests to study the exposition to other corrosive agents, such as sulfate ions. Furthermore, because of the concrete complexity, the results interpretation is not trivial. Another challenge is the necessity of stopping or avoiding these chemical reactions between the products of cement hydration and the
aggressive agents. Currently, the most promising techniques involve the
enhancement of concrete quality, especially from the permeability. Although, there are some advances in the nanoscale compounds studies, which have raised the development of more chemically resistant concretes and also special treatments for the material presented on structures in early stages of degradation. The present thesis aimed the development of a cause and effect electrochemical study of distress mechanisms in concrete with and without additions of nano-Fe3O4 in partial cement replacement, used to enhance the material's durability. For that, nanoscale ceramic oxides, such as silicon, titanium, iron and aluminum oxides were characterized and added in concrete dosages, as partial replacement of cement. The obtained material
was analyzed for physical and chemical measurements, to evaluate the structural performance and the durability characteristics under laboratory aggressive ions exposition. The obtained results confirmed the electrochemical impedance spectroscopy as an ideal technique for monitoring the durability drop of concrete subject to sulfate and chloride ions exposition and with that it was possible to detect the corrosion and deterioration in early stages. In addition, there was developed a new concrete, with better mechanical and physicochemical properties by the addition of 1% nano-Fe3O4, enabling the dosage of more durable concretes.
Keywords: Reinforced concrete. Chloride and sulphate ions. Durability.
Electrochemical impedance spectroscopy . Nano-Fe3O4.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:dspace.c3sl.ufpr.br:1884/37257 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Bragança, Mariana D' Orey Gaivão Portella |
| Contributors | Marino, Claudia Eliana Bruno, Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPE |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | 165f. : il. (algumas color.), tabs., grafs., application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPR, instname:Universidade Federal do Paraná, instacron:UFPR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | Disponível em formato digital |
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