Barra de Aço para armadura de concreto galvanizada por imersão a quente – PARTE 1

Uma das maiores patologias do concreto armado é a corrosão das armaduras embutidas no concreto. O Brasil tem registrado ultimamente com mais frequência o colapso de estruturas de concreto, sejam em edificações ou em obras de arte (pontes/viadutos). A barra de aço para armadura de concreto galvanizada por imersão a quente, que protege o aço contra a corrosão, é uma alternativa que resolve o problema na raiz, com eficácia e baixo custo.

O concreto armado (reforçado) é um dos materiais de construção mais amplamente usado. Tem custo razoavelmente baixo, facilmente disponível, possui uma gama de propriedades e características adequadas para diversas aplicações na construção civil.

O concreto armado é resultado da união entre concreto simples e armadura de reforço em seu interior. A armadura de reforço constitui-se de barras de aço adicionadas na zona onde o concreto é solicitado à tração. Desse modo, o concreto e o aço trabalham em conjunto, uma vez que, o concreto, resiste aos esforços de compressão, e o aço, absorve os esforços à tração cujo concreto apresenta baixa resistência.

Porém, um dos principais pontos a ser observado, é garantir a plenitude da barra de aço destinada à armadura de concreto armado, pelo aumento de sua vida útil e assim manter a eficiência do concreto armado.

Atualmente no Brasil temos presenciado com mais frequência os colapsos de estruturas de concreto armado em edificações e obras de arte (pontes/viadutos) em função da corrosão das armaduras, diagnosticadas pela falta da manutenção, que gera custos. Esta falta de manutenção pode ser mitigada pela galvanização por imersão a quente das barras de aço destinada à armadura de concreto armado.

Por mais de 50 anos, os revestimentos de zinco obtidos através de galvanização por imersão a quente têm sido usados ao redor do mundo para proteger da corrosão as barras de aço destinadas à armadura de concreto armado, de modo econômico, pois diminui o custo de manutenção e eficaz, pelo aumento a vida útil das mesmas mesmo que ocorram falhas no cobrimento do concreto. Assim a integridade do concreto armado está garantida por mais tempo.

O PROBLEMA DA CORROSÃO DAS BARRAS DE AÇO PARA ARMADURA DE CONCRETO

O concreto é um material poroso constituído de pequenos poros e capilares, através dos quais os elementos corrosivos como a água, os íons de cloreto, o oxigênio, o dióxido de carbono e outros gases se infiltram na matriz de concreto, eventualmente atingindo as barras de aço destinadas à armadura de concreto armado, conforme ilustrado na figura 01.

Para cada mistura de concreto, em alguns níveis críticos de elementos corrosivos, o aço despassiva-se e a corrosão se inicia. O concreto por si só exibe boa resistência de compactação, mas possui pouca resistência de tensão, geralmente cerca de um décimo da resistência de compactação. Quando o ferro se oxida, ocorre uma diminuição da seção da armadura e os produtos resultantes da corrosão são de 2-10 vezes mais volumosos do que o aço original, o que gera tensão que excede a capacidade de tensão do concreto ao seu redor, fazendo-o rachar e fragmentar-se, conforme ilustrado nas figuras 02 e 03. Após a rachadura ter ocorrido, a capacidade estrutural do elemento pode ser comprometida, podendo ser necessários reparos caros para ampliar sua vida útil.

COMO PREVENIR A CORROSÃO DAS BARRAS DE AÇO PARA ARMADURA DE CONCRETO

O método mais comum é assegurar que o concreto que cobre o reforço (a barra) seja da espessura adequada e que o concreto em si seja denso e impermeável.

Como muitas vezes a realidade em campo não condiz ao que foi projetado, uma linha de defesa importante é proteger da corrosão a própria barra, por galvanização por imersão a quente, que consiste no revestimento do zinco no aço/ferro. O aço é imerso em um banho de zinco fundido a uma temperatura entre 440 °C a 480 °C, o que resulta em uma reação metalúrgica entre o zinco e o ferro, isto é, o zinco penetra na rede cristalina do metal base, resultando em uma difusão intermetálica, ou seja, na formação de ligas de Fe-Zn, camadas intermetálicas, na superfície de contato do substrato.

Este processo torna o revestimento integrado desde o metal base até a superfície, onde a camada formada é de zinco puro, isolando as barras de aço do concreto ao redor.

As barras galvanizadas por imersão a quente oferecem muitas vantagens sobre as barras convencionais sem proteção, incluindo:

• O aço fica protegido contra a corrosão antes de ser imerso no concreto.
• O zinco possui limite de concentração de cloreto mais alto para corrosão que o aço descoberto. Isso retarda significativamente o início da corrosão, a partir da infiltração de cloretos, na superfície das barras por galvanização por imersão a quente.
• A velocidade de corrosão do zinco no concreto é menor que a do aço, e os produtos de corrosão que o zinco forma não provocam tensões internas tão prejudiciais como as que o aço produz, quando sofre corrosão dentro do concreto. Como resultado o concreto não sofre deterioração.
• Os revestimentos de zinco proporcionam, além da barreira, uma proteção catódica, isto é, o zinco apresenta um potencial de redução menor que o ferro, se oxidando preferencialmente ao aço, o que significa que se ocorrer alguma imperfeição ou rachadura no revestimento, expondo o aço, a corrosão se concentrará preferencialmente na camada do zinco circundante, proporcionando assim uma proteção eletroquímica ao aço exposto. Desta forma, o revestimento galvanizado não pode ser debilitado pelos produtos resultantes da corrosão do aço, como ocorre no caso de outros revestimentos tipo barreira, como por exemplo, o epóxi.
• A maior resistência à corrosão das barras por galvanização por imersão a quente permite uma maior tolerância à diversidade e aplicações do concreto.
• Sua aplicação está padronizada de acordo com normas internacionais (ASTM A767, ISO 14657) que asseguram a qualidade e as características de aplicação.
• No Brasil existe a norma ABNT NBR 16300:2016 – Galvanização por imersão a quente de barras de aço para armadura de concreto armado – Requisitos e métodos de ensaio.
• As barras de aço para armadura de concreto armado galvanizadas por imersão a quente atendem aos requisitos da norma NBR 7480:2007 – aço destinado a armaduras de concreto armado.
• Aumenta a vida útil da estrutura.

Essas características das barras galvanizadas reduzem sensivelmente o risco de que sejam afetadas pela corrosão, que é a responsável pelo aparecimento de manchas de óxido, de rachaduras e de fragmentação do concreto. O uso de barras de aço galvanizadas prolonga os intervalos de manutenção das estruturas de concreto e reduz substancialmente o custo de manutenção como um todo.

De uma forma geral, de barras de aço galvanizadas, podem ser tratadas do mesmo modo que as barras sem revestimento e não exigem precauções especiais para proteger o revestimento durante o manuseio, transporte e instalação na obra. Veja a ilustração na figura 04.

PERFORMANCE DAS BARRAS DE AÇO PARA ARMADURA DE CONCRETO GALVANIZADAS POR IMERSÃO A QUENTE NO CONCRETO

• Relação água/cimento: entre 0,4 e 0,5 para concreto armado em ambiente marinho é a recomendação de norma ABNT NBR 6118:2014 – Projeto de estruturas de concreto — Procedimento.
• Quanto menor esta relação, menor a porosidade do concreto, portanto menos permeável;
• Embora o hidroxizincato de cálcio não evite a penetração do íon cloreto, a superfície do vergalhão galvanizado é 2,5 vezes mais tolerante a cloretos do que vergalhão sem proteção.
• Zinco em soluções fortemente alcalinas (> pH 12,5) é passivado por formação de camada de cristais aderentes – hidroxizincato de cálcio (CaHZn).
• A formação do hidroxizincato de cálcio (CaHZn) começa imediatamente em contato com a solução de cimento molhado, reduzindo assim o valor do pH ao redor de 9,0, levando o zinco ao seu estado passivado, portanto cessando sua oxidação, estabilizando o mesmo e isolando-o do ambiente circundante. A reação com zinco cessa logo que o concreto endurece.
• As barras de aço galvanizadas não sofreram com os efeitos de elementos ácidos produzidos pela carbonatação à medida que o concreto envelhece, pois, o zinco tem uma faixa de pH de passivação, Ph entre 06 e 12) muito maior que o aço.
• O hidroxizincato de cálcio é um produto fibroso, apresenta uma elevada adesão química ao concreto, o que resulta na elevada aderência ao concreto.
• Há evidências que sugerem que a difusão dos produtos resultantes da corrosão do zinco ajuda a preencher os espaços porosos na interface concreto/vergalhão, tornando essa área menos permeável e ajudando a reduzir o transporte de substâncias agressivas (como os cloretos) através desta interface, que dá acesso ao revestimento de zinco.

Aderência da barra de aço galvanizado por imersão a quente ao concreto

• A aderência das barras galvanizadas ao concreto não é menor do que a dos vergalhões sem revestimento; e em muitos casos é ainda melhor. A média do coeficiente de conformação superficial, η=1,8 atende aos requisitos da norma ABNT NBR 7480 – Aço destinado às armaduras de concreto armado (mínimo η = 1,5 para Ø ≥ 10mm para categorias CA50 e CA60). Isso permite utilizar as mesmas especificações de projeto no concreto armado (tamanho das barras, comprimentos das sobreposições, etc.), que se aplicam no caso das barras sem proteção. Os dados acima são resultados de ensaios realizados, em agosto de 2013, ensaios no laboratório Falcão Bauer, cujos números são: L-236.758/1/13 e L-236.758/2/13.

Evolução de hidrogênio

• Quando o zinco reage com o concreto úmido ocorre a formação de hidroxizincato de cálcio, acompanhado pela evolução do hidrogênio. Este produto da corrosão é insolúvel e protege a camada de zinco subjacente (sempre e quando o pH da mistura de concreto circundante esteja abaixo de 13,3). As pesquisas têm demonstrado que durante este período de reação inicial e até que a passivação do revestimento e o endurecimento do concreto ocorram, parte da camada de zinco puro do revestimento é dissolvida, entre 05 a 10 micrometros.

Entretanto, esta reação inicial cessa quando ocorre o endurecimento do concreto e há a formação da camada de hidroxizincato. As análises das barras de aço galvanizadas, recolhidas de estruturas em campo, indicam que o revestimento permanece neste estado de passivação por períodos mais longos, mesmo estando expostos aos altos níveis de cloreto do concreto circundante. No caso de concreto com pH elevado ou quando se espera a presença de uma certa concentração residual de cloretos, a superfície do zinco pode ser passivada, usando-se vários pós-tratamentos comerciais, com o intuito de protegê-la contra a evolução excessiva de hidrogênio, o que pode, em casos mais extremos, reduzir a força de aderência dos vergalhões. Quando o concreto se encontra em condições normais, as pesquisas têm demonstrado que não existe nenhuma diferença estatística na força de aderência do vergalhão galvanizado, tanto no caso de ter sido passivado como no caso de não ter sido.

• Algum hidrogênio nascente ocorre por reação do zinco com a pasta de cimento alcalina, sendo mais uma reação catódica do processo. A evolução cessa quando a pasta endurece.

O hidrogênio nascente sobre o zinco, neste caso, não migra para dentro, não atingindo o aço, pois a difusibilidade do hidrogênio nascente no zinco é bastante pequena, em torno de três vezes menor que o valor observado sobre o aço. Assim o aço permanecerá íntegro.

Presença de outros metais no concreto

• Uma consideração adicional ao usar o aço galvanizado é a possibilidade de estabelecer conexões bimetálicas entre o zinco e o aço sem revestimento. O aço galvanizado não deve ser unido a grandes áreas de aço sem revestimento, cobre ou outros metais, a menos que se aplique isolamento adequado. Arames para amarração, suportes e outras barras também devem ser galvanizados.

PRÁTICAS NO CAMPO DAS BARRAS DE AÇO PARA ARMADURA DE CONCRETO GALVANIZADAS POR IMERSÃO A QUENTE NO CONCRETO

É recomendado consultar o Anexo B – Diretriz para a prática no campo, da ABNT NBR 16300:2016 – Galvanização por imersão a quente de barras de aço para armadura de concreto armado – Requisitos e métodos de ensaio.

Dobra das barras de aço para armaduras de concreto galvanizadas por imersão a quente

As barras de aço para armaduras de concreto galvanizadas por imersão a quente, conforme norma americana ASTM A767:

• Apresentam desempenho aos esforços de tração similar aos das barras nus. O processo da galvanização por imersão a quente não afeta as propriedades mecânicas do aço para o concreto armado.
• Dobra a frio antes da galvanização, deverão ser fabricadas com um diâmetro igual ou superior aos especificados na tabela 2 abaixo.
• Dobra após a galvanização, a presença de rachaduras e descamação do revestimento do zinco na área de curvatura não devem ser motivos de rejeição. A tendência de rachaduras do revestimento de zinco aumenta com o diâmetro da barra e com a intensidade e taxa de curvatura.
• Eventuais danos podem ser reparados com tinta rica em zinco (mín. de 85% de zinco) ou pelo processo de metalização de zinco.

Manuseio e armazenamento

Os vergalhões galvanizados podem ser armazenados na intempérie sem afetar seu desempenho anticorrosivo. Isso permite o armazenamento de tamanhos-padrão de modo que estejam disponíveis segundo demanda. Outra característica do vergalhão galvanizado é que pode ser manipulado e disposto da mesma maneira que o vergalhão sem revestimento. Isso devido à alta resistência à abrasão que possui o material galvanizado por imersão a quente.

Soldagem durante a instalação

Soldar vergalhões galvanizados não é um problema desde que sejam tomadas as precauções necessárias, como aplicar na região da solda tinta com teor mínimo de 85% de zinco ou aspersão térmica de zinco – metalização. O procedimento inclui utilizar velocidades de solda mais lentas e manter uma ventilação adequada.

Reparos no revestimento durante a instalação

Danos ao revestimento em áreas soldadas, dobradas ou bordas cortadas não afetarão significativamente a proteção oferecida pela galvanização se a área exposta for pequena em relação à área galvanizada.

Atualmente as siderúrgicas oferecem o fornecimento das barras de aço para armaduras de concreto armado já dobrado e cortado nas dimensões do projeto. É recomendado realizar a galvanização por imersão a quente nestas condições para aumentar a eficiência do revestimento do zinco nas barras.

EXPECTATIVA DE DURABILIDADE DAS BARRAS DE AÇO PARA ARMADURA DE CONCRETO ARMADO

A – Concreto é exposto aos agentes agressivos (CO2, cloretos e outros);
B – Período de oxidação destrutiva do aço sem revestimento (linear) até o limite aceitável de deterioração do concreto;

Abaixo com barras de aço (vergalhão) para armaduras de concreto armado galvanizadas por imersão a quente.

C – Iniciação da oxidação do zinco. Extensão da durabilidade devido à maior tolerância dos íons cloretos e ao pH;
D – Período de proteção enquanto se dissolve uma pequena parcela da camada de zinco puro na superfície do aço;
E – Período de proteção adicional enquanto se dissolvem as camadas de liga Zn+Fe do Revestimento;
F – Ataque do aço exposto idêntico ao B.

Continua…

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