Este documento apresenta uma metodologia para seleção de vernizes de proteção para concreto armado contra agentes agressivos. O objetivo é realizar ensaios de caracterização e desempenho em vernizes acrílico e poliuretânico, validar as metodologias propostas e avaliar a proteção oferecida. O programa experimental inclui ensaios de permeabilidade, aderência, exposição a raios UV, CO2, cloretos e análises de potencial e velocidade de corrosão.
Inspection of the exposed concrete façades of Vilanova Artigas, modern Brazil...
Metodologia de seleção de vernizes na proteção ao concreto armado contra a penetração de agentes agressivos
1. Contribuição para o estabelecimento de
metodologia de seleção de vernizes na
proteção ao concreto armado contra a
penetração de agentes agressivos
Adriana de Araujo
Trabalho Final do Programa de Mestrado em Habitação
do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de
São Paulo - IPT
Área de concentração: Tecnologia e Construção de Edifícios
Apoio: FAPESP
junho/2004
2. Objetivos
revisão bibliográfica: trabalhos e normas;
apresentação e seleção de ensaios de caracterização e
de desempenho para vernizes de proteção;
proposição de metodologia para os ensaios não-
normalizados selecionados;
realização da série de ensaios selecionados: validação
das metodologias propostas e avaliação de dois
vernizes de mercado;
destaque aos ensaios mais relevantes: devem constar
nos catálogos e merecem estudos específicos.
Metodologia de seleção de vernizes de proteção ao concreto
armado:
3. Importância do Tema
Predominância do emprego do concreto nas
construções.
Elevada agressividade do meio ambiente:
grandes centros urbanos e orla marinha.
Emprego generalizado de revestimentos
superficiais nas estruturas de concreto aparente.
Falta de informação no mercado da construção
civil: produtos e normas.
Avanço na indústria química para a construção
civil: novos produtos.
4. Concreto
H2O: desagregação do concreto e manchas
superficiais (lixiviação dos finos, ataque químico).
Agente necessário para ocorrer a corrosão da
armadura;
CO2: manchas superficiais (eflorescência e água) e
microfissuração. Diminuição do pH da pasta,
podendo despassivar a armadura e início de
corrosão;
Cl-: corrosão intensa da armadura. Aparecimento de
manchas avermelhadas na superfície do concreto,
fissuração e desagregação.
Agentes que podem comprometer o desempenho das estruturas,
promovendo a perda da sua estética e integridade:
5. revestimento da armadura;
proteção catódica;
revestimentos de proteção superficial.
Proteção das estruturas:
Concreto
Alguns dos sistemas mais bem sucedidos para a proteção
das estruturas em concreto são (ACI 201, 1995):
6. Revestimentos de Proteção superficial
Segundo a norma BS 6150 (1991):
prevenir a deterioração do concreto quando a
espessura de cobrimento e/ou sua integridade
não garantem uma adequada proteção às
armaduras;
prevenir a penetração do dióxido de carbono,
água e sais, tanto para estruturas recuperadas,
como recém-executadas.
7. Revestimentos de Proteção Superficial
Não formadoras
de filme
Formadoras
de filme
Argamassas
(CANOVAS, 1994)
(espessura < 1 mm)
(paredes dos poros)
(obstrução dos poros)
(espessura > 1 mm)
Não formadoras
de filme
Formadoras
de filme
Pinturas
(BSI 6150, 1991):
pigmentadas: tintas;
transparentes: vernizes e hidrofugantes;
seladoras: preparação do substrato.
8. Caracterização
Ensaios de determinação das propriedades físicas, químicas e
mecânicas dos revestimentos.
Pinturas - vernizes
Ampla pesquisa de ensaios disponíveis e métodos de execução:
desenvolvimento de formulações;
qualidade: aparência, cobertura,
aplicabilidade etc.;
determinar propriedades essenciais e
especiais.
9. estado líquido: tempo de secagem, teor de
sólidos, viscosidade, Tg etc;
filme livre: permeabilidade e flexibilidade;
aplicado sobre o concreto: aderência,
espessura do filme, aparência etc.;
aplicado sobre o aço: flexibilidade, espessura
do filme, impacto, abrasão etc.
Ensaios
Pinturas - vernizes
Caracterização:
10. Desempenho
Ensaios, naturais ou artificiais, que avaliam os revestimentos
perante à ação do meio ambiente.
Ampla pesquisa de ensaios disponíveis e métodos de execução:
definir o campo de aplicação do revestimento;
estudar as falhas decorrentes e suas causas;
estipular a vida útil do revestimento.
Pinturas - vernizes
11. exposição às intempéries: raios ultravioleta e
H2O de condensação;
exposição ao CO2: CO2 em diferentes
concentrações e condições climáticas;
exposição à H20: imersão e câmara de
condensação;
exposição ao Cl-: H2O contaminada por Cl- e
corrente impressa.
Ensaios
Desempenho:
Pinturas - vernizes
13. Programa Experimental
Seleção dos ensaios de caracterização e descrição
do seu método de execução.
Seleção dos ensaios de desempenho e descrição
ou proposição do seu método de execução.
Metodologia:
Realização dos
ensaios para os
vernizes...
Verniz
acrílico
Verniz
poliuretânico
antipichação
Tradicionalmente
utilizado
Monocomponente e
aparentemente de
melhor desempenho
15. Ensaios de caracterização selecionados:
Verniz Líquido
Filme Livre
Identificação da resina
Temperatura de transição vítrea
Massa específica
Teor de sólidos por massa/volume
Viscosidade
Tempo de secagem
Espessura do filme úmido
Permeabilidade ao vapor H2O
Permeabilidade ao CO2
16. Ensaios de caracterização selecionados:
Concreto
Aço
Aderência
Espessura do filme seco
(método de corte em “V”)
Remoção de pichação
Flexibilidade
Espessura do filme seco
(método magnético)
18. Ensaios de desempenho selecionados:
Ensaios
Exposição U.V. e H2O
Exposição ao CO2
Exposição ao Cl-
19. Ensaio de exposição U.V. e H2O:
Equipamento: câmara de intemperismo.
Condições de ensaio: ciclo de exposição, de
4 h aos U.V. e 4 h à água de condensação.
Avaliações: exame visual.
Seleção inicial dos revestimentos. Verificar a
resistência dos revestimentos, em especial o
aparecimento de falhas no filme, decorrentes da
exposição aos raios ultravioleta.
O ensaio
normalizado...
Objetivo
20. Ensaio de exposição ao CO2:
Equipamento: câmara de carbonatação.
Condições de ensaio: insuflamento de 20%
de CO2, U.R. em torno de 65% e T de 23°C.
Acompanhar a evolução da carbonatação, a
despassivação do aço e o início de estado ativo
de corrosão.
O ensaio
proposto...
Objetivo
21. Ensaio de exposição ao Cl-:
Equipamento: câmara de névoa salina;
Condições de ensaio: ciclo de molhagem e
secagem: 2 dias de exposição à névoa
salina e 5 dias em ambiente de
laboratório.
Acompanhar a evolução do ingresso do Cl- e a
despassivação do aço e o início de estado
ativo de corrosão.
Objetivo
O ensaio
proposto...
23. Projeto: limitação de tamanho e medições eletroquímicas.
Componentes/traço: microestrutura e relação a/c (0,50 e 0,65).
Acabamento: liso e com baixa porosidade.
No CPs: duração dos ensaios e ensaios de acompanhamento.
Corpos-de-prova:
Potencial de corrosão.
Velocidade de corrosão.
Variação de massa.
Prof. de carbonatação.
Ingresso de cloreto.
Inspeção de falhas.
25. Contra-Eletrodo
Eletrodo de Trabalho
Eletrodo de Referência
Cálculo automática:
obtenção do Rp e dos
valores das constantes de
Tafel (curva de polarização)
e cálculo da velocidade de
corrosão.
Cálculo manual:
obtenção de Rp (curva de
polarização ao redor do
potencial) e cálculo da
velocidade de corrosão com
a adoção dos valores das
constantes de Tafel
sugeridos por Andrade.
Velocidade de Corrosão:
Corpo-de-prova armado:
27. Ensaios de desempenho propostos (1o Fase)
Para facilitar a apresentação...
Resultados e Discussão
Ensaios de desempenho propostos (2o Fase) e de
exposição ao U.V. e H2O
Ensaios de caracterização
30. 1,94
2,79
0,59
1,35
1,93
2,45
2,18
0,58
0,33
0,21
0,64
0,44
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,4
2,6
2,8
3
Referência 5º dia 14º dia 28º dia
Dias
Variaçãodemassa(%)
0
2,5
5
7,5
10
12,5
15
17,5
20
22,5
25
27,5
Referência 5º dia 14º dia 28º dia
Dias
Profundidadedecarbonatação(mm)
0
5
10
15
20
25
30
Referência 5º dia 14º dia 28º dia
Dias
Profundidadedecarbonatação(mm)
NCP a/c 50 AC
NCP a/c 65 AC
NCP a/c 50 PU
NCP a/c 65 PU
-400
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
Referência 5º dia 14º dia 28º dia
Dias
PotencialdeCorrosão(mV)
(1) ACP a/c 50 AC
(2) ACP a/c 50 AC
(1) ACP a/c 65 AC
(2) ACP a/c 65 AC
(1) ACP a/c 50 PU
(2) ACP a/c 50 PU
(1) ACP a/c 65 PU
(2) ACP a/c 65 PU
Profundidade de Carbonatação
Variação de MassaPotencial de Corrosão
31. Variação de Massa: ensaio + representativo da permeabilidade
a H2O.
Estabilizar massa dos CP.: cura
Ter maior controle da U.R ambiente
Aspersão: constante acompanhamento,
maior número de CPs e de pontos de
medições.
Análise microscópica: menor numero
de ensaios e no início da exposição.
Controle do % de CO2 e da U.R.
Prof. de Carbonatação: aspersão e análise microscópica são
ensaios adequados. Falta de controle na U.R. e da % de CO2
na câmara
32. Potencial e Velocidade de Corrosão: potencial é o ensaio +
adequado, embora seja necessário um maior número de CPs.
Potencial: maior número de CPs e
constante acompanhamento.
Velocidade: dado complementar.
Realização esporádica
Inspeção de Falhas no Filme: sem degradação.
34. 1,42
-1,45
1,42
-1,07
1,54
-1,05
1,24
-1,09
1,16
2,04
-1,91
2,04
-1,52
2,12
-1,7
1,92
-1,77
1,83
0,51
-0,42
0,51
-0,17
0,36
-0,2
0,42
-0,39
0,88
0,3
-0,26
0,3 0,25
-0,09
0,22
-0,1
0,4
-0,13
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
1º Ciclo 4º Ciclo 6º Ciclo 7º Ciclo 8º Ciclo
Ciclos
Variaçãodemassa(%)
NCP a/c 50 AC
NCP a/c 65 AC
NCP a/c 50 PU
NCP a/c 65 PU
Potencial de Corrosão
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
Referência 1º Ciclo 4º Ciclo
Ciclos
%deCloretos
NCP a/c 50 AC (média)
NCP a/c 50 AC (5 mm a 10 mm)
NCP a/c 65 AC (média)
NCP a/c 65 AC (5 mm a 10 mm)
NCP a/c 50 PU (média)
NCP a/c 50 PU (5 mm a 10 mm)
NCP a/c 65 PU (média)
NCP a/c 65 PU (5 mm a 10 mm)
Variação de Massa
Análise Química
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Referência 1º Ciclo 4º Ciclo
Ciclos
Profundidadedecontaminação(mm)
-800
-700
-600
-500
-400
-300
-200
-100
0
Referência 1º Ciclo 3º Ciclo 4º Ciclo 6º Ciclo 7º Ciclo 8º Ciclo 9º Ciclo
Ciclos
Potencialdecorrosão(mV)
Aspersão de Nitrato
35. Variação de massa: ensaio representativo da permeabilidade a
H2O.
Medidas em cada etapa dos ciclos.
Análise química: menor numero de
ensaios e limitados ao início da
exposição.
Aspersão: constante acompanhamento,
maior número de CPs e de medições.
Manter condições de operação da
câmara.
Ingresso de cloretos: análise química é eficiente para quant. a
% de Cl- e aspersão é um ensaio rápido e indica elevada
contaminação.
36. Potencial e Velocidade de Corrosão: potencial é o ensaio +
adequado, embora seja necessário um maior número de CPs.
Os valores de velocidade são incoerentes.
Potencial: maior número de CPs e constante
acompanhamento.
Velocidade: não-aplicável.
Maior número de ciclos.
Realização esporádica
Inspeção de Falhas no filme: sem degradação.
38. Adotar a/c 0,65.
Maior período de cura e estabilizar a
massa previamente.
Melhorar o adensamento evitando o
estucamento.
Maior cuidado e controle na aplicação dos
vernizes
Traço: interferência em alguns resultados, a/c 0,65 mais rápida a
degradação.
Cura: insuficiente para manter uma baixa umidade superficial
Acabamento: falha de concretagem.
Elementos chumbados: caminhos preferenciais.
Pintura: variação na espessura dos vernizes.
Melhorar aderência do tubo plástico,
sendo o mesmo mais rígido.
Corpo-de-prova...
54. Verniz Acrílico:
baixa resistência a carbonatação rápido início
de estado ativo de corrosão.
Verniz Poliuretânico Antipichação:
elevada resistência a carbonatação (inicialmente
localizada) longo período de manutenção do
estado passivo.
Discussão ensaio de CO2...
Os vernizes...
55. O ensaio...
Condições de Ensaio:
adequadas rápida avaliação comparativa dos
revestimentos.
Acompanhamentos Fundamentais:
potencial de corrosão (constante; 45 dias de
ensaio) e profundidade de carbonatação
(periódico; 30 dias de ensaio).
a corrosão ocorre antes da carbonatação ser
detectada pela fenolftaleína.
Copos-de-Prova:
adequados cinco exemplares de armados e de
um a três não-armados.
66. Verniz Acrílico:
baixa resistência ao ingresso de cloretos alto
teor de cloretos na região da barra
retarda início da corrosão diminuição da
penetração da H2O (corpos-de-prova sem
revestimento a corrosão ocorreu no 5o ciclo).
Verniz Poliuretânico Antipichação:
elevada resistência ao ingresso de cloretos baixo
teor de cloretos no concreto e manutenção do
estado passivo.
Discussão ensaio de Cl-...
Os vernizes...
67. Condições:
adequadas para rapidamente ser avaliado
comparativamente os revestimentos.
inadequadas para acompanhar processo corrosivo
nos vernizes.
Acompanhamentos Fundamentais:
teor de cloretos (constante; 5 ciclos) e potencial de
corrosão (periódica; > 11 ciclos) a corrosão
ocorre após a presença de altos teores de cloretos
na região da barra.
Copos-de-Prova:
adequados dez exemplares de armados e de um
a três não-armados. Melhorias são importantes.
O ensaio...
69. Discussão ensaio de U.V. e H2O...
Os vernizes...
Verniz Acrílico/ Verniz Poliuretânico Antipichação:
resistência as intempéries (1000 horas de exposição).
sem aparecimento de falhas no filme.
O ensaio...
Condições:
maior período de exposição sugerido 2000 horas.
71. Verniz Acrílico
Estado Líquido:
Verniz Poliuretânico
Teor de Sólidos
Viscosidade
Tempo de Secagem
Espes. Filme Úmido
Ident. Resina
Tg
16%
11,7 s
3 h 40 min.
75 µm
acrílica
45°
26%
12,5 s
3 h 10 min.
75 µm
isocianato
-
72. Estado Líquido:
Discussão ensaios de caracterização...
Teor de Sólidos:
PU maior: espessura do filme seco maior do que o
AC p/ mesmo consumo.
Viscosidade:
AC e PU baixa: limitação do filme úmido por demão
(75 µm).
Tempo de Secagem:
AC adequado: pouca interferência no esquema de
pintura;
PU adequado: controle da aplicação.
73. Verniz Acrílico
Filme Livre:
Verniz Poliuretânico
Perm. ao Vapor de H2O
Perm. ao CO2
Porosidade
(filme =132 µm)
V = 8,15 g/(m2.d)
S = 0,80 m
(filme =118 µm)
V = 3,23 g/(m2.d)
S = 79,00 m
(filme =108 µm)
V = 7,26 g/(m2.d)
S = 1,09 m
(filme =87 µm)
V = 2,32 g/(m2.d)
S = 106,70 m
(filme =29,5 µm)
A = 0,36%
Ø = 0,81 µm
Dist. = 19,10 µm
(filme =29,7 µm)
A = 1,77%
Ø = 0,39 µm
Dist. = 3,70 µm
74. Discussão ensaios de caracterização...
Filme Livre:
Perm. ao vapor de H2O: melhorias
PU menor perm. para uma menor espessura do filme:
camada equivalente próxima ao AC.
AC/PU classificados como média permeabilidade.
Perm. ao CO2 : melhorias
PU menor perm. para uma menor espessura do filme.
AC/PU classificados como efetiva proteção.
Porosidade: maiores estudos
AC <A, >Dist. ~ não determinam menor permeabilidade.
PU < Ø ~ é determinante para a permeabilidade.
75. Verniz Acrílico
Aplicados sobre metal:
Verniz Poliuretânico
Flexibilidade
1 demão
2 demãos
3 demãos
11,37%
31,11%
32,23%
30,08%
31,97%
32,23%
Discussão ensaios de caracterização...
Flexibilidade requer maiores estudos
76. Aplicados sobre concreto:
Verniz Acrílico
2 demãos
Verniz Poliuretânico
3 demãos
Aderência
a/c 0,65
Espes. Filme seco
1o Fase
2o Fase
2,5 MPa
30,0 µm (D.P. = 14)
31,5 µm (D.P. = 8)
3,2 MPa
56,0 µm (D.P. = 24)
60,0 µm (D.P. = 17)
Discussão ensaios de caracterização...
Espessura de Filme Seco requer maiores estudos
78. Metodologia adotada permitiu alcançar os objetivos
propostos:
Os ensaios fundamentais para a
seleção de vernizes de proteção foram
apresentados, discutidos, realizados e
selecionados.
As propostas feitas para os ensaios
não-normalizados foram validadas.
Vernizes de mercado foram avaliados.
79. Ensaios de Caracterização:
Ensaios fundamentais que devem constar
em catálogos:
Teor de Sólidos, Viscosidade, Tempo de
Secagem, Aderência ao concreto,
Propriedades especiais Maiores estudos...
Qualidade, aplicabilidade, esquema
de pintura...
Permeabilidade e Flexibilidade.
A aplicação destes ensaios permitiu comparar os
dois vernizes...
O verniz poliuretânico antipichação tem
características superiores ao verniz acrílico.
80. Ensaios de Desempenho:
Os ensaios de acompanhamento...
As condições de ensaios...
Foram adequadas para todos os ensaios de
desempenho realizados, sendo apontados
os prazos de realização e as melhorias que
podem ser realizadas em cada um deles.
A importância de cada ensaio foi analisada,
sendo apontados os fundamentais.
Os ensaios...
Os ensaios avaliam os vernizes perante à
ação de importantes agentes ambientais.
81. São apropriados, mas melhorias são
importantes para evitar caminhos preferências
em ambientes de alta agressividade.
Os corpos-de-prova propostos...
Verniz acrílico confere baixa proteção contra a
carbonatação mas pode retardar a corrosão
devido aos íons cloretos (névoa salina).
Verniz poliuretânico antipichação confere boa
proteção contra carbonatação e expressiva
proteção aos íons cloretos (névoa salina).
A aplicação dos ensaios de desempenho também
permitiu comparar os dois vernizes...
82. Avaliação de um maior número de revestimentos
diferentes espessuras, recém-aplicado e envelhecido,
diferentes esquemas de pintura etc.
Realização de ensaios de desempenho em campo
para melhores análises dos resultados.
Estudos complementares para os ensaios em filme
livre experimentos de permeabilidade aos íons cloreto.
Propor ensaios de caracterização da flexibilidade
de revestimentos de baixa espessura capacidade
de acompanhar diferentes aberturas de fissuras.