2.2.1 Inibidores ativos da corrosão

Também existem no mercado diferentes tecnologias de inibidores ativos de corrosão:

Os inibidores ambiódicos geralmente são baseados em uma mistura de um aminoálcool e seu sal de aminoácido. Estes são muito pequenos e muito voláteis, e não reagem ao cimento, pelo que podem migrar livremente para dentro da matriz de cimento (^{Tritthart , 2002}).

Em resumo, os inibidores de corrosão ambiódicos:

No entanto, em muitos países, a tecnologia dos inibidores ativos de corrosão aplicados em superfície teve apenas uma aceitação limitada e, de fato, podem apresentar limitações significativas quanto ao seu uso e eficácia:

Em resumo, para as estruturas marítimas ou de engenharia civil expostas a sais de degelo, os inibidores ativos da corrosão, aplicados na superfície, não são a solução ideal para mitigar a corrosão existente.

No entanto, existem alguns resultados positivos para o uso destes inibidores na corrosão induzida por cloreto - o projeto SAMARIS também apresenta um deles - Fleet Flood Bridge, onde o inibidor foi utilizado com êxito para resolver o problema da corrosão incipiente do ânodo.

Como mostra Heiyandtuduwa (^{Heiyantuduwa, 2006}) e Taché (Taché, 2000) (veja a figura 9 onde se nota uma redução acentuada da corrosão com o efeito dos inibidores que são aplicados antes ou depois da carbonatação acelerada), esta tecnologia funciona melhor em concreto armado com corrosão do aço induzido por carbonatação por três razões principais:

Figura 9 Concreto carbonatado - efeito do inibidor ambiótico (aplicado antes e depois da carbonatação). (^{Heiyantuduwa, 2006}) 

Quando se mostra adequada, a tecnologia de inibidores ativos da corrosão é uma técnica muito econômica.

Normalmente, os inibidores ativos da corrosão são mais eficazes para reduzir a corrosão induzida pela carbonatação nos edifícios que para mitigar a corrosão induzida pelo cloreto na engenharia civil ou nas estruturas marítimas.

2.2.2 Inibidores passivos da corrosão

Como indicado anteriormente, os inibidores passivos da corrosão atuam aumentando significativamente a resistividade do concreto ao nível das barras de aço. Os inibidores passivos do tipo silano concentrados com um conteúdo ativo em torno de 80% para os tipos mais densos, ou superior a 95% para os tipos líquidos, são soluções eficazes para reduzir a penetração da água em estruturas de concreto. Numerosos estudos de campo atestam também sua longa duração. ^{Christodoulou (Christodoulou, et al 2012}) demonstrou que "os tratamentos realizados há 20 anos podem seguir proporcionando um efeito protetor residual".

Estes inibidores passivos de corrosão são muito eficazes para evitar a migração de cloreto para o concreto. Eva ^{Rodum (Rodum, 2012}) realizou testes em estruturas existentes e demonstrou que as impregnações hidrófobas de diferentes formas são muito eficazes para evitar a migração de cloreto, até 10 anos após sua aplicação (veja a figura 10) onde o concreto de referência tem uma quantidade de cloreto muito elevada enquanto as amostras tratadas com os diferentes tratamentos hidrofóbicos têm níveis de cloreto próximo de zero. Os estudos realizados por M. ^{Brem (Brem, et al 2022}) durante um período de 11 anos mostram que a velocidade de corrosão e a resistividade elétrica do concreto estão muito bem correlacionadas, o que confirma que a reação de corrosão está controlada principalmente pela quantidade de umidade do concreto ao nível da armadura de aço. Neste estudo, um silano denso foi aplicado no concreto deixando uma parte sem aplicação como referência. Foi instalado um sistema de monitoramento que permite medir a resistividade em diferentes profundidades no concreto e a atividade de corrosão das armaduras. Depois de 11 anos, não houve penetração de umidade na zona tratada (em azul na figura 11) com uma atividade de corrosão quase nula. Do outro lado, notou-se uma atividade de corrosão alta e grande umidade na zona não tratada (em preto na figura 11). Este estudo também mostra a vantagem positiva deste tratamento com silanos em termos de longevidade e proteção contra a corrosão.

Figura 10 Perfis de cloreto do concreto da parte inferior de uma doca na Noruega. (^{Rodum, 2012}) 

Figura 11 Resistividade elétrica do concreto CER (acima) e densidade de corrente de corrosão CCD (abaixo) de superfícies não tratadas (preto) e tratadas (azul) com uma impregnação hidrófoba densa de um trecho de um túnel durante um período de 11 anos (^{Brem et al. 2022}). 

Em resumo, os inibidores passivos da corrosão são muito eficazes para prevenir a longo prazo a corrosão induzida por cloreto.

Seus recursos para mitigar a corrosão existente são mais discutíveis e suas eficácias podem depender do nível de corrosão e de seus recursos para penetrar o suficiente na superfície do concreto (sem necessidade de alcançar as barras de armadura). Além disso, o concreto deve seguir permitindo a difusão do vapor em cada direção para que a umidade se evapore e o concreto seque ao nível da armadura.

2.4.1 Proteção catódica por corrente induzida

A proteção contra a corrosão é obtida através da instalação de um ânodo, por exemplo, de titânio, na superfície do concreto e conectado diretamente às armaduras (consulte a figura 12).

Figura 12 Proteção catódica por corrente induzida. 

Através deste sistema circula uma corrente que mantém as armaduras na zona catódica, o que significa que não pode produzir corrosão nesta zona, mesmo na presença de altos teores de cloreto.

Quando instalado corretamente, é o único sistema disponível que detém por completo as atividades de corrosão. No entanto, o design e a instalação desses sistemas requerem um alto nível de qualificação. Também requer um fornecimento contínuo de corrente elétrica e um controle contínuo durante toda a vida útil para garantir que o sistema funcione corretamente. A falta deste serviço pode provocar efeitos destrutivos da corrente induzida na estrutura.

O Programa Nacional de Investigação Cooperativa em Rodovias de EE.UU., em sua síntese 398 (National Cooperative Highway Research Program, 2009), sugere que muitas agências não executam, nem a supervisão nem a manutenção, ou o fazem de forma insuficiente, e que esta é a razão mais importante do desempenho deficiente de muitos destes sistemas.

Resumindo, a proteção catódica por corrente induzida é um sistema muito eficaz para deter as atividades de corrosão, mas é muito complexo de projetar e instalar, além de muito caro para instalar, administrar continuamente e supervisionar durante toda a sua vida útil.

Além disso, esta técnica é a única que pode ser utilizada eficazmente em estruturas de concreto protendido com medidas adicionais como precaução devido ao risco de fragilização por hidrogênio.

2.4.2 Proteção Galvânica

A proteção galvânica contra a corrosão do aço no concreto se baseia na formação de um elemento galvânico se um metal menos nobre que o aço (figura 13), em contato direto com o cobrimento do concreto, se conecta eletricamente às barras de aço de armadura. O aço de armadura fica protegido da corrosão enquanto flui corrente galvânica suficiente entre o elemento galvânico (que atua como ânodo) e a armadura de aço (que atua como cátodo). O mais habitual é usar o zinco como elemento de sacrifício/material anódico. A célula galvânica que se forma corresponde a uma pilha convencional de zinco/ar. A primeira aplicação conhecida de um sistema galvânico de proteção contra a corrosão para o concreto armado foi no tabuleiro de uma ponte em Illinois em 1977.

Figura 13 Diferença de potencial de vários metais. 

A eficácia da proteção galvânica contra a corrosão depende da atividade permanente e da durabilidade do ânodo de zinco. No entanto, a passivação do ânodo de zinco mediante a formação de uma capa passiva que reduz o fluxo de corrente na superfície do zinco pode ser devida a:

Os primeiros sistemas galvânicos aplicados em estruturas de concreto armado sofreram uma rápida passivação dos ânodos de zinco, por isso que perdem seu efeito protetor em pouco tempo. Esta passivação teria que ser solucionada mediante a introdução de agentes de ativação adequados, que também poderiam provocar uma autocorrosão excessiva, consumindo até 70% do zinco sem produzir a protetora corrente necessário.

Os estudos críticos sobre os resultados desiguais das primeiras aplicações criam resistência ao uso de sistemas galvânicos até agora em alguns países. Foram realizados enormes esforços de investigação e pesquisa para desenvolver melhores ânodos galvânicos com uma ativação equilibrada para uma eficácia duradoura. Todos os métodos que foram desenvolvidos com sucesso até a data estão amplamente protegidos por patentes. No entanto, agora também há testes de uma vida útil do sistema patenteado há mais de 20 anos.

Existem vários sistemas de proteção galvânica:

As vantagens típicas dos sistemas galvânicos sobre a proteção catódica por corrente impressa são:

2.4.2.1. Mitigação dos ânodos incipientes

Estes ânodos são colocados e embutidos na zona de recuperação (figura 14), sendo necessária a utilização de uma argamassa com uma resistividade específica para preencher a região (^{Lozinguez, et al 2018}; ^{Christodoulou, et al 2014}), ou no interior do concreto que o envolve a área de reparo (Figura 15). A eficiência desses ânodos não depende da resistividade da argamassa que é usada para preencher o trecho de recuperação (Lozinguez, et al 2018; ^{Christodoulou, et al 2014}) para resolver o problema de corrosão incipiente dos ânodos.

Figura 14 Corte de um ânodo para instalação em um trecho de recuperação. 

Figura 15 Ânodos a serem instalados na área adjacente de um trecho de recuperação. 

A tecnologia de ânodo galvânico para proteção contra corrosão de concreto armado está disponível há mais de 20 anos.

^{Sergi George (George et al, 2010}) demonstraram, a partir de vários experimentos de campo, a durabilidade a longo prazo desses ânodos e uma boa correlação entre sua vida útil estimada (a partir do consumo do ânodo) e a medição real do zinco residual restante no disco após 10 anos.

Ânodos colocados em áreas de reparo requerem o uso de uma argamassa de reparo de baixa resistência, o que infelizmente também limita o nível de qualidade da argamassa.

Quando os ânodos são colocados no concreto original fora dos trechos de recuperação, ou seja, fora, mas nas suas proximidades, os trabalhos de recuperação podem ser executados com argamassa de alta qualidade, uma vez que não há limitação da resistividade da argamassa. Em Cancun, no México, foi realizado um teste de campo, instalando ânodos dentro do concreto para proteger o aço da armadura contra o efeito incipiente da corrosão do ânodo. As medições no local mostraram o nível de proteção dos ânodos instalados (figura 16).

Figura 16 Instalação de ânodos no concreto com verificação de instalação em Cancún, México. 

Alguns trabalhos independentes (^{Lozinguez, et al 2018}; ^{Christodoulou, et al 2014}) demonstraram a importância de se instalar os ânodos no concreto original das proximidades e não nas zonas de recuperação.

Trata-se de um sistema relativamente seguro, mas eficaz para evitar o desenvolvimento de ânodos incipientes, mesmo na presença de altos teores de cloreto em concreto são de boa qualidade. Se os ânodos forem instalados dentro do trecho recuperado, a argamassa de reparo para preenchimento deve ter uma resistividade específica. Caso contrário, se desejar usar os ânodos que estão perto do trecho, pode usar uma argamassa de alta qualidade.

2.4.2.2. Prevenção da corrosão com ânodos discretos

Estes ânodos são instalados em concreto contaminado e depois são unidos para produzir a corrente galvânica como se pode ver na foto da figura 17, onde se pode ver a preparação para a instalação destes ânodos e a sua união.

Algumas questões têm sido levantadas (^{Holmes et al, 2011}) sobre a eficácia deste sistema, especialmente em estruturas de concreto com forte corrosão existente. Observou-se que, operando exclusivamente em modo galvânico, na presença de cloretos elevados, a corrente de saída dos ânodos é igual à dos ânodos colocados em concreto sem cloretos. Isso significa que a eficiência de ânodos discretos pode ser limitada se usada para interromper a corrosão em áreas de corrosão induzida por alto teor de cloreto.

Figura 17 Ânodos discretos em um parapeito de ponte. 

O uso de ânodo galvânico é um sistema seguro, mas com limitações em zonas de alta corrosão induzidas por cloreto, pois no nível da corrente galvânica que libera os ânodos pode não ser suficiente para extrair os cloretos e, consequentemente, repassivar o aço.

2.4.2.3. Prevenção da corrosão com sistemas híbridos

Há mais de 15 anos, uma empresa com sede no Reino Unido patenteou e lançou no mercado um sistema híbrido que combina a corrente induzida e a proteção galvânica.

Durante a fase de corrente induzida (extração eletroquímica de cloretos, que é usada frequente e inicialmente durante 1 ou 2 semanas, em função da tensão utilizada), a armadura de aço torna-se passiva devido à formação de íons de hidróxido devido à saída de corrente induzida, enquanto os cloretos são eliminados do líquido poroso circundante. Uma vez que o aço fique passivo, desconecte a corrente e conecte os ânodos para que o sistema funcione no modo galvânico puro.

No estudo previamente mencionado, ^{Holmes (Holmes et al, 2011}), figura 18 comparou a atividade de um determinado ânodo de zinco contendo 2,5% de cloreto, operando em modo 100% galvânico, com o mesmo ânodo que havia sido previamente ativado por uma semana por uma corrente externa. Estes dois sistemas são comparados com a atividade do mesmo ânodo galvânico colocado em concreto sem cloreto. O estudo mostra que o ânodo que funciona em modo galvânico puro gera tanta corrente quanto o ânodo colocado em concreto sem cloreto, o que demonstra sua ineficácia para proteger o aço. Enquanto o ânodo que foi previamente ativado está muito ativo, devido à presença de cloreto. Se sacrifica no lugar do aço ao seu redor (veja a figura 19).

Caso necessário, pode-se instalar sistemas de monitoramento semelhantes aos instalados no sistema de proteção catódica por corrente induzida, usando um eletrodo de referência e seguir as recomendações da norma EN ISO 12696.

Figura 18 Comparação entre o ânodo (2,5% Cl. galvânico) funcionando no modo galvânico puro e o ânodo (2,5% Cl.) sendo ativado pela corrente induzida durante um curto período de tempo antes de funcionar no modo galvânico (^{Holmes e outros, 2011}). 

Figura 19 Descrição esquemática do sistema de monitoramento por eletrodo de referência 

Instalado na Whiteadder Bridge, Escócia, Reino Unido, esse sistema híbrido permanece responsivo ao ambiente muito tempo depois de instalado (^{Dodds, 2018}).

O sistema híbrido é bastante atrativo, conforme ilustrado na figura 20, pois oferece certo nível de garantia de funcionamento, como os oferecidos pelo sistema de proteção catódica de corrente induzida, pois é menos complexo e não exige os mesmos níveis de manutenção a longo prazo com ajuste constante da entrada de corrente, conforme exigido pelo PCCI.

Figura 20 Sistema híbrido que funciona em duas etapas. 

Além disso, também pode ser utilizado em estruturas protendidas, uma vez que a alta corrente de saída é inicialmente fornecida apenas por um período muito limitado, o que não é suficiente para promover a fragilização por hidrogênio (^{Dodds, 2018}).