2.4.1 Medição da profundidade de realcalinização e intensidade da corrente de realcalinização

Foi feita uma ligação em paralelo em 3 correntes diferentes: 1 A/m², 2 A/m² e 4 A/m², fazendo as ligações em triplicado. Para realizar esta conexão, foi necessário projetar um dispositivo de distribuição elétrica que mantivesse um fluxo elétrico constante conectado a duas fontes de energia para atingir a tensão necessária.

A realcalinização eletroquímica foi realizada durante 28 dias, sendo as amostras divididas em três séries (série I, série II e série III), de 9 amostras cada, com o objetivo de comparar os possíveis efeitos colaterais que poderiam ocorrer.

Durante este tempo, o pH na interface concreto-aço e da pasta de concreto foi monitorado pelo método do indicador. Essas medições foram feitas a cada sete dias a partir do dia do início do EIR até completar 28 dias, conforme mencionado por vários autores (Ton, Y., et al 2012, ^{Yeih, W., e Chang, J., 2005}). A extração dos testemunhos e das amostras de pó foi realizada na haste descoberta de 15 cm, utilizando um cálice de 1,5” de diâmetro e 7 cm de comprimento acoplada a uma furadeira. (Figura 3). Durante a extração, a profundidade e o pH de cada feixe exposto à realcalinização foram determinados pelo método úmido, utilizando-se fenolftaleína (variação entre 8,2 -10) e timolftaleína (variação entre 9 -10,5) como indicadores. A medição foi feita obtendo-se uma média da frente de carbonatação da superfície da amostra. Adicionalmente, o pH foi determinado na profundidade da superfície da haste em amostras extraídas das amostras, por meio do método potenciométrico, que determina o nível de alcalinidade do concreto por meio de uma extração com água destilada estabelecida na ASTM D4262 -05. (2018) Standard Test Method for pH of Chemically Cleaned or Etched Concrete Surfaces.

Figura 3 Extração de testemunhos e amostras de pó. 

2.4.2 Potencial de meia célula (Emc)

O monitoramento da condição termodinâmica da superfície da armadura é baseado principalmente em medições do potencial de meia célula, que está relacionado ao estado ativo ou passivo da armadura. A medida consistiu em determinar a diferença de potencial elétrico entre a armadura e um eletrodo de referência (Cu/CuSO₄) colocado na superfície do concreto (American Society por Ensaios e Materiais, 2016), ASTM C-876-15, ^{NMX-C-495-ONNCCE-2015}.

3.1.1 Ensaio de câmara de carbonatação acelerada (ACC)

Este processo de degradação química ou deterioração do concreto por CO₂ foi realizado durante um período de seis meses. A Figura 4 mostra a medição do progresso da carbonatação em relação ao tempo, utilizando os indicadores ácido-base de acordo com a norma NMX-C-515-ONNCCE-2016. Uma tendência linear pode ser observada no progresso da carbonatação ao longo do tempo de exposição, pois há uma grande diferença entre a taxa de difusão do CO₂ no ar e na água, sendo esta última aproximadamente 104 vezes menor do que no ar, que nas condições de umidade relativa do CCA (60%), os poros do concreto são parcialmente preenchidos, o que permite que o CO₂ se difunda com facilidade. Em contraste, se os poros estiverem cheios de água (Figura 5b), dificilmente haverá carbonatação, porque há pouca difusão de CO ₂ na água (^{Del Valle et al 2001}).

A pasta de cimento hidratada com pH de 11,5 a 12,5 adquiriu coloração vermelho-violeta; no entanto, quando submetido à ação do CO2, foi ocasionada uma diminuição do pH até atingir valores da ordem de 8 devido à neutralização, em maior ou menor grau, dos íons hidroxila, produzindo, entre outras, a reação (1):

Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O ( 1 )

Em virtude do qual se forma o carbonato de cálcio, incorporando CO2 do meio.

Figura 4 Profundidade de carbonatação versus tempo de exposição em CCA . 

Figura 5 Preenchimento dos poros. a) Poro seco, b) Poro saturado de água, c) Poro parcialmente preenchido. Imagens modificadas de ^{Del Valle et al 2001}. 

3.1.2 Medição de pH na interface concreto-aço.

O objetivo de carbonatar os corpos de prova antes do processo RAE era baixar o pH e poder recuperá-lo por meio de realcalinização para observar os efeitos causados por essa recuperação. O valor médio de pH obtido foi de 8 com desvio padrão de + 0,8, que coincidiu com o estabelecido por ^{Aguirre, A.M, et al (2016)} e ^{Ribeiro, PHLC, et al (2013}) que determinaram que o pH da solução porosa nas zonas praticamente carbonatadas variaram entre 11,5 e valores abaixo de 9 (Figura 4). Isso indica que a partir do terceiro mês de carbonatação, as amostras de concreto já estavam carbonatadas, porém, para obter maior recuperação de pH, optou-se por obter valores de pH abaixo de 9.

A Figura 6 mostra os gráficos de pH ao nível da armadura e Emc, mostrando que durante o processo de carbonatação o pH diminuiu gradualmente, de um pH de aproximadamente 13 para um pH de 9 nas proximidades da haste, coincidindo com o valor do potencial de corrosão que deslocou seu valor inicial de -120 mV para aproximadamente -700 mV, o que de acordo com a norma ASTM C-876-15, significa que esses valores estão abaixo do valor estabelecido de -350 mV com 90% de risco de corrosão. Raja e Tetsuya (2010), relatam um seguimento semelhante, no qual a Emc diminui com o avanço da carbonatação, partindo de -180 a -475 mV vs ECS. Eles propõem que a profundidade crítica de carbonatação seja de 80% do cobrimento total do concreto.

Figura 6 Monitoramento de pH e Ec durante a carbonatação. 

3.2.1 Realcalinização Eletroquímica

A técnica de realcalinização eletroquímica é um método alternativo baseado na aplicação de um campo elétrico a um sistema formado por aço-concreto dentro de uma solução alcalina que funciona como eletrólito. É considerada uma técnica temporária porque é aplicada de alguns dias a algumas semanas (^{Gonzalez, F., et al. 2011}).

Para iniciar o processo de realcalinização foram selecionados corpos de prova cujos potenciais de corrosão estavam entre -350 mV e -650 mV, com profundidade média de carbonatação de 6,5 cm e pH abaixo de 9, o que significou uma recuperação da alcalinidade do concreto a partir da superfície de contato entre o eletrólito e a amostra.

Os resultados obtidos do RAE nos corpos de prova de concreto nas três intensidades de corrente utilizadas são apresentados a seguir.

3.2.1.1 Amostras reforçadas realcalinizadas a 1 A/m² de acordo com NMX-C-553-ONNCCE-2018

Durante este tratamento, utilizou-se a técnica do indicador colorimétrico para acompanhar o andamento da realcalinização do concreto em cada estrutura. Essa evolução foi monitorada a cada 7 dias durante os 28 dias de aplicação da corrente.

Nos primeiros 7, 14 e 21 dias de realcalinização (Figuras 7, 8 e 9), as amostras apresentaram uma leve mudança de cor para rosa e violeta nos primeiros três centímetros de profundidade, devido aos indicadores de fenolftaleína (fica rosa em pH 8,2 com intensificação da cor em > pH) e timolftaleína (torna-se violeta em pH 9,2 com intensificação da cor em > pH), respectivamente. Aos 28 dias de realcalinização (Figura 10), obteve-se um aumento superior a 11, atingindo o objetivo de realcalinização eletroquímica. A partir do dia 21, tanto o EIR interno quanto o externo são observados sobrepostos ao longo dos 7 cm de profundidade.

Figura 7 7 dias. 

Figura 8 14 dias 

Figura 9 21 dias. 

Figura 10 28 dias 

3.2.1.2 Amostras armadas realcalinizadas a 2 A/m² de acordo com a norma UNE-EN-1504

Na figura 11, observa-se uma amostra após 7 dias de realcalinização, em que a mudança de cor pode ser observada ao final dos 7 cm de profundidade, porém, após 14 dias desse processo, a cor desbota, intensificando-se, permanecendo constante nos dias 21 (Figura 12) e 28 (Figura 13), que, de acordo com os resultados obtidos a partir da determinação do pH pelo método do eletrodo, atinge valores próximos a 12.

Figura 11 7 dias 

Figura 12 14 dias. 

Figura 13 21 dias. 

Figura 14 28 dias. 

3.2.1.3 Amostras reforçadas realcalinizadas a 4 A/m² de acordo com a norma NACE SP0107-2007

Por fim, as amostras que foram submetidas a uma intensidade de corrente de 4 A/m² apresentaram um aumento de coloração a partir dos primeiros 7 dias do processo de realcalinização de forma homogênea ao longo dos 7 centímetros de espessura do concreto (Figura 15), esta se intensificando ao longo do tempo e permanecendo constante até 28 dias após a realcalinização (Figuras 16, 17 e 18), atingindo valores de pH superiores a 11 (ver Figura 19).

Figura 15 7 dias. 

Figura 16 14 dias. 

Figura 17 21 dias. 

Figura 18 28 dias. 

No caso destas amostras, observa-se uma melhora na propagação de ambas as alcalinidades, uma produzida pela reação catódica e outra devido à penetração do eletrólito alcalino, permitindo que os efeitos do tratamento se estendam por toda a profundidade do concreto. Isso coincide com o publicado por ^{Mietz (1995}) e por ^{Redaelli & Bertolini (2011}).

De acordo com a intensidade da cor, e comparando-os com os padrões EURO e NACE, as amostras sob os critérios da ^{NMX-C-553-ONNCCE-2018} correspondentes a 1 A/m² não apresentaram aumento considerável de pH durante os primeiros 7 dias de realcalinização (ver Figura 19), o que, segundo ^{Aguirre-Guerrero, A., e Mejía de Gutiérrez, R., 2018}, a torna menos eficaz nos primeiros 7 dias. No entanto, independentemente das normas utilizadas, todas as amostras aos 28 dias de realcalinização obtiveram pH superior a 11 (ver Figura 19).

Como pode ser visto nas Figuras 6,7,8,9, a coloração dos indicadores ocorre com maior intensidade em duas direções, o que representa uma recuperação do pH da mesma forma, 1) da armadura para a superfície interna (RAE interno), devido à produção de alcalinidade induzida pela aplicação da corrente catódica e 2) da superfície do concreto para a armadura (RAE externo) devido à penetração da solução alcalina em contato com o sistema anódico ( ^{Redaelli , E & Bertolini, L., 2011}), sendo observado mais lentamente nas amostras submetidas a 1 A/m² (Figura 7).

Este comportamento de recuperação do pH em ambas as direções confirma uma produção de íons OH- ^induzida pela aplicação de uma corrente catódica ( ^{Redaelli , E. & Bertolini, L. , 2011}, ^{Castellote, M., et al., 2006}), e uma penetração do eletrólito alcalino através do concreto (^{Castellote, M., et al., 2006}), confirmando que mecanismos importantes são realizados durante o processo de RAE, como migração de íons entre o campo magnético, íons negativos migram em direção ao ânodo (aço malha), os íons positivos migram para o cátodo (aço da armadura); absorção devido aos efeitos de capilaridade das soluções alcalinas; difusão de compostos alcalinos devido às diferentes concentrações; e eletroosmose do eletrólito na superfície do concreto movendo -se em direção ao cátodo ( Redaelli , E. & Bertolini, L. , 2011, ^{Castellote, M., et al., 2003}, ^{Mietz , 1998} e ^{González, F., et al 2011}) .

Em relação aos resultados de pH obtidos nas três intensidades de corrente utilizadas (Figura 19), os maiores valores foram apresentados em um tempo de realcalinização eletroquímica maior.

Figura 19 Valores de pH durante os 28 dias de tratamento com RAE.