1. INTRODUÇÃO

Os problemas de durabilidade nas estruturas de concreto armado (ECR) começam com a interação do meio com a superfície de materiais à base de cimento Portland (^{Cai et al., 2016}; ^{Hou et al., 2015}; ^{Hou et al., 2016}). A curto ou médio prazo, esta interação causa a deterioração da ECR, gerando, além disso, despesas anuais entre 18 e 21 bilhões de USD em reabilitações ou reparos devido à corrosão da armadura (^{Barnat-Hunek et al., 2016}; ^{Khaloo et al., 2016}). Mais de 50% dessas ECRs apresentam problemas de deterioração devido à alta permeabilidade ou baixa qualidade do concreto (^{Fajardo, et al., 2015}; ^{Rtimi et al., 2016}), o que favorece o mecanismo de transporte de agentes agressivos, como dióxido de carbono (CO₂), ion cloreto (Cl^-) e sulfatos (SO₄ ^-2), sendo a principal causa de deterioração na ECR (^{Achal et al., 2015}, ^{Trapote-Barreira et al., 2014}).

No entanto, ressalta-se de que propriedades importantes, tais como resistência, permeabilidade e durabilidade, estão diretamente ligadas à porosidade em concreto (^{Fajardo et al., 2015}; ^{Hou et al., 2015}; ^{Hou et al., 2016}; ^{Kupwade-patil et al., 2016}). Ainda, a porosidade é condicionada pelo tipo e quantidade de cimento utilizado, o nível de compactação, transporte, tempo e tipo de cura, sendo este último um dos principais estágios do sistema de construção da ECR, porque é de grande ajuda e contribui para a obtenção de muitas de suas propriedades (^{Fajardo et al., 2015}; ^{Zahedi et al., 2015}).

A cura é o mecanismo utilizado para promover a hidratação do cimento; controlando a temperatura e o movimento da umidade da superfície ao interior do concreto. A cura ocorre num período em que as ECR geralmente perdem umidade devido à evaporação, exsudação ou hidratação. Durante este período, há uma demanda por água para continuar com a hidratação. O gradiente de umidade gerado promove o movimento da água para o interior, juntamente com a absorção que origina a porosidade da matriz de concreto. Esta técnica não é nova, mas permite a hidratação de tal forma que maximiza as propriedades potenciais que podem ser desenvolvidas em uma matriz de cimento portland (^{Kong et al., 2016}; ^{Kupwade-Patil et al., 2016}; ^{Wyrzykowski et al., 2016}).

No entanto, um processo de cura inadequado (ou sua ausência) do concreto pode resultar em alta porosidade, especialmente na superfície externa do concreto. Hoje em dia, existe uma grande variedade de produtos que garantem oferecer uma série de benefícios à superfície do concreto; do aumento das propriedades mecânicas à redução da permeabilidade. Ainda, esses produtos adicionados durante ou após o processo de cura, não estão alcançando os benefícios oferecidos ou as necessidades do setor de construção. De fato, foram encontrados problemas associados a uma aplicação inadequada, degradação causada por exposição constante a raios UV, incompatibilidade química e, portanto, perda de adesão entre ele e o substrato (^{Lakshmi et al., 2012}; ^{Zhu et al., 2016}, Zhu et al., 2013).

Consequentemente, uma grande variedade de pesquisas foi realizada nas últimas décadas, principalmente devido ao impacto econômico causado pelo problema da durabilidade, onde uma variedade de métodos foi proposta para melhorar a ECR e que estes são mais duráveis. No entanto, a estratégia mais comum adotada é atrasar o processo de degradação de concreto armado, diminuindo a porosidade, reduzindo a relação água/cimento ou a adição de nanopartículas (^{Efome et al., 2015}; ^{Franzoni et al., 2014 Jia et al., 2016}; ^{Pacheco-Torgal et al., 2009}; ^{Pigino et al., 2012}; ^{Pour-Ali et al., 2015}). Em estudos anteriores, as nanopartículas foram introduzidas por migração em argamassas endurecidas e o bloqueio dos poros foi verificado, causando uma diminuição da permeabilidade (^{Fajardo et al., 2015}, ^{Sánchez et al., 2014}).

Outros métodos foram desenvolvidos a partir da introdução de nanopartículas para o interior de materiais à base de cimento Portland aplicados em idade precoce (^{Hou et al 2015}, ^{Jalal et al., 2012}). Essas técnicas provaram os efeitos benéficos da interação das nanopartículas com certas fases da matriz dos materiais de cimentação. No entanto, eles apresentam desvantagens principalmente associadas à complexidade da aplicação em obras ou elementos reais. Portanto, no presente trabalho é estudada a influência dos movimentos de umidade a partir da cura com água em materiais baseados em cimento Portland, convertendo-o em um meio adequado para a indução de nanopartículas com o objetivo de melhorar as propriedades que aumentam a durabilidade.

2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

2.4 Preparação das amostras e aplicação da cura.

As amostras foram desmoldadas uma vez que foram completadas 24 horas após sua moldagem. Posteriormente, foram feitos cortes transversais nas extremidades (25 mm) de cada amostra, para evitar os efeitos de borda produzidos durante a preparação e colagem. Em seguida, as seções transversais foram feitas para obter amostras de 50 mm de comprimento, conforme indicado na Figura 1.

Figura 1 Obtenção das seções transversais da amostra de argamassa para a aplicação do tratamento com NBS. 

A aplicação da solução com NBS foi realizada durante o processo de cura. Para isso, preparou-se uma solução utilizando 0,1% de NBS em relação ao volume de água utilizado na cura. A aplicação da solução foi realizada gerando superficialmente uma película de água com uma profundidade de 20 mm (ver Figura 2), que foi mantida por 3 dias. Também se utilizaram amostras de referência (CNT), onde apenas a água potável foi utilizada para curar.

Figura 2 Aplicação do tratamento com solução aquosa de NBS durante o processo de cura externo. 

2.5 Caracterização das amostras CNT e tratadas com NBS

Após a aplicação do tratamento com NBS, as amostras utilizadas para determinar a resistividade elétrica foram divididas em 3 zonas de 16 mm cada (ver Figura 3). A Zona 1 (Z1) é a mais próxima da superfície onde a cura de NBS foi aplicada, Zona 2 (Z2) intermediária ao tratamento, enquanto a zona 3 (Z3) é a área mais distante da superfície do tratamento. As seções obtidas foram colocadas em imersão em água para gerar um estado de saturação. Posteriormente, as amostras foram monitoradas constantemente por 112 dias para determinar o efeito gerado pelo NBS.

Fig. 3 Obtenção das seções das amostras de argamassa para avaliação de resistividade. 

Os testes de fisisorção de N₂ e resistividade elétrica foram determinados nas amostras CNT e tratadas com NBS como indicado em procedimentos já relatados em trabalhos anteriores (^{Fajardo et al., 2015}).

2.6 Exposição a meios agressivos

Uma vez que as medidas de resistividade elétrica mostraram uma mudança na microestrutura das amostras de argamassa (um aumento na resistividade elétrica), estas foram removidas da imersão para seguir uma exposição a um ambiente rico em CO₂ ou Cl^- para determinar o efeito do NBS em dois meios agressivos diferentes.

Para o caso de exposição ao CO₂, foram colhidas 3 amostras das argamassas CNT e tratadas com NBS, revestidas na periferia com tinta epóxi (Epoxaclyl E-6000) e selante Alkafin (selante acrílico da marca Comex®) com o objetivo de promover um avanço transversal da carbonatação. Posteriormente, as amostras foram colocadas em uma câmara ambiental a 30°C com uma umidade relativa de 60 ± 5% e uma concentração de 10% de CO₂ durante 14 dias. No final, a profundidade de carbonatação foi determinada utilizando o procedimento descrito em um trabalho anterior usando fenolftaleína como indicador (^{Fajardo et al., 2015}).

Outra série de amostras foi colocada em imersão durante um período de 56 dias numa solução de 165 ± 1 g / L de NaCl como indicado pela ASTM C 1556. Para determinar a concentração de cloretos, obteve-se 10 g de pó de cada seção para fabricação de pastilhass e determinar o teor de cloretos (total versus % em peso de cimento) em um equipamento de fluorescência de raios X - Epsilon 3X. Vale ressaltar que, para este ensaio, as seções de 50 mm foram divididas em 3 zonas chamadas Z1, Z2 e Z3 com aproximadamente 16 mm de espessura (ver Figura 4b).

Figura 4 a) Amostra exposta em ambientes agressivos e b) Seções obtidas para determinar cloretos. 

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Na Figura 5 são apresentados os resultados obtidos da resistividade elétrica nas amostras de argamassa correspondentes às diferentes zonas da amostra CNT e tratados com NBS. Também está incluído o limite de resistividade elétrica (ERU) estabelecido com uma linha pontilhada horizontal a 10 kOhm.cm. Esse valor é frequentemente usado como um parâmetro efetivo para avaliar o risco de corrosão do aço incorporado em concreto, particularmente quando a corrosão é induzida por agentes agressivos no meio de exposição (^{Polder, 2001}, ^{Koleva et al., 2008}). Uma matriz de concreto que consegue superar esse limite passa de um alto risco a um risco baixo ou moderado de corrosão da armadura. Vale ressaltar que o tempo expresso na Figura representa o tempo de imersão que vai de 1 a 112 dias após ter sido submetido à cura com NBS por 72 h.

Figura 5 Evolução da resistividade elétrica das amostras CNT e tratadas com NBS durante o tempo de imersão. 

Em geral, observou-se um comportamento ascendente durante os primeiros 56 dias, atingindo um aumento de resistividade que varia entre 34 - 36 kΩ.cm nas amostras tratadas com NBS, enquanto a amostra CNT permaneceu em torno de 5,0 kΩ.cm. Da mesma forma, podemos observar que, após 28 dias, a resistividade das amostras tratadas com NBS aumentou até 7 vezes em relação à amostra CNT para o caso das zonas 1 e 2. Esse aumento foi maior do que o obtido em um trabalho anterior em que apenas 3,5 vezes foi alcançado utilizando um sistema de introdução mais complexo (^{Fajardo et al., 2015}).

Da mesma forma, observa-se um aumento na resistividade elétrica em amostras tratadas com NBS a partir do dia 3 colocando-as acima do URE, sendo mais visível para as amostras Z1 e Z2 com uma resistividade que varia entre 12-15 kΩ.cm, o que infere um aumento na durabilidade a partir da diminuição da permeabilidade. É importante mencionar que, durante esta etapa, o material cimentício ainda apresenta reações de hidratação, pelo que se inferiu que a indução de NBS durante a cura poderia ser mais eficaz do que outras técnicas relativamente mais complexas com base em aplicações de campos elétricos ou sistemas de vácuo em concretos endurecidos (^{Fajardo et al., 2015}; ^{Kawashima et al., 2013}; ^{Kupwade-patil et al., 2016}; ^{Sánchez et al., 2014}; ^{Zhu et al., 2016}).

Embora os mecanismos não estejam completamente definidos, alguns autores deduzem mecanismos gerados pela rápida interação do NBS com a matriz cimentícia, gerando precipitação e subsequente floculação do NBS após contato com a solução de poro. Portanto, a NBS aglomera e obstrui as interconexões dos poros ao interagir com Ca(OH)2, gerando reações de hidratação secundárias e reduzindo a permeabilidade do ECR (^{Cárdenas et al., 2008}; ^{Fajardo et al., 2015}).

Na Figura 6 estão apresentados os resultados do diâmetro e área de poros obtidos pela técnica Fysisorption de N2 nas amostras CNT e tratados com NBS correspondentes à zona 1, a partir dos 14 dias após a cura ou o tratamento com NBS.

Figura 6 Distribuição do tamanho do poro nas amostras CNT e Tratadas com NBS obtidas a 14 dias de imersão. 

É observada uma porosidade na faixa de 25-450 A (2,5 a 45 nm), com comportamento bimodal; destacando a zona mesoporosa (<10 nm). As amostras tratadas com NBS conseguiram diminuir a permeabilidade, bloqueando o maior número de pequenos poros capilares, expondo a porosidade > 90 Å (9 nm). Fechando a entrada principalmente para os poros interconectados e poros de gel. Isto, devido à interação do NBS durante as reações de hidratação, diminuindo consequentemente a adsorção de N₂ em até 90% na amostra tratada com NBS em relação à amostra do CNT (^{Cai et al., 2016}; ^{Zhang et al., 2011}).

A Figura 7 mostra as isotermas de adsorção de nitrogênio nas amostras de CNT e tratadas com NBS, onde é observada a presença de isotermas do tipo IV (de acordo com a IUPAC), referente às características dos materiais mesoporosos e macroporosos do tipo de gargalo de garrafa ou irregular.

Figura 7 Isotermas de adsorção em amostras CNT e Tratadas com NBS obtidas a 14 dias de imersão. 

Em geral, uma redução no volume de adsorção de nitrogênio é observada em torno de 90% nas amostras tratadas com NBS durante os primeiros 14 dias de imersão em relação à amostra CNT, indicando uma redução nos diâmetros dos poros e, portanto, a redução de permeabilidade. Portanto, é confirmado que, nas condições experimentais usadas aqui, o uso de NBS em solução aquosa durante a cura promove a entrada de NBS, conseguindo reduzir os poros capilares pequenos, concordante com os resultados obtidos por Hou, sendo responsável pela permeabilidade em materiais à base de cimento Portland (^{Cai et al., 2016}; ^{Hou et al., 2013}, ^{Hou et al., 2015}).

A Figura 8 mostra os resultados obtidos nas amostras de argamassa que foram expostas a um ambiente rico em CO₂ para avaliar seu efeito.

Figura 8 Observa-se o avanço da frente de carbonatação nas amostras CNT e tratada com NBS. 

Observa-se uma clara diminuição da profundidade de carbonatação nas amostras de argamassa tratadas com NBS em relação à amostra da CNT. Portanto, é possível concluir que o efeito gerado nas argamassas é devido a uma diminuição da permeabilidade devido ao bloqueio dos poros do estrangulamento. O bloqueio provoca uma diminuição da intercondutividade e, portanto, um aumento na resistividade elétrica da matriz de cimento.

A Tabela 2 mostra os resultados obtidos nas amostras de argamassa expostas a um ambiente rico em Cl^-.

Os resultados confirmam uma diminuição na concentração de cloretos, o que evidencia uma diminuição na difusão de íons Cl^- através da matriz cimentícia nas amostras tratadas com NBS e consequente redução do transporte de agentes agressivos através das argamassas. Portanto, a diminuição da concentração de cloreto mostra uma diminuição da permeabilidade, o que concorda com os resultados apresentados anteriormente. Definitivamente, o aumento da vida útil da ECR recentemente concretada poderia ser obtido aplicando um tratamento como o descrito aqui. O processo de cura usando NBS pode ser considerado uma nova opção para aumentar a durabilidade durante o processo de construção, sendo este um dos principais problemas de perda de durabilidade.

4. CONCLUSÕES

A aplicação de NBS induzida durante a cura externa através de uma solução, de acordo com as condições experimentais usadas aqui, nos permite concluir que:

Verifica-se que a aplicação do NBS durante o processo de cura pode ser promissor no aumento da durabilidade na ECR.