2.1 Materiais

Para a fabricação do concreto celular, foram utilizados os parâmetros estudados por ^{Mariz (2013}), do qual, realizou avaliações de durabilidade sobre o concreto celular. Os parâmetros de teste foram selecionados como base inicial para os procedimentos de dosagem e seus resultados, quanto a massa específica, foram semelhantes aos analisados neste estudo.

O cimento utilizado foi o tipo CPV - ARI MAX, marca nacional. Este tipo de aglomerante foi escolhido devido a seu rápido ganho de resistência e ausência de aditivos.

O teor de adições minerais que contém em outros tipos de cimento, poderia contribuir para o refino e preenchimento dos poros no interior do concreto, o que dificulta a entrada de agentes agressivos e, consequentemente, impede o início do processo de corrosão das barras de aço.

Foi utilizado o agregado miúdo natural (areia), de origem quartzosa, da região Metropolitana de Recife/PE. A areia natural foi adquirida por uma empresa levando em consideração as características físicas da mesma. O material estava em estado úmido e, portanto, foi necessário corrigir o teor de água por secagem natural. Para garantir o teor de umidade, 600 g de material foram dispostas numa estufa por cerca de 24 horas a uma temperatura de 100°C ± 2°C e, após este procedimento, 300 g foram utilizados para o teste de caracterização granulométrica levando em consideração a granulometria do agregado miúdo de acordo com a norma NBR NM 248 (^{ABNT, 2003}). Nesse contexto, foi necessário analisar a zona ótima de utilização do agregado miúdo (areia), pois o mesmo pode influenciar na densidade ideal do composto cimentício (concreto). Através da distribuição granulométrica dos agregados, foi possível obter parâmetros como MF - (módulo de finura) de 2,93 e Dmáximo - (diâmetro máximo) de 4,5 mm, sendo classificado como agregado miúdo com grãos médios bem distribuídos. Os resultados podem ser vistos na (Figura 1).

Figura 1 Curva granulométrica (agregado miúdo). 

Os agregados graúdos (britas), também foram analisados e, após a classificação granulométrica, foi observado que, os mesmos, possuem um Dmáximo de 12,5 mm e MF de 6,48. Este valor foi escolhido levando em consideração a espessura da placa de concreto com apenas (e = 50 mm), respeitando a recomendação de que o Dmáximo seja menor ou igual a 1/4 da menor dimensão do molde. A curva granulométrica do material não foi exposta nesta pesquisa, mas o tipo de agregado utilizado foi classificado como cascalho 1.

Os Aditivos utilizados foram: aditivo 1 - Techniflow 520, de MC Bauchemie. Este aditivo plastificante foi utilizado na dosagem matricial do concreto com massa específica normal (família R); aditivo 2 - Gethal 2011, da Gethal. É um aditivo orgânico/químico concentrado a base atmosférica. É utilizado na produção de concretos com massa específica inferior a 2000 kg/m³ (famílias L1, L2 e L3). Após os testes preliminares, o traço unitário utilizado para a produção dos corpos-de-prova foi: 1Cimento : 2,2Areia : 2,6Brita : 0,60(a/c) (relação mistura por peso) onde, em massa, obteve-se 353 kg/m³ de cimento, 776,6 kg/m³ de areia, 917 kg/m³ e 211,8 litros de água; M% = 55% (conteúdo de argamassa); A% = 10,5% (relação água-material seco); Aditivo plastificante = 0,6%. Para o concreto leve, o aditivo plastificante foi substituído pelo filtro de ar (0,1% correspondente a massa de cimento), variando o tempo de mistura.

2.2 Métodos

2.2.2 Corpos-de-prova utilizados para análise

A metodologia utilizada para desenvolver este estudo, foi organizada para desenvolver condições para compreender o comportamento de elementos leves de concreto armado (concreto celular) sob o processo de corrosão das armaduras. Ao longo do processo, os elementos do material foram avaliados através de testes eletroquímicos (potenciais de corrosão e resistividade) e testes físicos em barras de aço (perda de massa e resistência à tração). Os corpos-de-prova foram desenvolvidos na forma de uma placa, (35 cm de largura x 35 cm de altura x 5 cm de espessura) como pode ser visto na (Figura 2).

Figura 2 Representação esquemática da configuração do corpos-de-prova. 

Os condutores de cobre permitiram a conexão das barras de aço com o exterior, controlando assim, o potencial de corrosão. A escolha de utilizar placas com apenas 5 cm de espessura, tinha o objetivo de facilitar a ativação do processo corrosivo através da entrada de íons cloreto, reduzindo a distância entre a barra e a superfície externa. As amostras foram distribuídas entre concretos com massa específica comum (referência) e três tipos de famílias de concreto celular - (L1, L2 e L3) com massas específicas leves. Esta distribuição pode ser vista em (Tabela 1).

Tabela 1 Número de placas desenvolvidas e respectivos comportamentos mecânicos. 

Familias de concretos	Massa específica no estado fresco (kg/m3)	Bitolas de aço – CA 50 (mm)			Número total de corpos-de-prova	Resistência à compressão (MPa)
		6.3	8	10
R	2.3	6	6	6	18	33.5
L1	1.9	6	6	6	18	8.94
L2	1.7	6	6	6	18	2.15
L3	1.5	6	6	6	18	0.61

Para fins de análise, foi desenvolvida uma malha de aço com três barras verticais e duas barras horizontais, totalizando cinco barras dentro de cada molde de concreto. As barras verticais servem como elementos de conexão para as três barras horizontais (Figura 3), criando uma maior densidade de aço dentro da placa e, consequentemente, aumentando a possibilidade de observar os sintomas característicos de corrosão do aço.

Figura 3 Processo de organização e conexão das barras de aço. 

Para produzir os corpos-de-prova, foram utilizadas oito placas (2,10 m x 1,20 m) de madeira revestida com espessura de 18 mm. A fôrma revestida foi escolhida para proporcionar um melhor acabamento superficial das placas de concreto e, além disso, para otimizar a produção, o transporte e a concretagem das mesmas. Assim, foi escolhido um modelo retangular com dimensões de (1,50 m x 0,65 m x 0,35 m), com divisórias internas. Cada molde retangular contém 36 fôrmas. Este modelo é mostrado na (Figura 4).

Figura 4 Molde retangular com capacidade de produzir 36 fôrmas. 

2.2.4 Indução de corrosão de barras de aço

Dois procedimentos foram utilizados para induzir a corrosão das barras de aço contidas nas placas de concreto. O primeiro procedimento, chamado (tipo 1), aplicava o princípio da corrosão galvânica. O cobre funciona como um cátodo e o aço torna-se o ânodo, perdendo elétrons (corrosão). Além disso, o material foi conectado à malha de aço (Figura 5 (a) e (b)) de cada placa, localizado no fundo da fôrma.

Figura 5 (a) Cobre para incidência da corrosão galvânica; (b) Material conectado a malha de aço. 

O segundo procedimento (tipo 2) de indução de corrosão foi realizado através da inserção das placas de concreto já moldadas (Figura 6 (a) e (b)), através de repetidos ciclos úmidos e secos utilizando água em solução com 5% de NaCl (cloreto de sódio), com base na literatura e também em pesquisas realizadas por ^{Ye et al., (2017}). Após os 28 dias, uma outra inspeção visual e testes eletroquímico (potencial e resistividade) foram realizados antes de iniciar o processo de imersão das placas. Um ciclo completo consistiu em três dias de imersão (cerca de 25 cm de água cobrindo as placas) e quatro dias de secagem ao ar (protegido da incidência direta da luz solar).

Figura 6 (a) Corpos-de-prova de concreto moldados; (b) Placas de concreto inseridas em solução de NaCl para indução de íons cloreto. 

2.2.6 Revestimento das barras de aço e espessura das placas de concreto

A fim de verificar o revestimento das barras de aço em ambas as faces das placas após a concretagem, foi utilizado equipamento baseado em sensores eletromagnéticos. Este equipamento, o Ferroscan PS200 da Hilti, foi utilizado para estimar a média de revestimento das barras em cada uma das placas. Além disso, algumas imagens foram feitas para verificar o posicionamento das barras. A e B foram nomenclaturas dadas às faces das placas para representar o posicionamento da malha de aço, conforme indicado na (Figura 7).

Figura 7 Esquema de representação das faces A e B das placas. 

Em seguida, a espessura das placas foi medida com uma fita para calcular a cobertura das barras de aço em relação à face A.

2.2.7 Testes de monitoramento físico

O teste de controle físico foi dividido em duas fases: inspeção visual das placas e perda de massa. Quanto à inspeção visual das placas, foi realizada uma primeira análise alguns dias após a concretagem e antes do início dos ciclos de umedecimento e secagem. Durante o período de estudo, outras inspeções visuais foram realizadas ao final de cada ciclo de imersão incidida nas placas para monitorar a evolução da degradação. Para analisar a aparência visual das placas, foi desenvolvido um critério de avaliação para este estudo baseado na existência de manchas de corrosão e fissuras características que podem aparecer na superfície, como mostrado na (Tabela 2).

Tabela 2 Critério para avaliação visual do nível de degradação da laje. 

Sem manchas ou rachaduras	Não relevante
Até três pequenas manchas	Deterioração suave
Entre quatro e cinco manchas pequenas e/ou uma grande	Moderado
Mais de cinco manchas pequenas e/ou mais de uma grande	Alto
Rachaduras e manchas de corrosão	Muito alto

O segundo tipo de teste de monitoramento físico, foi a avaliação da massa das barras perdidas no final do processo de corrosão. Com estas informações, foi possível verificar quais placas e quais famílias foram mais afetadas pelo tempo de exposição ao agente agressivo. Depois de remover todas as barras de aço, elas foram limpas com uma solução de ácido clorídrico e água, removendo todos os resíduos de concreto que poderiam ter aderido às barras, bem como os produtos de corrosão em excesso. Após uma limpeza completa, cada barra foi pesada, o que permitiu verificar a perda de massa, comparando os valores antes e depois do período de estudo. A NBR 7480 (^{ABNT, 2007}) indica os requisitos e critérios para o uso de barras de aço para concreto armado. Para este caso, a norma estabelece o valor para a massa das barras por unidade de comprimento, de acordo com cada bitola, e também valores de tolerância.

3.1 Inspeção visual

Das 18 placas de cada família, o grupo R tinha 67% classificadas como de grau leve e duas sem relevância. A segunda família "melhor" em termos de menor degradação visual, L1, apresentou apenas duas placas classificadas como tendo um alto grau de degradação. As duas famílias mais degradadas visualmente, de acordo com a classificação proposta, eram L2 e L3, tendo 44% e 61% das placas classificadas como de alto grau de degradação, respectivamente. Estas análises podem ser melhor vistas na (Figura 10).

Figura 10 Classificação qualitativa do nível de degradação visual das placas. 

No que diz respeito ao comportamento físico das placas de concreto, percebeu-se que a solução de Na+Cl- - cloreto de sódio desencadeou o processo de corrosão das barras de aço, onde alguns pontos manchados puderam ser vistos na superfície das placas. Na (Figura 11 (a) e (b)), correspondente as placas da família R, não foram evidenciados um alto nível de degradação e o mapa do potencial de corrosão afirmou que os valores variaram entre -350 mV a -400 mV.

Figura 11 (a) Efeitos da degradação superficial das placas de concreto; (b) Mapa relativo ao potencial de corrosão (efeitos leves). 

Quanto as placas da família L1, percebeu-se que o processo de degradação dado pela presença de cloreto de sódio, afetou a durabilidade das barras de aço, conforme visto na (Figura 12 (a) e (b)). A corrosão pontual foi dada em pontos específicos da placa e as manchas superficiais ocorreram nas regiões, onde a camada de concreto estava mais fina. O mapeamento das barras de aço corroídas, comprovaram que os valores do potencial de corrosão variaram entre -250 mV a -350 mV.

Figura 12 (a) Efeitos da degradação superficial das placas de concreto; (b) Mapa relativo ao potencial de corrosão (efeitos leves). 

O processo de degradação das armaduras no interior das placas de concreto das famílias L2 e L3, foram as mais severas e as manchas superficiais causadas pelo carreamento dos óxidos à superfície, se deu através do comportamento físico no interior do material. O teor de ar incorporado incidiu em um maior índice de vazios que facilitaram a ingressão dos íons cloreto, potencializando, sobretudo, a corrosão puntiforme. O mapeamento das barras de aço corroídas, comprovaram que os valores do potencial de corrosão variaram entre -400 mV a -1000 mV para ambas as famílias, conforme mostrado na (Figura 13 (a) e (b)) e na (Figura 14 (a) e (b)).

Figura 13 (a) Efeitos da degradação superficial das placas de concreto; (b) Mapa relativo ao potencial de corrosão (efeitos graves). 

Figura 14 (a) Efeitos da degradação superficial das placas de concreto; (b) Mapa relativo ao potencial de corrosão (efeitos graves). 

3.2 Potencial de corrosão

Os critérios de avaliação seguiram os procedimentos propostos pela C 876 (^{ASTM, 2015}). Assim, valores mais eletro-negativos do que -350 mV, a probabilidade de ocorrência de corrosão é de 90%. Valores mais eletropositivos que -200 mV têm uma probabilidade de ocorrência de corrosão de menos de 10%.

Os valores entre estes limites estão na faixa de incerteza. Durante o período experimental, foram realizados 6 testes para medir o potencial de corrosão das placas. O primeiro foi realizado apenas alguns dias após a concretagem e o segundo imediatamente antes do início dos ciclos de imersão de NaCl. Os outros testes foram realizados durante o estudo para acompanhar a evolução da corrosão das barras de aço contidas nas placas de concreto.

Os resultados do potencial de corrosão de cada família podem ser vistos na (Figura 15). Neste sentido, entende-se que o valor que representa o potencial de corrosão da chapa deve ser o mais eletromecânico (ou seja, a pior condição) entre os 12 pontos medidos.

Os pontos mais escuros vistos após o teste, mostram as regiões onde as leituras foram feitas em uma área de (10 cm x 10 cm). Entre as 12 medições do potencial de corrosão, 10 se enquadram na região de incerteza, mas com valores próximos à região segura. Os outros dois pontos estão dentro de uma área com menos de 10% de probabilidade de ocorrência de corrosão.

Figura 15 Comportamento do potencial de corrosão médio das famílias ao longo do tempo. 

Alguns comentários podem ser feitos sobre a variação do potencial de corrosão para as placas de todas as famílias. As primeiras leituras, realizadas apenas alguns dias após a concretagem, estão na região localizada na zona de incerteza. Segundo ^{Hou et al., (2021}) isto ocorre devido à presença de cal na superfície do concreto ou à formação de uma película de água sobre a barra de aço.

Na segunda medição, há uma tendência para o potencial de deslocamento para a zona "segura", com uma probabilidade de corrosão inferior a 10%. Este comportamento é atribuído ao maior período de cura, com as placas sendo mais secas e protegidas. Imediatamente após a segunda leitura, começou o período de imersão.

Na terceira leitura (aos 36 dias), é possível verificar uma queda repentina no potencial de corrosão, especialmente para as famílias mais porosas (L2 e L3). Ao comparar a família L3 com a família R, pode-se ver que a medida do potencial de corrosão a 120 dias é menos eletronegativa, mostrando -394 mV comparado ao resultado da família R que é -431 mV, ou seja, 9% menos que a família R, ocorrendo devido à alta atividade eletrolítica dos íons cloreto.

3.3 Resistividade elétrica

Para compreender os efeitos da resistividade elétrica no concreto celular, se é necessário analisar os parâmetros microestruturais do material, porém não foi uma variável de estudo nesse artigo. De acordo com ^{She et al., (2018}), ^{Han, Lee e Byun (2021}) a formação de vazios ou microporos na matriz do composto cimentício, potencializa a indução de agentes agressivos como o NaCl, pois a dimensão desses poros pode variar entre 100 μm a 350 μm, além das diferentes formas como pode ser visto na (Figura 16). Os autores ainda informam que, quanto maior o raio dos poros, maior a resistividade elétrica, estes variando entre 2 μm a 5 μm.

Figura 16 Exemplos de poros distribuídos aleatoriamente com diferentes formas e microestrutura gerada aleatoriamente com raios entre 2 μm a 5 μm. Fonte: Adaptado de ^{She et al., (2018}). 

Nesse contexto, o monitoramento das estruturas de concreto armado é necessário, pois há ambientes, que solicitam das mesmas, maior tempo de vida útil e de serviço. Uma das questões a ser avaliada é o grau de degradação das estruturas, frente a permeabilidade ao cloreto de sódio (^{Yi et al., 2020}). Segundo ^{Lynch, Farrar e Michaels (2016}), a resistividade elétrica é um parâmetro aplicado na detecção de danos, mas os resultados dessa técnica, em alguns compósitos cimentícios, talvez não sejam viáveis devido à influência incerta de muitos fatores nas medições obtidas. Consequentemente, há diversos estudos sobre a influência de fatores individuais para melhorar a confiabilidade dos resultados, tais quais: geometria do corpo-de-prova, relação água/ cimento, tipos de materiais percussores, tamanho dos agregados, condições de cura e a presença de barras de aço (^{Sanchez et al., 2016}). Para esse estudo, foram desenvolvidas placas em concreto, contendo barras de aço em seu interior e, com relação à medição da resistividade elétrica das placas durante o período da permeabilidade do NaCl, foram observados valores mais altos inicialmente para as famílias L2 e L3 com 22,9 KΩ.cm e 36,2 KΩ.cm, respectivamente, dos quais podem ser vistos na (Figura 17).

Figura 17 Comportamento da resistividade da superfície de concreto ao longo do tempo. 

Pesquisas realizadas por ^{Dong et al., (2020}), corroboraram com os resultados obtidos nesse estudo, pois a resistividade elétrica de suas amostras aumentou acentuadamente de 4,5 KΩ.cm para 16 kΩ.cm em 29 dias. Para melhor contextualizar esse ponto, um período de "repouso" mais longo em um local seco protegido da chuva e do sol, potencializa a resistividade especificamente para matrizes cimentícias com níveis mais altos de ar incorporado (podendo perder mais facilmente a umidade retida) até 29 dias, devido à quantidade de poros formados.

Após o início das imersões, observa-se uma queda acentuada na resistividade, permanecendo até o final do período de estudo em torno de valores de 1 a 10 KΩ.cm, indicando uma alta taxa de atividade/corrosão, de acordo com os critérios adotados. Os dados corroboram com os estudos realizados por ^{Michel, Sørensen, Geiker (2021}), onde os resultados não indicaram nenhuma diferença significativa na resistividade elétrica, pois variaram entre 0,5 a 2,5 KΩ.cm.

Os estudos conduzidos por ^{Alnahhal et al., (2021}) e ^{Lokeshwari et al., (2021}) indicam que o uso de materiais de menor densidade no concreto celular, pode melhorar a resistividade elétrica, onde ela varia de 2,5 kΩ.cm a 5,0 kΩ.cm. Os resultados não corroboram os obtidos no estudo, pois quanto maior a porcentagem de ar incorporado, maior a taxa de corrosão das barras de aço. Este comportamento pode, possivelmente, ser explicado pela presença constante de íons cloreto (eletrólitos fortes, facilitando o movimento iônico) e a possível retenção de umidade dentro das placas de concreto, uma vez que foram dispostos a seco ao ar por períodos de 4 dias.

Com relação à resistividade elétrica da superfície das placas, todas as famílias tiveram comportamentos semelhantes. Segundo ^{Dong et al., (2020}), uma hidratação mais intensa pode acarretar um maior consumo de cimento e, sobretudo, elevadas temperaturas entre o interior e o exterior do concreto devido ao calor liberado. Esse processo pode formar microestruturas que permitem a passagem de partículas de íons cloreto no interior do composto cimentício e, por sua vez, uma menor resistividade elétrica. Por outro lado, os primeiros cem dias do período de cura são significativos para assegurar uma resistividade elétrica suficiente para conter a difusividade dos íons cloreto, pois quanto mais denso, menor a porosidade do material.

3.4 Perda de massa

A perda total de massa das barras de aço por família seguiu uma sequência, como mostrado na (Figura 18). As famílias L2 e L3, além de demonstrarem valores potenciais de corrosão mais eletronegativos, bem como um grau visual mais degradado (quantitativa e qualitativamente), também obtiveram maior perda de massa de aço (valores absolutos e percentuais).

Figura 18 Porcentagem da perda total de massa das barras de aço por família. 

Dentre as análises realizadas, foi observado que as placas de concreto possuem um percentual de perda de massa das barras de aço próximo de 2%, porém quando foram analisadas em conjunto (famílias), esse valor variou entre 0,6% a 1%. Um período mais longo de imersão na solução de NaCl provavelmente produziria valores mais altos de perda de massa, mas para este estudo não foi necessário, uma vez que os resultados obtidos são consideráveis frente a formação dos produtos de corrosão. Nesse contexto, a família L3 teve uma porcentagem maior de perda de massa (Figura 19), quando comparada com as famílias L1 (Figura 20) e L2 (Figura 21). Esse comportamento pode ter ocorrido devido ao conteúdo de ar formado na mistura do material na matriz cimentícia, tornando-a fixa. Outra variável que pode ser levada em consideração, é o tempo de mistura dos traços de concreto que foi entre 5 min a 20 min, onde o conteúdo de ar formado variou entre 5% a 40%.

Figura 19 Perda de massa das barras de aço (L3). 

Figura 20 Perda de massa das barras de aço (L2). 

Figura 21 Perda de massa das barras de aço (L1). 

Na (Figura 22), observa-se que quanto maior a percentual de ar incorporado no interior do composto cimentício (concreto celular), maior é a perda total de massa das barras de aço, pois o índice de vazios facilita a entrada de agentes agressivos. Ao observar a interação das variáveis dependentes e independentes, percebeu-se que o avanço dos produtos da corrosão frente ao teor de ar incorporado cresce exponencialmente como pode ser analisado pelo R² = 0,9482.

Figura 22 Regressão linear dos dados obtidos. 

A perda de massa da família L3 (concreto celular) foi 55% maior do que a da família R (concreto de referência). Estes resultados mostram que o conteúdo de ar incorporado ao concreto deve ser inferior a 10%, pois interfere na melhoria das propriedades mecânicas e, além disso, potencializa o processo de corrosão das barras de aço integradas no interior do material.

Nesse sentido baixa resistividade da massa do concreto, tendem a valores de (Ecorr) menos eletropositivos, destacando que as leituras de potencial de corrosão nem sempre estão atribuídas ao tempo de exposição do material em ambientes agressivos, mas também ao tipo de aditivo utilizado e a perda de massa das barras de aço no interior do composto cimentício. Para melhor contextualizar esse ponto, na (Figura 23 (a)), foi percebido que todas as famílias (R, L1, L2 e L3) tiveram leituras de potencial de corrosão entre -250 mV a -600 mV, porém os dados não foram estatisticamente diferentes a 5% de variância, como mostrado no diagrama de Pareto (Figura 23 (b)).

Figura 23 (a) Superfície resposta quanto as variáveis que influenciam o potencial de corrosão; (b) diagrama de Pareto.