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Os pesquisadores da ETH conseguiram elucidar como e em que taxa o aço se corrói em uma variedade de materiais porosos. Suas descobertas ajudam a possibilitar a descoberta de novos tipos de cimento ecologicamente corretos.
Courtesy ETH by Roland Baumann: A taxa na qual o aço é corroído em concreto ou outros materiais porosos é crucial para um grande número de aplicações tecnológicas, como dutos subterrâneos ou pontes de concreto reforçadas com aço. Embora várias hipóteses e modelos existam há décadas, nenhum deles é capaz de capturar o mecanismo científico que está na origem dos dados empíricos. Pesquisadores da equipe liderada por Ueli Angst, um professor da ETH com foco na durabilidade dos materiais de engenharia, já resolveram esse mistério. Seu modelo novo e impressionantemente simples acaba de ser publicado na revista Nature Materials. Corrosão.
Uma questão aberta dos anos 50
“A maioria dos livros didáticos representa a taxa de corrosão como uma curva em U invertida que depende da umidade”, diz Angst. Isso significa que a corrosão diminui quando o concreto está completamente saturado porque é difícil que o oxigênio se difunda pela água. Por sua vez, se o concreto estiver completamente seco, a falta de água significa que praticamente não há corrosão. De acordo com essa teoria, o processo é mais rápido na umidade intermediária, o que permite que tanto a água quanto o oxigênio estejam presentes nos poros do concreto.
No entanto, a “teoria do oxigênio” muitas vezes não é aplicável às condições reais de exposição. Angst ressalta que a maioria dos edifícios é exposta à umidade em intervalos regulares: “Eles podem estar secos por um tempo, mas depois chove e ficam temporariamente molhados. Assim, os poros estão saturados de água apenas de vez em quando e, na maioria dos casos, há oxigênio suficiente no sistema. ”
O fato de que a teoria do oxigênio sozinha não conta totalmente para o processo de corrosão não é nova. “Uma publicação de 1957 * observa que deve haver outro fator além do oxigênio”, diz Angst. Esta publicação refere-se a um estudo em grande escala no qual milhares de amostras de aço foram enterradas no subsolo nos EUA na década de 1920 e depois escavadas para serem examinadas ao longo dos anos. O estudo descobriu que a corrosão era geralmente mais rápida nos solos mais úmidos – um detalhe que a teoria do oxigênio não pode explicar.
Um efeito de superfície simples
“Agora temos uma explicação que é surpreendentemente simples”, diz Angst. Baseia-se no fato de que o metal é colocado em um meio poroso. Isso significa que algumas partes estão em contato com materiais sólidos, como pasta de cimento endurecida ou grãos de areia, e outros com poros e cavidades. Nenhuma corrosão ocorre quando o metal está em contato com os materiais sólidos. “A corrosão pode ocorrer onde quer que o metal esteja em contato com os poros se estes estiverem cheios de água, mas não se estiverem cheios de ar”, diz Angst, continuando, “quanto maior o teor de umidade de um material poroso, maior a quantidade de poros saturados de água; o resultado é corrosão mais severa ”. Em outras palavras, o fator crucial não é necessariamente o oxigênio, mas sim a área da superfície do metal que entra em contato com a água.
Encontrar novos tipos de cimento ecologicamente corretos
Estas novas descobertas são especialmente relevantes no que diz respeito ao uso de tipos mais ecológicos de cimento. Concreto feito de cimento Portland convencional é altamente alcalino. É precisamente este alto nível de pH que protege o aço embutido da corrosão e foi fundamental para o sucesso da construção em concreto armado. No entanto, a produção de cimento convencional emite altos níveis de CO2. Dado que o concreto é o material mais usado no mundo (diretamente após a água), isso tem um impacto significativo na pegada ambiental da humanidade.
Há anos, a indústria de cimento vem tomando medidas para substituir as matérias-primas alternativas na produção de cimento. Para esse fim, dependendo dos recursos disponíveis e dos resíduos de outros setores, diferentes países usam materiais diferentes. Enquanto esses esforços são projetados para reduzir as emissões de CO2, os novos tipos de cimento têm uma grande desvantagem: eles geralmente têm uma reserva alcalina menor. “Isso significa que os concretos modernos, que respeitam o clima, perdem mais rapidamente o alto valor de pH e, portanto, a capacidade de proteger o aço embutido da corrosão”, explica Angst.
Em conformidade com os padrões atuais, o concreto deve impedir que o aço de reforço incorporado comece a corroer durante toda a vida útil de um edifício – geralmente de 50 a 100 anos. Os novos tipos de cimento podem atender a essa exigência apenas com grande dificuldade, por exemplo, envolvendo o aço em uma camada mais espessa de concreto, o que, no entanto, anula suas vantagens iniciais em termos de sustentabilidade.
References:
Stefanoni M, Angst UM, Elsener B: Cinética de dissolução eletroquímica de metais em meios porosos. Materiais da natureza. 2019. DOI: 10.1038 / s41563-019-0439-8
Romanoff M (1957): “corrosão subterrânea”. Circular 579, National Bureau of Standards, Washington DC, EUA
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