materiais de construção - ibracon - c13
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Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Prof. Dr. Enio José
Pazini Figueiredo –
UFG
Corrosão e Degradação dos Materiais
Capítulo 13
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
•
Processos de corrosão e degradação dos materiais de construção•
Estruturas atômicas e moleculares
•
Propriedades físicas, químicas e mecânicas•
Condições de fabricação
•
Cargas de serviço atuantes •
Ações ambientais
•
O presente capítulo trata dos mecanismos de corrosão e degradação dos principais materiais empregados na construção civil e suas implicações nas propriedades físicas, químicas e mecânicas desses materiais •
Degradação dos materiais cimentícios –
Livro IBRACON 2005 (Andrade,
2005; Figueiredo, 2005; Silva e Pinheiro, 2005)
Introdução
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Degradação dos Materiais Cerâmicos
•
Processos de deterioração•
Agentes físicos, químicos e mecânicos externos
•
Agentes químicos internos
•
Agentes físicos externos•
Umidade e a alta temperatura
•
Agentes químicos internos•
Saís insolúveis presentes na constituição das cerâmicas
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Degradação dos Materiais Cerâmicos
•
Agentes mecânicos•
A compressão, a flexão e o impacto, que modificam a estrutura do
material e provocam sua fissuração
•
Comparando com outros materiais, as cerâmicas são praticamente imunes à
ação do ambiente e à
corrosão
•
Materiais que já
sofreram corrosão de seus elementos metálicos•
Proteção de outros materiais em ambientes corrosivos
•
Deterioração ou degradação da cerâmica •
Temperaturas elevadas ou em ambientes muito agressivos
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Degradação dos Materiais Cerâmicos Imperfeições e Defeitos Interatômicos
•
Os cristais nem sempre apresentam um arranjo atômico perfeito•
Imperfeições •
Influência sobre as propriedades mecânicas e físico-químicas dos materiais cristalinos
•
Imperfeições podem ser divididas em•
Defeitos pontuais
•
Defeitos de linha•
Defeitos de superfície
•
Defeitos espaciais
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Degradação dos Materiais Cerâmicos Imperfeições e Defeitos Interatômicos
•
Defeito pontual•
Localizado aleatoriamente •
Átomos estão ausentes ou apresentam-se em excesso na estrutura cristalina
•
Defeito linear•
Imperfeição unidimensional•
Discordância
•
Discordância em cunha •
Discordância em hélice
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Degradação dos Materiais Cerâmicos Imperfeições e Defeitos Interatômicos
•
Defeito de superfície•
Imperfeições que se estendem em duas dimensões no interior do cristal •
Falha de empilhamento
•
Defeitos espaciais•
Cristais que possuem cada posição corretamente preenchida com o exato tipo de íon •
Pequenas variações nos espaçamentos interatômicos
ao longo do
volume do cristal•
Vibrações térmicas dos átomos
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Degradação dos Materiais Cerâmicos Microfissuras
•
Materiais cerâmicos são frágeis•
Formação de microfissuras•
Tensões oriundas das etapas de produção ou das tensões de tração aplicadas
•
Devido à
baixa resistência à
fratura do material, especialmente à flexão
•
As microfissuras
diminuem a resistência mecânica dos materiais cerâmicos
•
Representam regiões de maior e mais fácil acesso de agentes agressivos
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Degradação dos Materiais Cerâmicos Deformação plástica
•
Resultado do movimento de discordâncias •
Ocorre nas argilas•
Interações entre os diversos minerais constituintes das argilas
•
Condições de queima, tais como a atmosfera do forno, a temperatura máxima e a taxa de aquecimento/resfriamento
•
Formada por minerais plásticos e minerais não-plásticos•
Minerais plásticos
•
Perda de água de constituição e transformações de fases •
Minerais não plásticos
•
Decomposição de hidróxidos, oxidação de matéria orgânica, transformação alotrópica do quartzo, decomposição de carbonatos, transformações de fases, redução de compostos e formação de fase líquida, entre outras modificações
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Degradação dos Materiais Cerâmicos Deformação plástica
•
Deformação plástica para os materiais não-cristalinos•
Escoamento viscoso
•
Não se deformam como conseqüência do movimento de discordâncias •
Não possuem planos cristalinos
•
Pode ocorrer em vidros e em materiais não-cristalinos semelhantes
•
Ruptura está
diretamente relacionado à
velocidade de deformação•
Aplicada lentamente
•
Existe tempo para o escoamento viscoso •
Velocidade de deformação for rápida
•
Ocorre concentração de tensões •
Exemplo: vidro
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Degradação dos Materiais Cerâmicos Expansão por umidade (EPU)
•
Aumento das dimensões dos materiais cerâmicos, notadamente tijolos, telhas e revestimentos cerâmicos •
Adsorção de água
•
Em geral ocorre de modo lento e é
relativamente pequena•
Efeitos •
Comprometer a aderência das placas cerâmicas ao contrapiso
•
Fissuração das fases vítreas e do esmaltado superficial•
Aparecimento de trincas em tijolos
•
Causa mais comum de deterioração de tijolos, telhas e placas cerâmicas de revestimento•
Junto ao ataque de sais
•
Atraído a atenção de cientistas ao longo das últimas décadas
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Degradação dos Materiais Cerâmicos Eflorescência
•
Manchas na superfície dos materiais devido ao acúmulo dos sais lixiviados•
Sais contidos no próprio material
•
Sais provenientes do meio em contato com o material
•
Região de acúmulo dos sais •
Proliferação de microorganismos •
Aceleram a degradação do material cerâmico
•
Efeito •
Interferência estética
•
Produção de escamações superficiais •
Aumento da porosidade do material cerâmico
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Degradação das Madeiras
•
Madeira•
Materiais de origem biológica (orgânico) •
Mais conhecido e utilizado
•
Matérias-primas em quase todos os campos da tecnologia•
Retorna ao ciclo natural
•
Matéria heterogênea e variável, higroscópica (absorve água) e de comportamento ortotrópico
•
Obtida, geralmente, do trônco
das plantas lenhosas, especificamente pelos caules
•
Em sua estrutura, apresentam tecido de celulose, hemicelulose
e lignina
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Degradação das Madeiras
•
Potencialidades na indústria da construção •
Elevado desempenho quando aplicadas em edifícios projetados, construídos e mantidos de forma adequada
•
Vários fatores que propiciam a degradação da madeira•
Degradação por microorganismos (fungos, mofos e insetos)
•
Degradação por
agentes oxidantes •
Degradação hidrolítica
•
Decomposição térmica da madeira •
Degradação física e química devido ao intemperismo
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Degradação das Madeiras Degradação por microorganismos
•
Quando apodrece ou se deteriora, geralmente, a madeira se apresenta mofada e com manchas
•
Conseqüências do ataque de organismos xilófagos •
Fungos, mofos, insetos, moluscos, crustáceos e bactérias
•
Mais importantes•
Fungos
•
Insetos
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Degradação das Madeiras Degradação por insetos
•
Responsáveis por grande parte da degradação da madeira •
Ordens de insetos a seguir listadas podem causar danos•
Isóptera, que compreende os cupins ou térmitas
•
Coleóptera, representada pelos besouros, “carunchos”
e “brocas”•
Hymenóptera, representada pelas vespas, abelhas e formigas
•
Os cupins são os que mais afetam a madeira •
Cupins subterrâneos
•
Cupins de madeira úmida •
Cupins de madeira seca
•
Medidas de preservação •
Envenenamento das substâncias nutrientes
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Degradação das Madeiras Degradação por fungos
•
Fatores que favorecem o desenvolvimento de fungos na madeira •
Temperatura•
Faixa ideal para o desenvolvimento da maioria dos fungos varia entre 25°C a 30°C
•
pH•
Faixa ideal de pH entre 4,5 e 5,5, que coincide com os valores de pH apresentados pela maioria das espécies de madeira
•
Umidade•
Umidade acima de 20%
•
Condição ótima para o desenvolvimento de fungos ocorre quando a umidade atinge o ponto de saturação das fibras
•
Aspecto da madeira com início de proliferação de fungos. (Figura 1)
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Figura 1 -
Madeira verde de Pinus
estocada no campo, por cerca de três semanas, com a presença
de fungos
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Degradação das Madeiras Degradação por agentes oxidantes
•
Na ausência de agentes agressivos deteriorantes, a madeira permanece inalterada por centenas de anos
•
Ação de agentes oxidantes como o cloro, hipocloritos e dióxido de cloro •
Reação com a lignina
•
Tratamento da madeira com diazometano
•
Madeira é
bastante reativa com os agentes oxidantes fortes•
Permanganato de potássio, ácido crômico, peróxido de hidrogênio, peróxido de sódio e ácido nítrico concentrado
•
Quando soluções diluídas de agentes oxidantes fortes são usadas, as reações são mais suaves
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Degradação das Madeiras Degradação por agentes oxidantes
•
Reação de oxidação pode ser denominada de oxicelulose•
Quantidade, natureza e distribuição variada de grupos oxidados •
Tipo de agente oxidante usado
•
Condições de reações empregadas •
Alguns oxidantes têm ação específica, atacando e formando apenas determinados grupos•
Hipoiodito, o clorito e o periodato
•
Agentes oxidantes não-específicos •
Cloro-hipoclorito e o ácido crômico
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Degradação das Madeiras Decomposição térmica da madeira
•
A rápida combustão da madeira é
responsável pelo seu uso como combustível
•
Aquecimento ou queima da madeira na ausência de oxigênio -
Pirólise
•
Estável a 100ºC •
Entre 100 ºC e 250ºC a madeira escurece e perde sua resistência, embora mantenha sua estrutura
•
A altas temperaturas (500ºC) ocorre a carbonização e o
desprendimento de mais substâncias voláteis
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Degradação das Madeiras Degradação hidrolítica
•
Nível de degradação hidrolítica•
Origem da celulose, concentração do agente químico de degradação, temperatura, entre outros
•
Degradação hidrolítica
pode ser homogênea ou heterogênea •
Celulose solúvel ou não no meio de reação
•
Exemplo •
Degradação homogênea
•
Ácido fosfórico concentrado •
Degradação heterogênea
•
Ácido sulfúrico ou clorídrico concentrado
•
Hidrólise heterogênea da celulose é
mais importante industrialmente do que a homogênea•
Hidrólise alcalina da celulose (Figura 2)
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Figura 2 -
Reação de cisão da ligação acetal
da cadeia de celulose pela ação de uma base
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Degradação das Madeiras Degradação física e química devido ao intemperismo
•
Intemperismo
pode causar degradação física e química •
A madeira exposta ao tempo sem uma proteção tende a escurecer
•
Efeito das intempéries limita-se à
superfície•
Deterioração física pelos agentes atmosféricos •
Mudanças de cor, aspereza superficial, rachaduras e fissuras
•
Deterioração química •
Fenômeno superficial oriundo da seqüência de reações com os radicais livres e rompimento da estrutura da lignina
•
Fatores que afetam a madeira quando exposta no ambiente •
Luz solar (raios ultravioleta e luz visível), a umidade (chuva, orvalho e vapor de água), o calor e a chuva ácida
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Degradação dos metais
•
Perda efetiva de material•
Dissolução (corrosão)
•
Formação de uma incrustação ou película de material não- metálico (oxidação)
•
Corrosão •
Deterioração dos materiais pela ação química ou eletroquímica do meio, podendo estar ou não associado a esforços mecânicos
•
Podem ser classificados em dois grandes grupos •
Corrosão eletroquímica ou aquosa
•
Corrosão química ou oxidação
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Degradação dos metais
•
Oxidação •
Reação química direta entre o metal e o oxigênio atmosférico (O2
) •
Acúmulo de óxidos na superfície dos metais •
Para alguns metais, o revestimento de óxidos é
brando e fornece
proteção contra ataques ambientais •
Para outros, o revestimento tende a apresentar falhas e não culmina em uma proteção efetiva
•
Oxigênio, nitrogênio e enxofre
•
Corrosão•
A aquosa é
uma forma comum de ataque eletroquímico
•
A galvânica resulta quando um metal mais ativo está
em contato com um metal mais nobre em um meio aquoso
•
A corrosão pode ainda ocorrer pela redução gasosa
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Degradação dos metais Degradação eletroquímica
•
Corrosão aquosa de metais •
Átomos metálicos dissolvem-se como íons em um meio aquoso
•
Corrosão é
de natureza eletroquímica •
Quando metais dessemelhantes são colocados em contato elétrico na presença de um eletrólito
•
Termo “dessemelhante”•
Diferentes variações de energia livre quando quantidades equivalentes de cada metal são ionizadas e dissolvidas no meio ambiente
•
Dessemelhança depende•
Concentração de íons no meio ambiente, da resistividade do eletrólito, da microestrutura dos metais e das tensões existentes
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Degradação dos metais Degradação eletroquímica
•
Processo eletroquímico •
Transferência de elétrons de um componente químico para outro
•
Átomos metálicos perdem ou cedem elétrons •
Reação de oxidação
M → Mn+ + ne-n é
o número de elétrons que o metal cede
•
Elétrons cedidos de cada átomo de metal oxidado são transferidos para outro composto químico•
Reação de redução
Mn+ + ne-
→ M n é
o número de elétrons que o metal recebe
•
Reação eletroquímica global •
Soma dessas duas semi-reações
•
Todos os elétrons gerados através da oxidação serão consumidos durante a redução
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Degradação dos metais Degradação eletroquímica
•
Exemplo do processo eletroquímico •
Corrosão do ferro na água, contendo oxigênio dissolvido
•
Processo ocorre em duas etapas •
Primeira etapa, o ferro é
oxidado a Fe2+
, como Fe(OH)2
Fe
+ 1/2O2
+ H 2
O → Fe2
+ + 2OH -
→
Fe(OH)2
•
Segunda etapa, ele é
oxidado a Fe3+, como Fe(OH)3
2Fe(OH)2 + 1/2 O2
+ H 2
O → 2Fe(OH)3
•
Fe(OH)3
é
comumente conhecido como ferrugem
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Degradação dos metais Degradação eletroquímica
•
A facilidade com que os metais se oxidarão para formar íons é
variada
•
Em uma pilha padrão formada por ferro e cobre, o ferro sofrerá corrosão ou oxidação, ao passo que o cobre sofrerá
deposição ou
redução•
Voltagem específica de 0,780V (Figura 3)
•
Pilha padrão formada pelo zinco e pelo ferro, o zinco é
que se oxidará
e o ferro, nesse caso, sofrerá
redução
•
Voltagem dessa pilha é
de 0,323V (Figura 4)
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Figura 3 -
Pilha eletroquímica consistente de eletrodos de ferro e de cobre (Callister
Jr., 2002)
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Figura 4 -
Pilha eletroquímica formada por eletrodos de ferro e de zinco (Callister
Jr., 2002)
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Degradação dos metais Degradação eletroquímica
•
Medidas de voltagem da pilha •
Diferença no potencial elétrico dos dois eletrodos
•
Necessário estabelecer um padrão de pilha para fazer as comparações •
Pilha de referência é
o eletrodo de hidrogênio padrão
•
Série de potenciais de eletrodo (Quadro 1)•
Gerada pelo acoplamento de semi-pilhas padrões para vários metais ao eletrodo padrão de hidrogênio e, em seguida, pela classificação desses materiais de acordo com a voltagem medida
•
Potencial de redução •
Positivos significam que o metal tem a tendência natural de ser reduzido
•
Potenciais padrões de redução negativos indicam que o metal tende a se oxidar
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Quadro 1 –
Série de potenciais em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio
Reação do Eletrodo Potencial de Eletrodo padrão, V0 (V)
↑
Progressivamente mais inerte(catódico)
Progressivamente mais ativo(anódico)
↓
Au3
+ + 3e-
→ Au +1,420 O2
+ 4H+
+ 4e-
→ 2H2
O +1,229 Pt2
+ + 2e-
→ Pt ±
1,200 Ag+ + e-
→ Ag +0,800
Fe3+
+ e-
→ Fe2+ +0,771 O2
+ 2H2
0 + 4e-
→ 4(OH-) +0,401
Cu
2+
+ 2e-
→ Cu +0,340 2H+
+ 2e-
→H2 0,000 Pb 2+
+ 2e-
→ Pb -0,126 Sn
2+
+ 2e-
→
Sn -0,136 Ni
2+
+ 2e-
→
Ni -0,250 Co
2+
+ 2e-
→ Co -0,277 Cd 2+
+ 2e-
→ Cd -0,403 Fe
2+
+ 2e-
→ Fe -0,440 Cr 3+
+ 3e-
→ Cr -0,744 Zn
2+
+ 2e-
→ Zn -0,763 A l3+ + 3e-
→ Al -1,662
Mg 2+ + 2e-
→ Mg -
2,363 Na+
+ e-
→ Na -2,714 K+ + e-
→ K -
2,924
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Degradação dos metais Degradação eletroquímica
•
Corrosão eletroquímica é
também denominada corrosão em meio aquoso •
Necessidade do eletrólito conter água líquida
•
Processos de corrosão •
Metais reagem com os elementos não-metálicos presentes no meio, tais como o O2
, S, H2
S, CO2
•
Produzindo compostos semelhantes aos encontrados na natureza, dos quais foram extraídos
•
Nesses casos, a corrosão corresponde ao inverso dos processos metalúrgicos
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Degradação dos metais Degradação física
•
Desgaste é, geralmente, uma forma física de degradação dos materiais •
Remoção da superfície de um material como resultado de ação mecânica
•
Quatro formas principais de desgaste •
Desgaste adesivo •
Duas superfícies lisas deslizam uma sobre a outra
•
Desgaste abrasivo •
Superfície áspera desliza sobre uma mais macia
•
Desgaste superficial •
Repetidos deslizamentos ou rolamentos sobre uma mesma trilha
•
Desgaste corrosivo •
Deslizamento das superfícies de dois materiais em um ambiente corrosivo
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Degradação dos metais Tipos de Corrosão
•
Metais podem ser parcialmente dissolvidos em ambientes aquosos ou úmidos •
Excelentes propriedades condutoras de eletricidade
•
Perdendo parte de sua estrutura e tornando-se menos resistentes
•
Corrosão diminui de forma vertiginosa a vida útil do produto metálico
•
Os processos corrosivos de natureza eletroquímica apresentam mecanismos idênticos •
Perda de massa e modo de ataque sobre o material dá-se de formas diferentes (Figura 5)
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Figura 5 –
Tipos de corrosão dos metais (Schatt
apud Padilha, 1997)
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Degradação dos metais Corrosão associada ao escoamento de fluidos
•
Natureza mecânica •
Degradação abrasiva •
Abrasão é
o ato ou efeito de raspar ou desgastar por atrito ou fricção
•
Escoamento de fluidos •
Aceleração dos processos corrosivos
•
Associação do efeito mecânico com a ação corrosiva, além do mero efeito abrasivo
•
Principais tipos de corrosão •
Corrosão-erosão
•
Corrosão com cavitação •
Corrosão por turbulência
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Degradação dos metais Corrosão por erosão
•
Erosão de um material metálico •
Desgaste mecânico provocado pela abrasão superficial de uma substância sólida, líquida ou gasosa
•
Ação erosiva sobre um material metálico é
mais freqüente nos seguintes casos •
Quando se desloca um material sólido sobre o metal
•
Quando se desloca um líquido contendo partículas sólidas sobre o metal
•
Quando se desloca um gás contendo partículas líquidas ou sólidas sobre o metal
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Degradação dos metais Corrosão por erosão
•
Líquidos e gases •
Ação erosiva ocorre em tubulações, em permutadores e em pás de turbinas
•
Processo corrosivo torna-se mais intenso quando combinado com erosão •
Remove os produtos de corrosão, expondo a superfície a novo desgaste corrosivo
•
Natureza do fluido•
Influência sobre o comportamento da corrosão
•
Aumento da velocidade do fluido normalmente aumenta a taxa de corrosão
•
Solução é
mais erosiva quando estão presentes bolhas de ar e
sólidos particulados em suspensão
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Degradação dos metais Corrosão por turbulência
•
Processo corrosivo associado ao fluxo turbulento de um líquido •
Redução na área de fluxo: dobras de tubulações e quando ocorrem mudanças bruscas de diâmetro das tubulações (Figura 6) •
Aparecimento de bolhas gasosas
•
Ataque da corrosão por turbulência difere da cavitação quanto à
forma do desgaste
•
Aparecimento de alvéolos sob a forma de ferradura•
Bolhas causadoras são em geral de ar •
Cavitação -
as bolhas são de vapor do líquido
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Figura 6 –
Corrosão severa em conexão metálica devido à
ação conjunta de erosão e turbulência
(Fontana, 1986, apud Callister
Jr., 2002)
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Degradação dos metais Corrosão com cavitação
•
Desgaste provocado em uma superfície devido a ondas de choque do líquido, oriundas do colapso de bolhas gasosas •
Surge em zonas de baixa pressão •
Líquido entra em ebulição formando bolha
•
Contato com zonas de pressão mais alta •
Bolhas destruídas instantaneamente, criando ondas de choque
•
Cavitação e corrosão •
Desgaste resultante será
maior no caso de conjugarem-se os dois
fenômenos, do que aquele observado pela ação de cada um isoladamente.
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Degradação dos metais Corrosão intergranular
•
Caminho preferencial para a corrosão na região do contorno dos grãos •
Contorno do grão assume caráter anódico em relação ao interior do grão
•
Grãos vão sendo destacados à
medida que a corrosão se propaga
•
Exemplos•
Principalmente em alguns tipos de aço inox •
Região de soldagem de aços inox
•
Ligas de alumínio-magnésio contendo acima de 3% de magnésio •
Precipitados de Mg2
Al8 nos contornos de grão •
Precipitados são corroídos
•
Ligas alumínio-cobre •
Precipitados de CuAl2
são mais nobres que a matriz •
Corrosão da região vizinha ao contorno de grão
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Degradação dos metais Corrosão sob tensão
•
Resulta da ação combinada de uma tensão de tração aplicada ao metal e de um ambiente corrosivo (Figura 7) •
Tensão que produz a microfissura
intergranular
não precisa ser
aplicada externamente •
Tensão residual
•
Rápidas mudanças de temperaturas e de uma contração desigual, ou, no caso de ligas bifásicas, de onde cada fase possua um coeficiente de expansão diferente
•
Tensões internas•
Produtos de corrosão gasosos que ficam presos internamente
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Figura 7 –
Fissura devido à
corrosão sob tensão intergranular
no latão (Uhlig; Revie, 1985, apud
Callister
Jr., 2002)
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Degradação dos metais Corrosão uniforme
•
Ataque de toda a superfície metálica em contato com o meio corrosivo com a conseqüente diminuição da espessura
•
Ação homogênea, em toda a superfície do metal, de micropilhas
localizadas
•
Mais comum dos tipos de corrosão•
Processos corrosivos de estruturas expostas à
atmosfera
•
Outros meios que ensejam uma ação uniforme sobre a superfície metálica
•
Forma de desgaste de mais fácil acompanhamento•
Levar o equipamento ou instalação a falhas significativas, limitando a sua vida útil
•
No caso das armaduras do concreto,•
Atribuído à
corrosão pela carbonatação (Figura 8)
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Figura 8 –
Corrosão das armaduras do concreto devido à
carbonatação
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Degradação dos metais Corrosão por pites
•
Corrosão localizada que consiste na formação de cavidades de pequena extensão e razoável profundidade
•
Tipo de corrosão muito característico dos materiais metálicos formadores de camada passivadora•
Atuação da ilha ativa-passiva
nos pontos nos quais a camada passiva é
rompida •
Caso das armaduras do concreto
•
Atribuído à
corrosão pelos íons cloreto (Figuras 9 e 10)
•
Mais difícil acompanhamento quando ocorre no interior de
equipamentos e instalações
•
Uma corrosão, geralmente, muito intensa e localizada
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Figura 9 –
Produtos de corrosão em região localizada
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Figura 10 -
Cavidades produzidas devido à corrosão por íons cloreto
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Degradação dos metais Corrosão em frestas
•
Frestas estão sujeitas à
formação de pilhas de aeração diferencial e de concentração iônica diferencial •
Meio líquido
•
Pilhas de concentração iônica diferencial •
Meio gasoso
•
Pilhas de aeração diferencial
•
Ocorrem em juntas soldadas com chapas sobrepostas, em juntas rebitadas, em ligações flangeadas, em ligações roscadas
e em
revestimentos com chapas aparafusadas, dentre outras •
Frestas deverão ser evitadas ou eliminadas por serem regiões preferenciais de corrosão
•
Corrosão filiforme •
Corrosão que se processa sob filmes de revestimentos, especialmente de pintura
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Degradação dos metais Corrosão galvânica
•
Dois metais de características reativas diferentes (Quadro 1) são colocados em contato elétrico em um meio aquoso ou úmido •
Metal menos nobre, ou mais reativo, ou mais eletronegativo •
Ânodo, se corroerá, atuando como fornecedor de elétrons
•
Metal, mais nobre, ou mais inerte •
Cátodo, protegido da corrosão atuando como consumidor de elétrons
•
Exemplo •
Parafusos de latão ou de aço para fixar peças de alumínio
•
Relação entre a área anódica e a área catódica •
Menor for essa relação, maior será
a severidade da corrosão na
área anódica
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Degradação dos materiais poliméricos •
Degradação de materiais poliméricos expostos ao ambiente•
Ação combinada da radiação ultravioleta, do calor e do oxigênio atmosférico
•
Defeitos são iniciados na superfície do material e se propagam para o seu interior
•
Propriedades macroscópicas refletem os efeitos da degradação e dos diferentes métodos de envelhecimento
•
Polímeros reagem com vários solventes orgânicos •
Processamento industrial
•
Vida útil
•
Processo de natureza físico-química •
Ampla variedade de reações e conseqüências adversas para a degradação polimérica
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Degradação dos materiais poliméricos Inchamento e dissolução
•
Inchamento ocorre porque as pequenas moléculas de soluto ocupam posições entre as moléculas do polímero •
Redução das forças secundárias de ligação intermoleculares•
Material mais mole e dúctil
•
Ruptura de ligações covalentes •
Ação da energia térmica, de reações químicas e da radiação •
Redução na integridade mecânica
•
Devido à
complexidade química dos polímeros, os seus mecanismos de degradação não são bem compreendidos
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Degradação dos materiais poliméricos Causas de rupturas de ligações
•
Polímeros podem sofrer degradação por meio de processo de ruptura das cadeias moleculares •
Diminuição do peso molecular
•
Relação forte entre o peso molecular e as propriedades dos materiais poliméricos•
Rupturas das ligações da cadeia molecular •
Reduzem a resistência mecânica e química dos polímeros
•
Causas: exposição ao calor, às radiações ou a alguns agentes químicos
•
Estabilidade térmica •
Magnitude das ligações químicas que formam seus compostos
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Degradação dos materiais poliméricos Causas de rupturas de ligações
•
Degradação também ocorre em polímeros que estejam sendo moldados em temperaturas altas •
Ligações térmicas podem provocar a ruptura das ligações das moléculas
•
Exemplos•
Polietileno
•
Cloreto de polivinila (PVC)
•
Processo de degradação em altas temperaturas nem sempre é
nocivo
•
Craqueamento do petróleo •
Moléculas mais leves e mais combustíveis
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Degradação dos materiais poliméricos Causas de rupturas de ligações
•
Composto recebe radiações (raios α, raios β, raios γ
e radiação ultravioleta) •
Elétrons das camadas mais externas interagem com a radiação •
Removidos da camada orbital de um determinado átomo
•
Altera a estrutura molecular e as características originais do polímero
•
Muitas indústrias utilizam esse artifício nas linhas de produção
•
Polímeros, em sua maioria, sofrem drástica ação dos raios ultravioleta
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Degradação dos materiais poliméricos Causas de rupturas de ligações
•
Degradação ambiental ocorre devido à
combinação de vários fatores •
Foto-oxidação, termo-oxidação, umidade, ação química devido a poluentes e micro e macro organismo
•
Mecanismo processo degradativo•
Absorção da radiação UV e reações oxidativas
subseqüentes em
processo autocatalítico•
Polímero degrada-se e entra em falência estrutural, principalmente, pela quebra de ligações em cadeias e pela formação de fissuras superficiais
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Degradação dos materiais poliméricos Causas de rupturas de ligações
•
Caso da borracha •
Formação de ligações cruzadas devido à
oxidação leva ao
envelhecimento da borracha •
Decomposição em moléculas pequenas, perdendo completamente a resistência mecânica e a elasticidade
•
Envelhecimento é
controlado por muitos fatores incluindo calor, luz, tensões e teor de ozona
na atmosfera
•
Forma de fortalecer a borracha natural •
Processo de vulcanização
•
Resumo da resistência dos polímeros à
ação de vários ambientes (Quadro 2)
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Quadro 2 -
Resistência de polímeros à
degradação por vários ambientes (Seymour, 1987, apud
Callister
Jr., 2002)
.
Agressor
MaterialÁc. não-
oxidantes (H2SO4,
20%)
Ác. oxidante
s (HNO3,
10%)
Soluções salinas
aquosas (NaCl)
Álcalis aquosos (NaOH)
Solventes polares
(C2H5OH)
Solventes não-
polares (C6H6)
Água
Politetrafluoroeti
leno
S S S S S S S
Náilon 6,6 I I S S Q S S
Policarbonato Q I S I S I SPoliéster Q Q S Q Q I S
Poliéter-éter-
cetona
S S S S S S S
Polietileno de baixa densidade
S Q S -- S Q S
Polietileno de alta densidade
S Q S -- S Q S
Polietileno tereftalato
S Q S S S S S
Óxido de polifenileno
S Q S S S I S
Polipropileno S Q S S S Q S
Poliestireno S Q S S S I S
Poliuretano Q I S Q I Q S
Epóxi S I S S S S S
Silicone Q I S S S Q S
•S = satisfatório•Q = questionável• I = insatisfatório
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Agradecimentos
•
O autor agradece aos engenheiros Raphael
Duarte, Wesley
Nunes e Izelman Oliveira pela importante
colaboração prestada
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Referências •
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