Tese de Doutoramento em Ciência (área de especialização em Química).A corrosão de armaduras no betão armado, por carbonatação do betão ou ataque por iões cloreto, é uma das
maiores causas de degradação de estruturas. A propagação da corrosão após o seu início é, em geral, rápida,
podendo conduzir à deterioração das estruturas num curto espaço de tempo, com custos de reparação
elevados.
A utilização do aço galvanizado é reconhecida como uma medida alternativa para aumentar o tempo de vida útil
das estruturas expostas ao ataque de espécies agressivas. Imediatamente após embeber o aço galvanizado no
betão fresco, que se revela como um ambiente extremamente alcalino, a camada de zinco corrói-se durante um
certo período (podendo variar de apenas umas horas a alguns dias) até que a camada de passivação se forme e
o betão conclua o processo de cura. Este processo de corrosão inicial pode levar a um consumo da camada de
zinco que varia entre 5 e 10 μm. Simultaneamente, ocorre produção de hidrogénio que pode originar perda de
aderência entre o aço de reforço e o betão. Para minimizar e/ou bloquear esta reacção inicial, usam-se vários
procedimentos tais como o aumento do teor de cromatos no cimento ou aquando da preparação do betão, a
adição de água com cromatos dissolvidos. Adicionalmente, a deposição de camadas de conversão química à
base de crómio na superfíce do aço galvanizado também foi um método amplamente utilizado.
Consequentemente, este tipo de medidas tornaram-se rotina na prevenção da evolução do hidrogénio e proteção
das armaduras galvanizadas. No entanto, devido à toxicidade dos iões Cr(VI), os cimentos Portland actualmente
comercializados possuem na sua composição quantidades reduzidas de Cr(VI) e a aplicação de camadas de
conversão química à base de crómio tem vindo a ser evitada.
O método sol-gel é um processo versátil que envolve a utilização de uma ampla diversidade de precursores
permitindo a incorporação de componentes adicionais que introduzem funcionalidades complementares tais
como resistência à humidade, aderência, proteção da corrosão juntamente com o aumento das propriedades
mecânicas, térmicas e ópticas. As vantagens deste processo são numerosas e além dos componentes orgânicos
outros aditivos como os inibidores podem ser incorporados no sistema sol-gel melhorando a resistência à
corrosão dos substratos metálicos.
O presente estudo enquadra-se no desenvolvimento de revestimentos híbridos “amigos” do ambiente produzidos
pelo método sol-gel para aço galvanizado de modo a minimizar a corrosão do zinco e a evolução de hidrogénio
quando em contacto com meios cimentícios. Os pré-tratamentos propostos representam alternativas viáveis na
substituição de pré-tratamentos à base de Cr(VI) utilizados para controlar a reação inicial entre o zinco e o betão
fresco.
Sintetizaram-se matrizes híbridas, baseadas em ureiasilicatos e aminoálcool-silicatos, que foram testadas na sua
forma pura e após dopadas com um agente inibidor (Cr(III)). Os revestimentos foram depositados no aço
galvanizado pelo método dip-coating. A eficiência dos diferentes híbridos enquanto barreira de protecção, em
contacto com materiais que mimetizam as propriedades físico-químicas do betão (pastas cimentícias e
argamassas) foi estudada e avaliada por diversas técnicas eletroquímicas e por técnicas de análise de superfície.
Os resultados evidenciaram que os revestimentos híbridos obtidos pelo método sol-gel possuem propriedades
promissoras para serem utilizados como pré-tratamentos “amigos” do ambiente no aço galvanizado em contacto
com meios cimentícios. Os revestimentos estudados permitem, efetivamente, mitigar os efeitos adversos das
reações iniciais entre o aço galvanizado e os materiais cimentícios. Estes pré-tratamentos revelaram-se
alternativas promissoras à utilização de camadas químicas de conversão baseadas em cromatos.The corrosion of steel in concrete is one of the major causes of structures degradation, requiring
expensive rehabilitation. The use of hot dip galvanized steel (HDGS) has been recognized as an effective
measure to increase the service life of reinforced concrete structures exposed to carbonation or to
chloride ions. Immediately after the HDGS is embedded in fresh concrete, a highly alkaline
environment, the zinc coating corrodes for a limited period (from several hours to a few days) until
passivating surface layers are formed and the concrete hardens. This initial corrosion process may lead
to zinc consumption between 5 to 10 μm. At the same time, hydrogen is produced which may lead to
the loss of adherence between the steel and the concrete. Common procedures such as increasing the
chromate content of the cement or adding water-soluble chromates into this preparation and the use of
chromate conversion coatings (CCC) has a favourable effect on blocking initial zinc corrosion.
Consequently, these have been trivial procedures employed to prevent hydrogen gas evolution and to
protect the hot-dip galvanized rebars. However, due to the toxicity of Cr(VI) ions, current commercialized
Portland cements have limited the content of Cr(VI) in their composition and the use of CCCs are
currently being avoided.
The sol–gel method is a versatile process involving the use of a large diversity of precursors, allowing
the incorporation of additional components. This introduce complementary functionalities of the
material, such as moisture resistance, adhesion and corrosion protection, along with the enhancement
of mechanical, thermal and optical properties. The advantages of this technology are numerous and
besides the organic component, other additives, such as inhibitors could be incorporated into the sol–
gel system increasing the corrosion resistance of the metal substrates.
This study is focused on the development of OIH coatings for HDGS reinforcement in contact with
cementitious media. OIH sol-gel matrices doped and undoped with inhibitors, ureasilicate and alcoholaminosilicate,
were synthesized. The coatings were deposited on HDGS by a dipping process. The
barrier efficiency of the different OIH sol-gel coatings was studied and assessed by several
electrochemical techniques and surface analysis, when in contact with cementitious materials (cement
pastes and mortar). The results show that the OIH sol-gel coatings studied effectively allow the
mitigation of harmful effects of the initial excessive reaction between cementitious materials and the
HDGS, showing promising properties to be used as eco-friendly pre-treatments on HDGS in contact with
cementitious media.Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) for the PhD grant SFRH/BD/62601/2009.Centro de Química [project F-COMP-01-0124-FEDER-022716 (ref. FCT PEst-C/QUI/UI0686/2011)-FEDER-COMPETE]
