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Estudo da passivação dos aços CA-50 e ASTM 1035 9100 submetidos a soluções alcalinas simuladas de cimentos álcali-ativados sob carbonatação

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Autor Krein, Laércio Antonio;
Lattes do autor http://lattes.cnpq.br/8335258904227118;
Orientador Mancio, Maurício;
Lattes do orientador http://lattes.cnpq.br/4760250136044505;
Instituição Universidade do Vale do Rio dos Sinos;
Sigla da instituição Unisinos;
País da instituição Brasil;
Instituto/Departamento Escola Politécnica;
Idioma pt_BR;
Título Estudo da passivação dos aços CA-50 e ASTM 1035 9100 submetidos a soluções alcalinas simuladas de cimentos álcali-ativados sob carbonatação;
Resumo O concreto é amplamente utilizado na construção pela sua resistência, mas sua produção consome muita energia e emite grandes quantidades de CO2. Com o crescimento populacional e a alta demanda por infraestrutura, os impactos ambientais desse processo se tornam ainda mais críticos. Diante desse cenário, materiais álcaliativados ganham destaque por reduzirem emissões e permitirem a reutilização de resíduos, mas ainda são necessárias mais pesquisas sobre sua proteção às armaduras. Além disso, como o concreto é um meio altamente alcalino, é possível explorar a captura de CO2 pelas estruturas. No entanto, é preciso buscar alternativas ao aço CA-50, amplamente utilizado nas estruturas de concreto armado no Brasil. Nesse sentido, o aço resistente à corrosão ASTM A1035 9%Cr (MMFX) surge como uma opção. Assim, buscou-se avaliar a capacidade protetiva de soluções simuladas de cimento álcali-ativado e Portland no aço CA-50 e no aço MMFX, tanto no pH original quanto ao longo da redução do pH das soluções. As amostras de aço foram expostas ao ambiente de ensaio como produzidas, sem tratamento superficial para remoção da camada de óxidos comumente presente nos vergalhões. Além disso, o filme foi formado em diferentes soluções simuladas baseadas em cimentos álcali-ativados (com valores de pH e concentrações iônicas muito superiores ao cimento Portland, usado como referência), e as mesmas amostras permaneceram em contato com as soluções durante todo o processo de carbonatação (com pH variando de 14,57 até 8), o que fez com que os componentes formados nos pHs mais altos continuassem interagindo com o meio na superfície das amostras em pHs mais baixos. Após a realização dos ensaios, de potencial de corrosão, resistência de polarização, Tafel, voltametria cíclica e espectroscopia por impedância eletroquímica, observou-se que as soluções simuladas baseadas em álcali-ativados, com pHs excessivamente elevados, apesar de formarem filmes de passivação no aço CA-50, não formaram filmes protetivos no aço MMFX, provavelmente devido à elevada solubilidade dos hidróxidos de cromo nestes ambientes. Ao longo da redução do pH devido à carbonatação, entretanto, verificou-se que as soluções álcali-ativadas passaram a oferecer proteção aos aços; sendo que, mesmo em pHs inferiores a 11, as armaduras de aço MMFX permaneceram passivadas – indicando a possibilidade de se estimular a carbonatação em estruturas de concreto armado, visando a captura e armazenamento de CO2 na matriz cimentícia. No entanto, apesar de promissores,ressalta-se que os ensaios foram realizados em soluções simuladas e sugere-se a realização de ensaios também em corpos de prova físicos futuramente.;
Abstract Concrete is widely used in construction due to its strength; however, its production consumes large amounts of energy and emits significant quantities of carbon dioxide. With population growth and the increasing demand for infrastructure, the environmental impacts of this process become even more critical. In this context, alkaliactivated materials have gained attention for their ability to reduce emissions and enable the reuse of industrial residues, although further research is still required regarding their protective performance for embedded steel reinforcement. Additionally, since concrete is a highly alkaline medium, the potential for carbon dioxide capture by concrete structures can be explored. However, alternatives to CA-50 steel, widely used in reinforced concrete structures in Brazil, must also be considered. In this context, corrosion-resistant ASTM A1035 9%Cr (MMFX) steel emerges as a promising option. Thus, the present study aimed to evaluate the protective capacity of simulated alkaliactivated and Portland cement solutions on CA-50 and MMFX steel, both in their original pH and during the pH reduction of the solutions. Steel samples were exposed to the testing environment in their as-produced state, without surface treatment to remove the oxide layer commonly present on rebars. Moreover, the passive film was formed in different simulated solutions based on alkali-activated cements (with pH values and ionic concentrations much higher than those of Portland cement, used as a reference). These same samples remained in contact with the solutions throughout the carbonation process (with pH ranging from 14.57 to 8), ensuring that the components formed at higher pH levels continued to interact with the medium on the sample surface at lower pH levels. After conducting tests such as corrosion potential, polarization resistance, Tafel, cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectroscopy, it was observed that simulated alkali-activated solutions with excessively high pH levels, while forming passive films on CA-50 steel, did not form protective films on MMFX steel. This behavior is likely due to the high solubility of chromium hydroxides in these environments. However, as pH decreased due to carbonation, alkali-activated solutions began to provide protection to the steels. Notably, even at pH levels below 11, MMFX steel reinforcements remained passivated, indicating the potential for stimulating carbonation in reinforced concrete structures to capture and store CO₂ within the cement matrix. Nonetheless, despite these promising Therefore, future research should also include testing on physical specimens to validate these results.;
Palavras-chave Carbonatação; Álcali-ativados; Concreto; Corrosão; CO2; Carbonation; Alkali-activated; Concrete; Corrosion;
Área(s) do conhecimento ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Civil;
Tipo Tese;
Data de defesa 2025-03-25;
Agência de fomento CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior;
Direitos de acesso openAccess;
URI http://repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/13736;
Programa Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil;


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