Propriedades químicas dos materiais de construção e Corrosão

Apresentação em tema: "Propriedades químicas dos materiais de construção e Corrosão"— Transcrição da apresentação:

1 Propriedades químicas dos materiais de construção e Corrosão
Química Aplicada à Engenharia Civil

2 Propriedades químicas dos materiais de construção
Cal: Cal é o nome genérico dado ao aglomerante simples resultante da calcinação de rochas calcárias. Nesta reação, o carbonato de cálcio é aquecido até a formação do óxido de cálcio (900ºC) – cal viva. Na cal extinta o óxido de cálcio recebe uma hidratação para se transformar em hidróxido de cálcio (cal hidratada).

3 A cal hidratada misturada com areia e água em proporções apropriadas são usadas na elaboração da argamassa. A cal, de acordo com a composição química, apresenta- se sob duas variedades: a cal cálcica e a cal magnesiana. A primeira com no mínimo 75% de óxido de cálcio e a segunda com no mínimo de 20% de óxido de magnésio. A cal viva é um sólido poroso, de cor branca, com densidades que variam entre 0,5 e 0,85g/cm3.

4 Cimento Portland: O cimento Portland é constituído principalmente de cal (CaO), sílica (SiO2), alumina (Al2O3), óxido de ferro (Fe2O3) e uma pequena porção de magnésia (MgO) e anidrido sulfúrico (SO3). Ainda pode conter pequenas quantidades de óxidos de sódio (Na2O), potássio (K2O) e titânio (TiO2). Todos os constituintes finamente pulverizados são levadas ao forno para obtenção do clinker. Neste processo outras substâncias são formadas: silicato bicálcio e tricálcio, aluminato tricálcio e ferro aluminato tetracálcio.

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6 A análise química está relacionada na determinação dos óxidos porém as propriedades do cimento estão relacionadas com as quantidades de silicatos e aluminatos. Um método para relacionar os teores de óxidos com os de silicatos e aluminatos é chamado de método de Bogue. %C3S=4,071CaO - 7,600SiO2 - 6,718Al2O3 -1,430Fe2O3 - 2,850SO3 %C2S=2,867SiO2-0,7544C3S %C3A=2,650Al2O3-1,692Fe2O3 %C4AF=3,043Fe2O3

7 A importância do conhecimento das proporções dos compostos constituintes do cimento estão relacionadas com as propriedades finais do concreto. O silicato tricálcio é responsável pela resistência no primeiro mês. O silicato bicálcio é responsável pelo ganho de resistência através dos anos. O aluminato tricálcio é responsável pela resistência no primeiro dia. O ferro aluminato de cálcio em nada contribui para a resistência.

8 Materiais Cerâmicos: Argilas são materiais terrosos naturais que quando misturados com água adquirem a propriedade de apresentar alta plasticidade. As argilas são formadas de argilo-minerais que são silicatos hidratados de alumínio, ferro e magnésio, juntamente com sílica, alumina, mica, ferro, cálcio, magnésio e matéria orgânica. Essas substâncias são resultado da degradação de feldspato de rochas ígneas pela ação da água e gás carbônico. Não existe jazidas de argila iguais.

9 Plástico: É o material artificial formado pela combinação de carbono com oxigênio, hidrogênio, nitrogênio e outros elementos orgânicos e inorgânicos. Existem vários tipos de plásticos que se classificam em : termoplásticos, termofixos e elastômeros. Alguns exemplos são: náilon, PVC, acrílico, baquelite, resina epóxi, silicones, SBR, etc. As principais vantagens dos plásticos são: pequeno peso específico, isolantes elétricos, possibilidade de coloração, baixo custo, facilidade de produção, imunidade à corrosão.

10 Nas desvantagens pode-se destacar: fraca resistência aos esforços de tração, ao impacto, dilatação, deformação sob carga, rigidez, resistência ao calor e às intempéries. Hoje, já existem plásticos muito eficientes e que podem sobrepujar todas essas desvantagens, mas ainda há a barreira econômica. As pesquisas efetuadas nas indústrias plásticas buscam melhorar as qualidades físico-mecânicas como: ponto de fusão, módulo de rigidez, alongamento de ruptura e resistência à dissolução. Principais materiais plásticos utilizados nas construção: PVC, poliestireno, poliestireno expandido, náilon, fiberglass, resinas epóxi, silicone e neoprene.

11 Agressividade ao concreto:
A agressão ao concreto endurecido pode ser de dois tipos: pela lixiviação (água doce, ácidos, sais, graxas e óleos) e pela expansão (sulfatos). Quando o concreto não é bem confeccionado a água pode atacar a superfície e também penetrar na estrutura. Quanto menos ácida e dura for a água menores danos causará ao concreto. Os ácidos atacam muitos constituintes do cimento Os ácidos inorgânicos fortes reagem com os silicatos.

12 Os ácidos inorgânicos fracos atacam principalmente a cal
Os ácidos orgânicos como fórmico, acético e lático são os mais nocivos. As bases são inofensivas abaixo do teor de 10% Os sais, principalmente os de magnésio e amônio, dissolvem o hidróxido de cálcio do cimento. Os óleos provenientes do petróleo geralmente não apresentam risco. Os óleos provenientes do alcatrão de hulha geralmente são ácidos e se penetrarem no concreto (principalmente associado com água) causam amolecimento mecânico.

13 A expansão acontece quando soluções de sulfato de cálcio ou outros sulfatos alcalinos entram em contato com os constituintes aluminosos do cimento para formar aluminato de cálcio hidratado que expande. Da mesma forma o sulfato de magnésio também causa expansão. As águas subterrâneas podem conter elevadas concentrações de sulfatos ácidos de ferro devido a oxidação, ao ar, de materiais sulfurosos de ferro o qual ataca fortemente o concreto.

14 Corrosão Interação físico-química entre um METAL e o meio envolvente, da qual resultam mudanças nas propriedades do METAL, levando freqüentemente à sua inutilização ou do sistema técnico do qual faz parte ou ainda à alteração do meio ” “Deterioração de um material ou das suas propriedades devido à reação com o meio envolvente”

15 Nos processos de corrosão, os metais reagem com os elementos não metálicos presentes no meio, produzindo compostos semelhantes aos encontrados na natureza, dos quais foram extraídos. Nestes casos a corrosão corresponde ao inverso dos processos metalúrgicos. A deterioração de materiais não-metálicos devido à ação do meio , como por exemplo: Concreto – deterioração do cimento Portland, utilizado no concreto, pela ação de sulfato; Borracha – a perda de elasticidade devido à oxidação por ozônio; Madeira – perda da resistência pela hidrólise da celulose em função da exposição à solução de ácidos e sais ácidos pode ser considerada também como corrosão .

16 “A corrosão consiste na deterioração dos materiais pela ação química ou eletroquímica do meio, podendo estar ou não associada a esforços mecânicos” A Corrosão normalmente é um processo espontâneo, está continua e constantemente transformando os materiais metálicos de modo que sua durabilidade e desempenho deixam de satisfazer os fins de projeto

17 Mecanismos básicos Variáveis que devem ser consideradas... material metálico : composição química, impurezas, estado da superfície, formato, contato com outros metais, união (solda, rebites) etc... meio corrosivo : composição química, concentração, pH, impurezas, temperatura, teor de oxigênio, etc... condições operacionais : solicitações mecânicas, movimento relativo entre o material metálico e o meio, etc...

18 Dependendo do tipo de ação do meio sobre o material, os processos corrosivos podem ser classificados em dois grandes grupos, abrangendo todos os casos de deterioração por corrosão: - Corrosão eletroquímica ; - Corrosão química

19 Corrosão eletroquímica:
Se caracteriza basicamente por: necessariamente na presença de água no estado líquido; temperaturas abaixo do ponto de orvalho da água, sendo a grande maioria na temperatura ambiente; formação de uma pilha ou célula de corrosão , com a circulação de elétrons na superfície metálica.

20 Corrosão química: Denominada corrosão ou oxidação em altas temperaturas , tais processos corrosivos se caracterizam basicamente por:     - ausência da água líquida ;     - temperaturas em geral, elevadas , sempre acima do ponto de orvalho da água;     - interação direta entre o metal e o meio corrosivo.

21 Corrosão eletroquímica
Os meios corrosivos em corrosão eletroquímica são responsáveis pelo aparecimento do eletrólito . (pilhas de corrosão) O eletrólito é uma solução eletricamente condutora constituída de água contendo sais, bases ou ácidos dissolvidos. Principais Meios Corrosivos e Respectivos Eletrólitos - atmosfera : o ar contém umidade, sais em suspensão, gases industriais, poeira, etc. O eletrólito constitui-se da água que condensa na superfície metálica, na presença de sais ou gases presentes no ambiente. Outros constituintes como poeira e poluentes diversos podem acelerar o processo corrosivo.

22 solos : os solos contêm umidade, sais minerais e bactérias
solos : os solos contêm umidade, sais minerais e bactérias. Alguns solos apresentam também, características ácidas ou básicas. O eletrólito constitui- se principalmente da água com sais dissolvidos; água do mar : estas águas contêm uma quantidade apreciável de sais. Uma análise da água do mar apresenta em média os seguintes constituintes em gramas por litro (g/l) de água: Ácido Bórico, Estrôncio, Fluoreto, Potássio, Brometo, Cálcio, Bicarbonato, Magnésio, Sulfato, Sódio e Cloreto.

23 A água do mar, em virtude da presença acentuada de sais, é um eletrólito por excelência; outros constituintes como gases dissolvidos, podem acelerar os processos corrosivos. produtos químicos : os produtos químicos, desde que em contato com água ou com umidade e formem um eletrólito, podem provocar corrosão eletroquímica.

24 Existem processos de deterioração de materiais que ocorrem durante a sua vida em serviço, que não se enquadram na definição de corrosão . Um deles é o desgaste devido à erosão, que remove mecanicamente partículas do material. Embora esta perda de material seja gradual e decorrente da ação do meio, tem-se um processo eminentemente físico e não químico ou eletroquímico. Pode entretanto ocorrer, em certos casos, ação simultânea da corrosão , constituindo o fenômeno da corrosão-erosão

25 Outro tipo de alteração no material que ocorre em serviço, são as transformações metalúrgicas que podem acontecer em alguns materiais, particularmente em serviço com temperaturas elevadas. Em função destas transformações as propriedades mecânicas podem sofrer grandes variações, por exemplo apresentando excessiva fragilidade na temperatura ambiente. A alteração na estrutura metalúrgica em si não é corrosão embora possa modificar profundamente a resistência à corrosão do material, tornando-o, por exemplo, suscetível à corrosão intergranular

26 Perdas econômicas Diretas:
Custos de substituir peças ou equipamentos corroídos, incluindo mão-de-obra; Custos de instalação e manutenção com processos de proteção (catódica, etc); Perdas econômicas Indiretas: Paralisações acidentais (de equipamentos ou sistemas de grande porte, ou da fábrica);

27 Perda de produto (gerando diversos riscos, perda de produção e danos ao meio ambiente);
Perda de eficiência (incrustações em caldeiras, catalisadores e trocadores de calor); Contaminação de produtos (re-processamentos, problemas com clientes e qualidade); Super-dimensionamento de projetos (milímetros espessura reduzidas podem traduzir milhares de milhões de dólares em economias).

28 Formas de Corrosão: A corrosão metálica se classifica geralmente em oito formas:
uniforme galvânica em frestas por pites ou localizada intergranular por lixiviação seletiva erosão-corrosão corrosão sob tensão

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