BRPI0617969A2 - uso de um ánodo e um preenchimento para proteger o aço na construção de concreto reforçado e combinação de um ánodo e um preenchimento - Google Patents

Abstract

USO DE UM áNODO E UM PREENCHIMENTO PARA PROTEGER O AçO NA CONSTRUçãO DE CONCRETO REFORçADO E COMBINAçãO DE UM áNODO E UM PREENCHIMENTO A instalação e o uso dos ânodos de sacrifício embutidos para proteger o concreto reforçado podem ser incrementados. Em um exemplo, uma cavidade (2) é formada no concreto (3) e um preenchimento do tipo de betume (4) é colocado na cavidade, e um ânodo distinto compacto que compreende um elemento de metal de sacrifício (1) é introduzido no preenchimento e em um espaço é formado, para o qual o preenchimento pode se mover quando sujeitado a uma pressão que é causada pela formação de produtos de corrosao de metal de sacrifício volumosos e uma alta corrente é passada do ânodo ao aço no concreto para sustar a corrosão de aço e para ativar o ânodo no preenchimento. O espaço pode ser formado ao exalar o preenchimento para o espaço fora da cavidade através de uma abertura (5) ou ao incluir um espaço vazio dentro do preenchimento (6) ou um espaço vazio dentro da cavidade (7).

Description

USO DE UM ÂNODO E UM PREENCHIMENTO PARA PROTEGER OAÇO NA CONSTRUÇÃO DE CONCRETO REFORÇADO E COMBINAÇÃO DE UMÂNODO E UM PREENCHIMENTO

Campo Técnico

A presente invenção refere-se à proteção do aço noconcreto utilizando ânodos de metal de sacrifício, compreenchimentos em contato com os ânodos de metal desacrifício embutidos em cavidades no concreto e estruturas deconcreto reforçado onde o reforço de aço é protegido aoutilizar ânodos de metal de sacrifício.

Antecedentes da InvençãoÂnodos de sacrifício distintos foram embutidos nascavidades no concreto para proteger o aço de reforço. Noprocesso, o elemento de metal de sacrifício se dissolve e umacorrente de proteção flui do ânodo para o aço. Umpreenchimento é um material que circunda o elemento de metalde sacrifício do ânodo que mantém um contato eletrolíticoentre o eletrólito no ambiente circundante e a superfície deum elemento de' metal de sacrifício. Nos ânodos para oconcreto reforçado, o preenchimento também irá conter umagente de ativação que mantém a atividade do ânodo. Um ânodoé um eletrodo que suporta uma reação de oxidação pura em suasuperfície tal como a dissolução de um elemento de metal desacrifício no caso de um ânodo de sacrifício. Para proteger oaço, os elétrons devem fluir do ânodo para o aço. Essemovimento dos elétrons pode ser promovido pela presença deuma fonte de alimentação entre o ânodo e o aço. 0 movimentodos elétrons irá ocorrer principalmente em condutores queconduzem os elétrons. Além disso, os íons devem se moveratravés do eletrólito entre o ânodo e o aço. Os íonspositivos irão se mover do ânodo para o aço quando o aço éprotegido. Um fluxo de corrente eletrônica e iônica ocorre noprocesso de proteção do aço.

Um conjunto de ânodos de sacrifício comercialmentedisponível baseado no pedido de patente WO 94/2 94 96compreende um elemento de metal de zinco ativado por íonshidroxila em um material poroso que circunda o zinco. 0 zincose corrói para formar produtos solúveis que se precipitampara fora nos pores do material circundante. O ânodo e opreenchimento são pré-formados como uma unidade rígida. Aunidade é instalada subseqüentemente em uma cavidade que é formada em uma estrutura de concreto. Uma argamassa deembutir, a qual é tipicamente uma argamassa cimentícia dereparo, ê utilizada para encher o espaço entre a unidade e asuperfície de concreto da cavidade. Essa argamassa fixa aunidade no lugar e propicia uma passagem para o contato eletrolítico entre o eletrólito no preenchimento e oeletrólito no concreto circundante.

Descrição Resumida da InvençãoProblema TécnicoO problema a ser resolvido pela presente invenção é a proteção de concreto reforçado utilizando ânodos de metalsacrifício embutidos de uma maneira eficaz e simples.

Os ânodos de sacrifício podem ser aplicados àssuperfícies do concreto ou então ser embutidos nas cavidadesformadas no concreto. Os ânodos aplicados às superfícies do concreto freqüentemente perdem a aderência à superfície deconcreto. O embutir de ânodos de sacrifício distintoscompactos nas cavidades no concreto fornece uma solução àrealização de uma ligação durável entre o ânodo de sacrifícioe o concreto. No entanto, os ânodos de sacrifício têm uma vida limitada porque eles são consumidos na aplicação dacorrente de proteção e é difícil substituir os ânodos desacrifício embutidos no final de sua vida útil.

Um elemento de metal de sacrifício se dissolve paraformar produtos que têm freqüentemente um volume maior do queo metal do qual eles foram derivados. Em conseqüência disto,é acumulada uma pressão constrói que resulta em danos em ummaterial rígido tal como o concreto. 0 preenchimento de umânodo de sacrifício deve ser capaz de acomodar os produtosexpansivos da reação de dissolução anõdica. A acomodação dosprodutos volumosos de dissolução de metal de sacrifício ésolucionada diretamente nos pedidos de patentes WO 03/027356e WO 2005/035831. No entanto, quando a dissolução do metal desacrifício é acelerada utilizando uma fonte de alimentaçãoCC, os produtos de grande volume serão produzidos a uma taxamuito maior do que aquela encontrada no uso mais convencionaldos ânodos de sacrifício. Em conseqüência disto, um métodoaperfeiçoado de acomodar essa expansão relativamente rápidase faz necessário.

Os produtos de ânodo de sacrifício ativados paraembutir nas cavidades no concreto reforçado incluemnormalmente um sólido poroso pré-formado que contém um agentede ativação em torno do elemento de metal de sacrifício. Osânodos são embutidos então em um outro material de embutir nacavidade que é formada no concreto. Em conseqüência disto,pelo menos uma interface adicional é formada, através da quala corrente de proteção deve fluir. Essas interfaces podemapresentar fraquezas no sistema de ânodo e resultam de umaumento no número de processos para a formação de um sistemade ânodo instalado.

O material de embutir para ânodos de sacrifíciodistintos é normalmente uma argamassa cimentícia que émisturada com água sob condições do local de construção econsolida como resultado de uma reação entre a água e aspartículas de cimento. O controle das proporções demisturação é mais difícil sob condições do local deconstrução do que sob condições da fábrica e deve serpreferível utilizar um material de embutir que não requer amisturação de componentes separados no local de construção.

Quando uma corrente é a resultante de um elementode metal de sacrifício utilizando uma fonte de alimentação CC, todos os condutores e conexões de metal ao elemento demetal de sacrifício correm o risco de se corroer porque essescomponentes são não mais protegidos pela ação natural dometal de sacrifício. 0 condutor de aço que é conectadonormalmente a um ânodo de metal de sacrifício deve se corroer se o elemento de metal de sacrifício for impelido até umpotencial suficientemente positivo ao ser conectado aoterminal positivo de uma fonte de alimentação CC.

Solução Técnica

Em um exemplo, um método para a proteção do aço no concreto compreende a formação de uma cavidade no concreto ea colocação de um preenchimento ionicamente condutor do tipode betume na cavidade e a introdução de um ânodo distintocompacto que compreende um elemento de metal de sacrifíciomenos nobre do que o aço no preenchimento de maneira tal que o elemento de metal de sacrifício faz contato com opreenchimento e forma um espaço no qual o preenchimento podese mover quando sujeitado à pressão, e é passada uma correntedo ânodo para o aço no concreto.

O preenchimento é um material viscoso e maleável que retém de preferência as suas propriedades viscosas emaleáveis quando uma elevada densidade de corrente é retiradado elemento de metal de sacrifício. 0 preenchimento retém depreferência as suas propriedades viscosas e maleáveis quandoo contato entre o preenchimento e a atmosfera é evitado. O preenchimento pode endurecer lentamente para formar depreferência um material poroso fraco que possa acomodar astaxas de expansão menores de prazo mais longo resultantes dataxa reduzida de formação de produtos no ânodo após umtratamento de corrente impressa elevada inicial. Acondutividade do preenchimento se eleva principalmente de umou mais sais dissociados dentro de um eletrólito nopreenchimento. Possíveis preenchimentos compreendem umasuspensão coloidal de partículas sólidas passivas finas naágua. Um exemplo de um preenchimento consiste pelo menos emparte em betume de cal.

Uma alta corrente é induzida de preferência fora doelemento de metal de sacrifício para fluir para o aço noconcreto por um período breve, por exemplo, ao conectar oânodo ao terminal positivo e o aço ao terminal negativo deuma fonte da alimentação CC. Isto arrasta íons tais comocloretos e sulfatos do concreto para o preenchimento. Essesíons podem agir de modo a manter a atividade do elemento demetal de sacrifício que permite que o elemento de metal desacrifício seja conectado diretamente ao aço para serutilizado em um papel de ânodo galvânico mais convencional.

O elemento de metal de sacrifício é um metal menosnobre do que o aço, tal como o zinco, o alumínio ou omagnésio, ou uma liga destes. É preferível que ele sejaconectado a um condutor que continue passivo quando oelemento de metal de sacrifício é conectado ao terminalpositivo de uma fonte de alimentação CC para formar umdetalhe de conexão de ânodo de corrente impressa. Os exemplosde condutores passivos incluem condutores inertes tais como otitânio e condutores que incluem uma bainha de isolamentopara separar o condutor do ambiente. 0 condutor e a conexãodo condutor ao ânodo não devem de preferência sofrer maiscorrosão do que um condutor ou uma conexão que continuaeletroquimicamente passiva quando em contato com o eletrólitono concreto e quando conectada ao ânodo no tratamentoeletroquímico de corrente impressa do concreto reforçado.

O espaço pode ser formado ao exalar o preenchimentopara o espaço fora da cavidade ou ao incluir o espaço vaziocompressivel dentro da cavidade ou dentro do preenchimento. Aaplicação de uma alta corrente fora do ânodo só pode serrequerida por um período inicial relativamente breve parasustar a corrosão durante o qual um espaço em que opreenchimento pode se mover é de preferência formado fora dacavidade. Um espaço também pode ser formado por um polímeroem espuma fraco que prende o ar dentro da cavidade formada noconcreto. O polímero em espuma fica de preferência localizadoem uma grande proximidade junto ao elemento de metal desacrifício.

Efeitos VantajososO embutimento de ânodos distintos compactos nascavidades no concreto resulta em um método para sustar demaneira confiável o ânodo à estrutura de concreto. Aimpressão de uma alta densidade de corrente do ânodoutilizando uma fonte de alimentação de CC resulta em ummétodo para sustar rapidamente o processo de corrosão no aço.Ele também arrasta os íons agressivos do concreto para oânodo para formar um ânodo de sacrifício ativado e reduz anecessidade de incluir um agente de ativação nopreenchimento.

A provisão de um preenchimento do tipo de betume eum espaço permite a geração rápida do produto de grandevolume que resulta da aplicação de uma alta densidade decorrente de um ânodo de sacrifício embutido em uma cavidadeno concreto a ser acomodado. 0 betume também retém oeletrólito por um prazo maior para assegurar a função doânodo. O uso de um betume como um preenchimento significa queas interfaces formadas podem ser limitadas ã interface entre

o elemento de metal de sacrifício e o preenchimento e ainterface entre o preenchimento e o concreto. 0 número deprocessos para obter um conjunto de ânodo instalado pode serreduzido, uma vez que nenhum preenchimento é aplicado aoelemento de metal de sacrifício na fábrica e o preenchimentoinstalado no local de construção age como um preenchimento eum material de embutir.

O uso de um betume como um preenchimento que retémas suas propriedades viscosas e maleáveis quando não éexposto à atmosfera significa que o material de embutir ânodopode ser misturado em um ambiente da fábrica. Ele também podeser acondicionado em um dosador de cartucho - bocal parafacilitar o processo de instalação em um local de construção.Nenhuma misturação de componentes de material de embutir érequerida em um local de construção. O preenchimento pode serimediatamente injetado de um dosador de cartucho - bocal emuma cavidade estreita tal como um furo perfurado na estruturade concreto de uma maneira similar àquela em que vedantestais como vedante de silicone são aplicados.

O uso de um preenchimento tal como o betume de calque endurece lentamente para formar um material poroso fracosignifica que o ânodo pode ser facilmente removido no finalde sua vida útil e um ânodo novo pode ser instalado no mesmofuro. Nenhum material de embutir cimentício duro precisa serremovido.

O efeito total consiste em tornar mais fácil aaplicação de tratamentos eletroquímicos poderosos para sustara corrosão de aço no concreto utilizando ânodos de metal desacrifício.

Descrição dos Desenhos

A invenção é descrita abaixo com referência atítulo de exemplo às figuras, nas quais:

a Figura 1 mostra um ânodo de metal de sacrifíciodistinto embutido em um preenchimento do tipo de betume emuma cavidade no concreto juntamente com vários espaços paraacomodar o movimento do preenchimento;a Figura 2 mostra um ânodo com tiras de polímero emespuma compressível unido ao elemento de metal de sacrifício;

a Figura 3 mostra a densidade de corrente retiradade um ânodo de alumínio embutido em um betume de cal noconcreto utilizando uma fonte de alimentação CC de 12 Vconectada entre o ânodo e o aço no concreto;

a Figura 4 mostra a densidade de corrente galvânicafora de um ânodo de alumínio conectado ao aço depois de tercompletado o tratamento de corrente impressa descrito naFigura 3.

Modo Para a Invenção

Tratamentos eletroquímicos com alta corrente brevesforam desenvolvidos para sustar a corrosão do aço noconcreto. Um tratamento de alta corrente breve pode envolvera aplicação de uma carga ao aço da ordem de 50 a 500 kC/m2(carga por unidade de área de aço) em um período curto. Épossível aplicar essa carga em um tempo tão curto quanto 48horas ao utilizar uma fonte de alimentação, mas deve levartipicamente sete dias para a aplicação de tal tratamento. Umânodo de metal de sacrifício embutido em uma cavidade noconcreto pode ser utilizado em um papel de corrente impressapara ajudar na aplicação de uma alta corrente por um períodobreve para sustar a corrosão. A densidade de corrente fora doânodo de metal de sacrifício deve ser de preferência maior doque 200 mA/m2 e com mais preferência de mais de 1.000 mA/m2para aplicar essa carga em um período tanto breve quantopossível. Uma alta densidade de corrente será tipicamentemais do que a corrente recomendada máxima retirada dos ânodosde um tipo similar quando utilizada na proteção catódica decorrente impressa. É preferível que o tratamento de altacorrente breve dure menos de três meses, e com maispreferência menos de um mês para minimizar o tempo no localde construção de qualquer equipamento provisório que possaser utilizado para induzir a alta corrente. Esse tratamentode alta corrente será seguido de preferência pelo uso domesmo ânodo em um papel galvânico mais convencional em que oânodo é conectado diretamente ao aço para impedir a iniciação da corrosão pela aplicação de uma baixa corrente ao aço. Essatecnologia é apresentada no pedido de patente WO 06097770.

Durante o tratamento de alta corrente inicialbreve, um volume elevado do produto que resulta da dissoluçãodo metal de sacrifício pode ser produzido.

Conseqüentemente, a presente invenção apresenta, emum aspecto, um método para proteger o aço no concreto, o qualcompreende a formação de uma cavidade no concreto e acolocação de um preenchimento na cavidade e a introdução deum ânodo que compreende um elemento de metal de sacrifíciomenos nobre do que o aço no preenchimento e a passagem de umacorrente do elemento de metal de sacrifício ao aço noconcreto em que o preenchimento é um preenchimentoionicamente condutor e o preenchimento é um material viscosoe maleável, e a dissolução do elemento de metal de sacrifíciopara produzir um produto de grande volume exerce pressão nopreenchimento viscoso e maleável e um espaço é presente paraacomodar o movimento do preenchimento quando o preenchimentoé colocado sob pressão.

Uma alta corrente breve será induzida depreferência fora do elemento de metal de sacrifício parasustar a corrosão no reforço de aço. Por exemplo, isto podeser conseguido ao utilizar uma fonte de alimentação CCtemporária. É preferível que as propriedades viscosas emaleáveis do preenchimento sejam retidas pelo menos enquanto essa alta corrente é aplicada do elemento de metal desacrifício. Isto será tipicamente de sete dias, mas pode sertão curto quanto dois dias. É preferível que as propriedadesviscosas e maleáveis sejam retidas enquanto o preenchimento éseparado da atmosfera. Isto pode ser utilizado para conferirao preenchimento uma vida útil antes do uso. É preferível teruma vida útil de pelo menos um mês, e mais preferível ter umavida útil de pelo menos seis meses. É preferível que opreenchimento seja formado em um ambiente da fábrica e que opreenchimento seja armazenado em um cartucho. É preferívelque o preenchimento possa ser injetado do cartucho nascavidades formadas no concreto.

É preferível que, depois da exposição à atmosfera,o preenchimento não endureça rapidamente. Maisespecificamente, é preferível que a força compressiva dopreenchimento não seja superior a 5 N/mm2 dentro de sete diasda exposição à atmosfera, e com mais preferência não superiora 2 N/mm2 dentro de sete dias da exposição à atmosfera. Épreferível que a condutividade do preenchimento sejaresultante de um ou mais sais dissociados em um eletrólitocontido dentro do preenchimento.

O ânodo é de preferência suficientemente compacto edistinto que pode encaixar em um furo de 50 mm de diâmetro e2 00 mm de comprimento perfurado no concreto. Ele compreendeum elemento de metal de sacrifício que é conectado depreferência a um condutor passivo para formar uma conexão deânodo de corrente impressa. Esse detalhe de conexão significaque o condutor e a conexão permanecem passivos nos potenciaispositivos do ânodo obtidos quando o ânodo é conectado a umafonte de alimentação CC positiva durante um tratamento decorrente impressa. Mais especificamente o condutor e aconexão permanecem passivos a potenciais pelo menos tãopositivos quanto +500 mV acima do eletrodo de referência decobre/sulfato de cobre saturado, e de preferência pelo menostão positivos quanto +2.000 mV acima do eletrodo dereferência de cobre/sulfato de cobre saturado.

Embora uma alta densidade de corrente seja induzidafora da superfície do ânodo, é preferível prover espaço parao movimento do preenchimento para fora da cavidade e paraconectar o preenchimento a esse espaço através de umaabertura. Um espaço para acomodar o movimento dopreenchimento também pode ser provido dentro da cavidade noconcreto. 0 espaço pode ser obtido ao incluir um materialcompressível fraco dentro da cavidade ou dentro dopreenchimento, ou ser unido ao elemento de metal desacrifício.

Em um outro aspecto, a presente invenção apresentaum preenchimento para ser utilizado em cavidades no concretocom um elemento de metal de sacrifício menos nobre do que oaço para conectar eletroliticamente o elemento de metal desacrifício a um eletrólito no concreto, em que opreenchimento compreende substancialmente uma suspensão departículas sólidas finas em água e as partícula sólidas finastêm um diâmetro de menos de 3 0 micra e a condutividade dopreenchimento resulta principalmente de um ou mais saisdissociados na água contida dentro do preenchimento e opreenchimento é um material viscoso e maleável que retém assuas propriedades viscosas e maleáveis por um período duranteo qual o elemento de metal de sacrifício aplica uma altacorrente ao aço para sustar a corrosão do aço e opreenchimento endurece lentamente para formar um materialporoso fraco.

O preenchimento pode ser fornecido como parte de umconjunto que inclui um ânodo que compreende um elemento demetal de sacrifício. É preferível que o elemento de metal desacrifício seja conectado a um condutor que permaneça passivoaos potenciais positivos alcançados quando o ânodo éutilizado como um ânodo de corrente impressa para formar umdetalhe de conexão de ânodo de corrente impressa. Um condutorpassivo é um condutor que não sofre dissolução anódica maisdo que um condutor que permanece eletroquimicamente passivo.0 ânodo pode então ser conectado ao terminal positivo de umafonte de alimentação CC por um período breve para passar umacorrente elevada do elemento de metal de sacrifício para oaço para sustar rapidamente a corrosão do aço.

É preferível evitar teores de água elevados nopreenchimento para limitar o encolhimento se ele secar. Maisespecificamente, é preferível que o teor de água dopreenchimento seja menor do que 60% do peso do preenchimento.

É preferível que as partículas sólidas finas tenhamum diâmetro de menos de 5 micra, porque isto facilita a suainstalação em cavidades estreitas e permite que opreenchimento flua suavemente depois que um elemento de metalde sacrifício é introduzido no preenchimento em uma cavidade.

As partículas sólidas finas são de preferênciapassivas na água, uma vez que elas não reagemsubstancialmente com a água. Isto impede a perda daspropriedades viscosas e maleáveis do preenchimento. Maisespecificamente, é preferível que o preenchimento permaneçamaleável e viscoso por pelo menos 4 8 horas, e com maispreferência por pelo menos sete dias após a exposição àatmosfera de modo que ele possa se mover quando o elemento demetal de sacrifício se dissolve a uma taxa elevada durante umtratamento de corrente impressa inicial breve para formarprodutos de corrosão de grande volume. Além disso, épreferível que o preenchimento retenha as suas propriedadesviscosas e maleáveis por um mínimo de um mês quando ele éseparado da atmosfera ou quando permanece saturado de água.Desta maneira, o preenchimento pode ser misturado eacondicionado em uma fábrica antes da entrega ao local deprodução. O preenchimento é de preferência acondicionado emum cartucho do qual ele pode ser diretamente injetado nascavidades formadas na estrutura concreta.O preenchimento endurece lentamente em contato coma atmosfera para formar um material poroso fraco que retém oeletrólito e provê o espaço para a formação do produto decorrosão volumoso que resulta da dissolução de um elemento de metal de sacrifício dentro do preenchimento a uma taxa típicadaquela encontrada na proteção galvânica do aço de reforço. Épreferível que o preenchimento permaneça fraco para permitira remoção e a substituição fáceis do ânodo no final de suavida funcional. Mais especificamente, é preferível que a força compressiva do preenchimento não seja superior a 5N/mm2 dentro de sete dias da exposição à atmosfera, e commais preferência nunca seja superior a 5 N/mm2.

É preferível que um espaço compressível sejaformado para acomodar o produto de corrosão volumoso que resulta da dissolução do metal de sacrifício. Um elementocompressível tal como um polímero em espuma pode ser incluídodentro do preenchimento ou dentro de uma cavidade formada noconcreto ou unida diretamente ao elemento de metal desacrifício. É preferível que o elemento compressível fique posicionado adjacente ao elemento de metal de sacrifício paraabsorver os produtos da corrosão. É preferível que o elementocompressível seja unido como tiras de material compressívelao elemento de metal de sacrifício do ânodo para guiar oânodo para o centro de uma cavidade que é formada no concreto.

Em um outro aspecto, a presente invenção apresentaum conjunto que compreende um preenchimento ionicamentecondutor e um ânodo para ser utilizado nas cavidades noconcreto em que o preenchimento é um material viscoso e maleável e o ânodo compreende um elemento de metal desacrifício distinto compacto menos nobre do que o aço e umcondutor passivo, em que o elemento de metal de sacrifício éconectado ao condutor passivo para formar uma conexão deânodo de corrente impressa caracterizada pelo fato de nãosofrer mais corrosão do que um condutor eletroquimicamentepassivo a potenciais acima do eletrodo de referência decobre/sulfato de cobre saturado.

Um detalhe de conexão de ânodo de corrente impressaem um elemento de metal de sacrifício permite que o ânodoseja acionado a uma densidade de corrente elevada sem corroera conexão. É preferível que o condutor passivo não sofra maiscorrosão do que um condutor eletroquimicamente passivo apotenciais acima de +500 mV na faixa do eletrodo dereferência de cobre/ sulfato de cobre saturado e depreferência não sofra mais corrosão do que um condutoreletroquimicamente passivo a potenciais acima de +2.000 mV nafaixa do eletrodo de referência de cobre/sulfato de cobresaturado. É preferível que o preenchimento retenha as suaspropriedades viscosas e maleáveis quando uma corrente elevadaé aplicada do elemento de metal de sacrifício ao açoutilizando uma fonte de alimentação. Esse tratamento decorrente impressa irá durar por pelo menos dois dias e irámais tipicamente durar pelo menos sete dias.

Em um outro aspecto, a presente invenção apresentaum preenchimento ionicamente condutor para ser utilizado emcavidades no concreto com um ânodo distinto menos nobre doque o aço que compreende substancialmente betume de cal emque o preenchimento é um preenchimento viscoso e maleável e obetume de cal é uma suspensão coloidal de cristais finos dehidróxido de cálcio em água.

Em um outro aspecto, a presente invenção apresentaa produção de um conjunto para ser utilizado na proteção deaço no concreto que compreende um elemento de metal desacrifício menos nobre do que o aço e um preenchimentoviscoso e maleável que retém as suas propriedades viscosas emaleáveis por pelo menos sete dias após a exposição àatmosfera e uma camada porosa em que a camada porosa éformada como um recipiente oco e o recipiente é pelo menos emparte preenchido com o preenchimento viscoso e maleável e oânodo é introduzido no preenchimento.

0 conjunto é uma unidade que é separada do concretoreforçado. Tal conjunto pode ser instalado nas grandescavidades formadas quando são feitos remendos em estruturasde concreto e será o preferido porque limita a quantidade depreenchimento viscoso e maleável que deve ser utilizada dealguma outra maneira nas cavidades grandes que formadas porrazões que não a necessidade de instalar ânodos de sacrifíciodistintos compactos no concreto.

É preferível que um espaço compressível sejaformado dentro do recipiente, e é preferível que esse espaçofique localizado adjacente ao elemento de metal desacrifício. É preferível vedar o recipiente para facilitar otransporte e a armazenagem do conjunto e, se o conjunto tiverque ser utilizado em um modo de corrente impressa, épreferível formar uma parte do recipiente que seja facilmenterompida para criar uma abertura para um espaço fora dorecipiente.

A Figura 1 mostra um exemplo de um ânodo quecompreende um elemento de metal de sacrifício [1] menos nobredo que o aço que é de preferência formado em torno de um fio[9] para formar um ponto de conexão, localizado em umacavidade [2] no concreto [3] em um preenchimento viscoso emaleável [4] . A reação anódica principal é a dissolução dometal de sacrifício. O elemento de metal de sacrifício éselecionado de preferência entre o alumínio, o zinco ou omagnésio ou então uma liga de alumínio, de zinco ou demagnésio.

O ânodo é de preferência um ânodo distinto compactoque pode ser embutido em uma cavidade pequena no concreto. Osexemplos de tais cavidades incluem furos de até 50 mm dediâmetro e 200 mm de comprimento que podem ser formadosmediante a retirada do núcleo ou perfuração, bem como calhasmais longas de até 30 mm de largura e 50 mm de profundidadeque podem ser cortadas na superfície concreta. Quando ascavidades são furos formados através de perfuração, épreferível manter o diâmetro abaixo de 30 mm. Um número deânodos é tipicamente distribuído sobre a estrutura deconcreto para proteger o aço embutido. A instalação dosânodos nas cavidades formadas no concreto aumenta a força deligação ou fixação entre o ânodo e o concreto e reduz o riscodo ânodo ser afastado do concreto.

O fio [9] é de preferência um condutor quepermanece passivo enquanto o ânodo é passado para ospotenciais positivos para aplicar uma densidade de correnteelevada fora de sua superfície.

O elemento de metal de sacrifício ésubstancialmente circundado por um preenchimento viscoso emaleável [4] e de preferência entra em contato direto com opreenchimento viscoso e maleável. O preenchimento não érígido e também não é um fluido que escorre. As propriedadesdo meio do preenchimento significam que ele pode se mover noespaço disponível adjacente quando sujeitado a uma pressão. Opreenchimento retém de preferência as suas propriedadesviscosas e maleáveis enquanto persiste uma taxa de produçãoelevada de produtos volumosos no elemento de metal desacrifício. A taxa de produção dos produtos está relacionadaà corrente retirada do elemento de metal de sacrifício. Asdensidades de corrente impressa elevadas podem ser obtidas aoutilizar uma fonte de alimentação CC e devem provavelmentepersistir por pelo menos dois a três dias embora sejam maistipicamente aplicadas por uma semana. As densidades decorrente iniciais elevadas podem se estender até três meses.Desse modo, o preenchimento deve reter as suas propriedadesviscosas e maleáveis por pelo menos 4 8 horas e irá reter depreferência essas propriedades por até três meses.

O preenchimento é ionicamente condutor parasuportar a reação de dissolução de metal no elemento de metalde sacrifício. A condutividade do preenchimento resultasubstancialmente de um ou mais sais dissociados dentro de umeletrólito contido no preenchimento. Os íons resultantes noeletrólito mantêm de preferência a atividade de sacrifício doânodo. Os exemplos de tais íons incluem íons hidroxila, íonssulfato e íons haleto. Os íons sulfato e haleto podem serpassados do concreto circundante ao preenchimento por umbreve tratamento de alta corrente impressa.

De preferência, o preenchimento endurece lentamenteno tempo, e depois de endurecer ele irá formar de preferênciaum material poroso fraco capaz de continuar a acomodar osprodutos volumosos da reação anódica que são gerados a umataxa mais lenta. É preferível que a força compressiva dopreenchimento não seja superior a 10 N/mm2, e com maispreferência não superior a 2 N/mm2.

Os exemplos de preenchimento incluem géis, argila,betume, e cimento retardado ou pasta de argamassa fina. Osprodutos de cimento endurecem pela reação com a água(hidratação). Portanto, eles podem endurecer sob a água. Aeste respeito, eles diferem de outros materiais depreenchimento sugeridos que só podem endurecer quandoexpostos ã atmosfera e, em alguns casos, as propriedadesviscosas e maleáveis podem ser parcialmente restauradasquando o preenchimento reidrata.

Os géis contêm tipicamente mais de 60% de água.Conforme observado na patente U.S. n°. 6.254.752, um teor deágua muito elevado é uma vantagem nos tratamentoseletroquímicos temporários destinados a aplicar correnteselevadas por um período breve depois do qual o sistema deânodo é removido. No entanto, a desidratação do gel resultaem um encolhimento que pode isolar o ânodo do concretocircundante se o ânodo for posicionado em uma cavidade. Esta é uma desvantagem se o ânodo for destinado a um uso por umtempo mais longo. Este será o caso quando o metal desacrifício restante depois de um tratamento de correnteimpresso a inicial é conectado ao aço para conferir proteçãode sacrifício ou galvânica.

Uma maior estabilidade dimensional pode ser obtidaatravés da redução do teor de água. Isto pode ser conseguidoutilizando uma dispersão de partículas sólidas finas em água.As partículas de argila têm menos de 5 micra de diâmetro ealgumas argilas contêm menos de 50% de água quando totalmente

saturadas. As partículas de limo terão diâmetros de até 50micra, e as partículas de areia serão maiores. A inclusão departículas maiores (limo e areia) melhora a estabilidadedimensional e resulta em um preenchimento mais graúdo, mas aspartículas finas são as preferidas quando o preenchimento éutilizado com um ânodo distinto compacto em uma cavidadepequena formada no concreto.

Os concretos e as argamassas incluem quantidadessubstanciais de areia e de partículas agregadas maiores, bemcomo relativamente pouca água. Quando eles são baseados no

uso de cimentos hidráulicos tais como cimento Portland, areação entre o cimento e a água irá produzir tipicamente ummaterial rígido em menos de doze horas. Essa reação pode serretardada mediante a adição de um agente de retardamento queretarda a reação de consolidação do cimento para reter aspropriedades viscosas e maleáveis da mistura da pasta deconcreto ou de argamassa ou do cimento por um período maislongo. A misturas baseadas em cimento endurecem de modo aformar materiais relativamente incompressíveis com forçascompressivas elevadas, o que é uma desvantagem, mas a forçapode ser reduzida e a porosidade aumentada mediante o aumentodo teor de água da mistura.

Um preenchimento preferido contém betume de calproduzido pelo abrandamento de cal virgem (CaO) para formaruma dispersão coloidal de cristais finos de hidróxido decálcio na água. 0 betume de cal maturado tem um volumerelativamente consistente e reage com o dióxido de carbono naatmosfera para formar um material poroso fraco que consisteprincipalmente em carbonato de cálcio que tem uma forçacompressiva de menos de 0,5 N/mm2. 0 betume de cal pode sermisturado com outros materiais para melhorar as propriedadesdo preenchimento. A argila parecida com betume de cal nãosedimenta quando saturada de água e as característicasparecidas com betume podem ser parcialmente restauradas apósum período curto de desidratação se ela for misturada comágua.

Um espaço é formado, no qual o preenchimento irá semover quando sujeitado a uma pressão. 0 espaço pode serformado fora da cavidade através de uma abertura. A Figura 1mostra um exemplo de tal abertura [5] que conecta a cavidadeao ambiente externo. Uma abertura larga do ambiente externopara a cavidade pode ser parcialmente preenchida com ummaterial de vedação [8] tal como uma pasta de cimento ou deargamassa, para inibir a perda rápida de umidade da cavidade.No final de um breve tratamento de corrente impressa elevadaquando a formação de produtos volumosos é desacelerada, épreferível vedar a abertura para o ambiente externo eutilizar um outro espaço dentro da cavidade para acomodar osprodutos volumosos.

Pode ser formado um espaço incluindo lacunas dentrodo preenchimento [6] ou lacunas dentro da cavidade [7] . 0espaço vazio pode ser criado utilizando um material de cargaque prenda um fluido compressível tal como o ar dentro dobetume ou dentro da cavidade. Um exemplo de um material decarga é um polímero em espuma fraco tal como espuma depoliestireno.

A Figura 2 mostra um exemplo de um outro arranjo doânodo onde um material compressível tal como espuma depoliestireno ou poliuretano [11] é unido ao elemento de metalde sacrifício [12] do ânodo para formar um espaçocompressível. Esse arranjo tem a vantagem que o materialcompressível fica localizado onde se faz mais necessário. 0uso de tiras de material compressível pode ser empregado paraguiar o ânodo para o centro da cavidade formada no concreto.

O ânodo e preenchimento podem ser montados como umaunidade separada antes da instalação em uma estrutura deconcreto. Isto pode ser conseguido através da formação de umrecipiente ou um molde poroso com uma abertura para facilitara colocação do preenchimento e do ânodo no recipiente. 0molde ou o recipiente poroso pode ser feito utilizando umacamada de cimento hidráulico ou de argamassa formada em umformato apropriado. O excesso de água no cimento resulta naformação de porosidade capilar à medida que o cimentohidrata. O molde ou o recipiente também pode ser formado deum material tal como papelão ou um pano poroso ou até mesmouma ou mais camadas de papel absorvente fino impregnado comum cimento hidráulico com uma elevada relação entre a água eo cimento. 0 uso de um cimento que consolida para formar ummaterial poroso tal como o cimento hidráulico resulta em umrecipiente ou um molde rígido.

0 preenchimento viscoso e maleável é instaladodentro do recipiente e o ânodo é introduzido nopreenchimento. O recipiente forma então uma camada porosaexterior do conjunto do ânodo. Um condutor conectado ao ânodose projeta do recipiente para facilitar a formação de umaconexão ao ânodo. A abertura para o recipiente pode servedada depois que o preenchimento e o ânodo estão instaladosno recipiente. Se for deixada uma abertura que expele opreenchimento ao ambiente externo, é preferível que orecipiente seja um recipiente rígido. Se não for deixadanenhuma abertura, é preferível que uma ou maiscaracterísticas esteja presente da lista que compreende umaparte do recipiente ou da vedação que é rompida facilmentepara criar uma abertura quando o ânodo é utilizado, uma partedo recipiente ou da vedação que é elastomérica, um espaçovazio compressível que está presente no recipiente. Essascaracterísticas são necessárias para acomodar a expansãodentro do conjunto do ânodo.

Exemplo

Um ânodo 15 mm de diâmetro e 100 mm de comprimentoque compreende uma barra de liga de alumínio conhecida comoespecificação MIL-A-24779(SH) da Marinha dos Estados Unidosque foi moldado em torno de um fio de titânio para facilitara conexão elétrica ao alumínio foi embutido em um betume decal em um furo de 25 mm de diâmetro e 130 mm de profundidadeem um bloco de concreto. O arranjo básico é mostrado naFigura 1. O bloco de concreto que mede 380 por 270 por 220 mmfoi feito ao utilizar um agregado de 20 mm de graduação dotipo todos-em-um e cimento Portland comum a uma relação de8:1. A relação entre a água e o cimento era de 0,6, e 4% empeso de íons cloreto de cimento foram adicionados à misturaao dissolver o cloreto de sódio na água da mistura. Uma folhade aço com uma área de superfície de 0,125 m2 foi incluída nobloco de concreto. O betume de cal foi produzido peloabrandamento e maturação de cal virgem e foi adquirido juntoa um fabricante de betume de cal e argamassas de cal. O furono bloco de concreto que contém o betume de cal e o ânodo foideixado aberto no ar. O bloco de concreto foi armazenado emum ambiente fechado seco e a temperatura variou entre 10 e20°C.

O ânodo e o aço foram conectados a uma fonte dealimentação CC de 12 volts por um período de treze diasdurante o qual uma carga de 65 kC foi aplicada do ânodo aoaço. A densidade de corrente aplicada do ânodo para osprimeiros onze dias é fornecida na Figura 2. Para a maiorparte desse tempo, a corrente aplicada do ânodo era maior doque 5.000 mA/m2. Durante esse período a água e os produtos daágua se acumularam no local do ânodo e se moveram para forado furo que contém o ânodo e o betume para a superfície doconcreto.

No final do período do tratamento de correnteimpressa, a fonte de CC foi removida e o ânodo foi conectadoao aço. A corrente galvânica fora do ânodo foi medidautilizando um resistor de 1 ohm como um sensor de corrente naconexão entre o ânodo e o aço. A densidade de correnteaplicada do ânodo que age puramente em um modo galvânico paraos quarenta dias seguintes é fornecida na Figura 3. Para amaior parte desse período, a densidade de corrente aplicadado ânodo ficou entre 500 e 600 mA/m2. Isto indica que um grauelevado de ativação do ânodo foi obtido ao passar o cloretodo concreto para o preenchimento em torno do elemento demetal de sacrifício durante o tratamento de correnteimpressa.

Claims (25)

1. USO DE UM ÂNODO E UM PREENCHIMENTO PARAPROTEGER O AÇO NA CONSTRUÇÃO DE CONCRETO REFORÇADO,caracterizado pelo fato de compreender:a formação de uma cavidade no concreto ea colocação do preenchimento e do ânodo na cavidadeeo direcionamento de uma corrente do ânodo ao aço noconcreto utilizando uma fonte de alimentação ea desconexão da fonte de alimentação e a conexão doânodo diretamente ao aço, em queo preenchimento é um material do tipo mástiqueflexível e viscoso eo preenchimento é ionicamente condutor eo ânodo compreende um elemento de metal desacrifício menos nobre do que o aço.

2. USO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a carga aplicada pela fonte dealimentação ao aço é maior do que 50 kC por m2 da superfíciede aço.

3. USO, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a cargaaplicada pela fonte de alimentação ao aço é menor do que 500kC por m2 da superfície de aço.

4. USO, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a fontede alimentação passa a corrente do ânodo ao aço por menos detrês meses.

5. USO, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que a fonte de alimentação dopassa a corrente do ânodo ao aço por menos de um mês.

6. USO, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que umespaço está presente para acomodar o movimento dopreenchimento quando o preenchimento é colocado sob pressão.

7. USO, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que aspropriedades flexíveis viscosas do preenchimento são mantidaspor pelo menos 4 8 horas.

8. USO, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que opreenchimento é acondicionado em um cartucho lacrado einjetado diretamente na cavidade do cartucho.

9. USO, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que acavidade é um furo formado por meio de escariação ouperfuração.

10. USO, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que acavidade é um furo de não mais de 50 mm de diâmetro e 200 mmde comprimento.

11. USO, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que acavidade é um entalhe chanfrado na superfície de concreto.

12. COMBINAÇÃO DE UM ÂNODO E UM PREENCHIMENTO,adaptado para ser utilizado em qualquer uma dasreivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de queo preenchimento é um material do tipo mástiqueflexível e viscoso adaptado para encher uma cavidade formadano concreto eo preenchimento é um material ionicamente condutor,em que a condutividade do preenchimento originaprincipalmente de um ou mais sais dissociados na água contidadentro do preenchimento eo ânodo compreende um elemento de metal desacrifício eo ânodo e o preenchimento são adaptados parainserir o ânodo no preenchimento eo elemento de metal de sacrifício é conectado a umcondutor passivo para formar uma conexão de ânodo de correnteimpressa eo condutor passivo não sofre mais corrosão do queum condutor eletroquimicamente passivo quando o seu potencialê elevado 5 00 mV acima do potencial de um eletrodo dereferência de cobre/sulfato de cobre saturado.

13. COMBINAÇÃO, de acordo com a reivindicação 12,caracterizada pelo fato de que o condutor passivo não sofremais corrosão do que um condutor eletroquimicamente passivo oquando seu potencial é elevado 2.000 mV acima do potencial deum eletrodo de referência de cobre/sulfato de cobre saturado.

14. COMBINAÇÃO, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 12 a 13, caracterizada pelo fato de que umelemento compressível é unido ao elemento de metal desacrifício.

15. COMBINAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 ou 14, caracterizada pelo fato de que opreenchimento é acondicionado em um cartucho adaptado parainjetar o preenchimento do cartucho nas cavidades formadas emuma estrutura de concreto.

16. COMBINAÇÃO DE UM ÂNODO E UM PREENCHIMENTO, adaptado para ser utilizado em qualquer uma dasreivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de queo preenchimento é um material do tipo mástiqueflexível e viscoso adaptado para encher uma cavidade formadano concreto e o preenchimento é um material ionicamente condutor,em que a condutividade do preenchimento originaprincipalmente de um ou mais sais dissociados na água contidadentro do preenchimento eo ânodo compreende um elemento de metal desacrifício eo ânodo e o preenchimento são adaptados parainserir o ânodo no preenchimento eo preenchimento é acondicionado em um cartuchoadaptado para injetar o preenchimento do cartucho nascavidades formadas em uma estrutura de concreto.

17. COMBINAÇÃO, de acordo com a reivindicação 16,caracterizada pelo fato de que o preenchimento é adaptadopara manter as suas propriedades flexíveis viscosas por pelomenos um mês enquanto for separado da atmosfera.

18. COMBINAÇÃO, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 16 ou 17, caracterizada pelo fato de que opreenchimento é um mástique flexível viscoso.

19. COMBINAÇÃO, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 16 a 18, caracterizada pelo fato de que opreenchimento endurece para formar um material poroso fraco.

20. COMBINAÇÃO, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 16 a 19, caracterizada pelo fato de que aforça de compressão do preenchimento não excede 5 N/mm2.

21. COMBINAÇÃO, de acordo com a reivindicação 20,caracterizada pelo fato de que a força de compressão dopreenchimento não excede 2 N/mm2.

22. COMBINAÇÃO, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 16 a 21, caracterizada pelo fato de que opreenchimento compreende substancialmente partículas sólidasfinas e água, e as partículas sólidas finas têm menos de 3 0micra de diâmetro.

23. COMBINAÇÃO, de acordo com a reivindicação 22,caracterizada pelo fato de que as partículas sólidas finastêm menos de 5 micra de diâmetro.

24. COMBINAÇÃO, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 16 a 23, caracterizada pelo fato de que o teorde água do preenchimento é menor do que 60% do peso dopreenchimento.

25. COMBINAÇÃO, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 16 a 24, caracterizada pelo fato de que opreenchimento compreende substancialmente mástique de cal.