Papel do fósforo como elemento de microliga e seu efeito nas características de corrosão de vergalhões de aço em ambiente de concreto

Oct 19, 2023

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 12449 (2022) Citar este artigo

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Esta comunicação relata o efeito do fósforo (P) adicionado em faixa de microconcentração no aço na cinética, mecanismo e crescimento do filme passivo em contato com concreto contaminado com cloreto. Espectroscopia de impedância eletroquímica, polarização de corrente contínua, perda de massa e técnicas espectroscópicas Raman foram utilizadas para chegar aos resultados. Os resultados mostraram que uma adição intencional de P no aço (0,064%) o torna mais propenso à corrosão uniforme e localizada (cerca de 1,1 e 1,7 vezes) do que o aço com baixo teor de fósforo (< 0,016%, presente como elemento residual) exposto sob condições úmidas. / condições secas em solução de poros simulados adicionada de cloreto e na ausência deste íon. Efeito semelhante também é observado para os vergalhões embutidos em argamassas. A identificação de produtos de corrosão formados na superfície das barras de aço por espectroscopia Raman revela fases de maghemita e goethita termodinamicamente estáveis ​​na superfície do aço com baixo teor de P. A fase instável da lepidocrocita é registrada na superfície de vergalhões de aço com alto teor de fósforo. As descobertas são discutidas com evidências experimentais e com base em pistas da literatura publicada para chegar a um mecanismo plausível para esse comportamento.

Muitos elementos metálicos e não metálicos, nomeadamente carbono, enxofre, manganês, cobre, vanádio, nióbio, fósforo, etc., são adicionados aos aços em faixas de microconcentração para obter melhorias em suas propriedades. O levantamento da literatura revela que pesquisadores do passado descobriram que os elementos adicionados melhoravam1,2 ou deterioravam3,4,5 as propriedades dos aços. Informações muito limitadas sobre o seu papel na alteração das características de corrosão, especialmente em ambientes de concreto dos aços microligados resultantes, estão disponíveis na literatura6,7,8. O mesmo acontece com o fósforo adicionado aos aços. Este elemento segrega nos limites dos grãos dos aços causando fragilidade e afetando negativamente a tenacidade à fratura3,4,5. Em vista disso, o teor de P nos aços é mantido em níveis mínimos por algumas normas internacionais9. Vergalhões embutidos no concreto sofrem cargas estáticas e dinâmicas durante sua vida útil. Algumas normas internacionais para aços usados ​​para laminar vergalhões limitam, portanto, o teor máximo de P na química desses aços. Quando a soldabilidade e a ductilidade aprimorada são necessárias, são especificados vergalhões que atendem ao padrão ASTM A7069. ASTM A706 limita o teor de fósforo a 0,035%. Por outro lado, nos EUA e em muitos outros países, a ASTM A61510 é amplamente utilizada e trata de vergalhões para reforço de concreto sem limitação no teor de fósforo. A presente investigação centra-se neste tipo de vergalhão que tem uma utilização muito maior na indústria da construção em betão.

Sabe-se que o maior teor de P no aço melhora a resistência à corrosão atmosférica de estruturas fabricadas com tais aços1,2. Alguns fabricantes de vergalhões em certos países que esperam o mesmo efeito adicionam fósforo extra aos aços usados ​​para laminar os vergalhões. Os vergalhões laminados a partir de sucata também contêm maior teor de fósforo. A desfosforização de sucatas de aço é um processo caro e difícil de atingir o limite aceitável deste elemento. Diante dos fatos acima, é importante conhecer o efeito do teor de P nas armaduras sobre a sua resistência à corrosão exposta em ambientes de concreto contaminados com cloretos. A pesquisa bibliográfica revela que a adição extra de P nos aços geralmente tem um efeito deteriorante na sua resistência à corrosão exposta em ambientes com alta umidade e teor de água. Kim et al.11 relataram um efeito adverso da liga de P em aço-carbono na sua resistência à corrosão em um sistema de dessulfurização de gás e atribuíram-no ao aumento da reação de evolução de hidrogênio. Efeito semelhante também foi relatado por Uhlig12 e Cleary e Greene13. Windisch et al.14 encontraram efeito adverso deste elemento adicionado ao aço e testado em solução de nitrato de cálcio. Os autores atribuíram isso ao efeito desestabilizador do fosfato (gerado pela ionização do P do aço em corrosão) no filme semiprotetor de Fe3O4. Krautschick et al.15 relataram o efeito acelerador do P e atribuíram-no à formação de uma espécie Pδ- com carga negativa que acelerou o ataque. P exibiu um efeito aumentador na fissuração por corrosão sob tensão de aços em diferentes meios de teste .