Concrete realkalization subject to carbonation: Systematic review of the literature on treatment methods, efficacy and reaction mechanisms

Moraes, Maryah Costa de; Cascudo, Oswaldo; Oliveira, Andrielli Morais de; Carasek, Helena

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Sumário

Artigos • Matéria (Rio J.) 29 (3) • 2024 • https://doi.org/10.1590/1517-7076-RMAT-2024-0240 copy

Concrete realkalization subject to carbonation: Systematic review of the literature on treatment methods, efficacy and reaction mechanisms

Authorship SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

ABSTRACT

Chemical realkalization (CRA) and electrochemical realkalization (ERA) are procedures used to repair concrete structures subject to corrosion in reinforcement due to carbonation. The premise is to raise the pH of the concrete pore solution, with the aim of restructuring the passive film of the reinforcement. RAE has been applied to structures for 40 years and is effective in restructuring the passive film. The CRA is a little discussed method in scientific circles. This paper synthesizes information on these methods, through a Systematic Literature Review (SLR) and snowballing technique, with the adherence of 24 works where the main methods of applying treatments, alkaline solutions and physical-chemical reactions. A comparative analysis was carried out between ERA and CRA, although being governed by different mechanisms both raised the pH of the carbonation front to a value higher than 12, were effective in a period less than 15 days, and were also capable of restructuring the passive film of reinforcement in systems with mass loss due to corrosion below 0.25%. The main gaps are CRA reaction mechanisms, changes in concrete properties, duration of both treatments and greater predisposition to the alkali-aggregate reaction after treatment.

Keywords:
Reinforced Concrete; Corrosion; Carbonation; Chemical Realkalization; Eletrochemical Realkalization

ETAPA	CRITÉRIOS DE INCLUSÃO
Leituras de títulos e resumos	Aderência ao tema
Leitura na íntegra	Descrição do método de tratamento adotado
	Eficácia e duração do tratamento
	Análises por métodos eletroquímicos
	Análises microestruturais
	Mecanismos de reação
Relevância científica	Periódicos > normatizações > livros > teses > dissertações > congressos > produtos comerciais

ETAPA DE FILTRAGEM	QUANTIDADE
ETAPA DE FILTRAGEM	PORTFOLIO SEMINAL	SNOWBALLING
Resultado das buscas	292	39
Duplicados	75	7
Excluídos por título	150	7
Excluídos por resumo	35	1
Excluídos por relevância científica	6	11
Documentos não disponíveis	8	7
Portfólio	18	6

AUTORES	CORRENTE ELÉTRICA	TIPO DE MALHA	SOLUÇÃO ALCALINA	SUSTENTAÇÃO DO ELETRÓLITO	DURAÇÃO DO TRATAMENTO
BANFILL [³⁷[37] BANFILL, P., “Re-alkalisation of carbonated concrete – effect on concrete properties”, Construction & Building Materials, v. 11, n. 4, pp. 255–258, 1997. doi: http://doi.org/10.1016/S0950-0618(97)00045-7. https://doi.org/10.1016/S0950-0618(97)00... ]	1,0 A/m²	Titânio	Na₂CO₃	Parcialmente imerso	–
YEIH e CHANG [¹¹[11] YEIH, W., CHANG, J., “A study on the efficiency of electrochemical realkalisation of carbonated concrete”, Construction & Building Materials, v. 19, n. 7, pp. 516–524, 2005. doi: http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2005.01.006. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.20... ]	0,8 A/m² 1,2 A/m² 2 A/m²	Titânio	Na₂CO₃ (1M)	–	7, 14 e 21 dias
CASTELLOTE et al. [³⁴[34] CASTELLOTE, M., LLORENTE, I., ANDRADE, C., et al., “In-situ monitoring the realkalisation process by neutron diffraction: Electroosmotic flux and portlandite formation”, Cement and Concrete Research, v. 36, n. 5, pp. 791–800, 2006. doi: http://doi.org/10.1016/j.cemconres.2005.11.014. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2005... ]	72 V	Titânio	Na₂CO₃ (1M)	–	–
TONG et al. [¹³[13] TONG, Y., BOUTEILLER, V., MARIE-VICTORIE, E., et al., “Efficiency investigations of electrochemical realkalisation treatment applied to carbonated reinforced concrete — Part 1: sacrificial anode process”, Cement and Concrete Research, v. 42, n. 1, pp. 84–94, 2012. doi: http://doi.org/10.1016/j.cemconres.2011.08.008. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2011... ]	0,40 a 1,86 mA/m²	Ânodo de sacrifício – Alumínio	Na₂CO₃ (1M)	Polpa de celulose	33 dias
BERTOLINI et al. [³⁸[38] BERTOLINI, L., CARSANA, M., RADAELLI, E., “Conservation of historical reinforced concrete structures damaged by carbonation induced corrosion by means of electrochemical realkalisation”, Journal of Cultural Heritage, v. 9, n. 4, pp. 376–385, 2008. doi: http://doi.org/10.1016/j.culher.2008.01.006. https://doi.org/10.1016/j.culher.2008.01... ]	0,8 A/m²	Aço galvânico; Titânio	Na₂CO₃ (1M)	Polpa de celulose	17 dias
ARAÚJO [⁹[9] ARAÚJO, F.W.C., “Estudo da repassivação da armadura em concretos carbonatados através da técnica de realcalinização química”, Tese de D.Sc., Universidade de São Paulo, São Paulo, 2009.]	1,0 A/m²	Aço inoxidável	Na₂CO₃ KOH Ca(OH)₂	Uma face imersa	14 dias
GONZÁLEZ et al. [³⁹[39] GONZÁLEZ, F., FAJARDO, G., ARLIGUIE, G., et al., “Electrochemical realkalisation of carbonated concrete: an alternative approach to prevention of reinforcing steel corrosion”, International Journal of Electrochemical Science, v. 6, n. 12, pp. 6332–6349, 2011. doi: http://doi.org/10.1016/S1452-3981(23)19684-2. https://doi.org/10.1016/S1452-3981(23)19... ]	1,0 A/m²	Titânio	Na₂CO₃ (1M); K₂CO₃ (1M);	Parcialmente imerso	20 dias
RIBEIRO et al. [¹²[12] RIBEIRO, P., MEIRA, G., FERREIRA, P., et al., “Electrochemical realkalisation of carbonated concretes – Influence of material characteristics and thickness of concrete reinforcement cover”, Construction & Building Materials, v. 40, pp. 280–290, 2013. doi: http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2012.09.076. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.20... ]	2,0 A/m²	Titânio	Na₂CO₃ (1M)	Imerso	8 a 18 dias
FRANZONI et al. [⁴⁰[40] FRANZONI, E., VARUM, H., NATALI, M.E., et al., “Improvement of historic reinforced concrete/mortars by impregnation and electrochemical methods”, Cement and Concrete Composites, v. 49, pp. 50–58, 2014. doi: http://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2013.12.013. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.201... ]	1,0 A/m² e 2,0 A/m²	Gaiola metálica	Na₂CO₃ (1M)	Parcialmente imerso	72 h e 48 h, em função da corrente
AGUIRRE et al. [⁴¹[41] AGUIRRE, A.M., GUTIÉRREZ, R.M.D., RESTUCCI, J.P., et al., “Study of a repair technique in carbonated blended mortars: electrochemical re-alkalization”, Dyna, v. 83, n. 196, pp. 93–99, 2016. doi: http://doi.org/10.15446/dyna.v83n196.49249. https://doi.org/10.15446/dyna.v83n196.49... ]	1,0 A/m²	Aço galvanizado	Na₂CO₃ (1M)	Polpa de celulose	15 dias
AGUIRRE-GUERRERO e GUTIÉRREZ [¹⁴[14] AGUIRRE-GUERRERO, A., GUTIÉRREZ, R., “Efficiency of electrochemical realkalisation treatment on reinforced blended concrete using FTIR and TGA”, Construction & Building Materials, v. 193, pp. 518–528, 2018. doi: http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.10.195. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.20... ]	1,0 A/m²	Aço inoxidável	Na₂CO₃ (1M)	Fibra de celulose	7, 15 e 21 dias
ZHU et al. [⁴²[42] ZHU, P., ZHANG, J., QU, W., “Long-term effects of electrochemical realkalization on carbonated concrete”, Frontiers of Structural and Civil Engineering, v. 14, n. 1, pp. 127–137, 2020. doi: http://doi.org/10.1007/s11709-019-0583-x. https://doi.org/10.1007/s11709-019-0583-... ]	3,0; 5,0 e 10,0 A/m²	Malha de aço	Na₂CO₃ (1M)	–	14 e 28 dias
UEDA et al. [¹⁹[19] UEDA, T., TAKAHASHI, H., NANASAWA, A., et al., “Influence of degree of deterioration and electrolyte solution on repair effect of realkalization for reinforced concrete”, Journal of Advanced Concrete Technology, v. 19, n. 9, pp. 988–998, 2021. doi: http://doi.org/10.3151/jact.19.988. https://doi.org/10.3151/jact.19.988... ]	1,0 A/m²	Titânio	K₂CO₃ (1,5 M); Li₂CO₃ (0,18 M);	Imerso	14 dias
PAAT ESTRELLA et al. [¹⁵[15] PAAT ESTRELLA, J.D.L.A., MIAM CUEVAS, J.A., BANDALA, E.E., et al., “Electrochemical re-alkalinization applied to carbonated concrete beams samples under the criteria of three standards”, Revista ALCONPAT, v. 12, n. 3, pp. 347–361, 2022. doi: http://doi.org/10.21041/ra.v12i3.619. https://doi.org/10.21041/ra.v12i3.619... ]	1,0; 2,0 e 4,0 A/m²	Malha de aço galvanizado	Aço galvanizado	Parcialmente imerso	7 a 28 dias

AUTORES	MATERIAL	CARBONATAÇÃO	SOLUÇÃO E CONCENTRAÇÃO (mol/L)	APLICAÇÃO	PERÍODO PARA REALCALINIZAÇÃO
TEIXEIRA [⁴⁵[45] TEIXEIRA, F.A., “Realcalinização do concreto carbonatado empregando solução rica em álcalis”, Tese de M.Sc., Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2002.]	Argamassa a/c = 0,4 CP I–S; CP II–F; CP III; CP IV; CP V-ARI	Carbonatação em câmara de CO₂	Na₂CO₃ (1,89M)	2 dias imerso e 5 dias de secagem (T = 25°C; UR = 50%)	Para realcalinizar 2,5 cm de 5 a 15 dias;
ARAÚJO [⁴⁶[46] ARAÚJO, F.W.C., “Contribuição à viabilização da técnica de realcalinização do concreto carbonatado através da absorção/difusão de soluções alcalinas”, Tese de M.Sc., Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2004.]	Argamassa a/c = 0,5	Carbonatação em câmara de CO₂	Na₂CO₃ (0,94M); KOH (2,67M); Tripla1;	2 dias imerso e 5 dias de secagem (T = 25°C; UR = 50%)	Para realcalinizar 2,5 cm de 28 a 63 dias;
SÁ [⁴⁸[48] SÁ, R., “Influência da realcalinização por meio da absorção/difusão de soluções alcalinas na resistência à compressão do concreto, na aderência de tintas e vernizes e na repassivação da armadura”, Tese de M.Sc., Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2006.]	Argamassa a/c = 0,5	Carbonatação em câmara de CO₂ por 42 d (profundidade carbonatação = 2,5 cm)	Na₂CO₃ (0,94M); KOH (2,67M); Tripla1;	2 dias imerso e 5 dias de secagem (T = 25°C; UR = 50%)	Para realcalinizar 2,5 cm: 34 dias com KOH; 59 dias com tripla; 73 dias com Na₂CO₃;
MOREIRA [⁴⁷[47] MOREIRA, C., “Realcalinização de estruturas de concreto carbonatado com utilização de gel saturado de solução alcalina”, Tese de M.Sc., Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2006.]	Concreto a/c = 0,7	Carbonatação em câmara de CO₂ por 180 dias (até despassivar)	Tripla²	Imersão	Para realcalinizar 1,5 cm: 5 dias imerso; 7 dias com gel saturado;
ARAÚJO [⁹[9] ARAÚJO, F.W.C., “Estudo da repassivação da armadura em concretos carbonatados através da técnica de realcalinização química”, Tese de D.Sc., Universidade de São Paulo, São Paulo, 2009.]	Concreto a/c = 0,65	Carbonatação acelerada: CO₂ = 10%; T = 23°C; UR = 75%;	Na₂CO₃ (1M); KOH (2,5M); Ca(OH)₂ (Saturada);	2 dias imerso e 3 dias de secagem (Estufa T = 40°C)	Para realcalinizar 1,5 cm: 63 dias com Na₂CO₃; 47 dias com KOH;
RÉUS [⁵⁰[50] RÉUS, G., “Realcalinização química como meio de recuperação de estruturas de concreto armado carbonatadas”, Tese de M.Sc., Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2017.]	Concretos com variadas adições (CCA, SA, Fíler e MK) e a/c = 0,7;	Carbonatação acelerada por 18 semanas: CO₂ = 5%; T = 40°C; UR = 60%	NaOH (3,75M); KOH (2,67M); Ca(OH)₂ (Saturada); Tripla1	Imersão; Manta; Spray; Trincha; (5 demãos, de 30 min)	Para realcalinizar 1,6 cm: 14 dias com KOH; 31 dias com NaOH, Tripla e Comercial;
RÉUS [¹⁶[16] RÉUS, G.C., “Elevação da alcalinidade do concreto e restauração da camada de passivação do aço por meio da realcalinização química”, Tese de D.Sc, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2022.]	Concretos com variados tipos de cimento (CP II–F, CP II-Z, CP IV e CP V-ARI) e a/c = 0,7;	Carbonatação acelerada: CO₂ = 5%; T = 23°C; UR = 65%	KOH (2,67); NaOH (3,75M); Na₂O.SiO₂; Tensoativo (ácido sulfônico); Pré-tratamento com H₂SO₄;	Imersão	Para realcalinizar 1,5 cm: de 16 a 36 dias A utilização de tensoativo ou pré-tratamento não foi eficiente, assim como Na₂O.SiO₂.

Laboratório de Hidrogênio, Coppe - Universidade Federal do Rio de Janeiro, em cooperação com a Associação Brasileira do Hidrogênio, ABH2 Av. Moniz Aragão, 207, 21941-594, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, Tel: +55 (21) 3938-8791 - Rio de Janeiro - RJ - Brazil
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[1] Autor Responsável: Maryah Costa de Moraes, e-mail: maryahcmoraes@gmail.com, andriellimorais@ufg.br, ocascudo@ufg.br, hcarasek@ufg.br