Aditivos para CAA

A ABNT NBR 11768:2011 define aditivos para concreto, de uma forma geral, como materiais que são adicionados durante o preparo do concreto para alterar suas

propriedades tanto no estado fresco como no endurecido. Estes materiais não devem ultrapassar quantidades superiores a 5% da massa dos materiais aglomerantes do concreto.

Aditivos de alta redução de água ou superplastificantes em conformidade com as normas vigentes em cada país são componentes essenciais do CAA, pois são responsáveis pela sua principal característica, a fluidez. Os aditivos modificadores de viscosidade (AMV) também podem ser utilizados para ajudar a aumentar a coesão, reduzir a segregação prevenindo a exsudação, devido as variações nos outros componentes, especialmente quanto ao teor de umidade. Outros aditivos, incluindo incorporadores de ar, aceleradores e retardadores de pega podem ser usados da mesma forma como no CCV, mas deve-se consultar o fabricante do aditivo sobre quantidades limites e tempo de incorporação desses aditivos na mistura (EFENARC, 2005, Gomes e Barros, 2009).

Os aditivos mais utilizados no CAA são os superplastificantes (SP) e os modificadores de viscosidade:

a) Superplastificantes (SP)

O concreto autoadensável (CAA) precisa de material aditivo para fornecer alta capacidade de trabalho e alta fluidez. Este material aditivo é o superplastificante (SP), do qual existem vários tipos para serem utilizados conforme a necessidade da aplicação. Os superplastificantes tem capacidade para reduzir o teor de água em até 30%, podendo otimizar a quantidade de cimento e outros agentes aglomerantes. Tem que se tomar cuidado com o uso indiscriminado de superplastificantes, pois além do alto custo o uso de altas dosagens podem gerar exsudação e segregação (Herbudiman e Saptaji, 2013).

A ABNT NBR 11768:2011 classifica os superplastificantes em dois tipos:

 Tipo I: de elevada redução de água, isto é apresenta uma redução do consumo de água superior ou igual a 5% em relação ao concreto de referência;

 Tipo II: de elevadíssima redução de água, isto é apresenta uma redução do consumo de água superior ou igual a 12% em relação ao concreto de referência.

Ainda segundo a ABNT NBR 11768:2011 estes redutores de água ainda podem ser subdivididos em função de propriedades secundárias de alteração da pega, como redutores, aceleradores ou de pega normal.

Para Okamura (2003) os requisitos para o aditivo superplastificante adequado a concreto autoadensável estão resumidos abaixo:

 Alto efeito de dispersão para um baixo teor de água / pó (aglomerantes): menor que aproximadamente 100% em volume;

 Manutenção do efeito de dispersão de pelo menos duas horas após a mistura;

 Menor suscetibilidade às variações de temperatura.

Segundo Hartmann e Helene (2003) os aditivos podem ser dispostos em quatro grupos segundo sua composição química, conforme tabela 8:

Tabela 8 - Grupos de aditivos e suas características

Grupo químico Características

Lignossulfonatos (LS) Incorporam ar e tem efeito retardor de pega Naftaleno sulfonato ou Naftaleno (NS) Não incorporam ar e pouca interferência na pega Melamina Sulfonato ou Melamina (MS) Incorpora pouco ar, tende à retardar pouco a pega Policarboxilatos (PC) Mais eficientes, maior tempo de manutenção do

abatimento

Os aditivos LS são considerados como redutores de água normais e conhecidos como plastificantes de primeira geração. Podem ser usados em alguns casos como superplastificantes. Os aditivos NS e MS são conhecidos comercialmente como superplastificantes de segunda geração. Tem menos efeitos colaterais que os de primeira geração e permitem uma redução do consumo de água de até 25% (Tutikian e Dal Molin, 2008). Estes aditivos funcionam por repulsão eletrostática, este fenômeno causa a polarização das partículas de cimento atraindo as partículas de água para elas evitando a floculação e provocando a dispersão do sistema, o que significa maior fluidez e menor necessidade de água na mistura (Hartmann e Helene, 2003; Mehta e Monteiro, 2008). A figura 12 traz um esquema das ligações químicas dos aditivos de 1ª e 2ª geração e da dispersão das partículas de cimento na presença do aditivo.

Figura 12- (a) Estrutura típica dos aditivos superplastificantes NS e MS; (b) atuação dos grupos aniônicos dos aditivos na superfície do grão de cimento; (c) comportamento das partículas do cimento antes e depois da

adição dos superplastificantes. Fonte : Kreijger

A figura 13 mostra imagens das partículas de cimento floculadas em uma suspensão com água e dispersas em presença de aditivo superplastificante.

Figura 13- Micrografias de dispersão do cimento em água: (a) antes sem aditivo; (b) com aditivo. Fonte: Mehta e Monteiro (2008).

Os superplastificantes a base de policarboxilatos também atuam por meio de repulsão eletrostática, mas este não é o seu mecanismo dominante, porém o seu principal meio de atuação é a repulsão estérica, onde um lado do polímero se liga ao grão de cimento e outro forma uma barreira física em forma de pente o que evita a aproximação de outros grãos, provocando assim uma forte dispersão (Hartmann e Helene, 2003; Mehta e Monteiro, 2008). A figura 14 traz o esquema de atuação dos policarboxilatos.

Devido a sua forma de atuação, os aditivos a base de policarboxilatos, tem a duração dos seus efeitos dispersivos mantida durante muito mais tempo, isto significa uma manutenção do abatimento ou da plasticidade e trabalhabilidade do concreto por um maior período, assim com menores dosagens do PC consegue-se melhores efeitos que os demais aditivos LS, NS e MS (Mehta e Monteiro (2008). Zang et al (2015), em seu estudo com pastas de cimento, relatam o melhor efeito sobre fluidez e a manutenção da viscosidade das argamassas, porém em experimentos em CCV feitos por Hartmann e Helene (2003) foram encontrados segundo os autores dados que contrariam a maior parte da literatura sobre os aditivos PC. Tutikian e Dal Molin (2008) consideram os superplastificantes PC como os mais indicados para execução de CAA.

b) Aditivos Modificadores de Viscosidade (AMV)

Aditivos que modificam a coesão do CAA, sem alterar significativamente a sua fluidez são chamados modificadores da viscosidade (VMA). Estes aditivos são usados em CAA para minimizar o efeito das variações do teor de água, dos finos nas areias ou a da sua distribuição granulométrica, tornando o CAA mais coeso e menos sensível à pequenas variações nas proporções e condição de outros materiais constituintes do concreto. A sua utilização não deve substituir um bom projeto de dosagem e os cuidados com a seleção dos outros materiais componentes do CAA (EFNARC, 2005).

Os VMAs são constituídos de cadeias poliméricas de alto peso molecular a base de polissacarídeos ou de base inorgânica (Tutikian e Dal Molin, 2008). Segundo EFNARC (2006) a maioria dos VMAs são baseados em polímeros de elevado peso molecular com uma elevada afinidade para a água. Eles funcionam por interação dos grupos funcionais de moléculas com a água e as superfícies dos finos. O VMA apresenta uma estrutura tridimensional na fase líquida da mistura aumentando o limite de cisalhamento e a viscosidade da pasta.

Alguns VMAs são baseados em materiais inorgânicos tais como sílica coloidal amorfa com pequenas partículas insolúveis, não difusíveis, mas suficientemente pequenas para permanecerem suspensas em água sem sedimentação. Por interação iônica do cálcio e sílica do cimento um gel tridimensional é formado, o qual aumenta a viscosidade da pasta.

Esta estrutura também aumenta a distância entre as partículas e pode também aumentar o limite de escoamento. A estrutura tridimensional do gel contribui para o controle da reologia da mistura, melhorando a uniformidade e a suspensão das partículas de agregado e assim reduz qualquer tendência para a exsudação, segregação e sedimentação (EFNARC, 2006). A figura 15 mostra o esquema da ação do VMA.

Figura 15 - Esquema de ação do VMA. Fonte: (www.basf.com.br)

Segundo Sari et al. (1999), a capacidade de fluxo e a viscosidade da mistura de CAA são controlados através da utilização de superplastificante (SP) e aditivos modificadores da viscosidade (VMA), respectivamente. Os VMA são aditivos de elevado peso molecular, polímeros orgânicos solúveis em água que são utilizadas para estabilizar as propriedades reológicas e de consistência CAA. Misturas com SP são muito sensíveis a pequenas majorações no fator água/pó. Qualquer mudança neste fator aumenta a probabilidade de segregação e exsudação. Isso muitas vezes é observado na produção de CAA. Os resultados da pesquisa de Nagataki e Fujiwara (1995; apud Piekarczyk, 2013) mostram que o CAA com valor de espalhamento maior que 700 mm pode segregar.

Para Piekarczyk (2013), essencialmente os VMAs aumentam a viscosidade e, assim, engrossam a mistura para evitar a segregação. Esta viscosidade é construída por meio da associação e emaranhamento de cadeias poliméricas do VMA, a uma taxa de corte baixa, o que inibe o fluxo excessivo e aumenta a viscosidade. Ao mesmo tempo, adicionado o VMA

ao CAA pode provocar um efeito de diminuição da viscosidade, se houver aumento na taxa de cisalhamento. Existem vários tipos de VMAs, a maioria dos quais são compostos de um polímero ou materiais à base de celulose, que '' agarra e segura '' água. O aspecto mais importante é que eles não alteram quaisquer propriedades da mistura, exceto a viscosidade. O VMA pode ser usado sozinho, mas são mais comumente usados com superplastificantes. Nesta combinação, os superplastificantes assumem o papel de melhorar o fluxo, enquanto os VMAs agem para proporcionar estabilidade a mistura.

Ainda, segundo a pesquisa de Piekarczyk (2013), há que se tomar cuidado na combinação dos tipos de SP com os tipos de VMA da mistura, pois ocorre incorporação de ar. Deve-se tomar cuidado com a porcentagem de ar incorporado e com o tamanho das bolhas de ar formadas, pois vão afetar diretamente a resistência e absorção de água do concreto já endurecido.

Segundo os resultados de estudos realizados em argamassas por Fiorentin et al. (2012), um comparativo de desempenho entre VMA e fíler calcário, observou-se que os dois materiais obtiveram uma proximidade de desempenho em propriedades do estado fresco como controle da exsudação e segregação, com melhor fluidez para o filer. O filer calcário além do melhorar controle sobre a exsudação e a segregação tornou as misturas mais homogêneas, pois diminui a disponibilidade de água, levando a argamassa à resistências superiores as das argamassas que continham VMA que incorpora ar a mistura.

A EFNARC (2006) lista alguns benefícios do VMA para o CAA:

 Menor sensibilidade as variações no teor de umidade do agregado;

 Minimiza os efeitos de pequenas alterações nas propriedades dos materiais;

 Diminui a necessidade de materiais finos;

 Reduz o nível de controle na produção;

 Permite o uso de misturas mais fluidas sem o risco de segregação;

 Reduz o risco de segregação e exsudação;

 Reduz a pressão nas formas por efeito tixotrópico;

A EFNARC (2005) mostra que os VMAs não podem ser utilizados indiscriminadamente e que para sua correta utilização todo o processo de dosagem assim como a qualidade dos materiais devem ser verificados cuidadosamente. Também menciona que a maioria dos VMAs tem aplicação específica e assim como a escolha correta e de acordo com aplicação indicada é necessária a otimização da dosagem, o que pode ser conseguido com as orientações do fabricante. A maioria dos VMAs são utilizados com baixa dosagem e tem pequeno efeito sobre outras propriedades do concreto, entretanto a superdosagem pode ocasionar problemas como uma coesão excessiva e grande incorporação de ar. A tabela 9 traz alguns problemas que podem ser ocasionados pela dosagem incorreta dos VMAs.

Tabela 9 - Problemas ocasionados pela dosagem incorreta dos VMAs.

Dosagem Efeito

Super dosagem  perda da trabalhabilidade inicial *;

 retardo nas reações;

 aumento de grandes bolhas de ar;

 dificuldade de limpeza dos equipamentos.

Sub dosagem  lavagem dos agregados em aplicações

submersas;

 continuação dos problemas com exsudação e segregação;

 baixa viscosidade e nenhuma coesão.

*o aumento da dosagem de SP pode ser necessário para combater a perda de trabalhabilidade devido ao uso do VMA.