CAD SOB BAIXAS
2.5 Concreto de alto desempenho para ambientes com baixas temperaturas
2.5.3 Desempenho do CAD frente às baixas temperaturas
permitir as comparações entre as freqüências naturais obtidas para concretos submetidos a baixas temperaturas e concretos sob condições normais de temperatura.
Tabela 4 – Freqüência natural obtida para os corpos-de-prova para várias idades
Série CP Temperatura n0 n1 n2 n3 n4 n5 n6
°C Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz
Inicial 1 dia 7 dias 14 dias 21 dias 28 dias 35 dias Conc
reto c/6%
±1%
de ar incor pora do
CTRL 23±2 1466 1464 1465 1458 1452 1456 1453
1 -35±2 1462 1482 1542 1540 1538 1541 1536
2 -35±2 1483 1502 1559 1558 1559 1560 1560
3 -35±2 1467 1485 1543 1542 1543 1545 1542
4 -35±2 1450 1446 1526 1523 1520 1523 1519
5 -35±2 1461 1478 1534 1533 1533 1537 1538
6 -35±2 1451 1434 1528 1525 1524 1527 1519
7 -35±2 1439 1434 1510 1508 1504 1508 1505
8 -35±2 1459 1469 1528 1523 1526 1530 1530
Série CP Temperatura n0 n1 n2 n3 n4 n5 n6
°C Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz
Inicial 1 dia 7 dias 14 dias 21 dias 28 dias 35 dias Conc
reto sem ar incor pora do
CTRL 23±2 1593 1588 1589 1580 1576 1579 1582
1 -35±2 1586 1606 1656 1655 1656 1656 1655
2 -35±2 1582 1574 1655 1657 1654 1656 1654
3 -35±2 1590 1617 1666 1669 1666 1669 1667
4 -35±2 1600 1626 1675 1673 1673 1676 1676
5 -35±2 1602 1624 1678 1678 1676 1679 1678
6 -35±2 1582 1575 1657 1655 1650 1654 1650
7 -35±2 1586 1586 1664 1661 1658 1658 1650
8 -35±2 1570 1580 1637 1637 1638 1640 1640
Fonte: Lima (2006).
A figura 29 mostra graficamente a evolução da freqüência natural para cada corpo-de-prova.
Sendo observada a estabilização dos valores das freqüências naturais, fez-se a leitura no trigésimo quinto dia de exposição, à baixa temperatura, e os corpos-de-prova foram deixados à temperatura ambiente até entrarem em equilíbrio termodinâmico, ou seja, atingirem a temperatura ambiente.
Freqüências Naturais - Concreto de Referência exposição ao congelamento (-35oC)
1350 1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700
1 2 3 4 5 6 7 8
Corpos-de-prova Freqüência Natural (Hz)
n0 Inicial n1 1 dia n2 7 dias n3 14 dias n4 21 dias n5 28 dias n6 35 dias
(a)
Freqüências Naturais - Concreto c/IAR exposição ao congelamento (-35oC)
1350 1400 1450 1500 1550 1600
1 2 3 4 5 6 7 8
Corpos-de-prova Freqüência natural (Hz)
n0 Inicial n1 1 dia n2 7 dias n3 14 dias n4 21 dias n5 28 dias n6 35 dias
(b)
Figura 29. Valores de freqüência (n) para os corposdeprova de concreto ensaiados à -35°C: (a) concreto de referência (b) concreto com ar incorporado (6±1%); Fonte: Lima (2006).
A figura 30 e a tabela 5 expressam os valores das freqüências naturais dos corpos-de-prova de concreto à temperatura ambiente antes e após o período em que foram submetidos às baixas temperaturas.
Freqüências iniciais x Freqüências após degelo (após 35 dias de exposição ao congelamento)
1350 1400 1450 1500 1550 1600 1650
CTRL 1 2 3 4 5 6 7 8
Corpos-de-prova
Freqüência (Hz)
Concreto c/IAR (inicial) Concreto c/IAR (degelo) Concreto s/IAR (inicial) Concreto s/IAR (degelo)
Figura 30. Freqüência natural após o período de 35 dias de exposição ao congelamento.
Fonte: Lima (2006).
Tabela 5 - Freqüência transversal natural de corpos-de-prova prismáticos 10 cm x 10 cm x 50 cm após 35 dias de exposição à baixa temperatura.
Série CP Temperatura n n
°C Hz Hz
Inicial Final Conc
reto c/6±
1 de ar incor
pora do
CTRL 23±2 1466 1458
1 23±2 1462 1473
2 23±2 1483 1496
3 23±2 1467 1472
4 23±2 1450 1466
5 23±2 1461 1475
6 23±2 1451 1474
7 23±2 1439 1445
8 23±2 1459 1466
Conc reto sem ar incor
pora do
CTRL 23±2 1593 1582
1 23±2 1586 1588
2 23±2 1582 1596
3 23±2 1590 1599
4 23±2 1600 1601
5 23±2 1602 1608
6 23±2 1582 1586
7 23±2 1586 1600
8 23±2 1570 1577
Fonte: Lima (2006).
Os resultados da tabela 5 estão representados graficamente pela figura 28.
Com estes resultados, comprovou-se a sanidade de todos os corpos-de-prova submetidos à temperatura de -35°C, para ambos os concretos: com ar incorporado e sem ar incorporado.
Os resultados mostraram que tanto o concreto com ar incorporado como o concreto sem ar incorporado não só resistiram ao processo do congelamento, como tiveram suas freqüências naturais aumentadas durante o congelamento.
Esse aumento foi de 5% para o concreto com ar incorporado e de 4,5% para o concreto de referência, sendo que esses valores cresceram até o 7o dia de exposição ao congelamento, e então permaneceram constantes.
O aumento na freqüência foi atribuído ao fato de que a água congelável nos concretos passou para o estado sólido, aumentando a rigidez e conseqüentemente a freqüência, além do fato de que, com o aumento do volume da água, mais poros foram preenchidos e também contribuíram para esse aumento.
Entretanto, mesmo com a constância dos valores da freqüência natural antes e após o congelamento dos corpos-de-prova foram registradas alterações volumétricas, que foram analisadas a partir da utilização de extensômetros mecânicos colocados superficialmente, nas três direções (x, y, z), aferidos por meio de um tensotast.
Nesse caso, utilizou-se um Tensotast da marca Huggenbergh, com precisão de milésimo de milímetro (figura 31).
(a) (b)
(c)
Par de extensômetro mecânico
Figura 31. (a) Relógio medidor Tensotast e conjunto de barras de calibração; (b) Tensotast; (c) Corpo-de-prova instrumentado com extensômetros mecânicos. Fonte: Lima (2006).
A figura 32 mostra a realização do ensaio para obtenção das leituras pelo Tensotast
. (a) (b)
X Y Z
Figura 32. (a) Corpo-de-prova instrumentado com as bases do extensômetro mecânico; (b) Procedimento de leitura. Fonte: Lima (2006).
Os valores máximos para as deformações ocorridas para os concretos sem ar incorporado foram de 0,54‰ de contração e 0,67‰ de expansão, ocorridos durante a exposição ao congelamento. Para o concreto com ar incorporado, os valores máximos foram de 0,32‰ de contração e 0,65‰ de expansão.
Ao serem retirados da câmara de congelamento e deixados em ambiente de laboratório, após atingirem o equilíbrio térmico, os corpos-de-prova com ar incorporado apresentaram a maior deformação residual de 0,23‰ de expansão, e os corpos-de-prova sem ar incorporado permaneceram com a maior deformação residual de 0,28‰ de expansão.
Para ambos os concretos, com ar incorporado e sem ar incorporado, a deformação residual não foi prejudicial ao desempenho deles, uma vez que a freqüência transversal natural, determinada após o descongelamento dos corpos-de-prova,
manteve-se igual à freqüência inicialmente aferida, antes de expô-los ao congelamento (tabela 5).
Essa experiência envolvendo os conceitos existentes com os concretos de alto desempenho permitiu que se estabelecesse uma base de conhecimentos de concretos executados para atuar em baixas temperaturas, podendo-se, de início, já vislumbrar alguns aspectos relacionados com a durabilidade dessas estruturas frente à temperatura de até -35oC.
Mesmo a presença de vazios de ar no concreto com ar incorporado não foi suficiente para contrapor as forças de crescimento dos cristais de gelo ou a pressão hidráulica gerada durante a depleção da água-gel para os capilares e para os vazios de ar, de modo a evitar a expansão; embora esse fato não tenha sido desfavorável para o bom desempenho dos concretos quando expostos ao congelamento (i.e. as deformações não afetaram a rigidez dos corpos-de-prova).
Para que nenhuma deformação residual (expansão) fosse registrada, e então somente ocorresse contração do início ao fim do período de exposição ao congelamento, para o concreto com ar incorporado, a distribuição dos vazios deve ser o fator a ser melhorado. Já para o concreto sem ar incorporado, o reforço da argamassa com o intuito de melhorar a resistência à tração do concreto deve ser verificado.
Embora a taxa de resfriamento, a temperatura alvo e a condição de temperatura constante a que foram expostos os corpos-de-prova serem fatores determinantes para a predominância do fenômeno da difusão, outros aspectos foram de notável importância para evitar os prejuízos causados pela geração de pressão hidráulica nos concretos estudados.
Entre eles, pode-se destacar a quantidade de água congelável. A relação a/agl de 0,42, aqui proposta, está bem além da relação de 0,24, demonstrada por Powers (1949) e
mais tarde confirmada por Li, Langan e Ward (1991), dentre outros, como sendo a máxima relação a/agl para concretos sem ar incorporado para resistirem ao congelamento .
No entanto, mesmo o concreto sem ar incorporado foi durável ao congelamento, evidenciando a eficiência no processo de hidratação, que consumiu a água congelável.
Além disso, o refinamento de poros é certamente fator determinante para a durabilidade ao congelamento, posto que a diminuição dos poros cause aumento da tensão superficial na água armazenada ou conduzida até esses vazios, o que implica em menor temperatura de congelamento.
Atribuindo-se às adições minerais (i.e. sílica ativa de ferro silício) o refinamento de poros, deve-se enfatizar o reforço da matriz de cimento pela maior quantidade de C-S-H produzida em virtude da reação pozolânica desencadeada por estas adições (MELO, 2000), sendo esta propriedade também benéfica à durabilidade ao congelamento.
A evolução na tecnologia do concreto, possibilitada pela montagem de aglomerantes, favorece o desempenho dos concretos frente às adversidades, fator incontestável e de suprema importância para o alto desempenho, haja vista a diferença entre os aglomerantes disponíveis hoje e há tempos atrás.
Os aglomerantes utilizados por Powers, para desenvolver as teorias ora apresentadas para concretos com relação a/agl de 0,30, permitiam que toda água congelável nele armazenada (i.e. água capilar e água contida nas cavidades), congelasse a -15 °C. Em 1998, Ukamoto e Uomoto elaboraram argamassas com relação a/agl 0,30, e à temperatura de -20° C, e constataram que a água congelou-se somente nos poros maiores que 0,05 µm.
A ausência de danos que afetassem a rigidez (i.e. medida pela freqüência transversal natural) dos concretos, com e sem ar incorporado, quando submetidos à temperatura de -35°C, causados principalmente pela geração de pressão hidráulica, atribuída ao movimento da água capilar, são evidências do refinamento de poros. Por analogia ao trabalho de Ukamoto e Uomoto (1998) conclui-se que boa parte dos poros desses concretos é menores que 0,05 µm13 (LIMA,2006).
Outrossim, o fenômeno da pressão hidráulica foi minimizado pelo avançado grau de hidratação, alcançado com o período de cura de 28 dias em câmara úmida.
Além disso, ações direcionadas à prevenção das retrações autógena, plástica e por secagem, logo após o lançamento e até a desmoldagem e acomodação dos corpos-de-prova em câmara úmida, foram imprescindíveis para a durabilidade do concreto frente a baixas temperaturas.
Outros fatores foram relevantes na obtenção da durabilidade do concreto frente às baixas temperaturas, os quais concorreram para a elaboração de um concreto coeso, pouco permeável e com melhoria da zona de interface pasta/agregado. Tais fatores foram alcançados por meio de um método adequado de dosagem e mistura do concreto.
13 O diâmetro dos poros do concreto elaborado por Lima (2006) foi determinado por ensaios de porosimetria por intrusão de mercúrio, apresentados nas seções seguintes, os quais comprovaram esta analogia.