Dosagem do CAD para ambientes com baixas temperaturas

O CAD proposto foi constituído pela fase aglomerante composta por cimento Portland CP II E 32 e sílica ativa proveniente da fabricação de ligas de ferro-silício ou silício metálico (SA), os agregados miúdo e graúdo foram da região de São Carlos/SP:

respectivamente, areia de rio, e de rochas de natureza basáltica com dimensão máxima

de 19 mm. Os aditivos utilizados foram do tipo: superplastificante policarboxílico (Glenium 51) e incorporador de ar (IAR).

As relações 1:m, com m definido como o total de agregados, e a/agl foram obtidas pelo ábaco de dosagem (figura 21), cuja determinação resultou do processo proposto por Helene (1997) e adaptado por Liborio (2003).

Esse método consiste em dosar três misturas 1:m que fornecerão dados relativos ao consumo de cimento, relação a/agl, e a resistência mecânica. A partir dos três dados para cada propriedade é possível traçar as curvas de cada um desses parâmetros, as quais comporão o ábaco de dosagem.

Uma vez que os materiais são os mesmos para os três traços, o teor de argamassa é determinado para a primeira mistura dosada e todas as outras misturas são produzidas com a mesma consistência. De acordo com a aplicação do concreto, adotou-se a medida de abatimento determinada pelo tronco de cone (NBR NM 67: 1998)⁹, sendo nesta pesquisa de 100 ± 10 mm.

Dois procedimentos podem ser adotados para este método de dosagem: (1) fixar a relação a/agl ou (2) a dosagem de aditivos (superplastificante e incorporador de ar). Adotou-se o mesmo teor de superplastificante e incorporador de ar para a realização das dosagens.

A escolha do teor de superplastificante foi feita a partir da análise do ensaio de Kantro, adotando-se, para a dosagem inicial o ponto de saturação. Entretanto, tal valor deve ser ajustado às propriedades almejadas para o concreto, tais como: consistência, durabilidade e permeabilidade. Em face destas questões, determinou-se o teor de 0,5%

para as misturas sem agente incorporador de ar. Para as misturas com incorporador de ar, o teor de superplastificante foi ajustado para obter a consistência de 100 ± 10 mm e o

9 NBR NM 67:1998 – Consistência pelo abatimento do tronco de cone.

volume total de ar em 6 ± 1 %, sendo determinados experimentalmente os teores de 0,25 % de superplastificante e 0,045 % para incorporador de ar. O teor de ar incorporado foi ajustado utilizando-se o método gravimétrico regulamentado pela NBR 9833: 1987¹⁰.

Além da análise de cada um dos materiais, diversas alternativas a respeito da seqüência de mistura dos materiais foram feitas, sendo que a mais adequada para o caso em estudo pode ser descrita conforme as etapas a seguir, baseadas nos estudos de Castro

& Liborio (2003):

1. Mistura dos agregados graúdos com a sílica ativa e 10% da água de amassamento, misturando no tempo de 2 minutos;

2. Acréscimo do agregado miúdo, do cimento Portland CP II 32 E, 70% da água de amassamento, misturando por 5 minutos;

3. Adição do superplastificante e do incorporador de ar, para o concreto com ar incorporado, e 10% da água de amassamento, misturando por 2 minutos;

4. Acréscimo de 10% da água, misturando por 2 minutos.

Essa seqüência de mistura propiciou a dopagem dos agregados graúdos, além de permitir que transcorresse o tempo necessário para o início da reação de hidratação do cimento Portland para em seguida adicionar o superplastificante e o incorporador de ar, direcionando a ação dos aditivos à superfície dos aglomerantes já adsorvidos nas paredes dos agregados. Evitou-se, assim, que parte do volume destes tensoativos fosse desperdiçada ao ser envolvida por agregados ainda não revestidos por pasta de cimento.

Com os dados obtidos na dosagem, delineou-se o ábaco de dosagem da figura 21, a partir do qual se optou pelo traço definitivo do concreto sem ar incorporado e do concreto com ar incorporado.

10 NBR 9833:1987 – Massa específica e teor de ar pelo método gravimétrico.

A massa específica do concreto sem ar incorporado foi ρ = 2,46 g/cm³; para o concreto com ar incorporado, a massa específica foi de ρ = 2,32 g/cm³.

A consistência de ambos os concretos ensaiados a baixas temperaturas foi a mesma; entretanto, a trabalhabilidade do concreto com ar incorporado foi melhor, fato atribuído à presença de bolhas de ar que facilitam a mistura, o lançamento e o adensamento do concreto. Essas características do concreto com ar incorporado foram confirmadas no momento da moldagem dos corpos-de-prova cilíndricos, e principalmente dos corpos-de-prova prismáticos.

Logo após a moldagem, a superfície exposta dos corpos-de-prova foi saturada por água e coberta por um filme plástico de modo a evitar as retrações: plástica, autógena e por secagem.

Tanto os concretos dosados com o intuito da construção do ábaco de dosagem, quanto os concretos a serem ensaiados a baixas temperaturas foram curados em câmara úmida após serem desmoldados. Os corpos-de-prova cilíndricos foram curados até as datas de 1, 7 e 28 dias, quando foram ensaiados para determinação da resistência a compressão, e os corpos-de-prova prismáticos foram curados até a idade de 28 dias.

1 dia 7 dias 28 dias

consistência 100 mm 1:6,5

1:5 1:3

3

fcj (MPa)

Cimento (kg/m )

Total de agregados (kg)

a/agl (kg/kg)

600 400 200 0,20 0,60

8,0 6,0 4,0 2,0 110

90

70

50

30

10

m

0,40 0,80

Figura 21. Ábaco de dosagem para determinação do traço do CAD para ambientes com baixas temperaturas. Fonte: Lima (2006).

O teor de argamassa¹¹ adequado para obtenção de uma mistura coesa, com bom acabamento superficial e de fácil manipulação para os materiais estudados, foi determinado em 56%.

Para a análise e definição das propriedades necessárias ao concreto para ambientes com baixas temperaturas, duas séries de corpos-de-prova foram moldadas, ambas compostas de concretos com mesmas relações a/agl e 1:m, distinguindo-se pelo uso ou não de agente incorporador de ar e teor de superplastificante. Conservou-se, para as séries, o teor de argamassa de 56 %, determinado por meio da dosagem, e a consistência foi estabelecido em k = 100 mm, com o uso do ensaio do tronco de cone.

11Define-se teor de argamassa como sendo. α = (1+a)/(1+a+p), onde α é o teor de argamassa, "a ' é a parte em areia e "p"a parte em pedra em um traço unitário em massa.

Nove corpos-de-prova prismáticos, com seção transversal quadrada de 100 x 100 mm e comprimento de 500 mm, foram moldados para cada série.

O período de cura dos corpos-de-prova foi de 28 dias. As justificativas para escolha deste período são duas: uma técnica, e outra construtiva. A justificativa técnica baseia-se no objetivo de eliminar o máximo de água congelável no concreto, além de atingir maior resistência à tração para melhor suportar a ação da pressão hidráulica e da expansão causados pelo congelamento dos corpos-de-prova. A justificativa construtiva baseia-se na experiência na construção de sistemas para armazenamento de produtos congelados, cuja construção dos elementos de concreto precede à montagem dos equipamentos de frios, instalações elétricas, mecânicas e sistemas de isolamento, sendo que essas atividades exigem, normalmente, mais de 28 dias para serem executadas. A cura foi realizada em câmara úmida.

Com a definição dos parâmetros do projeto para o CAD¹² em ambientes com baixas temperaturas, tais como: consistência, dosagem de aditivos, composição do aglomerante, teor de argamassa, consumo de cimento, relação a/agl e a relação 1:m, foram definidos os traços de concretos a serem submetidos a baixas temperaturas, como mostra a tabela 2.

Os resultados dos ensaios de resistência à compressão para estes concretos são apresentados na tabela 3 e na figura 22.

Após esse período, os corpo-de-prova foram acondicionados numa câmara refrigeradora, de modo a submetê-los à temperatura alvo de - 35°C. Para controle da temperatura no centro térmico do corpo-de-prova, um exemplar de cada série continha um termopar alojado em seu interior, fixado durante a moldagem.

12Os resultados de ensaios de caracterização dos constituintes do CAD projetado por Lima (2006) estão apresentados na íntegra no anexo B.

Tabela 2 - Traços para estudo do CAD para ambientes com baixas temperaturas Concretos submetidos à baixas temperaturas

Parâmetros Referência (sem aditivo

incorporador de ar) Concreto com aditivo incorporador de ar

1:M 1:5

1:a:p:a/agl 1:2,36:2,64:0,42

% S.P. 0,5 0,25

% IAR* - 0,045

Teor de ar incorporado (%) 2 7

Consumo de cimento (kg/m³) 384 379

Teor de argamassa (%) 56

Consistência (mm) 100±10

* Aditivo incorporador de ar – Norma Brasileira EB 1763

Tabela 3 – Resistência à compressão simples para os concretos que serão submetidos à temperatura de -35±2°C.

Resistência à compressão simples (MPa) Traço fck1 fck28 fck63

1:5 (s/IAR) 10 53 61

1:5 (c/IAR) 8 38 43

Consistência 100±10mm

0 10 20 30 40 50 60 70

0 20 40 60

Resistência à compressão (MPa)

Idade (dias)

Resistência à compressão CAD Lima (2006)

Concreto sem IAR (1:M=1:5)

Concreto com 6%

IAR (1:m=1:5)

Figura 22. Evolução da resistência à compressão dos concretos com e sem ar incorporado desenvolvidos por Lima (2006).