MICROESTRUTURA DO CONCRETO

A análise da microestrutura do concreto foi realizada pelas imagens de elétrons secundários (SE) com ênfase em aspectos morfológicos das amostras de concreto obtidas por meio do microscópio eletrônico de varredura (MEV).

Na Figura 40 pode-se visualizar as imagens do concreto sem borracha (T0), sendo uma estrutura densa e compacta, porém com formação heterogênea. Observam-se vazios entre os compostos hidratados da pasta, entretanto o volume de vazios é muito pequeno.

Os produtos de hidratação encontrados são principalmente silicatos de cálcio hidratados (C-S-H) com características de filamentos esponjosos e cristais maciços de hidróxido de cálcio (Ca(OH)2), que podem ser vistos nas Figuras 40b e 41.

Figura 40 – Concreto de referência T0 (sem borracha e sem pigmento): (a) estrutura densa e compacta e (b) presença de cristais de C-S-H e C-H.

(a) (b) Fonte: Autor. 200 μm 50 μm 50 μm C-H C-S-H

Figura 41 – Concreto de referência T0 evidenciando presença da zona de transição na interface pasta e agregado.

Fonte: Autor.

Outros pesquisadores também verificaram esta mesma microestrutura para o concreto sem borracha. Zhu et al. (2019) notaram que, para o concreto de alto desempenho sem borracha, a microestrutura do material é densa. Silvab et al. (2015) e Angelin et al. (2019) também verificaram menor quantidade e tamanho dos poros para concretos sem borracha comparando-os com misturas contendo borracha.

Para o concreto com 2,5% de fibras de borracha observa-se, na Figura 42, uma estrutura menos compacta e com maior quantidade de vazios pequenos que o traço de referência.

Na Figura 43 verifica-se presença marcante de placas maciças de hidróxido de cálcio (Ca(OH)2), cristais de silicatos de cálcio hidratados (C-S-H), além do agregado graúdo

detectados pela análise semi-quantitativa realizada pelo microscópio eletrônico de varredura associado à técnica de energia dispersiva de raios-x (MEV-EDS) para os pontos indicados 1, 2, 3, 4. As Figuras 44 e 45 mostram os elementos químicos presentes na amostra.

zona de transição C-S-H agregado graúdo C-H 10 μm

Figura 42 – Concreto de traço T2,5: sólidos distribuídos na pasta de cimento e presença de vazios.

Fonte: Autor.

Figura 43 – Concreto de traço T2,5.

Fonte: Autor. 100 μm C-S-H borracha

4

1

3

2

Figura 44 – Análise dos elementos químicos obtidos por meio do MEV-EDS referente a Figura 43: (a) ponto 1 (b) ponto 2.

(a)

(b) Fonte: Autor.

Figura 45 – Análise dos elementos químicos obtidos por meio do MEV-EDS: referente a Figura 43: (a) ponto 3 (b) ponto 4.

(a)

(b) Fonte: Autor.

Os elementos químicos encontrados nas Figuras 44 e 45 são: Ca (cálcio), P (fósforo), O (oxigênio), Si (silício), Al (alumínio), Fe (ferro), Na (sódio), K (potássio), Mg (magnésio). Na Figura 44, os elementos predominantes são fosfato de cálcio indicando a presença do agregado graúdo.

Na Figura 45, observam-se maiores teores de Si, O, Ca e Al indicando a presença de plagioclásio e baixos teores dos minerais acessórios como P, Mg, Na, Fe e K, indicando a presença de apatita, olivina, nefelina, elementos estes característicos do agregado graúdo empregado.

O concreto de traço T5, contendo 5% de incorporação de borracha, apresentou um ganho na resistência à compressão de 8,52% em relação ao traço de referência T0. Esse aumento de resistência pode ser melhor entendido ao se observar as imagens das Figuras 46, 47 e 48, onde verificou-se que a borracha está completamente envolvida pelos produtos hidratados da pasta de cimento. A pasta apresenta-se densa e compacta, com baixa quantidade de poros comparando-se aos demais traços.

Os cristais dos produtos hidratados estão completamente aderidos a borracha e ao agregado, apresentando grande quantidade de silicatos de cálcio hidratados (C-S-H) e placas de portlandita (C-H), resultando em estreita zona de transição (Figura 48).

Na Figura 49 estão os elementos químicos obtidos pelo EDS referentes aos pontos 1, 2 e 3 indicados na Figura 48.

Figura 46 – Concreto de traço T5: pasta densa e compacta, com baixa quantidade de poros.

Fonte: Autor.

Figura 47 – Concreto de traço T5.

Fonte: Autor.

100 μm

Figura 48 – Concreto de traço T5: presença de cristais de silicatos de cálcio C-S-H e pequena zona de transição. Fonte: Autor. 5 μm C-S-H borracha agregado zona de transição

1

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Figura 49 – Análise dos elementos químicos obtidos por meio do MEV-EDS referente a Figura 48: (a) ponto 1 (b) ponto 2 (c) ponto 3.

(a)

(b)

(c)

No concreto de traço T10, com 10% de incorporação de borracha, obteve-se no ensaio de resistência à compressão uma diminuição de 33,83% em relação ao traço de referência T0. Esta redução de resistência pode ser justificada pelas imagens das Figuras 50, 51 e 52, onde verificou-se a presença de poros de vários tamanhos e microfissuras na pasta.

Figura 50 – Concreto de traço T10: presença de poros de diversos tamanhos na pasta de cimento.

Fonte: Autor.

Figura 51 – Concreto de traço T10: estrutura heterogênea da pasta de cimento.

Fonte: Autor.

Figura 52 – Concreto de traço T10: evidência de produtos hidratados C-H e C-S-H, microfissuras e vazios. Fonte: Autor. C-S-H C-H C-H microfissura 200 μm 20 μm

No concreto de traço T20, com 20% de incorporação de borracha, obteve-se no ensaio de resistência à compressão valores muito próximos ao T10, com diminuição de 33,83% em relação ao traço de referência T0. Nas Figuras 53 a 57 estão mostradas as imagens SE do concreto, com a presença de muitos poros, microfissuras na pasta e cristais perpendicularmente orientados em relação aos agregados.

Figura 53 – Concreto de traço T20: presença de poros na pasta de cimento.

Figura 54 – Concreto de traço T20: presença de poros de diversos tamanhos na pasta de cimento.

Fonte: Autor.

Figura 55 – Concreto de traço T20: estrutura heterogênea da pasta de cimento.

Fonte: Autor.

500 μm

Figura 56 – Concreto de traço T20: placas de portlandita (C-H) na pasta de cimento.

Fonte: Autor.

Figura 57 – Concreto de traço T20: evidência de produtos hidratados C-S-H, borracha e vazios.

No concreto de traço T30, com 30% de incorporação de borracha, obteve-se no ensaio de resistência à compressão uma diminuição de 57,14% em relação ao traço de referência T0. A presença de vazios e grandes poros, microfissuras e zona de transição mostram uma estrutura da pasta menos densa, comparando-se com os demais traços de concreto estudados, justificando a redução da resistência à compressão (Figura 58). Neste traço foi possível observar a existência da zona de transição mais acentuada ao redor do agregado, conforme mostra Figura 59.

O agregado miúdo foi detectado na Figura 59 ao se determinar os elementos químicos no ponto 1, mostrado na Figura 60a.

Nas Figuras 60b e 61a observam-se os elementos químicos predominantes Ca (cálcio), O (oxigênio) e Si (silício).

A imagem da microestrutura confirma os resultados obtidos no ensaio de absorção de água do concreto, ou seja, o concreto de traço T30, com maior porcentagem de incorporação de borracha, apresenta maior absorção de água comparando-se os demais traços ensaiados, embora todos os traços apresentaram valores menores que 6%, atendendo a norma brasileira.

Figura 58 – Concreto de traço T30: (a) estrutura porosa com grandes vazios (b) presença de microfissuras e zona de transição.

(a) (b) Fonte: Autor. 500 μm 50 μm microfissura Zona de transição

Figura 59 – Concreto de traço T30: zona de transição acentuada ao redor do agregado e vazios ao redor da borracha.

Fonte: Autor. microfissura

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Figura 60 – Análise dos elementos químicos obtidos por meio do MEV-EDS referente a Figura 59: (a) ponto 1 (b) ponto 2.

(a)

(b) Fonte: Autor.

Figura 61 – Análise dos elementos químicos obtidos por meio do MEV-EDS referente a Figura 59: (a) ponto 3 (b) ponto 4.

(a)

(b) Fonte: Autor.

Para as composições de concreto com maiores incorporações de borracha foi possível verificar:

• aumento de microporos no concreto com o emprego de porcentagens crescentes de borracha na mistura;

• aumento do teor de ar na pasta e aumento do número de poros grandes na estrutura interna do concreto afetando a densidade;

• pasta de cimento mais porosa ao redor do resíduo de borracha;

• aumento da espessura da zona de transição entre os agregados e a pasta de cimento;

• presença de microfissuras na pasta de cimento;

• diferentes vazios esferoidais ou irregulares os quais podem ser facilmente confundidos;

Para o traço de concreto com 5% de resíduo de borracha (T5), notou-se que, a borracha está completamente envolvida pelos produtos hidratados da pasta de cimento, apresentando baixa quantidade de poros resultando em aumento de sua resistência à compressão em comparação ao traço de referência.

Os resultados referentes a análise da microestrutura corroboram com os encontrados na literatura confirmando que, para misturas de concreto sem borracha a pasta de cimento é densa com pequeno volume de vazios (ZHU et al., 2019).

Zhu et al. (2019) observaram que para crescentes teores de borracha na mistura de concreto ocorre o aumento de vazios e do número de fissuras no interior do concreto.

O aumento do número de vazios na pasta de cimento, devido ao aumento do teor de ar nas misturas de concreto com borracha, também foi confirmado por outros autores (ZHU et al., 2019; WANG et al., 2019).

Lee et al. (2003) notaram que a microestrutura do concreto com pigmento é mais compacta que do concreto sem pigmento, causada pelo efeito microfíler.

5 CONCLUSÕES

Com base nos resultados experimentais realizados nesta pesquisa, sobre o estudo de pisos intertravados de concreto pigmentado contendo resíduos de borracha conclui-se que: • Com relação ao estado fresco do concreto pode-se observar que a massa específica dos

concretos diminuiu com a incorporação de teores crescentes de borracha nas misturas. Também ocorre diminuição do abatimento nos concretos com borracha em relação ao concreto sem borracha;

• Os pisos intertravados de concreto sem borracha e os pisos contendo 2,5% e 5% de resíduos de borracha, em relação a massa de areia, atenderam a normativa brasileira com relação a resistência característica à compressão (fpk) aos 28 dias, que deve ser maior ou igual a 35 MPa, para solicitação de tráfego de pedestres, veículos leves e veículos comerciais de linha. As demais composições de pisos estudadas, com incorporação de 10%, 20% e 30% de resíduos de borracha em relação a massa de areia, apresentaram resistências características à compressão inferiores a 35 MPa. Embora não tenham atendido o limite mínimo da especificação brasileira para pisos intertravados, estes podem ser empregados na construção de calçamentos, áreas de lazer, locais de pouca solicitação de carga;

• Quanto à absorção de água todas as composições de concreto estudadas atenderam a norma, sendo menor ou igual a 6%;

• Com relação a análise da microestrutura dos concretos, realizada por meio da microscopia eletrônica de varredura, verifica-se que o concreto de referência (sem borracha e sem pigmento) apresenta pasta de cimento densa e compacta. Para o concreto contendo 5% de resíduo de borracha, o aumento da resistência à compressão pode ser justificado pela baixa quantidade de poros na pasta de cimento comparando-se aos demais traços. Observou-se, para esta composição de concreto, que a borracha está completamente envolvida pelos produtos hidratados da pasta de cimento. Aumentando-se o teor de borracha nos traços de concreto T10, T20, T30 observa-se incorporação de ar, aumento da porosidade e do número de vazios na pasta de cimento, aparecimento de microfissuras e zona de transição acentuada entre os agregados e a pasta de cimento;

Diante do exposto pode-se verificar a viabilidade técnica da utilização de até 5% de resíduos de borracha em concretos com cimento Portland branco, com pigmento azul, empregados na produção de pisos intertravados destinados a tráfego de pedestres, veículos leves e veículos comerciais de linha, segundo as limitações da ABNT NBR 9781:2013. Em

termos ambientais considera-se esta uma opção de destinação adequada e de reciclagem dos resíduos de borracha, contribuindo para a preservação de recursos naturais.