Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

Realizaram-se análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV) para averiguar a morfologia dos concretos RC, RL, B25 e B50, a fim de auxiliar a identificação das fases agregado-ligante, avaliando a zona de transição na interface (ZTI), a composição da matriz (pasta), propagação de fissuras e vazios existentes. Encontram-se, respectivamente, nas Figuras 4.28-4.31 as análises MEV das misturas RC, RL, B25 e B50.

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Figura 4.28: Análise da topografia, através da microscopia eletrônica de varredura (MEV),

Figura 4.29: Análise da topografia, através da microscopia eletrônica de varredura (MEV),

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Figura 4.30: Análise da topografia, através da microscopia eletrônica de varredura (MEV),

Figura 4.31: Análise da topografia, através da microscopia eletrônica de varredura (MEV),

_________________________________________________________________________ A Figura 4.28 ilustra o MEV da mistura de concreto autoadensável convencional (RC). Fica evidente a existência de uma zona de transição na interface (ZTI) bem definida, com espessura variando de 10 a 50 μm, sendo, esta, a região mais frágil da matriz do concreto, acarretando na propagação de fissuras e rupturas.

Em concretos produzidos com agregados convencionais, como o basalto, quando no estado fresco recém-compactado, filmes de água se formam em torno das grandes partículas de agregado, fato que contribui para uma maior relação água/cimento nesta região, acarretando na formação de produtos cristalinos relativamente maiores, formando, portanto, uma estrutura mais porosa do que na matriz da pasta de cimento (MEHTA E MONTEIRO, 2014).

A existência de cristais de silicato de cálcio (CaSiO3), na região próxima a ZTI do RC, favorece o ganho de resistência e durabilidade desta mistura, entretanto, a presença de cristais de hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) e de monossulfato hidratado (C4ASH18) em maiores quantidades, não contribuem, de forma significativa, no aumento da resistência mecânica e, tornam a região mais vulnerável ao ataque por sulfatos, comprometendo a durabilidade (MEHTA E MONTEIRO, 2014).

Entretanto, apesar de ainda apresentar tais fases, a presença da sílica ativa beneficiou a construção da ZTI nas misturas. Segundo Heikal et al. (2013), as adições minerais promovem um aumento significativo da durabilidade das estruturas de concreto por modificarem a microestrutura da pasta de cimento hidratada, alterando a estrutura dos poros e tamanho dos grãos, promovendo a redução da porosidade na matriz do concreto.

A Figura 4.29 mostra a morfologia do concreto leve autoadensável de referência (RL), o qual apresenta argila expandida em sua mistura, onde fica evidente a redução da espessura da zona de transição na interface. Este comportamento é conhecido como “fenômeno de entrelaçamento” entre agregado-matriz, ou seja, devido a estrutura porosa da argila expandida, parte da pasta de cimento penetra no agregado, consequentemente diminuindo a ZTI e aumentando a resistência mecânica e durabilidade nesta região. Comumente, o concreto produzido com agregado convencional apresenta ZTI duas vezes maior que concreto produzido com argila expandida (ROSSIGNOLO, 2009).

Contudo, apesar da diminuição da porosidade da matriz de pasta de cimento, observa-se a presença de hidróxido de cálcio e monossulfato hidratado na mistura RL,

além da presença de pirita (FeS2). Esta última, resultante da decomposição do elemento Fe, é uma substância deletéria para o concreto, uma vez que provoca expansão da pasta de cimento, acarretando no desagregamento do agregado e surgimento de fissuras. No entanto, segundo Souza (2013), para que a pirita cause grandes danos na estrutura do concreto, a mesma deve se apresentar em uma concentração maior que 1%, manifestando- se com tamanho maior que 10 mm.

A análise MEV da mistura B25, ilustrada pela Figura 4.30, permite identificar a região da ZTI, a qual apresenta espessura significativa. Ao contrário do que é observado nos agregados convencionais (como o basalto), a borracha apresenta estrutura antiaderente, ou seja, não há depósito de partículas de água ou pasta de cimento sobre este agregado, enfraquecendo a ZTI em concretos contendo borracha (COLOM et al. 2013; GUPTA et al. 2016; ANGELIN et al. 2017b).

Foi observado, também, menor formação de cristais de silicato de cálcio e maior quantidade de cristais de hidróxido de cálcio, fato que explica a queda das resistências mecânicas na mistura B25. Além disso, foi constatada fases de etringita, bem como de monossulfato hidratado, ou seja, a presença do agregado de borracha retarda a hidratação do cimento, em contrapartida deixa o concreto menos suscetível ao ataque por sulfato, promovendo maior durabilidade.

Na Figura 4.31 pode-se notar que, com o aumento da quantidade de borracha na mistura de CLAE, a matriz da pasta de cimento torna-se extremamente porosa, apresentando quantidades significativas de vazios. Este fato está relacionado com as bolhas de ar, aderidas na superfície da borracha, que são arrastadas durante o amassamento do concreto, tornando a matriz extremamente frágil (EIRAS et al. 2014; ANGELIN et al. 2015). Corroboram, ainda, para a baixa resistência mecânica desta mistura, as presenças de hidróxido de cálcio e pirita, uma vez que as mesmas têm papel secundário nas relações microestrutura-propriedades (MEHTA E MONTEIRO, 2014).

_________________________________________________________________________ 4.3.2.7.2 Espectrografia por Dispersão de Energia (EDS)

 Mistura RC

A Figura 4.32 (a) e (b) ilustram a seção da mistura RC, antes e após a análise EDS e, a fim de facilitar a interpretação da espectrografia por dispersão de energia, a Tabela 4.23 apresenta a análise qualitativa da mistura, elencando os principais elementos e concentrações encontrados, bem como as principais composições químicas e suas nomenclaturas.

Figura 4.32: (a) seção do concreto autoadensável convencional (RC) para análise de

espectrografia por dispersão de energia (EDS), (b) seção após análise EDS.

(a) (b)

Tabela 4.23: Elementos e composições químicas do concreto autoadensável convencional (RC)

após análise de espectrografia por dispersão de energia (EDS).

Elemento Concentração (%) Composição (principal

formulação) Nomenclatura

Al 14 Al2O3 Óxido de alumínio

Si 56 SiO2 Dióxido de silício

K 2 KBr Brometo de potássio

Ca 15 CaSiO3 Silicato de cálcio

Fe 12 - -

A mistura RC apresentou maiores quantidades de Si (56%) e Ca (15%), promovendo o surgimento de cristais de silicato de cálcio (CaSiO3), fase responsável pelos aumentos de resistência mecânica e durabilidade. Este comportamento é validado

frente aos resultados obtidos nos ensaios de resistências mecânicas, bem como pela análise por microscopia eletrônica de varredura.

Pode-se observar, também, a existência de 12% de Fe na mistura, elemento deletério para o concreto. No entanto não há a formação de compostos, como a pirita, a partir da presença deste elemento.

 Mistura RL

A Figura 4.33 (a) e (b) ilustram a seção da mistura RL, antes e após a análise EDS e, a Tabela 4.24 apresenta a análise qualitativa da mistura, elencando os principais elementos e concentrações encontrados, bem como as principais composições químicas e suas nomenclaturas.

Figura 4.33: (a) seção do concreto leve autoadensável de referência (RL) para análise de

espectrografia por dispersão de energia (EDS), (b) seção após análise EDS.

(a) (b)

Tabela 4.24: Elementos e composições químicas do concreto leve autoadensável de referência

(RL) após análise de espectrografia por dispersão de energia (EDS).

Elemento Concentração (%) Composição (principal

formulação) Nomenclatura

C 9 - -

O 49 SiO2 Dióxido de silício

Na 0,2 NaAlSi3O8 Albita

Mg 1 MgO Óxido de magnésio

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Si 18 SiO2 Dióxido de silício

S 0,5 FeS2 Pirita

K 0,7 KBr Brometo de potássio

Ca 16 CaSiO3 Silicato de cálcio

Ti 0,2 - -

Fe 2 - -

Yb 0,6 - -

Após análise EDS da mistura RL, foi constatado 18% de Si e 16% de Ca. Em comparação com os valores obtidos para RC, houve redução significativa da concentração de Si (~ 67%), comprometendo a formação de cristais de silicato de cálcio, levando a diminuição das resistências mecânicas, fato, também, observado por Borja (2011).

Diferente do que foi observado para RC, em RL foi constatado a presença de S, em uma concentração de 0,5%, acarretando na formação de pirita (FeS2) nesta mistura, entretanto, conforme observado nas imagens MEV, o tamanho e concentração desta fase não foi significante.

 Mistura B25

A Figura 4.34 (a) e (b) ilustram a seção da mistura B25, antes e após a análise EDS e, a fim de facilitar a interpretação da espectrografia por dispersão de energia, a Tabela 4.25 apresenta a análise qualitativa da mistura, elencando os principais elementos e concentrações encontrados, bem como as principais composições químicas e suas nomenclaturas.

Figura 4.34: (a) seção do concreto leve autoadensável emborrachado B25 para análise de

espectrografia por dispersão de energia (EDS), (b) seção após análise EDS.

(a) (b)

Tabela 4.25: Elementos e composições químicas do concreto leve autoadensável emborrachado

B25 após análise de espectrografia por dispersão de energia (EDS).

Elemento Concentração (%) Composição (principal

formulação) Nomenclatura

C 39 - -

O 35 SiO2 Dióxido de silício

Mg 0,8 MgO Óxido de magnésio

Al 1 Al2O3 Óxido de alumínio

Si 5 SiO2 Dióxido de silício

S 1 FeS2 Pirita

K 0,4 KBr Brometo de potássio

Ca 14 CaSiO3 Silicato de cálcio

Fe 1,1 - -

Zn 0,5 - -

Yb 0,7 - -

Em comparação com a mistura RL, B25 apresentou, aproximadamente, redução de 70% de concentração de Si e, ligeira diminuição na concentração de Ca, contribuindo para a redução da resistência desta mistura. Além disso, B25 apresentou 1,1% de Fe e 1% de S, elementos que promoveram o surgimento de pirita na matriz da pasta de cimento, conforme observado na análise MEV.

Foi observado, também, o aparecimento de Zn nesta mistura. Este elemento está relacionado a presença da borracha na mistura de CLAE pois, durante o processo de produção da borracha de pneu, há a aplicação de produtos à base de zinco, como o

_________________________________________________________________________ estearato de zinco, os quais garantem a característica antiaderente deste material (LANZON et al. 2015).

 Mistura B50

A Figura 4.35 (a) e (b) ilustram a seção da mistura B25, antes e após a análise EDS e, a Tabela 4.26 lista os principais elementos e concentrações encontrados nesta mistura, bem como as principais composições químicas e suas nomenclaturas.

Figura 4.35: (a) seção do concreto leve autoadensável emborrachado B50 para análise de

espectrografia por dispersão de energia (EDS), (b) seção após análise EDS.

(a) (b)

Tabela 4.26: Elementos e composições químicas do concreto leve autoadensável emborrachado

B50 após análise de espectrografia por dispersão de energia (EDS).

Elemento Concentração (%) Composição (principal

formulação) Nomenclatura

C 46 - -

O 32 SiO2 Dióxido de silício

Na 0,1 NaAlSi3O8 Albita

Mg 0,8 MgO Óxido de magnésio

Al 1,1 Al2O3 Óxido de alumínio

Si 5 SiO2 Dióxido de silício

S 1 FeS2 Pirita

K 0,3 KBr Brometo de potássio

Ca 11 CaSiO3 Silicato de cálcio

Fe 0,9 - -

A mistura B50 apresentou concentrações de 5% de Si, 11% de Ca, 1% de S, 0,5% de Zn e 0,9% de Fe, valores semelhantes aos observados na mistura B25, entretanto, as concentrações de Si e Ca foram ligeiramente menores na mistura B50, fato que promove a obtenção de uma matriz mais porosa e menos resistente.

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5

CONCLUSÕES

A seguir estão listadas as conclusões obtidas neste trabalho:

 Foi possível produzir concretos leves autoadensáveis (CLA), a partir do uso de duas granulometrias de argila expandida (C0500 e C1506), o qual apresentou melhor autoadensibilidade que o concreto autoadensável convencional (CAA);  A mistura de CLA que apresentou melhor resistência à compressão foi a T5 (75%

de argila expandida C0500 + 25% de argila expandida C1506), exibindo massa específica em torno de 2.000 kg/m³;

 Foram dosadas misturas de concretos leves autoadensáveis emborrachados (CLAE), a partir do uso conjunto de argila expandida e borracha de pneu inservível, sendo que, o uso de borracha acima de 25%, em substituição a areia, compromete a trabalhabilidade do concreto e, acima de 15%, as resistências mecânicas;

 Com relação ao isolamento acústico e térmico do CLAE conclui-se que, devido a estrutura porosa da argila expandida e, o aumento do índice de vazios causado pelas partículas de borracha, há melhoras em suas propriedades térmicas e acústicas, quando comparado ao CAA. Os melhores desempenhos foram encontrados para misturas com substituições acima 50% do agregado convencional pela borracha. Cabe ainda ressaltar que, a leitura da absorção acústica em tubo de impedância se mostrou ineficaz nesta pesquisa, uma vez que os valores obtidos foram abaixo do esperado, inviabilizando este método;

 A argila expandida reduz a espessura da zona de transição do concreto, em comparação com agregados convencionais e emborrachados. A presença de grandes quantidades de resíduos de borracha retarda a hidratação do cimento, em contrapartida deixa o concreto menos suscetível ao ataque por sulfato, promovendo maior durabilidade.

Pode-se concluir, portanto, que o concreto leve autoadensável emborrachado (CLAE) produzido com argila expandida e borracha promove um avanço para a tecnologia do concreto. O CLAE atende a necessidade da produção de concretos cada vez mais fluidos, leves e resistentes, acelerando e racionalizando os processos construtivos,

desta forma, torna a sua aplicação mais viável economicamente em comparação ao concreto autoadensável convencional, podendo ser aplicados tanto para fins estruturais (com substituição da areia pela borracha em até 15%), como para vedação.

Além disso, com a crescente busca pela sustentabilidade na construção civil, obtém-se um concreto com representativas melhoras quanto as propriedades de isolamento acústico e térmico, além de ser uma destinação correta dos resíduos oriundos de pneus inservíveis.

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SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

No decorrer do desenvolvimento desta pesquisa e análises dos resultados, referentes ao desenvolvimento da tecnologia dos concretos leves autoadensáveis emborrachados, foi observado que uma série de aspectos e outras variantes correlacionadas ao estudo mereciam mais aprofundamento científico. Com isso, apresentam-se algumas propostas de desenvolvimentos para trabalhos futuros:

 Utilizar outras adições minerais, como a escória de alto forno, cinza volante, cinza de biomassa da cana de açúcar, cinza de casca de arroz, entre outras;

 Realizar tratamentos superficiais da borracha, como recobrimento com pasta de cimento, pasta de sílica ativa, pó de vidro, entre outros;

 Utilizar outras graduações de borracha;

 Realizar os ensaios não obrigatórios prescritos pela ABNT NBR 15823:2017, durabilidade, perda de transmissão acústica e análise do ciclo de vida (ACV);  Aplicar a teoria de metamateriais para a produção e caracterização do CLAE.

No documento Análise dos desempenhos físicos, mecânicos, térmico acústico da microestrutura do concreto leve autoadensável emborrachado (CLAE) (páginas 126-142)