TÓPICO 2 – ADITIVOS PARA CONCRETOS
2.7 OUTROS ADITIVOS
Além dos aditivos classificados pela norma NBR 11768 (ABNT, 2011), existem outros, chamados de aditivos especiais, utilizados em casos mais específicos.
Seguem alguns exemplos citados por Mc Bauchemie (2016) e IBI (2018):
• Aditivos modificadores de viscosidade.
• Aditivos inibidores de corrosão.
• Aditivos redutores de permeabilidade capilar.
• Aditivos retentores de água.
• Aditivos aceleradores para concreto projetado.
• Aditivos redutores de reação álcali-agregado.
• Aditivos para preparação de concreto extrusado e vibro-prensado.
• Aditivos controladores de hidratação.
• Aditivos expansores.
• Aditivos redutores e compensadores de retração por secagem.
3 CÁLCULO DO CONSUMO DE ADITIVO
O consumo de um aditivo em um traço de concreto é calculado em termos de sua massa sobre a massa de aglomerante. Cabe destacar que quando o concreto for composto por outros aglomerantes hidráulicos além do cimento, como as adições minerais, por exemplo, o cálculo da quantidade do aditivo deverá ser sobre a soma das massas de cimento e adição. Este número, em percentual, corresponde à “dosagem” do aditivo, comumente chamada de “dosagem percentual sobre o peso de cimento”, ou “dosagem em % s.p.c.”, conforme fórmula a seguir (MC BAUCHEMIE, 2016; IBI, 2018):
Dosagem (%s.p.c) = massa do aditivo (kg) x 100 massa do cimento (kg)
Caso o aditivo seja empregado em volume, faz-se necessário saber sua massa específica.
Dosagem (%s.p.c) = massa específica (kg/l) x volume do aditivo (l) x 100 massa do cimento (kg)
Sendo 1 kg/l = 1 g/cm³ = 1 g/ml
4 APLICAÇÕES DOS ADITIVOS EM CONCRETOS ESPECIAIS
O uso de aditivos permite o preparo de concretos para aplicações específicas que seriam inviáveis por meio da mistura convencional, destaca Bonafé (2018). Por exemplo, o autor cita o concreto projetado, muito utilizado em construções subterrâneas e contenções de maciços rochosos, em que não se emprega o uso de fôrmas, e por essa razão se necessita de uma boa adesão e secagem rápida que pode ser proporcionada pela utilização de aditivos.
Outra aplicação diferenciada, citada também por Bonafé (2018), que os aditivos permitem, é a do concreto submerso, empregado em ambientes subaquáticos de água doce ou salgada. O autor destaca ainda que “São utilizados em paredes de diafragma e tubulões”, exemplifica o engenheiro da Hagen, comentando, ainda, o seu uso em estruturas de contenção, barragens e portos, entre outros.
Outro exemplo lembrado pelo autor é o concreto leve que emprega agregados de baixa massa específica (menor que 2.000 kg/m³) e permite reduzir a carga e aliviar esforços exercidos sobre as estruturas em que é aplicado e elaborado com diversos tipos de aditivos. “Tal fator também reduz custos de transporte e de montagem, entre outros”, aponta Guilge (2018) apud Bonafé (2018, s.p.).
Com o uso de aditivos que reduzem a relação água/cimento, como superplastificantes, hiperplastificantes e redutores de água, é possível reduzir bastante a porosidade do concreto. Ao se empregar, além desses aditivos, cristalizantes à base de silicatos e polímeros acrílicos, é possível fabricar-se o concreto impermeabilizante, conforme Bonafé (2018).
O concreto celular é outro exemplo de concreto aditivado que apresenta característica impermeável, segundo Bonafé (2018), devido ao tamanho controlado dos poros que não formam capilares. Feito com aditivo surfactante incorporador de ar, ele pertence à família de concreto leve e proporciona isolamento térmico e acústico.
Além desses citados, muitos outros concretos especiais são possíveis de serem elaborados graças ao emprego de aditivos, tais como: concreto autoadensável, concreto de alta resistência, concreto permeável (drenante), entre outros.
5 RECOMENDAÇÕES NA UTILIZAÇÃO DE ADITIVOS PARA CONCRETO
Geralmente, a aplicação dos aditivos ocorre em centrais dosadoras de concreto, por requererem um estudo de dosagem prévio. Portanto, não é recomendada sua utilização em obra.
Assim como os medicamentos, os aditivos podem ocasionar “efeitos colaterais” não desejados ao concreto, por exemplo, cloretos na sua composição podem, em longo prazo, levar à oxidação das armaduras.
Se mais de um aditivo for utilizado na mesma mistura, eles deverão ser adicionados separadamente, destaca Effting (2014). Os produtos nunca devem ser misturados uns aos outros antes da adição ao concreto.
Observar também a quantidade máxima permitida por norma e o recomendado pelos fabricantes, pois a utilização em concentrações superiores às recomendadas pode ocasionar outras patologias, tais como a segregação do concreto.
Effting (2014) salienta ainda que os aditivos químicos líquidos nunca devem ser adicionados aos componentes secos do concreto antes da mistura com água, pois podem ter seu desempenho reduzido. Sua adição deve ser feita na presença de água, preferencialmente após alguns minutos da mistura do cimento com água para a maioria dos redutores de água utilizados.
A autora destaca também que os aditivos químicos nunca devem ser descartados como resíduo doméstico ou na rede pública de esgoto. A ficha de segurança do produto, fornecida pelo fabricante, contém informações de descarte para que não haja risco de segurança ao usuário e ao meio ambiente.
RESUMO DO TÓPICO 2
Neste tópico, você aprendeu que:
• Existem vários tipos de aditivos que podem ser usados nas dosagens de concreto.
• Os aditivos podem ser polifuncionais, como os plastificantes e superplastificantes que podem ter efeito secundário de retardar ou acelerar a pega.
• Os aditivos incorporadores de ar foram concebidos para situações de gelo-degelo e, portanto, não são recomendados aqui no Brasil, exceto na produção de concreto celular, feito na usina, com controle do tamanho de poros para não gerar capilares.
• O aditivo acelerador de pega pode conter cloretos que podem causar patologias a longo prazo no concreto.
• O aditivo acelerador de resistências é empregado em situações em que se precisa entregar a obra em tempo menor que o necessário para o concreto atingir a resistência de projeto.
• O aditivo retardador de pega aumenta o tempo de transição do concreto do estado plástico para o estado endurecido.
• Existem outros aditivos.
• A dosagem do aditivo deve seguir as recomendações de norma e dos fabricantes.
• Deve-se ter cuidado no emprego de aditivos, pois podem causar efeitos indesejados.
AUTOATIVIDADE
1 Com base na afirmação a seguir, pesquise e liste os aditivos empregados na produção do concreto permeável, explicando a função de cada um nesse concreto.
2 Leia o texto a seguir:
Não seria interessante um concreto que, uma vez lançado, se movesse por conta própria e preenchesse, sem necessitar de nenhuma intervenção, os espaços da fôrma? Pois o concreto autoadensável tem essa capacidade. Além de não necessitar ser adensado com vibrador, não segrega e não aprisiona ar em excesso.
Como resultado, sua aplicação é rápida, requer menos mão de obra, e não deixa ninhos de concretagem. Por essas e outras razões, o CAA é cada vez mais empregado como material de construção, tanto nos setores de pré-moldados e pré-fabricados, como para as aplicações de concreto no local (REPETTE, 2008).
Com base no exposto acima, pesquise e liste os aditivos empregados na produção do concreto autoadensável, explicando a função de cada um nesse concreto.
3 Aditivos são produtos utilizados durante a preparação do concreto com a finalidade de alterar as propriedades deste.
Tipo de aditivo Característica
I Plastificante A Aditivo que diminui o tempo transição
do estado plástico para o estado ar, uniformemente distribuídas, que permanecem no material no estado endurecido.
III Superplastificante tipo II C
Aditivo empregado para obter uma resistência mais elevada pela redução da relação água/cimento para a mesma trabalhabilidade de uma mistura sem aditivo.
IV Incorporador de ar D Aditivo que aumenta o tempo de
transição do concreto do estado plástico para o estado endurecido.
V Retardador de pega E
Aditivo que, sem modificar a consistência do concreto no estado fresco, permite uma elevadíssima redução no conteúdo da água de um concreto.
a) ( ) I–A, II–C, III–B, IV–D, V–E.
b) ( ) I–B, II–E, III–D, IV–C, V–A.
c) ( ) I–C, II–A, III–E, IV–B, V–D.
d) ( ) I–D, II–B, III–A, IV–E, V–C.
e) ( ) I–E, II–D, III–C, IV–A, V–B.
TÓPICO 3
ADIÇÕES MINERAIS
UNIDADE 2
1 INTRODUÇÃO
Conforme visto na Unidade 1, no Tópico 2, sobre cimentos, as adições minerais são materiais que podem somar ou substituir parcialmente o cimento, devido ao alto potencial de proporcionarem propriedades semelhantes às do cimento.
O uso das adições minerais teve início por volta de 1500 na Grécia com o uso do material de origem vulcânica. Também no Império Romano, o monte Vesúvio foi a primeira fonte de cinzas vulcânicas. Nos locais onde não havia cinza vulcânica, foi dado início à utilização de argila calcinada (DAL MOLIN, 2005).
Dal Molin (2005) destaca que, nos dias atuais, as adições são provenientes de outras indústrias, de material de descarte, de resíduos que seriam descartados em grandes quantidades em locais impróprios, gerando o risco de contaminação do solo e fontes de água.
Somado a isso, temos o fato de que a construção civil é o maior consumidor individual de recursos naturais, consumindo cerca de 20% a 50% do total de recursos naturais, de acordo com Dal Molin (2005).
Então, como vantagens, as adições minerais proporcionam benefícios ao meio ambiente, tais como, redução da poluição e redução do consumo de energia;
e além disso, também proporcionam, aos concretos, melhores características técnicas, pois modificam a estrutura interna da pasta de cimento hidratada, redução da porosidade capilar, além de diminuir o calor de hidratação que podem gerar as fissuras térmicas (DAL MOLIN, 2005)
2 CLASSIFICAÇÃO DAS ADIÇÕES MINERAIS
As adições minerais, de acordo com sua ação físico-química, podem ser classificadas, conforme proposto por Dal Molin (2005), em três grandes grupos, que são apresentados a seguir.
2.1 MATERIAL POZOLÂNICO
A ASTM C 618 (2008) e NBR 12653 (ABNT, 2012) definem os materiais pozolânicos em material silicoso ou sílico-aluminoso que possui pouca ou nenhuma propriedade cimentícea, mas quando finamente dividido e na presença de água, reage quimicamente com o hidróxido de cálcio, à temperatura ambiente, para formar compostos com propriedades aglomerantes.
Quanto à origem, os materiais pozolânicos podem ser definidos, de acordo com a NBR 12653 (ABNT, 2012), em:
• Naturais – Material de origem vulcânica, geralmente de caráter petrográfico ácido (>65% de SiO2) ou de origem sedimentar com atividade pozolânica.
• Artificiais – Materiais provenientes de tratamento térmico (argilas calcinadas ou termicamente ativadas) ou subprodutos industriais com atividade pozolânica, como a cinza volante, cinza da casca de arroz, sílica ativa, entre outras.
Tanto os materiais naturais como os artificiais podem necessitar de um processamento adicional (por exemplo, britagem e moagem) para se adequarem como materiais pozolânicos para uso como adição na produção de cimento e/
ou concretos.
As pozolanas, que obedecem aos requisitos da NBR 12653 (ABNT, 2012), também são classificadas pela norma em:
• Classe N – Pozolanas naturais e artificiais, como certos materiais vulcânicos de caráter petrográfico ácido, cherts silicosos, terras diatomáceas e argilas calcinadas. Deve apresentar uma quantidade de sílica, alumina e óxido de ferro igual ou superior a 70%.
• Classe C – Cinza volante produzida pela queima de carvão mineral em usinas termoelétricas. Deve apresentar uma quantidade de sílica, alumina e óxido de ferro igual ou superior a 70%.
• Classe E – Qualquer pozolana cujos requisitos difiram das classes anteriores, deve apresentar uma quantidade de sílica, alumina e óxido de ferro igual ou superior a 50%.
2.2 MATERIAL CIMENTANTE
Adições com características cimentantes são materiais que não necessitam do cimento Portland para formar produtos aglomerantes, como o C-S-H. Entretanto, não é suficiente para aplicação única como aglomerante, devido à baixa velocidade das reações e à pequena quantidade de produtos cimentantes formados. Quando usado como adição ou substituição em cimento Portland, o hidróxido de cálcio e a gipsita presentes na pasta aceleram sua hidratação (DAL MOLIN, 2005).
Como exemplo de material cimentante, destaca-se a escória granulada de alto-forno também utilizada como adição nos cimentos, conforme já apresentado no Tópico 2 da Unidade 1.
2.3 FÍLER
Diferentemente das duas classes anteriores, adições fíler não reagem quimicamente, mas proporcionam um efeito físico, devido à sua finura, com diâmetro médio próximo ao do cimento, que melhora propriedades do concreto, tais como trabalhabilidade, massa específica, permeabilidade, exsudação e a tendência à fissuração. Como exemplo de adições, Dal Molin (2005) cita o calcário, o pó de quartzo e o pó de pedra.
3 EFEITO QUÍMICO E FÍSICO DAS ADIÇÕES MINERAIS
A seguir detalha-se melhor como ocorrem os efeitos físicos e químicos das adições nas misturas.
3.1 EFEITO QUÍMICO
Associado à capacidade de reação com o hidróxido de cálcio Ca(OH)2, formado durante a hidratação do cimento Portland, para formar silicato de cálcio hidratado C-S-H adicional, que é o principal produto responsável pela resistência das pastas de cimento hidratadas. Dependendo da superfície específica das partículas e da sua composição química, as reações pozolânicas podem ser lentas ou rápidas (DAL MOLIN, 2005, p. 347).
3.2 EFEITO FÍSICO
Efeito microfíler
Aumento da densidade da mistura do preenchimento dos vazios pelas minúsculas partículas das adições, cujo diâmetro médio deve ser semelhante ou menor que o diâmetro médio das partículas de cimento (DAL MOLIN, 2005, p. 350).
Refinamento da estrutura de poros e dos produtos de hidratação do cimento
Causado pelas pequenas partículas das adições que podem agir como pontos de nucleação para os produtos de hidratação. Dessa forma, o crescimento dos cristais ocorrerá não somente a partir da superfície dos grãos de cimento, mas também nos poros ocupados pela adição e pela água, influenciando a cinética da hidratação (acelera as reações) e os tipos de produtos de hidratação formados (a adição restringe os espaços nos quais os produtos de hidratação podem crescer, gerando um grande número de pequenos cristais ao invés de poucos cristais de grande tamanho) (DAL MOLIN, 2005, p. 350).
Alteração da microestrutura da zona de transição
“A colocação de adições finamente divididas no concreto interfere na movimentação das partículas de água em relação aos sólidos da mistura, reduzindo ou eliminando o acúmulo de água livre que normalmente fica retido sob os agregados” (DAL MOLIN, 2005, p. 350). A essa região abaixo dos agregados
Portanto, a adição preenche os vazios deixados pelas partículas de cimento próximos à superfície do agregado (efeito microfíler), interferindo no crescimento dos cristais, ou seja, restringe o tamanho e reduz o grau de orientação dos cristais de hidróxido de cálcio junto ao agregado, diminuindo assim a espessura da zona de transição (redução da exsudação) (DAL MOLIN, 2005).
4 TIPOS DE ADIÇÕES MINERAIS
A seguir são apresentados os principais tipos de adições minerais, tanto os naturais, quanto os materiais de subprodutos e seus principais efeitos nas propriedades do concreto, no estado fresco e endurecido.
4.1 MATERIAIS POZOLÂNICOS NATURAIS
Com base no constituinte reativo principal presente, Mehta e Monteiro (2014) classificaram as pozolanas naturais em:
• Vidros vulcânicos – Possuem reatividade com a cal em função de aluminossilicato vítreo. Exemplos de jazidas são encontradas em Terra de Santorini da Grécia, Pozolana Bacoli da Itália e Pozolana Shirasu do Japão (MEHTA; MONTEIRO, 2014).
• Tufos vulcânicos – São produtos da alteração hidrotérmica do vidro vulcânico, como a pozolana usada na construção dos domos de concreto e paredes do Panteão de Roma (figura a seguir). Após a massa compacta da pozolana ser finamente moída, o mineral zeoólita (mineral filipsita e herschelita) apresenta reatividade com a cal e desenvolve propriedades cimentantes, tal como ocorre nos vidros vulcânicos (MEHTA; MONTEIRO, 2014).
FIGURA 1 – PANTEÃO DE ROMA – (FOTO MARCELO ALBUQUERQUE, 2015)
FONTE: Albuquerque (2018, s.p.)
• Argilas ou folhelhos calcinados – Apresentam atividade química somente após tratamento térmico em temperaturas da ordem de 600 a 900 ºC. Metacaulim é um exemplo desse tipo de pozolana e também Surkhi, produzida na Índia (MEHTA; MONTEIRO, 2014).
• Terra diatomácea – É caracterizada pela presença de materiais de origem organogênica, composta por carapaças de esqueletos das paredes celulares de algas aquáticas microscópicas que contêm sílica amorfa. O maior depósito de diatomita fi ca na Califórnia, nos Estados Unidos, sendo encontrada também na Dinamarca, Argélia, Canadá e Alemanha (MEHTA; MONTEIRO, 2014).
4.2 MATERIAIS DE SUBPRODUTOS
Escória granulada de alto-forno
Conforme já apresentado no Tópico 2 da Unidade 1, as escórias de alto-forno são resíduos obtidos na produção do ferro-gusa, que quando resfriados bruscamente se tornam amorfos altamente reativos.
A fabricação de ferro-gusa se realiza em unidades industriais chamadas altos-fornos (fi gura a seguir), nas quais se reduzem os óxidos contidos nos minerais de ferro e se separam as impurezas que os acompanham (ARCELORMITTAL, 2018).
FIGURA 2 – ALTO-FORNO UTILIZADO NA PRODUÇÃO DO FERRO-GUSA
FONTE: Usiminas (2018, s.p.) GusaEscória
Zona de gotejamento (camada em amolecimento, formação de escórias e fuisão) Gás + Poeira
Minério Coque
Zona de combustão Ventaneiras
Ar quente + O2 Zona de amolecimento
e fusão
Carga metálica + Fundentes + Coque
As escórias se formam pela fusão das impurezas do minério de ferro, juntamente com a adição de fundentes, como calcário e dolomita, e as cinzas do coque. Essa massa (escória fundida), então, por sua insolubilidade e menor densidade, sobrenada no ferro-gusa e é conduzida por canais, até o lugar de resfriamento (ARCELORMITTAL, 2018). O resfriamento pode então ocorrer de duas formas:
• Esfriada ao ar ou cristalizada – As escórias são vazadas em estado líquido em pátios apropriados, onde são resfriadas ao ar. Por ser um processo lento, formam distintas fases cristalinas de seus componentes, e com isto não adquirem poder de aglomerante hidráulico. Essa escória recebe o nome de escória bruta de alto-forno (figuras a seguir), podendo ser britada ou utilizada como material inerte em diversas aplicações, substituindo materiais pétreos (ARCELORMITTAL, 2018).
FIGURA 3 – ESCÓRIA BRUTA DE ALTO-FORNO
FIGURA 4 – ESCÓRIA BRUTA DE ALTO-FORNO
FONTE: Arcelormittal (2018, s.p.) FONTE: Arcelormittal (2018, s.p.)
• Resfriada com água ou granulada – A escória líquida é transportada para os granuladores, que são equipamentos nos quais ela é resfriada bruscamente por meio de jatos de água sob alta pressão. Não havendo tempo suficiente para formação de cristais, essa escória se granula "vitrificando" e recebe o nome de escória granulada de alto-forno (ARCELORMITTAL, 2018). A escória granulada de alto-forno, devido ao seu grande potencial hidráulico, similar ao clínquer, é então moída e utilizada na fabricação do cimento e como adição no concreto.
Para cada tonelada de ferro-gusa são gerados de 200 a 300 quilos de escória de alto-forno (ARCELOMITTAL, 2018), logo, mesmo que a indústria cimenteira utilize na produção do cimento CP III e CP II-E, devido às restrições percentuais de adição ao cimento por norma, a quantidade de resíduo gerada não é toda absorvida. Além disso, como não há restrição de sua adição na produção de concretos e os benefícios proporcionados nesse vão além de proporcionar somente resistência mecânica, a escória de alto-forno também pode ser usada como adição na produção de concretos.
Cinza Volante
Cinzas volantes ("que voam") é a designação dada ao material obtido pela precipitação eletrostática, ou captação mecânica em filtros de saco ou dispositivos semelhantes, das poeiras contidas no fumo produzido pela queima de combustível nas centrais termoelétricas a carvão. A designação resulta da leveza das partículas, as quais, na ausência de dispositivos de filtração, seriam arrastadas pelos gases para a atmosfera como fumo. Trata-se de um pó mineral fino, constituído em grande parte por pequenas partículas esféricas com dimensões que variam entre 0,5 µm e 100 µm, que resulta da fusão e calcinação das impurezas minerais incombustíveis contidas no carvão que foi queimado a altas temperaturas e pressões. Os grãos de cinza são sólidos amorfos que ganham a sua estrutura tendencialmente esférica por solidificarem em suspensão no fluxo gasoso resultante da queima. Dado que estas cinzas apresentam propriedades pozolânicas acentuadas, são em geral valorizadas pela sua utilização como aditivo em argamassas e betões, sendo por essa razão as pozolanas artificiais mais comuns, e como aditivo numa variedade de produtos (WERLING, 2015, s.p.).
Este material é praticamente idêntico em sua composição às cinzas vulcânicas com propriedades pozolânicas, ideais para o concreto que construiu as estruturas da Roma antiga que apreciamos 2.000 anos depois (ACAA, 2018).
Pontes entre as mais renomadas do mundo, arranha-céus, estradas, barragens e uma ampla gama de outros projetos de construção foram construídos usando misturas de concreto de alto desempenho para proporcionar resistência e longevidade superiores. Os construtores utilizam rotineiramente 40% de mistura de cinzas volantes. Essa quantidade pode chegar a 70% ou mais em paredes maciças, vigas, barragens e fundações (ACAA, 2018).
Entre as principais vantagens ambientais do concreto com cinzas volantes, de acordo com a American Coal Ash Association – ACAA (2018), podemos citar:
• Elimina a necessidade de mineração de materiais virgens e, portanto, evita os impactos associados, além de conservar recursos materiais limitados.
• Preserva o meio ambiente de outra forma usada para descarte, como aterros.
• Não requer mais consumo energético para ser produzida e, portanto, protege a atmosfera da liberação de dióxido de carbono; para cada tonelada de cinzas usadas para substituir o cimento tradicional, uma tonelada de dióxido de carbono é salva de entrar na atmosfera da Terra; na última década, a reciclagem de cinzas
• Não requer mais consumo energético para ser produzida e, portanto, protege a atmosfera da liberação de dióxido de carbono; para cada tonelada de cinzas usadas para substituir o cimento tradicional, uma tonelada de dióxido de carbono é salva de entrar na atmosfera da Terra; na última década, a reciclagem de cinzas