SAMIRA MOREIRA ALVES
COMPARAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA BORRACHA E DO ADITIVO
INCORPORADOR DE AR NOS CONCRETOS LEVES AUTOADENSÁVEIS
LIMEIRA/SP 2019
SAMIRA MOREIRA ALVES
COMPARAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA BORRACHA E DO ADITIVO
INCORPORADOR DE AR NOS CONCRETOS LEVES AUTOADENSÁVEIS
Dissertação apresentada à Faculdade de Tecnologia da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Mestra em Tecnologia, na Área de Ciência dos Materiais.
Orientadora: Prof.ª Dr ª Luísa Andréia Gachet
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELA ALUNA SAMIRA MOREIRA ALVES, E ORIENTADA PELA PROFA DRA LUISA ANDREIA GACHET.
LIMEIRA/SP 2019
Ficha catalográfica
Universidade Estadual de Campinas Biblioteca da Faculdade de Tecnologia Felipe de Souza Bueno - CRB 8/8577
Alves, Samira Moreira, 1984-
AL87c Comparação da influência da borracha e do aditivo incorporador de ar nos concretos leves autoadensáveis / Samira Moreira Alves. – Limeira, SP : [s.n.], 2019.
Orientador: Luisa Andréia Gachet.
Dissertação (mestrado) – Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia.
1. Concreto leve autoadensável. 2. Argila expandida. 3. Borracha. 4. Concreto com ar incorporado. I. Barbosa, Luísa Andréia Gachet, 1970-. II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Tecnologia. III. Título.
Informações para Biblioteca Digital
Título em outro idioma: Comparison of rubber and air entraining additive influence on lightwheigth self-compacting concretes
Palavras-chave em inglês:
Self-compacting lightweight concrete Expanded clay
Rubber
Air-entrained concrete
Área de concentração: Ciência dos Materiais Titulação: Mestra em Tecnologia
Banca examinadora:
Luisa Andréia Gachet [Orientador] Rosa Cristina Cecche Lintz
Mirian de Lourdes Noronha Motta Melo Data de defesa: 29-07-2019
Programa de Pós-Graduação: Tecnologia
Identificação e informações acadêmicas do(a) aluno(a)
- ORCID do autor: https://orcid.org/0000-0002-2134-8474 - Currículo Lattes do autor: http://lattes.cnpq.br/1889737047155108
FOLHA DE APROVAÇÃO
Abaixo se apresentam os membros da comissão julgadora da sessão pública de defesa de dissertação para o Título de Mestra em Tecnologia na área de concentração de Ciências dos Materiais, a que submeteu a aluna Samira Moreira Alves, em 29 de julho de 2019 na Faculdade de Tecnologia- FT/ UNICAMP, em Limeira/SP.
Prof.ª Dr.ª Luísa Andréia Gachet Presidente da Comissão Julgadora
Prof ª Dr.ª Rosa Cristina Cecche Lintz
UNICAMP – Universidade Estadual de Campinas
Prof.ª Dr.ª Mirian de Lourdes Noronha Motta Melo UNIFEI – Universidade Federal de Itajubá
A Ata da defesa, assinada pelos membros da Comissão Examinadora, consta no SIGA/Sistema de Fluxo de Dissertação/Tese e na Secretaria de Pós-Graduação da FT.
Dedico este trabalho aos meus pais por todo amor e dedicação incondicional a minha formação.
AGRADECIMENTOS
Ao meu pai João Antonio Alves e minha mãe Maria Meire Moreira Alves, por todo amor, carinho, suporte financeiro e emocional, imensurável incentivo e apoio ao longo de toda essa jornada de estudos, a vocês devo todo respeito e admiração.
A todos os meus amigos e familiares que de alguma maneira participaram nessa jornada, em especial aos amigos Daniel Bezerra Barros e Beatriz Correa, pelo companheirismo nessa e em outras tantas trajetórias. Às amigas Drª Andressa Fernanda Angelin e Drª Fabiana Maria da Silva, que muito contribuíram com essa pesquisa, e com as quais estabeleci um vínculo de apoio e amizade.
À Faculdade de Tecnologia (FT/UNICAMP) pela oportunidade e suporte técnico para a realização desta pesquisa de mestrado.
À minha orientadora Prof.ª Dr.ª Luísa Andréia Gachet, à Prof.ª Dr.ª Rosa Cristina Cecche Lintz e ao técnico de laboratório Me. Emerson Verzegnassi por toda orientação, paciência e amizade ao longo destes anos, fundamentais à realização deste estudo.
Aos técnicos do Laboratório de Construção Civil e Solos da FT, Reginaldo Ferreira e Inovei, e aos bolsistas, pelo apoio e suporte técnico.
Ao Instituto de Geociências (IG/UNICAMP) e à técnica do Laboratório de Microscopia, Érica Martini Tonetto, pelo auxílio na produção e análise de microscopia das amostras de concreto.
À CAPES pela bolsa de mestrado concedida.
O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001.
RESUMO
Estudos que viabilizam a reutilização de resíduos como materiais de construção, resultam na definição de alternativas ao uso de matérias primas não renováveis, buscando agregar valor ao resíduo e minimizar problemas ambientais. Entre os principais resíduos destaca-se a borracha de pneus inservíveis, tanto pela qualidade do material, como pelo volume gerado. Quanto ao viés de aprimoramento das tecnologias de concreto, a busca por características como diminuição do peso das edificações, facilidade de manuseio, aplicação e transporte, demonstram vantagens dos concretos leves autoadensáveis (CLA) frente aos concretos convencionais. A escolha de materiais que associem tais características, com melhores desempenhos mecânicos, acústicos e térmicos, veem de uma necessidade mercadológica, além de adequação a norma de desempenho das edificações ABNT NBR 15575:2013. Diante do exposto, este trabalho estudou dois grupos de concretos leves autoadensáveis (CLA): o primeiro associando argila expandida e borracha oriunda de pneus inservíveis, e o segundo combinando argila expandida e aditivo incorporador de ar, com vistas aos requisitos descritos na norma ABNT NBR 8953:2015. Foram realizados ensaios de caracterização dos materiais e do concreto nos estados fresco e endurecido, considerando as propriedades de densabilidade, densidade, resistência mecânica e desempenho acústico. Os resultados indicaram que os traços estudados atenderam aos critérios de concreto autoadensável (CAA), no estado fresco. Quanto a análise no estado endurecido, foram classificados como concretos leves autoadensáveis, com desempenho de resistência mecânica que possibilita aplicações em elementos de vedação e estruturais. Além disso, houve ganho de desempenho quanto as propriedades acústicas, tanto dos concretos emborrachados quanto dos concretos com incorporador de ar, em comparação com o concreto leve referência.
Palavras-chave: Concreto leve autoadensável, argila expandida, borracha, concreto com ar incorporado.
ABSTRACT
Studies that enable the reuse of waste as building materials result in the definition of alternatives to the use of non-renewable raw materials, seeking to add value to the waste and minimize environmental problems. Among the main residues is the rubber of unserviceable tires, due to both the quality of the material and the volume generated. Regarding the improvement of the concrete technologies, the search for characteristics such as reduced weight of buildings, ease of handling, application and transport, demonstrate advantages of self-compacting lightweight concrete (SCLC) over conventional concretes. The choice of the materials that associate such characteristics, with better mechanical, acoustic and thermal performance, comes from a marketing necessity, in addition to the performance standard of buildings ABNT NBR 15575: 2013. Given the above, this work studied two groups of self-compacting lightweight concrete (SCLC): the first associating expanded clay and rubber from unserviceable tires, and the second combining expanded clay and air entraining additive, in view of the requirements described in ABNT NBR 8953: 2015. Material and concrete characterization tests were performed in the fresh and hardened states, considering properties of densability, density, mechanical strength and acoustic performances. The results indicated that the traits studied met the criteria of self-compacting concrete (SCC) in the fresh state. As for the analysis in the hardened state, they were classified as self-compacting lightweight concretes, with mechanical resistance performance that allows applications in structural and sealing elements. In addition, there was a gain in performance regarding the acoustic properties of both rubberized concretes and concretes with air entraining additive compared to reference lightweight concrete.
Keywords: self-compacting lightweight concrete, expanded clay, rubber, air-entrained concrete.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - (a) Vista lateral da Ponte Akashi-Kaikyo e (b) bloco de ancoragem... 23
Figura 2 – Comparação da composição das misturas entre CAA e o concreto convencional . 28 Figura 3 - Concreto leve: a) com agregado leve; b) celular; c) sem finos ... 33
Figura 4 – (a) Panteão Romano e (b) El Tajin no México ... 33
Figura 5 – Balanço energético do som sobre uma superfície ... 41
Figura 6 – Fluxograma das atividades da pesquisa ... 47
Figura 7 - Comparação visual entre: (a) cimento e (b) sílica ativa... 50
Figura 8 - Comparação visual entre: (a) borracha e (b) areia ... 50
Figura 9 - Comparação visual entre as argilas: (a) CINEXPAN C0500 e (b) CINEXPAN C1506 ... 51
Figura 10 – (a) Materiais separados para produção dos concretos (b) mistura na betoneira ... 54
Figura 11 – Corpos de prova em cura úmida ... 55
Figura 12 – Slump flow test: Placa base e cone de Abrams para medida do espalhamento .... 57
Figura 13 – Classes do índice de estabilidade visual (IEV) ... 57
Figura 14 – Ensaio pelo método Anel “J”: Detalhamento da norma ... 58
Figura 15 – Ensaio pelo método Caixa “L”: Detalhamento da norma ... 59
Figura 16 – Ensaio pelo método Funil “V”: Detalhamento da norma... 59
Figura 17 – Ensaio de massa específica, absorção de água e índice de vazios: (a) amostra imersa em água, (b) amostra saturada e (c) amostra seca em estufa ... 64
Figura 18 - Ensaio de resistência à compressão axial: (a) visão geral do equipamento utilizado no ensaio e (b) detalhamento do corpo de prova ... 66
Figura 19 - Ensaio de resistência à tração por compressão diametral ... 67
Figura 20 - Ensaio de módulo de elasticidade estático pelo método de compressão ... 68
Figura 21 – Aparelho de ultrassom utilizado na pesquisa: (a) ultrassom Panametrics e transdutores (b) detalhamento da tela ... 70
Figura 22 – Ensaio de ultrassom: (a) ultrassom Panametrics e transdutores posicionados (b) detalhamento da amostra ... 71
Figura 23 – Amostras para ensaio MEV: (a) não metalizadas e (b) metalizadas com carbono. ... 72
Figura 24 – Microscópio utilizado na pesquisa: (a) MEV LEO 430i e (b) aquisitores de dados ... 72
Figura 25 - Curva granulométrica da areia ... 74 Figura 26 – Curva granulométrica da borracha ... 75 Figura 27 – Morfologia de Borracha por análise de MEV em diferentes barras de escalas de ampliação: (a) 200mm, (b) 500µm, (c) 500µm, (d) 200µm. ... 76 Figura 28 - Curva granulométrica das argilas expandidas C0500 e C1506 ... 78 Figura 29 - Espalhamento do concreto leve autoadensável de referência (RL) ... 80 Figura 30 – Espalhamento dos concretos leves autoadensáveis emborrachados (CLAEs): (a) B5, (b) B10 e (c) B15 ... 80 Figura 31 - Espalhamento dos concretos leves autoadensáveis aerados (CLAAs): (a) A1, (b) A2 e (c) A3 ... 81 Figura 32 - Habilidade passante: (a) pelo anel “J” e (b) pela caixa “L” ... 82 Figura 33 - Ensaio de viscosidade pelo método do funil V ... 83 Figura 34 – Comparação entre absorção de água, índice de vazios e teor de ar nos traços de concretos leve autoadensável de referência (RL), concretos leves autoadensáveis emborrachados (B5, B10 e B15), e concretos leves autoadensáveis aerados (A1, A2 e A3) . 87 Figura 35 - Resistência à compressão axial, aos 7 e 28 dias, do concreto leve autoadensável de referência (RL), dos concretos leves autoadensáveis emborrachados (B5, B10 e B15), e dos concretos leves autoadensáveis aerados (A1, A2 e A3) ... 90 Figura 36 – Fator de Eficiência dos concretos ... 90 Figura 37 - Resistência à tração, aos 7 e 28 dias, do concreto leve autoadensável de referência (RL), dos concretos leves autoadensáveis emborrachados (B5, B10 e B15), e dos concretos leves autoadensáveis com AIA (A1, A2 e A3) ... 91 Figura 38 – Módulo de elasticidade nos traços de concretos leve autoadensável de referência (RL), concretos leves autoadensáveis emborrachados (B5, B10 e B15), e concretos leves autoadensáveis com AIA (A1, A2 e A3), aos 28 dias ... 92 Figura 39 – Teste de Tukey para comparação das médias da resistência à compressão aos 28 dias entre o concreto leve autoadensável de referência (RL) e os concretos leves autoadensáveis emborrachados (B5, B10 e B15) ... 94 Figura 40 – Teste de Tukey para comparação das médias da resistência à compressão aos 28 dias entre o concreto leve autoadensável de referência (RL) e concretos leves autoadensáveis com AIA (A1, A2 e A3) ... 95 Figura 41 – Atenuação acústica aos 28 dias, do concreto leve autoadensável de referência (RL) e concretos leves autoadensáveis emborrachados (B5, B10 e B15) ... 96
Figura 42 – Velocidade de propagação do som aos 28 dias, do concreto leve autoadensável de referência (RL) e concretos leves autoadensáveis emborrachados (B5, B10 e B15) ... 96 Figura 43 – Atenuação acústica aos 28 dias, do concreto leve autoadensável de referência (RL) e concretos leves autoadensáveis com AIA (A1, A2 e A3)... 98 Figura 44 – Velocidade de propagação do som aos 28 dias, do concreto leve autoadensável de referência (RL) e concretos leves autoadensáveis com AIA (A1, A2 e A3) ... 98 Figura 45 – MEV do concreto leve autoadensável de referência (RL): (a) matriz de cimento e agregados e (b) detalhamento da zona de transição na interface ... 100 Figura 46 – MEV do concreto leve autoadensável emborrachado (B5): (a) matriz de cimento e agregados e (b) detalhamento da zona de transição na interface ... 102 Figura 47 – MEV do concreto leve autoadensável emborrachado (B10): (a) matriz de cimento e agregados e (b) detalhamento da zona de transição na interface ... 103 Figura 48 – MEV do concreto leve autoadensável emborrachado (B15): (a) matriz de cimento e agregados e (b) detalhamento da zona de transição na interface ... 104 Figura 49 – MEV do concreto leve autoadensável aerado (A1): (a) matriz de cimento e agregados e (b) detalhamento da zona de transição na interface ... 105 Figura 50 – MEV do concreto leve autoadensável aerado (A2): (a) matriz de cimento e agregados e (b) detalhamento da zona de transição na interface ... 106 Figura 51 – MEV do concreto leve autoadensável aerado (A3): (a) matriz de cimento e agregados e (b) detalhamento dos poros... 107
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Métodos de ensaio para CAA no estado fresco segundo a ABNT 15823:2017 ... 30
Tabela 2- Valores correspondentes a resistência à compressão e massa específica para concreto leve estrutural ... 32
Tabela 3 – Revisão bibliográfica de concretos produzidos com agregados leves e aditivo incorporador de ar ... 45
Tabela 4 – Ensaios para caracterização dos materiais ... 49
Tabela 5- Composição química da sílica ativa ... 49
Tabela 6 - Absorção de água das argilas expandidas segundo a ABNT NBR 53:2009. ... 51
Tabela 7 – Análise química das argilas expandidas C0500 e C1506 ... 52
Tabela 8 - Características físicas e químicas do aditivo superplastificante ... 52
Tabela 9 – Características físicas e químicas do aditivo incorporador de ar ... 52
Tabela 10 – Proporcionamento dos concretos leves autoadensáveis: referência (RL); emborrachados (CLAEs B5, B10 e B15); e aerados (CLAAs A1, A2 e A3). ... 53
Tabela 11 - Ordem de colocação dos materiais e tempo de homogeneização na betoneira do concreto leve autoadensável de referência (RL)... 54
Tabela 12 - Ordem de colocação dos materiais e tempo de homogeneização na betoneira dos concretos leves autoadensáveis aerados (CLAAs A1, A2 e A3). ... 55
Tabela 13 - Quantidade de corpos de prova para cada ensaio e idade. ... 56
Tabela 14 - Ensaios realizados no estado fresco dos concretos ... 56
Tabela 15 - Classes do índice de estabilidade visual (Sob fluxo livre) ... 58
Tabela 16 - Ensaios realizados no estado endurecido dos concretos ... 63
Tabela 17 - Características e propriedades do CPV-ARI ... 73
Tabela 18 - Características físicas e granulométricas da areia ... 74
Tabela 19 - Composição granulométrica da borracha ... 75
Tabela 20 – Composição química da borracha por análise de EDS ... 77
Tabela 21 - Características físicas e granulométricas das argilas expandidas ... 78
Tabela 22 – Espalhamento (slump flow test) dos concretos leves autoadensáveis: referência (RL); emborrachados (CLAEs B5, B10 e B15); e aerados (CLAAs A1, A2 e A3). ... 79
Tabela 23 - Habilidade passante pelo método do anel J e da caixa L dos concretos leves autoadensáveis: referência (RL); emborrachados (CLAEs B5, B10 e B15); e aerados (CLAAs A1, A2 e A3) ... 81
Tabela 24 - Tempo de escoamento pelo método t500 e funil V dos concretos leves
autoadensáveis: referência (RL); emborrachados (CLAEs B5, B10 e B15); e aerados (CLAAs A1, A2 e A3) ... 83 Tabela 25 - Massa específica e teor de ar no estado fresco dos concretos leves autoadensáveis: referência (RL); emborrachados (CLAEs B5, B10 e B15); e aerados (CLAAs A1, A2 e A3) 84 Tabela 26 - Massa específica, absorção de água, índice de vazios aos 28 dias dos concretos leves autoadensáveis: referência (RL); emborrachados (CLAEs B5, B10 e B15); e aerados (CLAAs A1, A2 e A3) ... 86 Tabela 27 - Análise de variância dos resultados da resistência à compressão aos 28 dias de idade do concreto leve autoadensável de referência (RL) e concretos leves autoadensáveis emborrachados (B5, B10 e B15) ... 93 Tabela 28 - Análise de variância dos resultados da resistência à compressão aos 28 dias de idade do concreto leve autoadensável de referência (RL) e concretos leves autoadensáveis com AIA (A1, A2 e A3) ... 93
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 17
1.1. Objetivos ... 20
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 21
2.1. Concreto de Cimento Portland ... 21
2.1. Concreto autoadensável... 22
2.1.1. Definição ... 22
2.1.2. Desenvolvimento, panorama histórico e aplicação ... 22
2.1.3. Vantagens do CAA em relação ao concreto convencional ... 24
2.1.4. Materiais constituintes ... 25
2.1.4.1. Cimento ... 25
2.1.4.2. Adições minerais ... 26
2.1.4.3. Agregados ... 27
2.1.4.4. Aditivos ... 29
2.1.5. Controle das propriedades do CAA em estado fresco ... 29
2.1.6. Considerações quanto ao proporcionamento do CAA ... 31
2.2. Concreto Leve ... 31
2.2.1. Definição ... 31
2.2.2. Desenvolvimento, panorama histórico e aplicação ... 33
2.2.3. Vantagens do CL em relação ao concreto convencional ... 34
2.2.4. Materiais constituintes ... 35
2.2.4.1. Agregado leve de argila expandida ... 35
2.2.4.2. Agregado leve de resíduo de borracha de pneus inservíveis ... 36
2.2.4.3. Aditivos incorporadores de ar ... 38
2.2.5. Considerações quanto ao proporcionamento e dosagem ... 39
2.5 Propriedades acústicas do concreto ... 41
3. PROGRAMA EXPERIMENTAL ... 46
3.1. Materiais – seleção e caracterização ... 48
3.1. Dosagem e produção dos concretos ... 52
3.2. Ensaios dos concretos no estado fresco... 56
3.2.1. Determinação do espalhamento, do tempo de escoamento (t500) e do índice de estabilidade visual ... 57
3.2.2. Determinação da habilidade passante ... 58
3.2.3. Determinação da viscosidade ... 59
3.2.4. Massa específica, rendimento, consumo de cimento e teor de ar ... 60
3.3. Ensaios dos concretos no estado endurecido... 62
3.3.1. Absorção de água, índice de vazios e massa específica ... 63
3.3.2. Resistência à Compressão axial ... 65
3.3.3. Resistência à tração por compressão diametral ... 66
3.3.4. Módulo de elasticidade estático pelo método de compressão ... 67
3.3.5. Análise estatística dos valores de resistência à compressão ... 68
3.3.6. Atenuação acústica pelo ensaio de ultrassom ... 69
3.3.7. Análise da microestrutura por Microscópio Eletrônico de varredura (MEV) 71 4. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ... 73
4.1. Caracterização dos materiais ... 73
4.1.1. Cimento Portland ... 73
4.1.2. Sílica Ativa (SA) ... 73
4.1.3. Areia natural quartzosa ... 73
4.1.4. Borracha ... 75
4.1.5. Argilas expandidas CINEXPAN ... 77
4.2. Propriedades no estado fresco ... 79
4.2.1.1. Espalhamento e índice de estabilidade visual ... 79
4.2.1.2. Habilidade passante pelo método do anel J e da caixa L ... 81
4.2.1.3. Viscosidade pelo tempo de escoamento e método do funil V ... 82
4.2.2. Massa específica, rendimento, consumo de cimento e teor de ar incorporado no estado fresco ... 84
4.3. Propriedades no estado endurecido ... 86
4.3.1. Massa específica, absorção de água e índice de vazios ... 86
4.3.2. Resistência à compressão axial ... 88
4.3.3. Resistência à tração por compressão diametral ... 91
4.3.4. Módulo de elasticidade ... 91
4.3.5. Análise estatística ... 92
4.3.6. Atenuação acústica e velocidade de propagação do som pelo método de ultrassom ... 95
4.3.7. Análise da microestrutura ... 99
5. CONCLUSÕES ... 108
6. PROPOSTAS PARA ETAPAS FUTURAS ... 110
1. INTRODUÇÃO
As evoluções nas áreas de tecnologia do concreto, tais como desenvolvimento de aditivos e adições, métodos de dosagem, equipamentos de mistura e aplicação, levaram a obtenção de concretos especiais, com características específicas, suprindo deficiências ou incorporando propriedades que conferem desempenho adequado a situações particulares de aplicação. São exemplos: concretos de alta resistência (CAR), de alto desempenho (CAD), autoadensável (CAA), leve (CL), com resíduos reciclados, etc (TUTIKIAN; ISAIA; HELENE, 2011).
O concreto leve (CL) surgiu da necessidade da redução do peso próprio das estruturas. Há relatos de sua utilização desde 1100 a. C, sendo que a primeira aplicação de agregados leves artificiais ocorreu em 1918, na construção de embarcações. Esse tipo de concreto é obtido pela incorporação de vazios, com consequente diminuição da massa específica, tanto pelo uso dos agregados sem finos, pela incorporação de ar por meio de aditivos ou pela substituição dos agregados convencionais por agregados leves (ROSSIGNOLO, 2009). As bolhas de ar produzidas pelo incorporador aumentam a porosidade do concreto, e influenciam a trabalhabilidade e durabilidade (WU et al., 2016). O uso do concreto leve deve ser justificado, por diminuição no custo do projeto e/ou melhora no desempenho em determinada função, visto que apresenta um custo maior em comparação ao concreto convencional (FANTILLI; CHIAIA; GORINO, 2016). Esse tipo de concreto é amplamente utilizado por apresentar alta resistência à compressão, baixo peso específico, bom isolamento térmico, além de durabilidade (LI et al., 2017). Além disso, possui boa absorção sonora, propriedade importante em sistemas de controle de ruídos, para reduzir a energia sonora irradiada (PUTRA et al., 2018).
Já o concreto autoadensável (CAA), surgiu quando o professor Okamura, da Universidade de Tóquio, identificou o adensamento impróprio como principal causa de problemas relacionados a durabilidade das estruturas, e propôs um concreto que não requeresse adensamento para atingir plena compactação. A primeira aplicação desse material foi em 1990, na execução de um edifício no Japão (OKAMURA; OUCHI, 2003). As características de autoadensabilidade oferecem vantagens complementares, visto que esse tipo de material possibilita redução no tempo de manuseio e adensamento, com consequente aumento da produtividade aliado a menor custo da operação de concretagem, além de diminuição do número de operários e redução dos ruídos no canteiro de obra (TUTIKIAN; DAL MOLIN, 2015).
Como exemplo de avanços, destaca-se o concreto leve autoadensável (CLA), que agrega as conhecidas qualidades do concreto leve estrutural (CLE), com as vantagens do concreto autoadensável (CAA), combinando ganho de desempenho tanto pela diminuição do peso próprio, quanto por dispensar compactação ou vibração externa para o adensamento e preenchimento das formas. Em componentes pré-fabricados as etapas de armazenamento e montagem são decisivas nos custos dos produtos, nesse sentido o CLA surge como uma alternativa interessante. O peso das estruturas no concreto convencional é elevado quando comparadas às cargas aplicadas, principalmente em casos de grandes vãos, como em pontes. Assim, o desempenho do concreto armado pode ser melhorado, pela redução dos esforços na estrutura das edificações, gerando economia com formas e cimbramento, assim como a diminuição dos custos com transporte e montagem de construções pré-fabricadas (ROSSIGNOLO, 2009). Na literatura internacional o CLA é indicado como ideal para uso na indústria de pré-fabricados em concreto, reforços estruturais com fibras e lajes (GÜNEYISI et al., 2015). Em pré-fabricados, o CLA desperta atenção em virtude das formas geométricas, tipo de acabamento, altas taxas de armadura e protensões, favorecerem a sua utilização (ASSUNÇÃO, 2016).
Uma nova abordagem quanto ao desempenho dos materiais, está relacionada ao tema acústica das edificações. Há uma preocupação crescente na indústria da construção civil quanto ao isolamento das paredes e lajes para reduzir os ruídos internos e externos, uma vez que o ruído entre os andares de edificações se tornou um questão em evidência. A soma de todas as características do CLA favorece a aplicação desse material em edificações, e contribuem para a adequação as prescrições da norma de desempenho das edificações ABNT NBR 15575:2013, responsável por especificar as exigências para a concretagem, mas com atenção especial para a “resistência ao fogo, desempenho térmico e acústico”.
Motivados por essas mudanças, as pesquisas se voltaram para inovações na forma de produção, e principalmente para a composição, visto que os materiais utilizados têm grande influência nas características do concreto. A indústria da construção civil é responsável por 40 a 75% da demanda de matéria-prima gerada na Terra. Sabe-se que o consumo de cimento é superior ao de alimentos e que o de concreto só fica abaixo do consumo de água (AGOPYAN, 2013). Nesse sentido a busca por materiais alternativos é uma necessidade desse setor, tanto pela quantidade de resíduos gerados, quanto pelo consumo de recursos naturais.
Outro setor que impacta na geração de resíduos e o da indústria de pneus. O rápido crescimento do uso de veículos resultou em aumento de resíduos de pneus, capazes de ocasionar
riscos ambientais e até mesmo a saúde pública, quando descartados de maneira inadequada. Diversos métodos de reciclagem ou reutilização da borracha proveniente de pneus têm sido propostos, incluindo seu uso como agregados leves em pavimentos de asfalto, combustível para fornos de cimento, entre outros (SU et al., 2014). Portanto, a utilização da borracha na produção de concreto, pode ser uma opção viável para o desenvolvimento ambientalmente adequado da construção civil, substituindo agregados naturais não renováveis.
A escolha do agregado leve utilizado na produção do CLA é definida pela disponibilidade em cada região, podendo ser usado por exemplo xisto expandido, pedra pome, vermiculita, argila expandida, borracha, entre outros. O tipo do agregado leve altera as propriedades físicas e mecânicas do concreto leve autoadensável (BOGAS et al., 2012; BORJA, 2011). Há estudos voltados ao uso da argila expandida e sua aplicação na produção de concretos e argamassas. Quanto ao uso de resíduo de borracha, há estudos sobre a sua aplicação como agregados leves na fabricação de concretos e pavimentação asfáltica De um modo geral, é relatado que, independentemente do tamanho e morfologia das partículas de resíduos de borracha, tanto a resistência à compressão quanto à tração (flexão) são diminuídas (ANGELIN et al., 2017). Entretanto há ganhos quanto a condutividade térmica, absorção acústica e ductilidade. Dentre as aplicações do concreto leve com ar incorporado, destaca-se o uso em painéis monolíticos moldados in loco em edificações habitacionais. É importante destacar que o teor de ar incorporado reflete na qualidade final do concreto, sendo necessário obter uma dosagem que não comprometa a resistência mecânica e que garanta sua durabilidade (ASSUNÇÃO, 2016).
Neste sentido, este estudo é voltado a aplicação conjunta desses materiais argila expandida e borracha, ou argila expandida e aditivo incorporador de ar, e a influência nos concretos produzidos quanto as propriedades físicas, mecânicas, acústicas, térmicas e na microestrutura.
1.1.Objetivos
O estudo visa conhecer o comportamento físico, mecânico, microestrutural e acústico dos concretos leves autoadensáveis (CLA) de argila expandida, frente a duas interferências, sendo elas: a substituição parcial do agregado natural por resíduo de borracha de pneus inservíveis, ou a adição de aditivo incorporador de ar. A avaliação será por meio de ensaios dos concretos nos estados fresco e endurecido, comparando suas propriedades com um CLA de referência, valores normativos e resultados de outros pesquisadores.
Essa pesquisa investiga a influência da substituição parcial de areia natural por borracha ou da adição de incorporador de ar, em relação ao concreto leve de referência, quanto ao ganho de eficiência em características especiais como leveza, isolamento térmico e atenuação acústica, porém com a manutenção das características de CLA, e desempenho mecânico mínimo para aplicação estrutural.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. Concreto de Cimento Portland
O concreto é um material compósito que consiste de um meio aglomerante no qual estão aglutinadas partículas ou fragmentos de agregados. Destaca-se por ser o material de construção mais utilizado em todo mundo, e ocupar a segunda posição quanto ao consumo de materiais utilizados pelo homem, perdendo apenas para a água. Apesar disso, as misturas de concretos de cimento Portland também apresentam deficiências como, a baixa resistência à tração e fissuração, e elevado peso próprio (MEHTA E MONTEIRO, 2014; HELENE E ANDRADE, 2010).
Segundo a ABNT NBR 12655:2015 o Concreto de cimento Portland é um material formado pela mistura homogênea de cimento, agregados miúdo e graúdo e água, com ou sem a incorporação decomponentes minoritários, que desenvolve suas propriedades pelo endurecimento da pasta de cimento (cimento e água). Com o passar do tempo passaram a ser adicionados outros materiais a fim de melhorar algumas propriedades do concreto, dentre estes os mais comuns são os incorporadores de ar, aceleradores e retardadores de pega, cinzas volantes, microssílica e superplastificantes (BORJA, 2011).
Segundo Mehta e Monteiro (2014) a combinação do concreto com o aço em estruturas de concreto armado e protendido possibilita o seu uso em diferentes peças estruturais, como estacas, muros, pilares, tubos. Além disso, é um material que possui durabilidade, sendo muito utilizado em ambientes industriais e naturais. Há pelo menos três razões principais que justificam a grande adesão como material de construção. São elas: a) excelente resistência à água, diferentemente do aço comum e da madeira. Essa característica o torna ideal para obras de controle e armazenamento de água. No passado foi utilizado em aquedutos, cisternas, represas, e atualmente em barragens, canais, pavimentos e reservatórios, em todo o mundo; b) facilidade de se obter diferentes elementos estruturais, de formas e tamanhos variados, devido à consistência plástica que o concreto apresenta em seu estado fresco. O que permite o preenchimento de fôrmas pré-fabricadas, que podem ser removidas e reutilizadas, após o concreto adquirir consistência rígida. c) O terceiro motivo é a grande disponibilidade dos materiais componentes do concreto, associados ao baixo custo.
Dentre os concretos especiais, serão abordados o concreto leve (CL), o concreto autoadensável (CAA), bem como o concreto leve autoadensável (CLA), que associa características desses dois concretos.
2.1. Concreto autoadensável
2.1.1. Definição
O Concreto autoadensável (CAA) tem sido definido de diferentes maneiras, sendo, sobretudo, caracterizado por ser um concreto com capacidade de fluir e adensar apenas pela ação da gravidade sob seu peso próprio, preenchendo completamente as formas de maneira uniforme e coesa, mesmo na presença de densa armação, mantendo a homogeneidade sem a necessidade de qualquer vibração ou compactação. Além disto, deve alcançar três propriedades: fluidez, habilidade passante e resistência a segregação. O primeiro é a capacidade de fluir e preencher completamente todas as áreas; a habilidade passante é a capacidade de escoar dentro da forma, percorrendo por entre as armaduras sem que haja segregação e/ou obstrução do fluxo; e a resistência à segregação é a habilidade de manter o agregado graúdo na mistura em suspensão (TUTIKIAN; DAL MOLIN, 2015a; EFNARC, 2005; ABNT NBR 15823:2017).
Dentre as normas mais citadas que definem e classificam o CAA estão: a norma brasileira ABNT NBR 15823:2017; as normas portuguesas e europeia NP EM 206-9 (2010) e EFENARC (2005); e as normas americanas ACI Committee 237 (2007) e ACI 318-14 (2014).
2.1.2. Desenvolvimento, panorama histórico e aplicação
Há relatos da utilização do CAA por volta de 1975-1976 com outra nomenclatura, em Nova Iorque, Hong Kong e Trieste (Itália), normalmente aplicados em concretagens submersas que inviabilizam a compactação ou adensamento externo. À época não eram aceitos pelo ACI (American Concrete Institute), concretos com abatimento acima de 175 mm, em função do aumento na exsudação. Com a introdução dos superplastificantes (SPA) foi possível obter concretos de até 250 mm de abatimento, sem exsudação ou com exsudação insignificante. A
partir daí, percebeu-se que para produzir concretos que fluem e não segregam, seria necessário o uso de aditivos SPA, aliado à um elevado teor de materiais finos, sendo eles cimento Portland, adições minerais, fílers e/ou areia fina (COLLEPARDI, 2001; TUTIKIAN, 2004).
Em 1983, o professor Hajime Okamura, da Universidade de Tóquio, começou a investigar problemas relacionados a durabilidade das estruturas, constatando o adensamento impróprio como principal causa do fraco desempenho. Uma vez que o mercado japonês apresentava carência de mão-de-obra qualificada e de equipamentos, então propôs o conceito de um concreto de alta durabilidade que não requeresse adensamento para atingir plena compactação. A primeira aplicação do CAA foi no Japão no ano de 1990, na execução de um edifício. A técnica do CAA foi difundida na década de 1990, chegando primeiro a países europeus interessados em concretos com alto desempenho, especificamente Suécia, Holanda, França, Irlanda e Inglaterra. Enquanto países como Estados Unidos, Canadá, Índia, China, Espanha, Portugal e Brasil passaram a difundir essa técnica mais recentemente (LEITE, 2007). Destaca-se como uso em larga escala, a ponte suspensa Akashi-Kaikyo, inaugurada em 1998, a ponte possui um vão livre de 1991m, na época o maior do mundo (Figura 1). A principal motivação para o uso desse tipo de concreto foi a elevada taxa de armadura em seus blocos de ancoragem. Houve redução no tempo de execução dos blocos em 20%, de 2,5 para 2 anos (OKAMURA; OUCHI, 2003).
Figura 1 - (a) Vista lateral da Ponte Akashi-Kaikyo e (b) bloco de ancoragem
(a) (b)
Fonte: (a) Watanabe (2008); (b) Okamura e Ouchi (2003).
De acordo com Tutikian e Dal Molin (2015), o CAA pode ser aplicado tanto moldado in loco quanto em indústrias de pré-moldados, sendo que no segundo setor o uso do material está mais consolidado, em função do ambiente industrial possibilitar maior controle na fabricação e de haver uma melhor compreensão quanto aos custos. Entretanto, em geral, sua
aplicação ainda se restringe muito a estruturas especiais, onde o uso de concretos convencionais se torna difícil.
Um levantamento das publicações relatando o uso de CAA entre 1993 e 2003, desenvolvido por Domone (2006), demonstrou que 67% das obras que optaram pelo uso desse material basearam sua escolha em função de vantagens técnicas, como impossibilidade de acesso ou dificuldade de vibração, enquanto 14% decidiram assim por motivos econômicos, como redução no número de funcionários e do tempo de execução, enquanto 10% por considerar o material uma inovação.
Para assegurar maior sustentabilidade ao uso do CAA em relação ao CC, é preciso desenvolver pesquisas que respondam questões ainda desconhecidas, como por exemplo a aplicação em regiões de clima quente. Entende-se também que o estudo deve abranger o concreto no estado fresco e endurecido (CALADO et al., 2016).
2.1.3. Vantagens do CAA em relação ao concreto convencional
Conforme Gomes e Barros (2009), os ganhos em se trabalhar com concretos mais fluidos são diversos, visto que esse tipo de material possibilita redução no tempo de manuseio e adensamento, com consequente aumento da produtividade e redução no custo na operação de concretagem. O que confere ao CAA status de uma evolução na tecnologia do concreto, que associa vantagens importantes para a indústria da construção civil.
Outros benefícios podem ser destacados, tais como: menor número de operários no canteiro; menor exposição a riscos de acidente de trabalho; ao eliminar as etapas de vibração e adensamento ocasionam a diminuição dos ruídos na obra, além de diminuição da necessidade de equipamentos relacionados a essa atividade; permitir maior liberdade de formas e dimensões, já que o CAA preenche formas com alta taxa de armadura, esbeltas e curvas; melhor acabamento superficial; ganho ecológico, pois permite a introdução de resíduos industriais no processo de produção. Como desvantagem, pode-se citar a necessidade de maior controle. Embora as vantagens se sobreponham, nota-se como desvantagens o custo mais elevado, a necessidade de conhecimento técnico especializado e o uso de materiais de melhor qualidade (EFNARC, 2005; TUTIKIAN; DAL MOLIN, 2015a; VERZEGNASSI, 2015).
2.1.4. Materiais constituintes
O CAA utiliza os mesmos materiais dos concretos convencionais (cimento, agregados, adições, aditivos e água), porém para garantir a fluidez e coesão, de maneira a prevenir a segregação e exsudação, necessita de maior quantidade de materiais finos, adições minerais, e aditivos plastificantes, superplastificantes e modificadores de viscosidade. A adição de finos fornece o aumento da resistência mecânica e torna-o mais impermeável, consequentemente aumentando a durabilidade (TUTIKIAN; DAL MOLIN, 2015). Segundo Borja (2011), por associar baixa utilização de agregado graúdo e alto teor de consumo de cimento, há um aumento das fissuras de retração por secagem, devido ao elevado calor de hidratação. Esse alto teor de argamassa pode também aumentar consideravelmente o custo do concreto. A seguir, serão abordados os materiais mais utilizados na produção do CAA.
2.1.4.1.Cimento
O cimento Portland é produzido a partir do aquecimento a altas temperaturas, da mistura de calcário e argila, ou outros materiais com comprovada reatividade, compostos de sílica e cálcio, formando o clínquer. Este é constituído essencialmente por silicatos de cálcio, aluminatos de cálcio, ferroaluminatos de cálcio e pequenas quantidades de sulfato de cálcio. Finalizando o processo de fabricação do cimento, tem-se a pulverização do clínquer, acrescido de cerca de 5% de gipsita ou sulfato de cálcio, gerando partículas que variam de 10 μm a 15 μm (MEHTA E MONTEIRO, 2014; BORJA, 2011; NEVILLE, 2013).
Segundo Mehta e Monteiro (2014), a hidratação do cimento se dá pela hidratação dos seus quatro componentes principais, com o endurecimento da pasta dominado pela hidratação dos aluminatos (C3A e C4AF) e a resistência do compósito comandada pelos silicatos (C3S e
C2S), que compõem aproximadamente 75% do cimento Portland convencional.
Na escolha do cimento recomenda-se considerar a quantidade de água e trabalhabilidade da mistura, além da quantidade de aluminato tricálcico (C3A) e granulometria do cimento, pois
são importantes no comportamento e fluxo do concreto. Quanto menor a quantidade de C3A,
melhor será o seu controle e mais longo será o seu endurecimento, sendo o ideal trabalhar com cimentos de no máximo 10% de C3A. Se tratando da granulometria, a preferência é por cimentos
com maior superfície específica, pois aumenta a quantidade de partículas em contato com a água, reduzindo a tensão de escoamento e aumentando a viscosidade do concreto (TUTIKIAN, 2004; GJORV, 1992 apud TUTIKIAN; DAL MOLIN, 2015).
Segundo Gomes e Barros (2009) todos os cimentos podem ser empregados na produção do CAA. Em relação a quantidade ideal, estima-se que dependendo da utilização de adições ativas ou inertes, o consumo de cimento deve variar entre 200 e 450kg/m³. Em dosagens com consumos inferiores a 300kg/m³, é imprescindível a adição de materiais cimentícios. Recomenda-se por fim, maior atenção quanto ao possível aparecimento de problemas de retração em concretos com consumo acima de 500kg/m³.
2.1.4.2.Adições minerais
Segundo Dwivedi et al. (2006) as adições minerais são materiais usados com o objetivo de somar ou substituir parcialmente o cimento Portland, gerando redução do custo e diminuição do consumo de matérias-primas. As adições minerais podem ser subdividas em três grupos:
• Materiais cimentantes: escórias de alto-forno;
• Materiais pozolânicos: cinzas volantes, cinzas vegetais e sílica ativa; • Materiais inertes: fíler calcário.
Materiais cimentantes são aqueles capazes de formar o composto ligante silicato de cálcio hidratado (C-S-H), sem a necessidade do hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) resultante da
hidratação de componentes presentes no cimento. Já as adições pozolânicas, são materiais silicosos ou silico-aluminosos, que ao serem introduzidas no concreto no estado fresco, reagem quimicamente com o hidróxido de cálcio (Ca(OH)2), gerando uma quantidade adicional de
silicato de cálcio hidratado (C-S-H), composto responsável pela resistência do concreto. Enquanto o fíler é um material finamente moído, sem atividade química, cuja atuação é basicamente um efeito físico de empacotamento granulométrico (DAL MOLIN, 2011).
Tutikian e Dal Molin (2015) indicam uma classificação conforme sua ação físico-química, dividindo em quimicamente ativas ou sem atividade química. As adições quimicamente ativas reagem com um composto frágil da pasta de cimento, gerando um composto resistente. Enquanto as adições sem atividade química agem preenchendo vazios, reduzindo os poros e alterando a zona de transição, diminuindo ou extinguindo o acúmulo de
água livre sob os agregados. Como exemplos de quimicamente ativas pode-se citar a sílica ativa, metacaulim e escória de alto-forno. Enquanto os fílers, como fíler calcário e areia fina destacam-se como adições minerais sem atividade química.
No CAA as adições minerais aumentam a coesão da mistura e dificultam a segregação do agregado graúdo, além de trazer outros benefícios, como melhor resistência à fissuração térmica, aumento da resistência final e da impermeabilidade, fortalecimento da zona de transição na interface agregado/pasta, maior durabilidade em relação à ataque por sulfatos e expansão pela reação álcali-agregado (MEHTA E MONTEIRO, 2014; TUTIKIAN; DAL MOLIN, 2015a).
2.1.4.3.Agregados
Mehta e Monteiro (2014) ressaltam que o baixo custo em relação a outros materiais utilizados no concreto, além da ausência de reações químicas complexas quando em contato com água, contribuíram para que os agregados fossem tratados por longo período apenas como material de enchimento. Entretanto estudos nessa área vem alterando a visão de que o agregado seja um material inerte. Suas características como porosidade, granulometria, absorção de água, forma e textura superficial, resistência à compressão, módulo de elasticidade, presença de substâncias deletérias, dentre outras, se relacionam com propriedades do concreto tais como: coesão, trabalhabilidade, resistência mecânica, e durabilidade.
A ABNT NBR 7211:2009 define agregado graúdo como aquele cujos grãos passam pela peneira com abertura de malha de 75 mm e ficam retidos na peneira de 4,75 mm de abertura. Enquanto agregado miúdo é definido como aquele cujos grãos passam pela peneira com abertura de malha de 4,75 mm.
Em relação aos agregados graúdos, Tutikian e Dal Molin (2015a) afirmam que é comum trabalhar com dimensões máxima variando entre 12,5 e 19 mm. A dimensão máxima característica (Dmax) do agregado requer atenção, a fim de se evitar obstrução do fluxo entre as
armaduras, bem como evitar a segregação. Quanto à forma, há preferência por grãos com coeficiente de forma próximo de 1.
Em termos de agregados miúdos, podem ser utilizadas tanto as areias naturais quanto as industriais, sendo a primeira mais indicadas devido a sua textura mais lisa e forma mais arredondada, o que contribui para o aumento da fluidez. Já partículas mais angulosas conferem maior resistência ao cisalhamento nas argamassas (OKAMURA; OUCHI, 2003; TUTIKIAN; DAL MOLIN, 2015). Ainda se tratando dos agregados miúdos, Guneyisiu et. al., (2012) indicam que o uso de agregados com partículas de formato arredondado e liso, como a argila expandida, produzem concretos mais fluidos para um mesmo fator água/cimento.
A respeito do módulo de finura, quanto mais fino mais indicado para o desenvolvimento da coesão. No entanto, partículas passantes na peneira 0,125mm são classificadas como fíller na dosagem dos CAA (EFNARC, 2005). Os materiais finos aumentam a resistência mecânica do concreto, tornando-o mais impermeável, promovendo ganho quanto a durabilidade. Isso se dá pelo efeito fíller, entendido como aumento da densidade da mistura em função das partículas reduzidas propiciarem o preenchimento dos espaços vazios do concreto (GESOGLU; GÜNEYISI, 2011).
De acordo com Gomes e Barros (2009) é preciso dar atenção adicional no monitoramento da umidade, absorção de água, classificação e às variações na quantidade de finos dos agregados. No que tange ao volume, recomenda-se um volume de agregado graúdo variando entre 28% e 35% sobre o volume do concreto, com consumos entre 750 e 920kg/m³. Para os agregados miúdos é recomendado um volume entre 40% e 50% do volume de concreto, com consumos aproximados de 710 a 900kg/m³. Na Figura 2 ilustra, simbolicamente os volumes de materiais que compõe o CAA e o concreto convencional.
Figura 2 – Comparação da composição das misturas entre CAA e o concreto convencional
2.1.4.4.Aditivos
De acordo com a norma americana ASTM C125-16 aditivo ou adições é todo material que não seja água, agregados, materiais cimentícios e reforço de fibras, utilizado na produção de concretos ou argamassas, visando modificar e/ou melhorar suas propriedades no estado fresco. Na produção do CAA, os aditivos mais utilizados são os superplastificantes (SPA) e os aditivos modificadores de viscosidade (DACZKO, 2012).
O mecanismo de ação do SPA ocorre pela liberação de grande carga negativa ao ser adsorvidos nas partículas de cimento, reduzindo significativamente a tensão superficial da água, conferindo fluidez da mistura. Os SPA mais empregados na produção do CAA são os compostos a base de carboxilatos. Quanto aos aditivos modificadores de viscosidade (VMA) agem aumentando a coesão da mistura no estado fresco, evitando a segregação e controlando a exsudação (GOMES; BARROS, 2009; MEHTA E MONTEIRO, 2014; TUTIKIAN; DAL MOLIN, 2015a).
2.1.5. Controle das propriedades do CAA em estado fresco
Os ensaios de caracterização do CAA se diferem do convencional apenas pela avaliação das propriedades no estado fresco. A determinação é realizada por meio de diferentes métodos de ensaios práticos, devendo atender a três parâmetros básicos: fluidez, habilidade passante e resistência à segregação.
No Brasil, as propriedades do CAA no estado fresco são regulamentadas pela norma ABNT NBR 15823:2017, que se subdivide em 6 partes, sendo a primeira de classificação, controle e recebimento, e as demais de métodos de ensaio, conforme apresenta-se n A aceitação do CAA no estado fresco deve ser baseada, no mínimo, na comprovação das propriedades de fluidez e viscosidade, avaliadas pelo ensaio de espalhamento para cada betonada.
A norma ABNT NBR 15823:2017 ressalta que seus procedimentos se aplicam ao concreto com massa específica normal (2000 a 2800 kg/m3), indicando avaliação
individualizada quanto a aplicabilidade dos requisitos estabelecidos para o CAA com inclusão intencional de ar, agregados leves, agregados pesados e fibras.
Tabela 1 – Métodos de ensaio para CAA no estado fresco segundo a ABNT 15823:2017 Espalhamento (mm)
Classe Espalhamento (mm) Método de ensaio
SF 1 550 a 650
ABNT NBR 15823-2
SF 2 660 a 750
SF 3 760 a 850
Viscosidade plástica aparente t500 (sob fluxo livre)
Classe t500 (s) Método de ensaio
VS 1 ≤ 2
ABNT NBR 15823-2
VS 2 > 2
Índice de estabilidade visual (sob fluxo livre)
Classe IEV Método de ensaio
IEV 0 Sem evidência de segregação ou exsudação
ABNT NBR 15823-2
IEV 1 Sem evidência de segregação e leve exsudação IEV 2 Presença de pequena auréola de argamassa (≤ 10mm)
e/ou empilhamento de agregados no centro do concreto IEV 3
Segregação claramente evidenciada pela concentração de agregados no centro do concreto ou pela dispersão de
argamassa nas extremidades (> 10mm)
Habilidade passante pelo anel J (sob fluxo livre)
Classe Anel J (mm) Método de ensaio
PJ 1 0 a 25 com 16 barras de aço
ABNT NBR 15823-3
PJ 2 25 a 50 com 16 barras de aço
Habilidade passante pela caixa L (sob fluxo livre)
Classe Caixa L (H2/H1) Método de ensaio
PL 1 ≥ 0,80, com duas barras de aço
ABNT NBR 15823-3
PL 2 ≥ 0,80, com três barras de aço
Habilidade passante pela caixa U (sob fluxo confinado) – Ensaio facultativo
Classe Caixa U (H2 – H1) Método de Ensaio
PU ≤ 30mm ABNT NBR 15823-4
Viscosidade plástica aparente pelo funil V (sob fluxo confinado)
Classe Funil V (s) Método de ensaio
VF 1 < 9
ABNT NBR 15823-5
VF 2 9 a 25
Resistência à segregação pela coluna de segregação
Classe Coluna de segregação (%) Método de ensaio
SR 1 ≤ 20
ABNT NBR 15823-6
SR 2 ≤ 15
Resistência à segregação pelo método da peneira – Ensaio facultativo
Classe Material retido na peneira (%) Método de ensaio
TP 1 ≤ 20
ABNT NBR 15823-6
TP 2 ≤ 15
2.1.6. Considerações quanto ao proporcionamento do CAA
Para o proporcionamento do CAA, assim como para qualquer tipo de concreto, deve-se estabelecer as características de desempenho pretendidas. A partir daí, inicia-se os procedimentos de dosagem que, segundo Tutikian (2004), deve obedecer quatro princípios básicos:
• 1º Concepção da pasta: o principal responsável pela resistência e durabilidade é a pasta, portanto requer maior atenção. A concepção envolve, principalmente, determinação da relação água/cimento e relação dos materiais cimentícios, inclusive adições minerais.
• 2º Otimização da quantidade da pasta: A quantidade da pasta é importante, pois fornece a plasticidade/trabalhabilidade ao concreto. Para obter a fluidez necessária para compactação sem adensamento externo, o CAA requer maior volume da pasta.
• 3º Proporcionamento do agregado: Essa etapa reflete diretamente na quantidade da pasta de enchimento, e indiretamente no custo da matéria-prima. A otimização da proporção de agregados deve ser feita buscando maior densidade de empacotamento possível, associada a fluidez através dos espaços, sem que o agregado cause obstrução do fluxo.
• 4º Incorporação de aditivos: a determinação das quantidades de aditivos necessários para obter a fluidez desejada, deverá ser realizada experimentalmente, assim como ocorre nos demais tipos de concreto.
2.2. Concreto Leve
2.2.1. Definição
No Brasil, os concretos podem ser classificados pela ABNT NBR 8953:2015 por sua massa específica seca, em: leve (CL) – inferior a 2000 kg/m3; normal (C) - 2000 kg/m3 a 2800 kg/m3; ou pesado (CD) - superior a 2800 kg/m³.
O concreto leve estrutural é aquele produzido utilizando agregados leves em substituição aos agregados convencionais, caracterizados por apresentar massa específica aparente abaixo de 2000 kg/m³ e resistência à compressão acima de 20 MPa, aos 28 dias (NEVILE, 2016; ROSSIGNOLO, 2009; ABNT NBR 6118:2014. Já a norma americana ACI 213R-14 define como aqueles produzidos com agregado leve estrutural ou pela combinação com o agregado normal, obtendo resistência à compressão aos 28 dias de no mínimo 17 MPa, e massa específica seca entre 1.120 kg/m³ a 1.920 kg/ m³. A ABNT NBR NM 35:2008 correlaciona valores mínimos de resistência à compressão com a massa específica aparente, conforme demonstrado na Tabela 2.
Tabela 2- Valores correspondentes a resistência à compressão e massa específica para concreto leve estrutural
Resistência mínima à compressão aos 28 dias (MPa)
Massa específica aparente mínima (Kg/m3 )
28 1840
21 1760
17 1680
Fonte: Rossignolo (2009), adaptado.
Segundo as normas ABNT NBR NM 35:2008 e ASTM C330-03, agregados leves utilizados na produção de concreto leve estrutural devem apresentar massa específica na condição seca inferiores a 1.120 kg/m³ e 880 kg/m³, respectivamente para agregados miúdos e graúdos.
Os concretos leves podem ser subdivididos em: concreto com agregado leve, concreto celular e concreto sem finos. Por definição o primeiro citado é constituído pela substituição parcial ou total dos agregados convencionais por agregados leves. Já o concreto celular, também conhecido como concreto poroso ou aerado, resulta da ação de produtos acrescentados à pasta do concreto que reagem produzindo bolhas de ar, incorporando grandes vazios na sua massa. São produzindo poros esféricos, de dimensão regular e milimétrica, uniformemente distribuídos, incomunicáveis e indeformáveis durante todo o processo, resultando em massas específicas em torno de 300 kg/m3 a 1900 kg/m³. Quanto ao terceiro, caracteriza-se pela eliminação das partículas mais finas da granulometria do agregado. Na Figura 3 exemplifica os tipos de concretos leves.
O concreto leve pode ser classificado ainda de acordo coma aplicação, assumindo função estrutural, de vedação ou de enchimento. Apenas os concretos com agregado leve
atingem resistências aceitáveis para aplicação estrutural (MAYCÁ et al. ,2008; ROSSINOGLO, 2009; NEVILLE, 2016).
Figura 3 - Concreto leve: a) com agregado leve; b) celular; c) sem finos
Fonte: Rossignolo (2009)
2.2.2. Desenvolvimento, panorama histórico e aplicação
Segundo Rossignolo (2009), os primeiros indícios de utilização de um tipo de concreto leve ocorreram em aproximadamente 1100 a. C, na região da cidade de El Tajin no México, onde construtores pré-colombianos utilizaram uma mistura de pedra-pome com um ligante a base de cinzas vulcânicas e cal para construir elementos estruturais. Porém as aplicações históricas mais conhecidas foram feitas pelos romanos, destacando- se o Porto de Cosa (273 a.C.), paredes e as fundações do Coliseu romano (75 a 80 a.C) e a cúpula do Panteão de Roma (125 a.C.) (Figura 4).
Figura 4 – (a) Panteão Romano e (b) El Tajin no México
(b) (b)
Com a queda do Império Romano, a utilização do concreto com agregado leve foi muito limitada, tendo novo impulso no início do século XX com a produção de agregados leves artificiais. Em 1918, Stephen J. Hayde patenteou o processo de fabricação de agregados leves pelo aquecimento em forno rotativo de pequenas partículas de xisto, de argila e de ardósia, denominados Haydite. Tais agregados foram utilizados pela primeira vez em 1918, na produção de concretos para fabricação de navios durante a Primeira Guerra Mundial. A primeira aplicação estrutural de concreto leve com agregados leves artificiais em edifícios foi em 1922, em um ginásio na cidade de Kansas, EUA. Após o fim da licença obtida por Hayde, em 1946, surge na Dinamarca a primeira fábrica de agregados leves em argila expandida. O fim da licença de Hayde e a reconstrução do pós-guerra disseminaram a tecnologia dos concretos leves pelo mundo (ROSSIGNOLO, 2009).
Esse concreto vem sendo amplamente utilizado em diversos setores da construção civil, como edificações pré-fabricadas, pontes, plataformas marítimas. Uma das principais aplicações do concreto leve com ar incorporado é em processos construtivos compostos por painéis monolíticos moldados in loco em edificações habitacionais de interesse social (BARBAR, 2016).
A norma americana ACI 213R-14, fornece informações e diretrizes para projetar e usar concreto leve, permitindo que as estruturas possam ser projetadas e atinjam desempenho previsto com a mesma confiabilidade do concreto normal e outros materiais de construção. Segundo essa norma, o concreto leve estrutural tem aplicações variadas, incluindo estruturas de múltiplos andares, pisos, paredes de cortina, placas dobradas, painéis de vedação, pontes, vigas pré-fabricadas de todos os tipos, e estruturas marinhas.
2.2.3. Vantagens do CL em relação ao concreto convencional
Destacam-se como principais ganhos a diminuição da massa específica, redução de esforços estruturais, economia de formas e cimbramento, e redução de custos com transporte e montagem (ASSUNÇÃO, 2016). A expressão arquitetônica combinada com design funcional, pode ser obtida mais facilmente com concreto estrutural leve do que com outros meios. Vantagens como economia e versatilidade, são reconhecidas por arquitetos, engenheiros e
empreiteiros, ficando evidentes pelo número de estruturas de CL encontradas em todo o mundo (ACI 213R-14).
Os concretos leves são também indicados para uso em vedação, visto que o concreto convencional não é recomendado por possuir elevado peso específico e, baixo nível de isolamento acústico e térmico. Podem apresentar bons níveis de trabalhabilidade, ou seja, possuir facilidade de ser trabalhado, misturado, lançado, adensado e conseguir manter a sua homogeneidade e absorção sonora. Essa última característica representa a capacidade dos materiais de absorver a energia sonora, evitando que ela seja refletida e ecoada nos ambientes, propriedades importantes em sistemas de controle de ruídos para reduzir a energia sonora irradiada (PUTRA et al., 2018). Há outras vantagens além da combinação da alta resistência à compressão com seu baixo peso específico, como bom isolamento térmico e durabilidade (ALIABDO et al., 2015; EIRAS et al., 2014; LI et al., 2017).
2.2.4. Materiais constituintes
Os concretos leves utilizam os mesmos materiais citados no concreto autoadensável e dos convencionais, diferindo-se com relação a presença de finos, aditivos que promovem a formação de microcélulas de ar, e substituição de agregados convencionais por agregados leves.
Serão abordados nesse item os agregados leves de argila expandida e resíduo de borracha, e os aditivos incorporadores de ar.
2.2.4.1.Agregado leve de argila expandida
De acordo com Rashad (2018), o agregado leve de argila expandida é um produto cerâmico poroso com estrutura uniforme e arredondada, com número elevado de pequenas cavidades cheias de ar. Caracteriza-se por ser leve, e conferir isolamento térmico e acústico. Destaca-se ainda que a incorporação em concretos, aumenta sua trabalhabilidade, causando redução da densidade, diminuição da resistência mecânica, diminuindo a resistência ao congelamento / descongelamento, e aumentando a absorção de água. Há também diminuição da resistência à penetração de cloretos, e aumento do isolamento térmico e resistência ao fogo.
Sinterização e forno rotativo são os dois processos mais utilizados para a fabricação dos agregados leves artificiais. No primeiro a matéria-prima é submetida a altas temperaturas e, consequentemente, há a expansão do material, resultado em agregados que costumam apresentar poros abertos, sem recobrimento, e altos valores de absorção de água (BORJA, 2011; ANGELIN, 2018). Segundo Bogas et al., (2012) o processo de produção em forno rotativo caracteriza-se pela expansão da argila a temperaturas elevadas (entre 1000ºC e 1350ºC), onde parte do material se funde formando uma maça, enquanto a outra parte se decompõe quimicamente liberando gases, sendo a estrutura porosa mantida após seu resfriamento. O que gera formato arredondado regular, com uma camada vitrificada externa na partícula com baixa porosidade, que diminui significativamente a absorção de água.
No Brasil, os agregados leves (argila expandida) passaram ser produzidos em 1968, quando o Grupo Rabello, implantou a fábrica Cinasita para fornecer os agregados leves para outra empresa do grupo que fazia construções pré-moldadas (VERZEGNASSI, 2015). Atualmente, a argila expandida é produzida na região sudeste, pela empresa CINEXPAN - Indústria e Comércio LTDA, na cidade de Várzea Paulista, sendo sua matéria-prima extraída no município de Jundiaí. O processo de produção é por meio de processamento em fornos rotativos.
Segundo informações da CINEXPAN, cerca de 60% da produção é voltada a indústria da construção civil, sendo o restante, absorvidos pelos setores de lavanderia, paisagismo, refratários e demais aplicações. Destaca-se na utilização em concretos, as argilas denominadas Cinexpan 0500, Cinexpan 1506 e Cinexpan 2215, que se diferem apenas quanto a granulometria.
O uso de argila expandida na produção de concreto leve, a partir da substituição parcial e total dos agregados graúdos, está bem consolidado. O estudo desenvolvido Angelin (2018), seguiu a linha de pesquisadores como Moravia (2007), Pereira (2008), Rossignolo (2009) e Borja (2011).
2.2.4.2.Agregado leve de resíduo de borracha de pneus inservíveis
Os pneus inservíveis são definidos pela Resolução CONAMA n° 416 de 2009, como sendo aqueles que sofreram danos irreparáveis em sua estrutura, tornando-se inapropriados à
circulação ou reforma. Mundialmente estima-se milhões de pneus chegando ao final da sua vida útil anualmente, conferindo um risco ambiental e de saúde pública, quando dispostos inadequadamente. Além disso, o descarte de pneus usados em aterros ou estoques ilegais aumentam o risco de incêndios acidentais com a emissão descontrolada de compostos potencialmente prejudiciais (YUNG; YUNG; HUA, 2013). Dada a necessidade de direcionar o gerenciamento desse resíduo, a resolução determina que os fabricantes e importadores de pneus com peso unitário superior a 2,0 kg (dois quilogramas), ficam obrigados a coletar e dar a destinação adequada aos pneus inservíveis, na proporção de um pneu destinado adequadamente para cada pneu novo comercializado. Segundo o Relatório Pneumáticos 2017, do IBAMA, foram colocados no mercado brasileiro 53.411.924 unidades de pneus novos em 2016, o que reforça a preocupação quanto ao resíduo gerado.
Tendo em vista que a indústria da construção civil é responsável pelo consumo de 40 a 75% da matéria-prima gerada na Terra (AGOPYAN, 2013), a utilização do resíduo de borracha na produção de concreto pode ser uma opção viável para o desenvolvimento sustentável e ecológico da construção, substituindo o uso de agregados naturais.
Diversos estudos investigaram as propriedades do concreto incorporando partículas de borracha, concluindo que pode haver aumento da dureza e ductilidade, melhora na absorção sonora e resistência à alterações térmicas, diminuição do peso unitário, e maior durabilidade em relação ao concreto convencional (SI et al., 2018). Embora a literatura existente tenha considerado diferentes aspectos sobre as propriedades desse material, o consenso geral é que a utilização como agregado no concreto reduzirá sua trabalhabilidade e resistência à compressão, mas irá melhorar a sua ductilidade, resistência ao impacto e energia dinâmica e capacidade de dissipação, por ter propriedades de alta resiliência e baixa densidade (SU et al., 2014). A redução de resistência a compressão e à tração é inevitável, devido à baixa rigidez da borracha e incompatibilidade entre borracha e pasta de cimento (Shu e Huang, 2014). No entanto, alguns pesquisadores sugerem que o pré-tratamento de partículas de borracha com solução de hidróxido de sódio pode reduzir a perda de resistência do concreto emborrachado, aumentando a força de ligação entre a borracha e a pasta de cimento (GUO et al., 2017).
Há um crescente interesse em usar partículas de borracha, para substituir uma porção de agregados naturais em misturas de concreto, especialmente voltados a desenvolvimento de materiais absorventes de som devido a incorporação desse resíduo em matrizes cimentícias (GHIZDĂVEȚ et al., 2016). Essa aplicação tem sido proposta por diversos pesquisadores, que
abordam não a perda de resistência mecânica já observada em literatura, mas o ganho de desempenho em outras características. Como é o caso das placas pré-moldadas para as calçadas propostas por Fantilli et al. (2016), utilizando agregados de argila expandida e resíduo de borracha, para facilitar o içamento das placas. Ou o estudo que investiga a aplicação de resíduo de borracha em concretos sem função estrutural, com vistas ao melhor desempenho térmico e acústico, associado a redução da densidade (ALIABDO; ABD ELMOATY; ABDELBASET, 2015). Assim como o trabalho de Angelin et al. (2019) que estuda a incorporação de resíduos de borracha em argamassas para avaliar a influência da granulometria e forma da borracha na resistência mecânica e comportamento acústico.
2.2.4.3.Aditivos incorporadores de ar
Os aditivos incorporadores de ar (AIA) produzem inúmeras pequenas bolhas de ar, medindo poucos micrômetros (μm), estáveis, separadas entre si e distribuídas uniformemente. Tais bolhas aumentam a porosidade do concreto e provocam efeitos em determinadas propriedades como a trabalhabilidade e a permeabilidade (WU et al., 2016). Outras propriedades, tais como resistência, estabilidade dimensional e durabilidade, sofrem influência da proporção da pasta do concreto, bem como da microestrutura que, por sua vez, depende das dimensões, quantidade e distribuição dessas bolhas (CHOI; YEON; YUN, 2016).
O ar incorporado interfere na qualidade final do concreto, por isso se deve considerar a obtenção de um teor que não reduza significativamente resistência mecânica e que não prejudique a durabilidade. As bolhas de ar, por estarem isoladas, não influenciam no transporte de fluídos. Com isso a permeabilidade, característica responsável pelo transporte de agentes agressivos no interior do concreto, não é aumentada (NEVILLE, 2016). Tem sido sugerido que a característica ideal do incorporador de ar está essencialmente relacionada com o tamanho das bolhas, e que embora a redução da resistência esteja intrínseca, a resistência adequada pode ser alcançada pela dosagem e qualidade do incorporador. Segundo o estudo de Eiras et al. (2014) o uso de aditivo incorporador de ar associado a borracha na produção de argamassa, melhorou a trabalhabilidade e reduziu a condutividade térmica do material.
Outra abordagem do uso de AIA é a redução do consumo de cimento em função da proporção do volume total de concreto, que é aumentado pela inclusão de bolhas de ar. Além
