DIEGO ALAN WINK CONSATTI
ANÁLISE DAS PROPRIEDADES DE CONCRETOS PRODUZIDOS ATRAVÉS DA DOSAGEM ABCP COM ADIÇÃO DE SÍLICA ATIVA
Ijuí 2018
ANÁLISE DAS PROPRIEDADES DE CONCRETOS PRODUZIDOS ATRAVÉS DA DOSAGEM ABCP COM ADIÇÃO DE SÍLICA ATIVA
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador(a): Lucas Fernando Krug
Ijuí /RS 2018
ANÁLISE DAS PROPRIEDADES DE CONCRETOS PRODUZIDOS ATRAVÉS DA DOSAGEM ABCP COM ADIÇÃO DE SÍLICA ATIVA
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de ENGENHEIRO CIVIL e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora.
Ijuí, 25 de junho de 2018
Prof. Lucas Fernando Krug Mestre pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos – UNISINOS – Orientador Prof. Lia Geovana Sala Coordenador do Curso de Engenharia Civil/UNIJUÍ BANCA EXAMINADORA Prof. Diorges Carlos Lopes (UNIJUÍ) Mestre pela Universidade Federal de Santa Maria - UFSM Prof. Lucas Fernando Krug (UNIJUÍ) Mestre pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos – UNISINOS – Orientador
À meus pais, Mario e Volní e a minha irmã Karin por todo o incentivo, amor e dedicação a nossa família.
Aos meus pais, Mario e Volní, meus maiores exemplos de honestidade, de luta e de amor. Se estou concluído esta etapa, devo tudo ao empenho, incentivo e amor de vocês, que muitas vezes abriram mão de seus sonhos para que eu pudesse ir em busca dos meus.
À minha querida irmã, Karin, por todo o amor, incentivo e apoio durante esse período. Pela compreensão, aos momentos em que não fui presente como deveria.
Ao meu orientador, Professor Lucas Fernando Krug, por todo o apoio durante o desenvolvimento deste trabalho, por estar disponível para ajudar a qualquer momento, sou extremamente grato por tudo.
À todos os professores que tive durante o período acadêmico por todos os conhecimentos compartilhados.
Aos amigos que fiz durante o período acadêmico, que hoje são mais que irmãos e que com certeza vou levar no coração para o resto da minha vida. Anna, Dirjan, Priscila, Gabriel, Andressa, Felipe, Nicole, Graci e Liara. Obrigado por estarem sempre presente na minha vida. À Gabriela Blatt e a Tatiane Soares pela nossa grande amizade e por todo o auxílio nessa reta final de curso, pois quando precisei sempre estiveram dispostas a ajudar. Sempre lembrarei de vocês.
Às minhas amigas Larissa e Rayanna, que em pouco tempo se tornaram muito importantes para mim, sempre estando presente quando precisei. Vou levar vocês no coração a vida toda.
Aos meus amigos Guilherme Lorenz, Gabriel Schuh e Tainara Kuyven, que nos últimos semestres se tornaram muito importantes para mim, por toda a ajuda que sempre ofereceram e pela companhia de vocês nesse final de etapa. Sou muito grato, são amigos para a vida toda.
À todos os colegas de curso e conhecidos da universidade, pela companhia durante essa longa caminhada.
À minha ajudante de pesquisa Andressa, por todo o esforço colocado para a realização dos ensaios, e esforço maior ainda para aguentar meu mau humor durantes algumas manhãs.
companheirismo durante a realização dos ensaios e rompimentos. À todos o meu muito obrigado!
“ Seja quem você for, seja qual for a posição social que você tenha na vida, a mais alta, ou a mais baixa, tenha sempre como meta muita força, muita determinação e sempre faça tudo com muito amor e com muita fé em Deus, que um dia
você chega lá. De alguma maneira você chega lá! ”
dosagem ABCP com adição de sílica ativa. 2018. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2018.
O concreto é um dos principais produtos utilizados no mundo, perdendo apenas para o consumo de água. Umas das causas desse grande emprego do concreto é sua constituição, cuja matéria-prima existe praticamente em todos os lugares do mundo. Atualmente a sustentabilidade é um dos requisitos que mais vem sendo inserido nos estudos de dosagens de traços de concreto. A utilização de sílica ativa também está diretamente ligada a sustentabilidade, pois permite a redução das seções de pilares e vigas, gerando assim um menor consumo de agregados naturais, como os utilizados neste estudo, brita 0 e areia natural. A pesquisa buscou então avaliar a influência da adição de sílica ativa em concretos produzidos pelo método de dosagem ABCP. Foram produzidos corpos de provas para as idades de 7, 28 e 56 dias, nos traços referência, 5, 10 e 15% de adição de sílica ativa, para tornar possível a comparação entre eles. Foi avaliado o concreto em estado fresco, com a realização do ensaio de tempo de pega da pasta do concreto, e também para o estado endurecido, com os ensaios de resistência à compressão axial nas idades de 7, 28 e 56 dias, absorção por capilaridade e carbonatação acelerada, ambas na idade de 28 dias. Após finalizar os ensaios, pode-se concluir que em relação a resistência mecânica a adição de sílica ativa apresentou bons resultados gerando um aumento de até 20,27% da resistência em comparação ao traço referência. A sílica ativa também demonstrou fatores positivos nos ensaios de absorção por capilaridade e carbonatação acelerada, ambas ligados diretamente a durabilidade do concreto. Para essas propriedades foi verificado uma redução na porosidade do concreto, diminuindo assim a agressão da água e do CO2 ao mesmo.
dosage with addition active silica. 2018. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2018.
Concrete is one of the main products used in the world, only after water consumption. One of the causes of this great use of concrete is its constitution, whose raw material exists practically everywhere in the world. Nowadays, sustainability is one of the requirements that has been inserted more in the studies of concrete trace strengths. The use of active silica is also directly linked to sustainability, because it allows the reduction of sections of pillars and beams, thus generating a lower consumption of natural aggregates, such as those used in this study, gravel 0 and natural sand. The research then sought to evaluate the influence of the addition of active silica on concrete produced by the ABCP dosage method. Were produced specimens for the ages of 7, 28 and 56 days, in reference traces, 5, 10 and 15% active silica addition, to make possible the comparison between them. The concrete was evaluated in the fresh state, with the concrete paste time test, and also for the hardened state, with tests of resistance to axial compression at the ages of 7, 28 and 56 days and absorption by capillarity and accelerated carbonation, both at the age of 28 days. After finishing the tests, it can be concluded that in relation to the mechanical resistance, the addition of active silica presented good results generating an increase of up to 20,27% of the resistance in comparison to the reference trait. The active silica also demonstrated positive factors in the capillary absorption and accelerated carbonation tests, both directly linked to the durability of the concrete. For these properties a reduction in the porosity of the concrete was verified, thus reducing the aggression of the water and the CO2 to it.
Figura 2: Delineamento da pesquisa. ... 37
Figura 3: Frasco de Le Chatelier durante realização do ensaio. ... 38
Figura 4: Agregado graúdo utilizado. ... 39
Figura 5: Agregado miúdo utilizado. ... 40
Figura 6: Sílica ativa utilizada. ... 42
Figura 7: Ábaco de abrams ... 43
Figura 8: Classe de agressividade ambiental. ... 44
Figura 9: Relação entre a agressividade ambiental e a relação a/c da massa. ... 44
Figura 10: Consumo de água. ... 45
Figura 11: Determinação do volume de agregado graúdo para cálculo de consumo. . 45
Figura 12: Quantidades de corpos de provas e seus volumes. ... 47
Figura 13: Quantidade de material utilizado - Traço referência ... 47
Figura 14: Abatimento do tronco de cone. ... 48
Figura 15: Cuba preenchida com concreto. ... 49
Figura 16: Moldes 10x20 cm preenchidos com concreto. ... 50
Figura 17: Corpos de prova desmoldados ... 50
Figura 18: Rompimento a compressão. ... 51
Figura 19: Secagem dos corpos de prova em estufa. ... 52
Figura 20: Corpos de prova posicionados sobre os suportes de madeira. ... 53
Figura 21: Detalhe dos corpos de prova posicionados sobre a lamina de água ... 53
Figura 22: Câmara de carbonatação. ... 55
Figura 23: Peneiramento do concreto fresco ... 56
Figura 24: Agregado graúdo retido na peneira 4,75mm... 56
Figura 25: Amostra armazenada nos recipientes cúbicos. ... 57
Figura 26: Amostras cobertas com tecidos úmidos. ... 57
Figura 27: Penetrômetro e as agulhas utilizadas no ensaio. ... 58
Figura 28: Resistência à compressão aos 7 dias. ... 60
Figura 29: Resistência à compressão aos 28 dias. ... 61
Figura 30: Resistência à compressão aos 56 dias ... 62
Figura 31: Evolução da resistência entre todos os traços e idades. ... 63
Tabela 2: Caracterização do agregado graúdo. ... 39
Tabela 3: Caracterização do agregado miúdo e sua respectiva norma ... 40
Tabela 4: Caracterização do agregado miúdo. ... 40
Tabela 5: Dosagem do aditivo. ... 41
Tabela 6: Resultados obtidos dos traços referência e percentuais de adição. ... 59
Tabela 7: Média da resistência à compressão aos 7 dias de idade. ... 60
Tabela 8: Média da resistência à compressão aos 28 dias de idade. ... 61
Tabela 9: Média da resistência a compressão aos 56 dias de idade. ... 62
Tabela 10: Evolução em % dos traços com adições em relação ao traço referência. .. 64
Tabela 11: Profundidade de carbonatação referente a cada traço. ... 65
ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas Al2O3 Óxido de Alumínio
CAD Concreto de Alto Desempenho CP-I Cimento Portland I
CPV-ARI Cimento Portland V – Alta Resistência Inicial CPs Corpos de prova
CO2 Dióxido de carbono Fe2O3 Óxido de Ferro
Fck Resistência Característica aos 28 dias LEC Laboratório de Engenharia Civil MPa Mega Pascal
NBR Norma Brasileira Regulamentadora SA Sílica Ativa
1 INTRODUÇÃO ... 16 1.1 CONTEXTO ... 16 1.2 PROBLEMA ... 17 1.2.1 Questões de Pesquisa ... 18 1.2.2 Objetivos de Pesquisa ... 18 1.2.3 Delimitação ... 19 2 REVISÃO DA LITERATURA ... 20
2.1 CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO ... 20
2.2 APLICAÇÕES ... 22 2.3 MATERIAIS CONSTITUINTES ... 23 2.3.1 Cimento Portland ... 23 2.3.2 Agregados ... 25 2.3.2.1 Agregado Graúdo ... 26 2.3.2.2 Agregado Miúdo ... 27 2.3.3 Água ... 28 2.3.4 Aditivos ... 29 2.3.4.1 Superplastificantes ... 29 2.3.5 Sílica Ativa ... 30 2.4 MÉTODOS DE DOSAGEM ... 31 2.5 PROPRIEDADES DE CONCRETOS ... 32 2.5.1 Trabalhabilidade ... 32 2.5.2 Resistência a compressão... 32 2.5.3 Durabilidade ... 34 2.5.4 Permeabilidade ... 35 3 MÉTODO DE PESQUISA ... 36 3.1 ESTRATÉGIA DE PESQUISA ... 36
3.3.1 Cimento ... 38 3.3.2 Agregado Graúdo ... 38 3.3.3 Agregado Miúdo ... 39 3.3.4 Água ... 40 3.3.5 Aditivo ... 41 3.3.6 Sílica Ativa ... 42 3.4 DOSAGEM DO CONCRETO ... 42
3.5 MOLDAGEM DOS CORPOS DE PROVA ... 47
3.6 MÉTODOS DE ENSAIOS ... 51
3.6.1 Resistência a compressão... 51
3.6.2 Absorção por capilaridade ... 52
3.6.3 Carbonatação ... 54
3.6.4 Tempo de pega da pasta de concreto ... 55
4 RESULTADOS ... 59
4.1 RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO ... 59
4.1.1 Resistência à compressão axial aos 7 dias de idade ... 60
4.1.2 Resistência à compressão axial aos 28 dias de idade ... 61
4.1.3 Resistência à compressão axial aos 56 dias ... 62
4.1.4 Comparação das resistências à compressão axial para todas as idades 63 4.2 ABSORÇÃO POR CAPILARIDADE ... 64
4.3 CARBONATAÇÃO ACELERADA ... 65
4.4 TEMPO DE PEGA DA PASTA DE CONCRETO ... 66
5 CONCLUSÃO ... 68
1 INTRODUÇÃO
Essa pesquisa tem como tema, a influência da adição de sílica ativa nas propriedades do concreto dosado pelo método ABCP. Buscando analisar a melhora das características do concreto, evidenciando o acréscimo de resistência à compressão, e principalmente o aumento da durabilidade do concreto, realizando ensaios de carbonatação e de absorção por capilaridade.
O uso de sílica ativa também é uma opção sustentável para a construção civil, pois possibilita a redução de seções estruturais como de pilares e vigas, diminuindo assim a quantidade de agregados naturais utilizados na produção de concreto. Também reduz manutenções, e prolonga a vida útil de estruturas.
1.1 CONTEXTO
De acordo com Pedroso (2009, p. 14) “o concreto é material construtivo amplamente disseminado” que pode ser encontrado em casas de alvenaria, rodovias, pontes, edifícios, usinas hidrelétricas e nucleares, obras de saneamento. Ele cita também que são utilizados cerca de 11 bilhões de toneladas de concreto ao ano, o que significa que cada ser humano consume, aproximadamente, o equivalente a 1,9 tonelada de concreto, sendo esse valor inferior apenas ao consumo de água.
Conforme citado por Isaia (2011, p. 1) “uma das principais causas do grande emprego do concreto é a sua constituição como material cerâmico, cuja matéria-prima existe em praticamente todos os lugares do planeta”. Ainda segundo o autor citado, o concreto possui fácil adaptação a todos os locais e circunstancias em função das suas propriedades, como durabilidade, versatilidade e desempenho, que possibilitam uma vida útil apropriada as construções e um custo concorrente com outros materiais estruturais. Todas as vantagens apresentadas por esse material fazem dele o carro-chefe da construção civil (ISAIA, 2011).
A ABNT NBR 12655 (2015, p. 6) define dosagem como: “conjunto de procedimentos necessários à obtenção do traço do concreto para atendimento dos requisitos especificados pelo projeto estrutural e pelas condições da obra”.
No Brasil, os critérios para obtenção da resistência de dosagem e controle da resistência característica foram sempre especificadas em textos de normas de projeto e execução de obras de concreto armado, enquanto em outros países a dosagem e o controle dos concretos possuem normas específicas que tratam do assunto de maneira mais profunda (HELENE e TERZIAN, 1992).
Ainda conforme Helene e Terzian (1992), a inexistência de uma normativa sobre os procedimentos e parâmetros para estudos de dosagem, levou vários pesquisadores a propor métodos próprios de dosagem, logo confundidos com uma recomendação da Instituição a qual trabalhavam ou pela qual foram publicados seus trabalhos.
Um estudo de dosagem deve ser realizado visando obter a mistura ideal e mais econômica, numa determinada região e com os materiais ali disponíveis, para atender uma série de requisitos. Essa série será maior ou menor, segundo a complexidade do trabalho a ser realizado e segundo o grau de esclarecimento técnico e prático do usuário do concreto que demandou o estudo (TUTIKIAN e HELENE, 2011).
Segundo os autores Tutikian e Helene (2011), a sustentabilidade é um dos requisitos que mais vem sendo inserido nos estudos de dosagem, buscando uma maior produção na construção, com menor consumo de matérias primas. E como exemplo eles citam:
Em geral, em muitas estruturas é possível reduzir consumo de concreto através do aumento da resistência mecânica, principalmente em pilares, como conseguido nos pilares do e-Tower (HARTMANN & HELENE, 2003), cuja alteração de 40MPa para 80MPa reduziu em 70% o consumo de agregados, 20% o de cimento, 40% o de água e reduziu as quantidades de fôrmas e da armadura de aço (TUTIKIAN; HELENE, 2011, p. 417).
O intuído da pesquisa é definir a influência da adição da sílica ativa nas propriedades de concretos dosados pelo método da ABCP, mostrando as principais diferenças entre o traço referência com os demais traços com adições, enfatizando o melhor desempenho mecânico e econômico.
1.2 PROBLEMA
No Brasil, devido à sua difusão como material de construção o concreto armado está presente em grande parte das estruturas. A preferência por este material está relacionada à facilidade de produção, à boa resistência a compressão, à liberdade de criação arquitetônica, ao baixo custo de produção e à durabilidade (POSSAN, 2004).
Com as novas tecnologias, grandes avanços na teoria das estruturas e na tecnologia do concreto, permitiram a construção de edificações cada vez mais esbeltas e econômicas. E, passados alguns anos, as estruturas que eram no início consideradas com longa vida útil, começaram a apresentar níveis de degradação superiores aos desejados, por estarem expostos a ambientes agressivos (POSSAN, 2004).
O uso adequado das adições em concretos de cimento Portland beneficia muitas propriedades do composto, tais como, trabalhabilidade, diminuição do calor de hidratação, aumento da impermeabilidade, aumento da resistência aos ataques por águas sulfatadas, puras e do mar, diminuição dos riscos de reação entre álcali/agregado, evita a eflorescência por percolação de água e reduz os custos (BAUER, 2000).
1.2.1 Questões de Pesquisa
Questão principal
O uso de sílica ativa como adição mineral a concretos de cimento Portland, melhora as propriedades destes concretos produzidos pelo método de dosagem ABCP?
1.2.2 Objetivos de Pesquisa
Objetivo Geral
Verificar o desempenho de concretos produzidos através da dosagem ABCP com adição de sílica ativa, analisando as alterações nas propriedades destes concretos.
Objetivos específicos
Analisar o desempenho de traços de concreto referência e com adição de sílica ativa, verificando alterações nas propriedades em estado fresco, através da trabalhabilidade e do ensaio de tempo de pega, e também em estado endurecido, com os ensaios de resistência à compressão axial, absorção por capilaridade e carbonatação acelerada.
1.2.3 Delimitação
A delimitação deste trabalho consiste em analisar e comparar o desempenho de concretos produzidos pelo método de dosagem ABCP com adição porcentual de sílica ativa, verificando suas propriedades tanto em estado fresco quanto no estado endurecido.
2 REVISÃO DA LITERATURA
2.1 CONCRETO DE ALTO DESEMPENHOA classificação mais utilizada na literatura é a do comitê 363 do American Concrete Institute (1991), que estabelece o valor de 41 MPa como sendo o mínimo para que seja considerado como um concreto de alta resistência.
Mehta e Monteiro (2008) afirmam que o CAD (Concreto de Alto Desempenho) é o tipo de concreto que têm resistência à compressão superior a 40 MPa, embora esse valor não seja um consenso na literatura técnica. Na dosagem do CAD, procura-se atingir uma baixa relação a/c, o que irá resultar na sua alta resistência característica. Na obtenção de concretos de alto desempenho, faz-se necessário a utilização de aditivos plastificantes e adições minerais. Algumas das características do CAD são: alta resistência à compressão, baixa permeabilidade, menor consumo de água, menor consumo de cimento e menor consumos de agregados naturais. É quase impossível, na prática conseguir produzir CAD sem a utilização de adições minerais, especialmente para resistências acima de 40 MPa. Essa discussão liga-se às peculiaridades do concreto. O CAD em geral tem uma baixa relação a/c, entre 0.25 e no máximo 0.40, o que exige a utilização de aditivos superplastificantes, para propiciar o aumento da resistência e a trabalhabilidade do concreto.
Gjorv (1992) comenta que, na década de 50, concretos com resistência à compressão acima de 35 MPa foram considerados de alto desempenho. Na década de 60, o valor da resistência do CAD passou a ser de 40 a 50 MPa. Na década de 70, com o advento dos aditivos redutores de água e da sílica ativa, tornou-se mais prático a produção de concretos com resistências acima da ordem de 100 MPa.
Atualmente, Neville (2016) comenta que foram obtidos concretos com resistência a compressão de 90, 100, 120, e até 140 MPa com técnicas usuais e aplicados em edifícios e pontes.
O concreto de alto desempenho é obtido com agregados comuns de boa qualidade, cimento Portland, sílica ativa, aditivos plastificantes ou superplastificantes. Ocasionalmente pode-se usar outros materiais cimentantes, como a cinza volante e a escória granulada de alto forno (SPONHOLZ, 1998).
Mehta (1996) define que o termo concreto de alto desempenho é comumente utilizado nas literaturas para representar misturas de concretos que possuem como características, alta trabalhabilidade, resistência alta e baixa permeabilidade. O material é indicado para grandes estruturas, com grandes tempos de implantação, executadas em condições severas e que foram concebidos com tempo de serviço superior a 100 anos.
A denominação “concreto de alto desempenho”, é conferido a concretos que possuem excepcionais propriedades mecânicas e especialmente ligadas a durabilidades dos concretos. A resistência mecânica, foi por muito tempo, a única propriedade considerada como indicador de controle de qualidade do concreto, por esse motivo, as demais propriedades eram associadas a nomenclatura “concretos de alta resistência” (BARATA, 1998).
Segundo Neville (2016), o nome “concreto de alto desempenho” vende a imagem de um produto novo. O nome utilizado anteriormente era “concreto de alta resistência”, mas em muitos casos a propriedade desejada é a durabilidade, e em casos, o módulo de elasticidade é a característica almejada.
São muitas as vantagens do uso do CAD em relação ao concreto convencional. Pode –se, no entanto, dividi-las em dois grupos importantes. Vantagens advindas pela melhoria das características mecânicas estruturais e as vantagens por possuírem maior durabilidade frente ao ataque químico ou desgaste mecânico. Os dois grupos de propriedades são muito importantes, mas, em termos econômicos, a durabilidade parece ser uma preocupação cada vez mais crescente entre os construtores (DAFICO, 2001).
A durabilidade é a propriedade do concreto que melhor representa a terminologia “alto desempenho” e não a resistência mecânica apenas. A durabilidade não está interligada somente a resistência, mas sim, com as demais propriedades como a baixa permeabilidade, a alta estabilidade dimensional e a alta trabalhabilidade. Sendo então a terminologia “alto desempenho” a que melhor representa este tipo de concreto (MEHTA e AITCIN, 1990).
Mehta (1996) afirma que o termo concreto de alto desempenho é comumente utilizado na literatura para caracterizar misturas as quais possuem grande trabalhabilidade, alta resistência e baixa permeabilidade. Este tipo de concreto é indicado para peças estruturais sob longo período de serviço e que precisam resistir a ambientes agressivos. Dentre um grande número de exemplos
recentes de estruturas sujeitas a ambientes severos, projetadas para uma durabilidade em serviço de mais de 100 anos, estão os pilares e vigas mestras da ponte Northumberland Strait no Canadá, e o revestimento de segmentos do túnel do canal entre a França e o Reino Unido.
Com relação a resistência a compressão, o sentido da expressão “alta resistência” foi modificado com o passar do tempo. Inicialmente 40 MPa era um valor considerado elevado. Em seguida, 60 MPa passou a ser considerado referência. E Neville define como desempenho atualmente, concretos com resistência a compressão superiores a 80 MPa (NEVILLE, 2016).
O valor de 40 MPa de resistência a compressão é utilizado como ponto divisor entre concretos convencionais e concretos de alta resistência, segundo Mehta e Monteiro (2008). Para justificar essa definição utilizam-se dois argumentos formulados por Shah (SAHA, 1981 APUD MEHTA e MONTEIRO, 2008):
I. A maioria do concreto convencional está na faixa de 21 a 42 MPa. Para produzir concreto com mais de 42 MPa, são necessários controle de qualidade severo e mais cuidado na seleção e na dosagem dos materiais (plastificante, aditivos minerais, tipo e dimensão dos agregados, etc.). Então, para distinguir esse concreto especialmente formulado, que tem uma resistência superior a 42 MPa, deve-se chamá-lo de alta resistência.
II. Estudos experimentais mostraram que, em muitos aspectos, a microestrutura e as propriedades do concreto com resistência à compressão acima de 42 MPa são consideravelmente diferentes das do concreto convencional. Fornecendo este último a base para prática corrente do concreto (por exemplo, a equação empírica para a estimativa do módulo de elasticidade a partir da resistência à compressão), o projetista estará alerta, quando se trata de um concreto com mais de 42 MPa, que será considerado em uma classe diferente.
2.2 APLICAÇÕES
Uma das principais aplicações do concreto de alto desempenho está em edifícios altos, pois permite a redução das seções transversais dos elementos estruturais, principalmente nos pilares. Isto permite aumentar a área útil dos andares, surtindo mais efeito nos pavimentos inferiores, como o térreo e garagem. Esta vantagem é proporcional à altura do edifício. Em prédios muito altos, os pilares de alto desempenho reduzem a oscilação por ação do vento, eliminando a necessidade de sistemas ativos e substituindo com vantagens as estruturas de aço (SPONHOLZ, 1998).
Este tipo de concreto é mais indicado para obras industriais sob ação de agentes agressivos como plataformas marítimas, tanques, reservatórios, obras enterradas e pisos sob ação de rejeitos nucleares, pois diminui a necessidade de jaquetas metálicas. É muito utilizado também em
pavimentos rodoviários, reparos e recuperação de estruturas, vertedouros e dissipadores de barragem, entre outros tipos de construções (HELENE, 1993).
As construções de plataformas marítimas são outro grande exemplo de aplicação do CAD. Nessas construções, o concreto deve apresentar resistência não somente ao risco de corrosão das armaduras, mas também, ao forte impacto da ação das ondas (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
2.3 MATERIAIS CONSTITUINTES
Conforme Mehta (1996), existe uma grande variedade de materiais que podem ser utilizados para obter concreto de alto desempenho. A escolha de materiais para a produção de CAD não é uma tarefa fácil, pois ocorrem grandes variações nas suas composições e propriedades físicas e químicas.
Para Gutiérrez e Cánovas (1996), a escolha dos materiais constituintes é o primeiro passo na produção do concreto. Às vezes, na elaboração de concretos convencionais, não é dada a devida atenção, podendo ser a origem de problemas em muitas ocasiões.
A seleção dos materiais e a otimização dos constituintes de um concreto de alta resistência, trata-se mais de uma arte do que uma ciência. E a melhor forma de garantir a escolha da maioria dos materiais adequados para o CAD, é através da realização de estudos preliminares em laboratório (AITCIN, 2000).
Aitcin (2000) afirma que a seleção dos materiais é um problema porque os cimentos e os agregados disponíveis apresentam grande variedade de composição e propriedades, e não existe uma sistemática clara que permita escolher facilmente os materiais constituintes, além da diversidade de aditivos químicos e adições minerais disponíveis no mercado.
2.3.1 Cimento Portland
Segundo a ABCP (2012), o cimento Portland é constituído de um pó fino com propriedades aglomerantes, aglutinantes e ligantes que sob a ação da água endurece, e que, depois de endurecido não apresenta decomposição sob a ação da mesma.
Petrucci (1998) afirma que o cimento Portland é um material pulverulento, constituído de silicatos e aluminatos de cálcio, praticamente sem cal livre. Esses elementos químicos complexos,
ao serem misturados com água, hidratam-se e produzem o endurecimento da massa, que pode então oferecer elevada resistência mecânica.
A NBR 5732 (1991) define o cimento Portland comum como um aglomerante hidráulico obtido pela moagem de clínquer Portland ao qual se adiciona a quantidade necessária de uma ou mais formas de sulfato de cálcio. Durante a moagem é permitido acrescentar à mistura materiais.
Almeida (1990) comenta que a escolha de parâmetros relativos ao cimento para a produção do concreto de alto desempenho é extremamente importante, salientando que esta etapa influencia tanto na resistência da pasta quanto na intensidade da aderência agregado/pasta.
Segundo Aitcin (2000), a composição do cimento é oriunda da queima de uma mistura bem
proporcionada de matérias-primas contendo os quatro óxidos principais – CaO, SiO2, Al2O3 e
Fe2O3 – que produz o clínquer, um dos principais componentes básicos exigidos para fabricar o
cimento Portland. Para o autor primeira escolha a ser feita quando se vai produzir concreto de alto desempenho é, com certeza, a do cimento, ainda quando um ou dois materiais cimentícios suplementares venham a ser utilizados, porque o desempenho do cimento em termos de reologia e de resistência torna-se um item crítico à medida que a resistência à compressão almejada aumenta.
Durante um longo período o cimento Portland comum era o único cimento existente no Brasil, mas com a tecnologia empregada com a evolução do assunto, foram sendo obtidos novos tipos de cimentos (ABCP, 2012). Battagin (2011) diz que atualmente, o CP I está praticamente inexistente no mercado brasileiro, em função do seu alto consumo energético e questões ambientais, mas serve de referência para todos os outros tipos básicos de cimento normatizados no Brasil, por suas características e propriedades. O autor ainda cita que estes tipos de cimento se diferenciam de acordo com as proporções de clínquer e adições acrescidas no processo de moagem.
A maior parte dos cimentos Portland existentes no mercado convêm para o uso geral. Porém, alguns deles possuem determinadas funções e propriedades que os tornam mais apropriados para determinados fins, permitindo que se alcance um concreto com resistência e durabilidade desejadas, de forma bastante econômica (ABCP, 2012).
A Figura 1 ilustra o quadro apresentando a nomenclatura e a composição dos tipos básicos de cimento de acordo com a normatização.
Figura 1: Nomenclatura e composição dos tipos básicos de cimento Portland.
Fonte: Battagin, 2011.
2.3.2 Agregados
Mehta (1996) cita que, para a produção de concreto de alto desempenho, são imprescindíveis agregados duros, sadios, densos e limpos.
Segundo Sponholz (1998) não é dada a atenção necessária para a graduação do agregado e a compatibilidade pasta/agregado que são essenciais para o concreto de alto desempenho. Sempre que é viável economicamente, um controle mais rigoroso na forma do agregado, tamanho e graduação devem ser impostos, de modo a obter o maior empacotamento do ponto de vista de necessitar o mínimo de pasta para a mistura de concreto que forneça adequada trabalhabilidade.
O agregado não tem influência direta sobre a resistência do concreto (concretos convencionais), eles possuem um papel secundário, mas em alguns casos onde se tem agregados porosos e fracos, suas propriedades afetam diretamente a resistência a compressão, dureza e módulo de deformação, que por sua vez influenciam várias propriedades do concreto endurecido contendo o agregado (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
No concreto convencional, até três quartos do seu volume é ocupado pelos agregados. Não é surpreendente que a qualidade dos agregados seja considerada de grande importância nas suas propriedades. No caso do concreto de alto desempenho, a experiência tem mostrado que a qualidade do agregado é um dos principais fatores, tanto para a obtenção de boa trabalhabilidade, como alta resistência (DAFICO, 2001).
De acordo com Bauer (2000), nos concretos de alto desempenho (fck da ordem de 50 a 70 MPa), a resistência dos agregados pode ser insuficiente, rompendo-se o concreto por fratura de grãos, mesmo com agregado graúdo provindo de granito. Nestes casos, é preciso dar atenção especial a escolha do agregado.
A seleção dos agregados é muito importante, e para a produção de CAD, essa escolha torna-se ainda mais crítica em comparação a concretos convencionais (PRINCE, 2003).
Neto (2011) define agregados como sendo um material granular, que ocupa de 70 a 80% do volume de concretos, sem formato ou volume definidos, com tamanhos e propriedades apropriadas às aplicações na indústria da construção civil, principalmente na fabricação de concretos e argamassas de cimento Portland.
2.3.2.1 Agregado Graúdo
Conforme a NBR 7211 (2007), os agregados graúdos são “agregados cujos grãos passam pela peneira com abertura de malha de 75mm e ficam retidos na peneira com abertura de malha 4,75mm, em ensaio realizado de acordo com a ABNT NBR NM 248, com peneiras definidas pela ABNT NBR NM ISSO 3310-1” (NBR 7211, 2007, p.03).
Aitcin (2000) recomenda que a seleção do agregado graúdo seja realizada após um exame cuidadoso da mineralogia e da petrografia, para assegurar que as partículas possuem resistência suficiente para evitar a ruptura precoce no CAD.
Segundo Epusp (2012), o agregado graúdo mais utilizado na construção civil é a pedra britada. Essas pedras são divididas em seis diferentes faixas granulométricas, cada uma sendo utilizada conforme necessidade da atividade.
De acordo com Epusp (2012), as britas são divididas em seis tamanhos, de acordo com seus respectivos diâmetros:
Pó de pedra: > 4,8 mm;
Brita 0 ou pedrisco: 4,8 mm a 9,5 mm; Brita 1: 9,5 mm a 19 mm;
Brita 3: 25 mm a 50 mm; Brita 4: 50 mm a 76 mm.
Para Mehta e Monteiro (2008), os agregados não participam das reações químicas complexas com a água e geralmente são tratados como materiais de enchimento inerte no concreto. Neville (2016), por outro lado, afirma que o agregado não é um inerte na exata concepção da palavra e suas propriedades físicas, térmicas e, às vezes, também químicas têm influência no desempenho do concreto.
2.3.2.2 Agregado Miúdo
A NBR 7211 (2007), define o agregado miúdo: “agregado cujos grãos passam pela peneira com abertura de malha de 4,75 mm e ficam retidos na peneira com abertura de malha de 150 μm, em ensaio realizado de acordo com a ABNT NBR NM 248, com peneiras definidas pela ABNT NBR NM ISSO 3310-1” (NBR 7211, 2007, p.03).
Um dos requerimentos usados na escolha do agregado miúdo baseia-se na menor demanda de água. Agregados miúdos de partículas arredondadas e textura lisa, demandam menor quantidade de água e por este motivo são preferidos para concretos de alta resistência de acordo com o ACI 363 (1991).
Para Aitcin (2000), sempre que possível, o agregado miúdo selecionado deverá apresentar um módulo de finura entre 2,7 e 3,0. Devido a uma considerável quantidade de material fino na mistura não há necessidade de a areia ser tão fina do ponto de vista de segregação e trabalhabilidade. Então os usos de areias mais grossas acarretam a uma pequena redução na quantidade de água na mistura, o que é visto como uma vantagem, ganhando resistência e reduzindo custos.
Conforme Epusp (2012), as areias são divididas em três faixas granulométricas principais, de acordo com seus diâmetros:
Areia fina: 0,15 mm a 0,60 mm; Areia média: 0,60 mm a 2,40 mm; Areia grossa: 2,40 mm a 4,80 mm.
2.3.3 Água
A água é um componente essencial do concreto, juntamente com o concreto, ela produz uma matriz resistente que une os agregados e confere a capacidade de compactação da matriz para dotar as estruturas da durabilidade e vida útil especificadas em projeto (ISAIA, 2011).
Conforme Neville e Brooks (2013), em geral, para uso em concretos, considera-se que o ideal seja a utilização de água potável, porém, quando há excesso de sódio e potássio torna-se inadequada para uso. Da mesma forma, águas não potáveis também podem servir para uso, desde que seu pH seja entre 6,0 e 8,0 e não possuam sabor salino ou salobro.
Segundo Neville (2016), a água proporciona trabalhabilidade aos materiais que constituem o concreto, além de realizar a hidratação do cimento. O mesmo autor ainda cita:
A água, além de atuar na trabalhabilidade e na resistência, exerce importante influência nos seguintes aspectos: pega, hidratação, exsudação, retração por secagem, fluência, ingresso de sais, ruptura brusca de concretos de relação água/cimento muito baixa, colmatação autógena, manchamento superficial, ataque químico ao concreto, corrosão de armaduras, gelo e degelo, carbonatação, reação álcali-agregado, propriedades térmicas, resistividade térmica, cavitação e erosão (NEVILLE, 2016, p. 190).
Muitas literaturas indicam que a qualidade da água utilizada na mistura de concreto deve ser a mesma da água potável que utilizamos, pois estas raramente contêm sólidos dissolvidos acima de 1000ppm (partes por milhão). Caso a água contenha impurezas em excesso, pode prejudicar a qualidade do concreto em diversos fatores, como a resistência e o tempo de pega, além de causar eflorescência e corrosão nas armaduras no caso de concreto armado (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
O fator água/cimento é fundamental e de extrema importância no cálculo de dosagens. Fatores água/cimento baixos podem proporcionar alta resistência ao concreto, porém deixando-o com pouca ou nenhuma trabalhabilidade. Fatores muito altos comprometem a durabilidade e resistência e também ultrapassar a trabalhabilidade ideal. Devido a isso, deve-se buscar o fator que atenda todos esses requisitos (BAUER, 2012).
A qualidade da água para a produção de concretos nunca foi considerada um fator importante para ser estudado, tanto é que, no Brasil, apenas em 2009 foi criada a primeira Norma Brasileira que trata do assunto, a NBR 15900 (2009), cujo título é “Água para amassamento do concreto” (ISAIA, 2011).
2.3.4 Aditivos
A NBR 11768 (EB-1763/1992) define os aditivos como “produtos que adicionados em pequena quantidade (5% em relação a massa de cimento) a concretos de cimentos Portland, modificam algumas de suas propriedades, no sentido de melhor adequá-las a determinadas condições”.
Os aditivos são classificados pelas alterações que provocam nas características e propriedades de concretos fresco e/ou endurecido. Esta classificação muitas vezes não é fácil em função de apresentar várias características, o que torna necessário determinar ou atribuir-lhes uma função principal.
A NBR 11768 (EB-1763/1992) classifica os aditivos para concretos e argamassas, conforme segue:
A – Aceleradores; R – Retardadores; P – Plastificantes;
IAR – Incorporadores de ar; SP – Superplastificantes; PR – Plastificante retardador; SPR – Superplastificante retardador.
2.3.4.1 Superplastificantes
Neville (2016) define superplastificantes como sendo polímeros orgânicos hidrossolúveis obtidos sinteticamente, usando um processo complexo de polimerização para obtenção de moléculas longas de elevada massa molecular. Esses aditivos reduzem o teor de água da mistura, geralmente entre 5 e 10%, às vezes até 15% em concretos com elevada trabalhabilidade.
Os aditivos superplastificantes, também denominados de aditivos redutores de água de alta eficiência, são capazes de reduzir o conteúdo de água de três a quatros vezes em comparação com os aditivos de redutores de água normais, sem que haja retardamento no tempo de pega, exsudação ou segregação excessiva (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
A função dos aditivos redutores de água é dispersar as partículas de cimento em hidratação, liberando a água que fica presa entre seus grãos, consequentemente aumentando a fluidez da mistura. As reações ocorrem em consequência da repulsão entre os grãos de cimento, devido a forças eletrostáticas, fazendo com que a água que está entre os flocos seja liberada, reduzindo a viscosidade da mistura (HARTMANN et al, 2011).
Os aditivos superplastificantes são formados a base de formaldeído-sulfonato de melamina ou de naftaleno. De modo geral tanto os plastificantes quanto os superplastificantes, atuam da mesma maneira, porém em intensidades diferentes (NEVILLE e BROOKS, 2013).
2.3.5 Sílica Ativa
A sílica ativa (denominação da ABNT) é uma pozolana altamente reativa. É um subproduto da fabricação de silíco ou de ligas de ferro-silíco a partir de quartzo de elevada pureza e carvão, em forno elétrico de eletrodos de arco submerso. O SiO que se desprende na forma de gás, se oxida
e se condensa na forma de partículas esféricas extremamente pequenas de sílica amorfa (SiO2). Em
geral, o material é recolhido por precipitação eletrostática ou filtros de manga.
Segundo Mehta e Monteiro (2008) a sílica ativa é um subproduto de fornos a arco e de indução das indústrias de silício metálico e ligas de ferro-silício. Comparando ao cimento Portland comum e as cinzas volantes, a sílica ativa apresenta distribuição granulométrica das partículas duas ordens de grandeza mais finas. Com isso, devido ao pequeno diâmetro de suas partículas (1,0 micrômetro) possui grande superfície específica, o que justifica alta demanda de água e exigência de plastificante; ainda que, melhora a trabalhabilidade por reduzir o tamanho e volume de vazios no concreto.
Possuindo aproximadamente três vezes mais eficiência cimentìcia do que o cimento Portland, a sílica ativa tornou-se indispensável para a produção de concretos de alto desempenho. Isto facilita a obtenção de alta resistência sem excessiva quantidade de cimento. Para ser eficaz, deve ser sempre usada em conjunto com um aditivo plastificante ou superplastificante. É normalmente adicionada à mistura proporções de 5 a 10% da massa do cimento (PRICE, 2003).
Devido a sua finura, as partículas de sílica ativa podem preencher os vazios entre as partículas maiores do cimento, reduzindo a porosidade do concreto, quando elas estão bem
desfloculadas na presença de uma dosagem adequada de aditivo superplastificante (AITCIN, 2000).
2.4 MÉTODOS DE DOSAGEM
O objetivo principal de um método de dosagem é determinar uma proporção adequada e econômica dos materiais constituintes do concreto, com o intuito de produzir, ao menor custo possível, um concreto com desempenho que atenda a certos requisitos previamente estabelecidos, tais como resistência, durabilidade e consistência adequadas. Para muitos, a dosagem é mais uma arte que uma ciência, entretanto é indiscutível que alguns princípios científicos básicos podem ser usados para o proporcionamento dos materiais do concreto (AITCIN, 2000).
Para que o concreto possa obter determinados requisitos pré-determinados, além da seleção dos materiais, é importante que se faça uma combinação correta, denominada como dosagem. Além de atender aos requisitos, outro objetivo da dosagem é que atenda a este com o menor custo possível (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
Conforme citam Tutikian e Helene (2011), no Brasil ainda não há uma norma específica de como deve ser feito um estudo de dosagem. A inexistência de um consenso nacional sobre os procedimentos e parâmetros de dosagem tem levado vários pesquisadores a desenvolverem seus próprios métodos de dosagem, muitas vezes confundidos com uma recomendação da instituição para a qual trabalham, ou através da qual foram publicados.
No método ABCP (RODRIGUES, 1995) que é derivado do ACI, a água estimada nas tabelas é verificada experimentalmente sem a preocupação de variar-se a relação a/c. Posteriormente, mantendo-se a relação a/c inicialmente estimada em função da resistência desejada, o volume de areia é recalculado e uma nova mistura experimental é feita quando o novo ajuste de trabalhabilidade é alcançado do mesmo modo proposto pelo método do ACI, isto é, variando-se a proporção entre areia e brita sem alterar-se o proporcionamento da pasta (DAFICO, 2001).
No método EPUSO/IPT (USP, 1987; HELENE E TERZIAN, 1995), um teor de argamassa seca ideial é determinado experimentalmente e mantido fixo para outras três misturas. O controle da trabalhabilidade é feito pela variação dos teores de cimento e água do concreto, desde que
mantido o teor de argamassa seca constante. Ou seja, para o ajuste de trabalhabilidade, variam-se os teores de pasta e de argamassa úmida (DAFICO, 2001).
2.5 PROPRIEDADES DE CONCRETOS
Neste item serão discutidos aspectos das propriedades do concreto com a adição de sílica ativa.
2.5.1 Trabalhabilidade
Um concreto é dito trabalhável quando ele possui as características de fluidez e estabilidade que os meios de transporte, lançamento, adensamento e acabamento exigirão para esse material. Um concreto pode ser trabalhável para um tipo de serviço e não ser trabalhável para outro. De qualquer forma, a trabalhabilidade sempre estará associada à determinada necessidade de fluidez e estabilidade da mistura fresca (DAFICO, 2001).
Mehta e Monteiro (2008) esclarece que o esforço necessário para adensar o concreto é regido pelas suas características de fluxo e pela facilidade que a eliminação dos vazios pode ser atingida sem abalar a estabilidade. A estabilidade é um índice qualitativo que avalia, simultaneamente, a capacidade de retenção da água e do agregado graúdo na massa do concreto fresco. Portanto, segundo os autores, a trabalhabilidade é uma propriedade composta de pelo menos duas componentes principais: fluidez ou consistência, que descreve a facilidade de mobilidade e a coesão, que representava a resistência a exsudação e a segregação.
Para a produção de CAD é normal a busca por uma maior trabalhabilidade da massa, devido à grande presença de aglomerante com elevada finura, e da baixa relação água/aglomerante. Quanto ao adensamento desse tipo de concreto, verificou-se que muitas vezes apresentam maiores dificuldade de adensamento se comparados a concretos convencionais (PRICE, 2003).
2.5.2 Resistência a compressão
Resistência mecânica do concreto é definida como: “a capacidade do material de suportar as cargas aplicadas sobre ele, sem que o mesmo entre em ruína. De forma prática, considera-se a resistência do concreto como a carga máxima aplicada sobre um corpo-de-prova” (ANDRADE e TUTIKIAN, 2011, p. 616)
A resistência de um material é determinada como a capacidade de resistir às tensões sem se romper. Muitas vezes a ruptura é identificada com o surgimento de fissuras, contudo no concreto, a resistência está associada com a tensão necessária para causar a ruptura do material, uma vez que pesquisas ligadas à microestrutura, apontam que o concreto possui até mesmo antes de ser submetidos a tensões externas, demasiadas fissuras finas (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
Para Neville (2016), a resistência é considerada a propriedade mais importante do concreto. Embora também sejam muito importantes a permeabilidade e a durabilidade, a resistência fornece uma ideia geral da qualidade do concreto.
Segundo Petrucci (1998), o fator água/cimento é o principal influenciador na resistência de concretos. Como regra geral, pode-se dizer que a resistência é inversamente proporcional a esse fator.
Os principais fatores que influenciam a resistência do concreto além da relação a/c são: idade, agregados e tipo de cimento empregados (quanto mais fino maior a resistência), presença de adições minerais e aditivos e parâmetros de moldagem e ensaio. Os mesmos autores afirmam ainda que as resistências mais importantes no mundo da engenharia são as de tração e compressão (ANDRADE e TUTIKIAN, 2011).
Existem dois métodos de utilizar sílica ativa no concreto. O primeiro, largamente empregado, é realizar a substituição de parte do cimento pela adição mineral. Nesse caso dependendo do percentual de substituição, as resistências nas primeiras idades (1 e 3 dias) podem ser inferiores às das misturas de controle, especialmente para relações água/aglomerantes superiores a 0.5. Segundo método consiste em adicionar um teor de sílica ativa à massa de cimento. Essa forma de uso não prejudica a resistência inicial do concreto e ainda acarreta em um aumento significativo na resistência inicial do concreto e ainda acarreta em um aumento significativo na resistência à compressão em comparação às misturas de referência no período entre o terceiro e o vigésimo oitavo dia de cura úmida (MEHTA, 1986).
Segundo Malhotra (1994) está bem estabelecido no meio técnico que a incorporação de sílica ativa contribuiu significativamente para o desenvolvimento da resistência do concreto, seja pelo efeito físico, seja pela reação pozolânica, mecanismo que proporcionam o fortalecimento da zona de transição entre agregado e a matriz de cimento.
2.5.3 Durabilidade
É a propriedade que faz com que o concreto tenha a capacidade de resistir as ações dos ambientes agressivos, como ataques físicos, químicos e a qualquer outro processo que afeta sua vida útil, alcançando seu período de serviço para qual foi projetado com um mínimo possível de manutenção (MEHTA, 1994).
A durabilidade é dependente do eventual ataque de agente agressivos, internos e externos, que estejam sujeitos, e que pode causar sua deterioração e até degradação completa da estrutura. Entretanto é possível, em quase todos os casos, que estes processos destrutivos sejam interrompidos sanando as causas de destruição progressiva, salvando a estrutura (BAUER, 2012)
Mehta e Monteiro (2008) definem durabilidade como: “[...] expectativa de vida de um material sob determinadas condições ambientais ”. Para ser um concreto com maior vida útil, ele deve suportar o processo de deterioração ao que está exposto, mantendo sua estrutura mecânica, sem perder resistência e assim mantendo sua condição de utilização durante um tempo especificado ou então, pela vida útil esperada para tal material (NEVILLE, 2016).
Conforme Oliveira (2012) a durabilidade das estruturas de concreto simples, armado e protendido é condicionada pelos eventuais ataques de agentes agressivos, os quais estão presentes no meio ambiente e que ao longo dos anos podem agredir as estruturas.
Para se ter o conhecimento do comportamento de uma estrutura, além de serem realizados estudos dos materiais constituintes, sua mistura e sua construção, também deve-se ter o conhecimento do meio ambiente a qual esta estrutura estará inserida, o qual será determinante na vida útil da estrutura, pois diferentes meios causam diferentes tipos de ataques (ISAIA, 2011).
Um dos fatores que muito influenciam na durabilidade é a facilidade com que os gases e líquidos penetram e se movimentam dentro da estrutura do concreto, podendo esta propriedade ser definida como permeabilidade do concreto, de modo que o movimento dos fluidos se dá através do escoamento pelos poros, pela difusão e também através da absorção. Desta forma, é de suma importância que se analise a absorção de água do concreto (NEVILLE, 2016).
Segundo Lucena (2016), dentre os diversos agressores do meio ambiente ao concreto, destaca-se o gás carbônico, o qual está presente em todos os lugares, variando apenas a sua
concentração de um lugar para o outro. Ao longo dos anos, a penetração desse gás pode causar a carbonatação das estruturas de concreto, sendo fator determinante e principal causa do tempo de vida das estruturas.
2.5.4 Permeabilidade
A medida que se reduz a permeabilidade, o concreto torna-se mais resistente a ambientes agressivos. Isso acontece de modo mais acentuado quando se incorpora adições minerais, pois há um refinamento da estrutura dos poros da matriz e da zona de transição. Essa redução é substancialmente maior em concretos com sílica ativa, em razão do efeito físico e químico dessa pozolana (AITCIN, 2000).
A permeabilidade do concreto é proporcional ao fator a/c e inversamente proporcional aos finos presentes na mistura, como o cimento. O processo de cura também é fator determinante para a permeabilidade, tendo em vista que uma má cura pode deixar microfissuras devido à baixa hidratação, consequentemente, maior número de vazios (OLIVEIRA, 2012).
Ensaios de intrusão de mercúrio em pastas de cimento endurecidas com e sem sílica ativa indicam que a presença dessa adição mineral reduz sensivelmente a quantidade de poros capilares grandes, refinando a estrutura dos poros, apesar de não alterar a porosidade total em relação as pastas sem adição (ZHANG e GJORV, 1991; MEHTA e GJORV, 1982). Segundo Mehta e Monteiro (2008), a resistência e a permeabilidade do concreto são controladas pela distribuição do tamanho dos poros e não pela porosidade total (relação entre volume dos poros e o volume total do concreto).
A permeabilidade será determinante para os processos físicos e químicos que ocorrerão na vida útil do concreto. A resistência está diretamente ligada com a permeabilidade, tendo em vista que os mesmos fatores influenciam tanto uma quanto a outra. Deve-se levar em considerações diversos cuidados quanto a moldagem de um concreto, desde a escolha do seu fator a/c, dimensão dos agregados, processo de cura, entre outros, para que se consiga um concreto com a menor porosidade possível, resultando em melhor resistência e baixa permeabilidade (MEDEIROS et al, 2011).
3 MÉTODO DE PESQUISA
Neste capitulo será abordada a metodologia utilizada, através da apresentação da estratégia para o desenvolvimento da pesquisa, da caracterização dos materiais, dos métodos de ensaios e do delineamento e cronograma de realização.
3.1 ESTRATÉGIA DE PESQUISA
Os métodos gerais, segundo Assis (2009) fornecem as bases da investigação científica. Ainda de acordo com o autor, eles estão ligados ao plano geral do trabalho, ao processo racional adotado e baseiam-se em princípios lógicos. São classificados em dedutivo, indutivo, hipotético-dedutivo, dialético e fenomenológico.
A pesquisa é classificada no método indutivo, pois há realização de ensaios e experimentos laboratoriais que possam comprovar sua verificação. Os resultados então, são comparados a estudos de outros autores, onde as observações devem ser muitas e repetidas.
O estudo ainda pode ser classificado com uma pesquisa aplicada, que conforme cita Prodonov e Freitas (2013, p.51) “objetiva gerar conhecimentos para a aplicação prática dirigidos á solução de problemas específicos”. Em acréscimo a isso Assis (2009) explica que é um tipo de pesquisa que almeja investigar, comprovar ou rejeitar hipóteses sugeridas teoricamente.
Em relação aos procedimentos, a presente pesquisa é do tipo experimental e quantitativa, realizada através de ensaios laboratoriais. Prodanov e Freitas (2013, p. 69) explicam que em uma pesquisa quantitativa “considera que tudo que pode ser quantificável, o que significa traduzir em números opiniões e informações para classifica-las e analisa-las”. Segundo Assis (2009), uma pesquisa quantitativa informa as opiniões e informações em números, usando estatísticas para serem classificadas e analisadas.
3.2 DELINEAMENTO
O primeiro passo foi realizar reuniões onde foram determinados o tema da pesquisa, as porcentagens de adição de sílica ativa e os ensaios a ser realizados em laboratório. Para a caracterização do material, foram realizados para os agregados, os ensaios de granulometria, massa específica, massa unitária solta e compactada. Para o cimento foi realizado o ensaio para a
determinação da massa específica. A dosagem do concreto foi calculada pelo método ABCP, adotando uma resistência de 35 MPa para a idade de 28 dias.
Foi aplicada uma adição de sílica ativa nas porcentagens de 5, 10 e 15% em relação a massa de cimento e foram moldados corpos de provas de 10 x 20cm. O rompimento dos corpos de prova à compressão foram nas idades de 7, 28 e 56 dias. Parte dos corpos de provas foram destinados ao ensaio de capilaridade aos 28 dias. Outra parte foi destinada ao ensaio de carbonatação, também aos 28 dias. O delineamento das atividades está apresentado de acordo com a Figura 2.
Figura 2: Delineamento da pesquisa.
Fonte: Autoria própria, 2018.
3.3 CARACTERIZAÇÃO
De acordo com Mehta e Monteiro (2008), para que se possa fazer a dosagem da mistura do concreto, é necessário conhecer algumas características de seus componentes.
Nesta seção, serão citados e descritos os materiais utilizados na pesquisa, juntamente com os ensaios realizados para sua caracterização e os resultados obtidos para a dosagem do concreto.
3.3.1 Cimento
O cimento utilizado na pesquisa é o CPV-ARI-40 fabricado pela Cauê, cuja composição varia de 95 a 100% de clinquer mais sulfatos de cálcio e de 0 a 5% de material carbonático (NBR 5733/1991).
Para a obtenção da massa específica do cimento, foi realizado o ensaio de Le Chatelier através da norma NBR NM 23 (2001), para devida caracterização do material e posteriormente utilização no cálculo da dosagem do concreto.
A Figura 3 apresenta o frasco de Le Chatelier durante realização do ensaio em laboratório.
Figura 3: Frasco de Le Chatelier durante realização do ensaio.
Fonte: Autoria própria, 2018.
O resultado da massa específica foi de 2,597 kg/dm³.
3.3.2 Agregado Graúdo
O agregado graúdo natural utilizado foi a brita 0, fornecido pela Pedreira Tabille e disponibilizado pelo Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ. Para conhecimento de sua composição, o material foi colocado em estufa a uma temperatura de 100ºC durante 24h para remoção total da água presente em seu interior e posteriormente foi realizada a sua caracterização
de acordo com as normas da Tabela 1. A Tabela 2 apresenta o resultado da caracterização e a Figura 4 representa o agregado graúdo.
Tabela 1: Caracterização do agregado graúdo e sua respectiva norma
ENSAIO NORMA
Composição Granulométrica NBR NM 248 (2001)
Massa Específica Agregado Graúdo NBR NM 53 (2003)
Massa Unitária Solta NBR NM 45 (2006)
Fonte: Autoria própria, 2018. Tabela 2: Caracterização do agregado graúdo.
PROPRIEDADE RESULTADO
Diâmetro máximo (mm) 9,50
Módulo de finura 5,94
Massa específica (Kg/dm³) 2,88
Absorção (%) 1,53
Massa unitária solta (Kg/dm³) 1,49
Fonte: Autoria própria, 2018. Figura 4: Agregado graúdo utilizado.
Fonte: Autoria própria, 2018.
3.3.3 Agregado Miúdo
O agregado miúdo utilizado foi a areia natural proveniente de Santa Maria – RS, foi fornecida pela Pedreira Tabille e disponibilizada pelo Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ. A areia foi colocada em estufa a uma temperatura de 100ºC durante 24h, posteriormente foi caracterizada conforma os ensaios e normas da Tabela 3. A Tabela 4 apresenta os resultados da caracterização e a Figura 5 representa o agregado miúdo.
Tabela 3: Caracterização do agregado miúdo e sua respectiva norma
ENSAIO NORMA
Composição Granulométrica NBR NM 248 (2001)
Frasco de Chapman NBR 9776 (1987)
Massa Unitária Solta NBR NM 45 (2006)
Fonte: Autoria própria, 2018.
Tabela 4: Caracterização do agregado miúdo.
PROPRIEDADES RESULTADOS
Diâmetro máximo (mm) 1,20
Módulo de finura 1,62
Massa específica (Kg/dm³) 2,57
Massa unitária solta (Kg/dm³) 1,50
Material pulverulento (%) 5,8
Fonte: Autoria própria, 2018. Figura 5: Agregado miúdo utilizado.
Fonte: Autoria própria, 2018.
3.3.4 Água
Para a realização da caracterização dos materiais, moldagens dos corpos de prova e o ensaio de capilaridade foi utilizada a água que provem de poço artesiano que abastece o Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ.
3.3.5 Aditivo
Conforme mencionado no referencial teórico, o aditivo tem como função devolver a trabalhabilidade reduzida pela adição da sílica ativa, sem realizar alterações no fator água/aglomerante, podendo-se atingir o mesmo abatimento de cone para todos os traços, mantendo-se a mesma relação água/aglomerante.
O aditivo utilizado, foi o aditivo superplastificante MC-PowerFlow 1160, produzido pela MC-Bauchemie, o qual tem algumas de suas propriedades citadas pela empresa desenvolvedora:
Grande redução na quantidade de água; Longa manutenção do slump;
Rápida dispersão no concreto Dosagens econômicas;
Boa compatibilidade com incorporadores de ar; Boa estabilização em altas consistências;
Bom funcionamento com uma grande variedade de cimentos.
A dosagem de aditivo foi realizada através do ensaio com o mini tronco de cone de Kantro. Para o traço referência foi realizado a mistura de 400g de cimento com água, seguindo o fator a/c encontrado na dosagem do concreto. Posteriormente foi colocada a mistura no interior do mini tronco de cone de Kantro, seguido pela retirada do mesmo, e do espalhamento do material na mesa. Por fim, aplicação de 6 golpes na mesa de consistência, e tomada a medida de espalhamento.
Para os traços com adições de sílica ativa, buscou-se atingir o mesmo espalhamento alcançado no traço referência adicionando pequenas quantidades de aditivo a mistura, que era composta por 400g de cimento, a porcentagem a ser adicionada de sílica ativa, e água, seguindo o fator água/aglomerante. A Tabela 5 demostra a quantidade de aditivo utilizada.
Tabela 5: Dosagem do aditivo.
Quantidade Referência 5% de SA 10% de SA 15% de SA
(g) 0 5,45 9,57 18,77
% 0 0,034 0,057 0,107
3.3.6 Sílica Ativa
A sílica ativa utilizada é SILCRETE Admix RS, produzida pela Diprotec – Produtos Técnicos para Construção e tem como principais características citadas pelo fabricante:
Redução da exsudação e segregação; Menor retração;
Aumento da coesão; Redução de vazios; Menor custo; Maior durabilidade;
Aumento de resistência a compressão
A Figura 6 ilustra o produto utilizado.
Figura 6: Sílica ativa utilizada.
Fonte: Diprotec, 2018.
3.4 DOSAGEM DO CONCRETO
Após a caracterização dos materiais, foi realizada a dosagem do concreto através do método ABCP, adotando a resistência de 35 MPa para a idade de 28 dias.
Cálculo da resistência à compressão do concreto almejada aos 28 dias – Fcj.
Fck = 35 MPa
Sd: Desvio padrão pela NBR 12655:2015
Fcj = Fck + 1,65 x Sd = 35 + 1,65 x 4 → Fcj = 41,6
Relação água/cimento da mistura.
Determinado pela relação entre o Fcj e a resistência do cimento aos 28 dias, pela curva de Abrams do cimento que está representada na Figura 7.
Figura 7: Ábaco de abrams
Fonte: ABCP (2012)
A relação água/cimento encontrada foi de 0,463 para uma resistência de 35 MPa.
A NBR 6118:2014 define um fator a/c máximo de 0,60 de acordo com a classe de agressividade ambiental conforme demonstram as Figuras 8 e 9.
Figura 8: Classe de agressividade ambiental.
Fonte: NBR 6118, 2014.
Figura 9: Relação entre a agressividade ambiental e a relação a/c da massa.
Fonte: NBR 6118, 2014.
Consumo de água.
É defino pela relação do abatimento com o diâmetro máximo do agregado, conforme demonstra a Figura 10.
Figura 10: Consumo de água.
Fonte: ABCP, 2012.
Consumo de água aproximado defino em: 230 L/m³.
Consumo de cimento/aglomerante.
Cc= Ca/(a/c)= 230/0,463 → Cc=496,78 kg/m³
Onde:
Cc: Consumo de cimento
Ca: Consumo de água
a/c: Relação água/cimento
Consumo do agregado graúdo
O Consumo de agregado graúdo é definido pelo volume de agregado na mistura. E este fator é encontrado no quadro da Figura 11, através da relação entre o módulo de finura do agregado miúdo e o diâmetro máximo do agregado graúdo.
Figura 11: Determinação do volume de agregado graúdo para cálculo de consumo.
Vb= 0,663
Cb= Vb x Mu = 0,663 x 1630 →Cb=1080,70 kg/m³
Onde:
Cb: Consumo de brita
Vb: Volume de brita
Mu: Massa unitária compactada do agregado graúdo em kg/m³
Consumo de agregado miúdo
Determina-se o volume de agregado miúdo na mistura através da equação 1:
Equação 1: Consumo de agregado miúdo.
m = 1 − γc+ γb+ γa → Vm = 1 − 496,78 3125 : 1080,70 2880 : 230 1000 Fonte: ABCP, 2012. Vm= 0,236 Cm=Vm x γm=0,236 x 2570 → Cm=605,99 kg/m³ Onde:
Vm: Volume de areia na mistura
Cc: Consumo de cimento;
Cb: Consumo de brita;
Ca: Consumo de água;
γc: Massa específica do cimento;
γb: Massa específica real do agregado graúdo;
γa: Massa específica da água.
Apresentação do traço unitário final. : : : → 496,78 496,78: 605,99 496,78: 1080,70 496,78 : 230 496,78 : , : , : , Quantidade de material.
A quantidade de material a ser utilizada foi calculada utilizando-se do número de corpos de prova a serem moldados, e seus respectivos volumes, conforme ilustram as Figuras 12 e 13.
Figura 12: Quantidades de corpos de provas e seus volumes.
Fonte: Autoria própria, 2018.
Figura 13: Quantidade de material utilizado - Traço referência
Fonte: Autoria própria, 2018.
3.5 MOLDAGEM DOS CORPOS DE PROVA
Para a realização dos ensaios, foram produzidos 15 corpos de provas (CPs) com dimensões de 10 x 20cm em betoneira disponibilizada pelo Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ. Todos os procedimentos realizados foram de acordo com a NBR 5738 (2015) – Concreto – Procedimento para moldagem e cura de corpos de prova.
Para a realização da mistura do concreto na betoneira, os materiais foram colocados na seguinte ordem para o traço referência: agregado graúdo, cimento e pôr fim a areia, sendo que entre cada adição de material, foi adicionado água.
Os traços com adição de sílica ativa foram adicionados segundo ordem: agregado graúdo, sílica ativa, cimento e pôr fim a areia. O aditivo foi misturado a água antes de adiciona-la a mistura.
Antes de ser adicionada toda a água a mistura, foi realizado o ensaio de abatimento do tronco de cone, de acordo com a norma NBR NM 67 (1998). O ensaio consiste no preenchimento do molde em forma de tronco de cone a partir de 3 camadas uniformes de concreto, e cada camada foi adensada com a aplicação de 25 golpes com haste circular. Foi determinado um abatimento de cone de 100mm com tolerância de 10mm para mais ou para menos.
Para o traço referência mediu-se um abatimento de 110mm antes de adicionar toda a água calculada, recalculando o fator a/c e encontrando o consumo final de água. Sendo a relação a/c e o abatimento mantidos para os demais traços com adição de sílica ativa. A Figura 14 ilustra o ensaio de abatimento de tronco.
Figura 14: Abatimento do tronco de cone.
Após obter o abatimento de tronco de cone desejado, realizou-se o ensaio para determinar a massa específica do concreto. O ensaio consiste em preencher uma cuba metálica com volume conhecido em 3 camadas uniformes de concreto, onde cada camada foi adensada aplicando-se 25 golpes com auxílio de uma haste metálica. Com uma régua metálica retirou-se o excesso de concreto, seguido da pesagem da cuba preenchida com concreto. A Figura 15, apresenta a cuba preenchida com concreto.
Figura 15: Cuba preenchida com concreto.
Fonte: Autoria própria, 2018.
Para o processo de moldagem dos corpos de prova, os moldes foram revestidos com uma fina camada de óleo mineral. O procedimento de moldagem consiste no preenchimento dos moldes 10 x 20cm em duas camadas, sendo necessário 12 golpes por camada para compactação. Cada golpe deve ultrapassar toda a espessura de concreto de sua camada, sendo que a haste não deve penetrar mais de 20mm na camada inferior. A Figura 16 demostra os moldes 10x20 cm preenchidos com concreto.
Figura 16: Moldes 10x20 cm preenchidos com concreto.
Fonte: Autoria própria, 2018.
Os corpos de prova permaneceram em repouso durante 24h sobre uma superfície horizontal rígida. Após esse período de repouso foram desmoldados e submetidos a câmara úmida, onde ocorreu o processo de cura do concreto. A Figura 17 ilustra os corpos de provas desmoldados.
Figura 17: Corpos de prova desmoldados
