Influência de altos teores de microssílica nas propriedades do concreto no estado fresco e endurecido / Influence of high microsilica contents on the properties of fresh and hardened concrete

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Influência de altos teores de microssílica nas propriedades do concreto no

estado fresco e endurecido

Influence of high microsilica contents on the properties of fresh and hardened

concrete

DOI:10.34117/bjdv6n2-042

Recebimento dos originais: 30/12/2019 Aceitação para publicação: 05/02/2020

Pablo Virgolino Freitas

Mestrando no Programa de Pós-graduação em Infraestrutura e Desenvolvimento Energético (PPGINDE)

Instituição: Universidade Federal do Pará

Endereço: Rod. Br 422 - Km 13, Canteiro de Obras - UHE Tucuruí, S/N, Tucuruí, PA E-mail: [email protected]

Daniel Pessanha de Queiroz

Instituição: Universidade Federal do Pará E-mail: [email protected]

Ângela Maria Almeida Costa

Mestranda no Programa de Pós-graduação em Infraestrutura e Desenvolvimento Energético (PPGINDE)

Thiago Neres de Alencar

Instituição: Universidade Federal do Pará. E-mail: [email protected]

Jayron Alves Ribeiro Junior

RESUMO

Nas últimas décadas o uso de materiais alternativos nos concretos tem se intensificado, motivado por questões ambientais, objetivando custo-benefício e resistência para o compósito; logo, a microssilica tem se mostrado promissora enquanto material. Diante desse contexto, a presente pesquisa buscou verificar as características do concreto com adições de altos teores de sílica ativa em substituição parcial ao cimento convencional para análises no estado fresco e endurecido. A proporções foram de 7,5% e 15% de sílica nas idades de 7 e 14 dias, também foi utilizado um traço de referência para comparações. Os resultados obtidos mostraram que no estado fresco os concretos com as substituições

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pega deu-se de forma mais rápida para o traço com 15% de sílica e o teor de ar incorporado variou inversamente proporcional ao teor de sílica dos traços. Para os resultados no estado endurecido nos primeiros 7 dias, obteve-se um baixo desempenho de resistência a compressão dos traços com adição mineral em relação ao de referência e melhores para a resistência a tração, apresentando incrementos de resistência superiores ao traço de referência aos 14 dias. Contudo, verificou-se que, para melhoria da trabalhabilidade se faz necessário o uso de modificadores de viscosidade, desde que isso se torne viável economicamente, haja vista as alterações no fator a/c.

Palavras-chave: Sílica ativa; Aproveitamento de resíduos; Materiais sustentáveis. ABSTRACT

In recent decades the use of alternative materials in concretes has intensified, reinforced by environmental issues, and seeking economic benefits and strength; thus, microsilica has been promising as a material. In this context, the present research aimed to verify the characteristics of concrete with high additions of active silica in substitution to conventional cement for analysis in fresh and hardened state. At proportions of 7.5% and 15% of silica at ages 7 and 14 days, a reference trait was also used for comparisons. The results showed that in the fresh state the concrete with the substitutions lost workability in relation to the reference dosing, the initial and finish set time crystallization time was faster for the 15% silica dosing and the air content. The incorporated material varied inversely proportional to the silica content of the traits. For the results in the hardened state in the first seven days, it was obtained a low compressive strength performance of the mineral addition traces in relation to the reference and better for the tensile strength, presenting strength increases superior to the reference trait at fourteen days. However, it has been found that, for improved workability, the use of viscosity modifiers is required, as long as this becomes economically viable, given the changes in the w/c factor.

Keywords: Active silica; Waste recovery; Sustainable materials. 1 INTRODUÇÃO

A construção civil é um dos principais setores de geração de emprego e renda no mundo, estando diretamente ligada à economia, e segundo Orozco e Frederico (2015) é uma das indústrias que mais explora a natureza e gera resíduos, fazendo com que este último receba uma atenção especial quanto ao seu manejo e disposição.

Atualmente, observa-se um grande potencial em materiais antes considerados apenas rejeitos oriundos de processos fabris (escórias de alto-forno e microssílica) ou por meio da geração de energia (cinzas volantes). Todos esses minerais dispõem de uma gama de pesquisas que embasam seu crescente uso na indústria cimenteira.

Segundo Rodríguez et al. (2008), cerca de 5% do gás carbônico lançado na atmosfera terrestre é provido da fabricação de cimento, além de sulfatos e compostos nitrogenados, sendo quase uma tonelada de CO2 por tonelada de cimento produzido. Esse fato também é pontuado por Mehta e Monteiro (2008), onde destacam que a indústria do cimento é uma das principais fontes emissoras de gases do efeito estufa, com aproximadamente 7% de toda emissão antrópica.

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Aliadas às questões ambientais, do ponto de vista tecnológico, as exigências referentes ao desempenho de concretos, tanto mecânico quanto a durabilidade, são crescentes com o desenvolvimento de novos materiais de construção e as estruturas de concreto armado são expostas há ambientes cada vez mais agressivos e com formas mais esbeltas.

Assim, na perspectiva de contribuir com a redução dos impactos advindos da produção do cimento, seja pela redução de gases do efeito estufa ou pela redução na exploração de matérias- primas, uma alternativa para a substituição do cimento são as adições minerais, que têm apresentado grande contribuição tanto na resistência mecânica quanto na durabilidade; de maneira que, na pesquisa em questão foi utilizada a sílica ativa (microsssílica), um subproduto da produção de ferro silício.

Desta maneira, o presente trabalho tem o objetivo de analisar a influência de altos teores de microssílica em concretos em seu estado fresco e endurecido, assim como apresentar uma alternativa viável para a redução no consumo de cimento e contribuindo para a sustentabilidade na construção civil.

Pôde-se observar que a microssílica tem influência positiva tanto na resistência à compressão quanto na tração, nesta, com valores acima de 10% de sua resistência à compressão, e na durabilidade pela redução da porosidade; por outro lado, peca perda de trabalhabilidade, necessitando do uso de aditivos modificadores de viscosidade.

2 MATERIAIS E MÉTODOS

A pesquisa foi desenvolvida em duas etapas, uma experimental e outra em formato de revisão bibliográfica. A primeira foi realizada no Laboratório de Engenharia Civil da Universidade Federal do Pará, Campus Tucuruí, onde foram realizadas as dosagens e desenvolvimento dos concretos, moldagens dos corpos de prova e os ensaios nos estados fresco e endurecido. Posteriormente realizou- se o tratamento dos resultados.

2.1 CARACTERÍSTICAS DAS AMOSTRAS

Os materiais empregados nesta pesquisa foram adquiridos na região. A areia é de origem quartzosa, de granulometria média e módulo de finura igual a 2,75; utilizou-se, ainda, brita 01 de gnaisse com dimensão máxima de 19 mm, doada pela Eletrobrás Eletronorte. O cimento empregado foi o CP II-E-32, da marca Poty, e para a adição mineral, a microssílica foi doada pela empresa DOW, de Breu Branco - PA.

Os concretos foram preparados sob a variação do teor de microssílica em 0% (concreto de referência), 7,5% e 15% em relação a massa de cimento, resultando em 36 corpos de prova (CP’s)

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de 30 MPa, aos 28 dias de idade, obtendo o traço de (1 : 2,02 : 3,03 : 0,5 tendo respectivamente cimento, areia, brita e água), esperando-se um abatimento variando entre 20mm e 80mm durante o ensaio do tronco de cone.

Figura 1 – Corpos de prova, 10x20.

Fonte: Autores, 2019.

Durante o estado fresco do concreto foram realizados os ensaios de massa específica, teor de ar incorporado, slump-test e tempo de pega. Durante a moldagem dos CP’s, o adensamento do concreto foi feito manualmente, utilizando uma haste de aço para realizar os golpes, e após 24 horas realizou-se a desmoldagem e os mesmos foram deixados em cura na câmara úmida. Os procedimentos de adensamento, desforma e cura foram realizados seguindo as recomendações da NBR 5738:2015, que trata sobre os procedimentos de moldagem e cura de corpos de prova.

Os ensaios com os CP’s foram divididos em dois, ensaio de compressão axial e ensaio de compressão diametral, para determinação da resistência à compressão e à tração, respectivamente; onde os mesmos foram rompidos aos 7 e 14 dias de idade após cura em câmara úmida.

3 RESULTADOS E DISCUSSÕES

3.1 PROPRIEDADES DO CONCRETO NO ESTADO FRESCO

3.1.1 Trabalhabilidade do concreto fresco

Foram obtidas amostras com três teores distintos de sílica ativa em relação à massa de cimento, de modo que ao se realizar os ensaios a trabalhabilidade do concreto foi o primeiro passo. Os resultados obtidos no Slump-test para os três teores de sílica estão dispostos no Gráfico 1, indicando a redução da trabalhabilidade do concreto de acordo com o incremento de microssílica.

A influência negativa da sílica ativa na trabalhabilidade do concreto fresco está relacionada com a superfície específica deste resíduo. Uma vez que a microssílica é mais fina que o cimento Portland o consumo de água aumenta, influenciando negativamente na resistência.

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Gráfico 1 – Determinação do abatimento pelo tronco de cone.

Assim, tem-se a necessidade do uso de aditivos plastificantes enquanto houver altas concentrações de sílica ativa em concretos de alto desempenho, uma vez que nestes há a necessidade de um fator a/c menor que 0,45. Deve-se ressaltar que a amostra com 15% de microssílica apresentou um slump pouco maior que a de 7,5% de adição; este fato pode estar relacionado com a absorção de água pelos agregados utilizados.

3.1.2 Tempo de Início e Fim de Pega

Para cada traço preparado foi realizado o peneiramento do concreto a fim da retirada da argamassa para a realização do ensaio de determinação do tempo de pega das amostras, como ilustrado no Gráfico 2, indicando o aumento no calor de hidratação da amostra com 15% de microssílica e uma maior concentração de C3A (aluminato tricálcio), haja vista que este entrou em processo de endurecimento mais rápido que os demais.

15% 7.50 7.50% 5.00 0% 35.00 0.00 10.00 20.00 Abatimento 30.00 40.00 UNIDADE: MILÍMETROS TE O R D E SÍ LI C A

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Gráfico 2 – Determinação do tempo de início e fim de pega

3.1.3 Massa específica e teor de ar incorporado

Para cada teor de adição de microssílica, em substituição à massa de cimento por traço, pôde- se observar certa redução na massa específica dos concretos dosados em relação ao traço de referência (traço com 0% de microssílica), ainda no estado fresco, como disposto no Gráfico 3. Os menos valores de massa específica nos traços com microssílica se devem a redução no consumo do cimento, cuja massa por volume ocupado é maior que a do resíduo utilizado.

Gráfico 3 – Massa específica por traço de concreto fresco.

Relação com a massa específica da amostra sem sílica Massa Específica 15% 7.50% 0% 92.65% 93.59% 100.00% 2.31 g/cm³ 2.33 g/cm³ 2.49 g/cm³

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Todavia, como mostra o Gráfico 4, o teor de ar no concreto fresco varia de maneira inversamente proporcional a quantidade de sílica adicionada, o que tende a demonstrar uma menor quantidade de vazios nos traços com o resíduo incorporado, e consequente uma menor trabalhabilidade.

Gráfico 4 – Teor de ar incorporado por traço de concreto fresco.

3.2 PROPRIEDADES NO ESTADO ENDURECIDO

3.2.1 Massa específica

A massa específica do concreto de referência é, em média, 2,46g/cm³. Para cada teor de adição de microssílica, em substituição a massa de cimento por traço pôde-se observar que a variação foi praticamente nula, como disposto no Gráfico 5. Este fato é justificado por Dos Anjos et al. (2004), que afirma que ao mesmo tempo em que a microssílica eleva a resistência mecânica, também pode reduzir a permeabilidade do material (aumento do empacotamento e formação de gel).

Ou seja, apesar de o traço de referência possuir maior índice de vazio os traços com adição de microssílica possuem massa específica semelhante ao de referência devido efeito de empacotamento da mesma, ocupando os vazios presentes na amostra endurecida.

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Gráfico 5 – Massa específica por traço de concreto endurecido.

3.2.2 Resistência Mecânica

Nos primeiros sete dias de idade a resistência à compressão das amostras com teores de microssílica apresentaram baixo desempenho em relação à resistência à compressão comparadas com traço de referência, como observado no Gráfico 6; todavia, apresentaram melhor desempenho quanto a resistência à tração, determinado segundo o ensaio de compressão diametral.

Gráfico 6 – Resistência média aos sete dias.

Aos quatorze dias de idade houve um melhor desenvolvimento da amostra com 15% de adição de microssílica quanto a resistência à compressão, representado no Gráfico 7, um ganho de resistência de 41% em relação aos sete dias de idade. Este incremento torna-se um ganho significativo, se comparado às outras amostras, que tiveram incremento de 23,4% de resistência à compressão.

Percebe-se, ainda que, ao longo da cura a resistência à tração da amostra com adição mineral igual a 7,5% recebeu um ganho de resistência bem maior que as demais, em torno de 15%.

Relação com a massa específica da amostra sem sílica Massa Específica 15% 7.50% 0% 100.24% 100.19% 100.00% 2.46 g/cm³ 2.47 g/cm³ 2.46 g/cm³ 20.000 18.000 16.000 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 Referência, 17.665 7,5% de microssílica, 14.577 15% de microssílica, _14.297 COMPRESSÃO TRAÇÃO Referência, 2.968 7,5% de microssílica, 2.856 15% de microssílica, 3.700 TE N SÃ O MP a

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Gráfico 7 – Resistência média aos quatorze dias.

4 CONCLUSÃO

A adição mineral apresentou um papel importante quanto a impermeabilidade dos betões, pois, de acordo com os ensaios no estado fresco, os traços com maior teor de microssílica apresentaram menor quantidade de ar no concreto fresco. Considerando a influência da porosidade do concreto em sua durabilidade, principalmente ligada à carbonatação e ambientes agressivos, a adição de sílica ativa possui um papel importante na proteção das armaduras.

Observou-se também que as amostras com adição mineral apresentaram maior ganho de resistência à tração e compressão em comparação à amostra de referência ao longo do tempo, o que pode indicar melhores resultados em idades mais avançadas se comparadas ao concreto convencional. É importante salientar que, apesar dos resultados promissores de resistência mecânica do concreto com adição mineral, deve-se atentar para a falta de trabalhabilidade do concreto em seu estado fresco, pode ocasionar patologias ao longo da vida útil das estruturas por possíveis problemas de adensamento.

REFERÊNCIAS

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0.000 15% de microssílica, 3.810 7,5% de microssílica, 3.293 Referência, 2.735 5.000 COMPRESSÃO TRAÇÃO 15.000 10.000 15% de microssílica, 20.17 7,5% de microssílica, 18.000 20.000 Referência, 21.805 25.000 TE N SÃ O MP a

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