INFLUÊNCIA DO ADITIVO HIPERPLASTIFICANTE NO CONCRETO
CONVENCIONAL
EFFECT OF POLYCARBOXYLATE SUPERPLASTICIZER ON CONVENTIONAL CONCRETE
Samuel de Carvalho Gomes (1); Welkens Gomes de Oliveira (2); André Soares Mendes (3); Henrique Tochtrop (4); Lucas Carvalho Quintanilha (5); Maria Carolina Estavam
D’Oliveira (6).
Graduando, UFT - samuka@uft.edu.br Graduando, UFT - woliver@uft.edu.br
Graduando, CEULP ULBRA/IFTO - andremendes@ceulp.edu.br Graduando, CEULP ULBRA - henriquetoch@gmail.com Professor Engenheiro, UFT - lucasquintanilha@uft.edu.br Professora Mestre, UFT/CEULP ULBRA – carolina.doliveira@uft.edu.br
Resumo
Cada vez mais, são usados produtos químicos adicionados ao cimento, à argamassa ou ao concreto, com o fim de alterar certas propriedades da mistura. Alguns países adotam o uso de aditivos com frequência tal que só uma pequena parte do concreto produzido não é aditivado. Essa popularidade é explicada pelo fato de que eles são capazes de ressaltar propriedades desejáveis à mistura tanto no estado fresco quanto no endurecido. Aditivos plastificantes, por exemplo, permitem maior fluidez da pasta sem prejuízos ao comportamento mecânico final. Inclusive, é possível reduzir a quantidade de água do traço de maneira que a relação água/cimento fique menor, o que promove aumento da resistência do produto. É preciso, no entanto, assegurar que haja compatibilidade entre o aditivo utilizado e o cimento, caso contrário, os benefícios esperados não serão atingidos, havendo ainda prejuízo pela elevação do custo unitário do traço devido à inserção do aditivo. Nesse sentido, a presente pesquisa se propôs a verificar o comportamento das propriedades principais do concreto estrutural convencional no estado fresco e no estado endurecido com a utilização de aditivo hiperplastificante. O programa experimental foi elaborado com a produção de um traço de referência dosado pelo método do volume absoluto (ABCP/ACI) e de três traços aditivados com teores relativos à massa do cimento de 1%, 2% e 4%. Em todos os concretos com o aditivo a água de molhagem foi reduzida em 20% em relação àquela usada no concreto convencional. Para os quatro traços, foram verificados: consistência pelo (abatimento do tronco de cone), massa específica, teor de ar aprisionado, além da resistência à compressão uniaxial, à tração - medida pela compressão diametral - e absorção de água (por imersão). Os resultados mostraram que houve viabilidade da utilização e incrementos na resposta mecânica do concreto para os dois traços com teores maiores do aditivo, enquanto que o teor de 1% não apresentou trabalhabilidade adequada.
Palavra-Chave: Concreto convencional, hiperplastificante, aditivo policarboxilato
Abstract
Increasingly, chemicals additions are used to cement, mortar and concrete, in order to change some properties of the mixture. Some countries adopt the use of additives frequently in other that only a small part of the concrete produced is not additive. This popularity is due to the fact that they are able to highlight desirable properties to the mix in both fresh and hardened states. Plasticizers, for example, allow greater fluidity folder without prejudice to the final mechanical behavior. Furthermore, it is possible to reduce the amount of mixing water in other the water / cement ratio becomes smaller, thus promoting an increment on mechanical strength of the product. However, it is necessary to ensure that there is compatibility between the additive used and the cement, otherwise the expected outcomes will not be achieved, there is no loss by raising the unit cost of the mixture due to the insertion of the additive. In that direction, the present study aimed to verify the behavior of the main properties of conventional structural concrete in fresh and hardened state with the use of additive hiperplasticizer or superplasticizer of third generation. The experimental program was established to produce a reference mixture dosed by the absolute volume method (ABCP / ACI) and three mixtures additivated with levels relative to the mass of cement of 1%, 2% and 4%. In all concrete with additive wetting water was reduced by 20% compared to that used in conventional concrete. Among the four mixtures were checked: consistency by (frustum of rebate), density, entrained air content, in addition to the uniaxial compressive strength, tensile strength - measured by diametrical compression - and water absorption (immersion). The results showed viability of use and increments the mechanical response of the concrete for the two admixture with higher additive levels, while the 1% level did not provide suitable workability..
1 Introdução
As modernas projeções tecnológicas referentes ao concreto indicam uma grande expansão e exigência nas construções no que tange aspectos como eficiência, baixo custo e tempo. Buscando atender estas especificações, especialmente no que diz respeito a maiores resistências e melhor durabilidade, faz-se necessário o desenvolvimento e emprego de novos materiais que confiram tais requisitos. Assim os concretos da atualidade não são vistos mais como somente simples misturas de cimento, água e agregados, estes contêm também adições minerais e aditivos, os quais possuem determinadas características, a fim de promover no concreto efeitos específicos, tornando-os aptos às mais diferentes aplicações.
De acordo com a definição da norma NBR 11768, aditivos para concreto de cimento Portland são “produtos que adicionados em pequena quantidade a concretos de cimento Portland modificam algumas de suas propriedades, no sentido de melhor adequá-las a determinadas condições”. De acordo com essa mesma Norma os aditivos são classificados em:
Aditivo de alta redução de água/superplastificante tipo I (SP-I R, SP-I A, SP-I N); Aditivo de alta redução de água/superplastificante tipo II (SP-II R, SP-II A, SP- IIN); Aditivo incorporador de ar (IA);
Aditivo acelerador de pega (AP); Aditivo acelerador de resistência (AR); Aditivo retardador de pega (RP).
Os aditivos redutores de água são conhecidos como plastificantes, superplastificantes e hiperplastificantes (também chamados de plastificantes de 3° geração) dependendo da redução da quantidade de água de amassamento para uma determinada consistência. Os superplastificantes são conhecidos também como redutores de água de alta eficiência. Enquanto que os aditivos plastificantes (ou redutores de água de eficiência normal) permitem uma redução de água de pelo menos 5%, os aditivos superplastificantes chegam a reduzir em até 40% (MELO e MARTINS, 2009). Os aditivos plastificantes e superplastificantes, além de permitirem a redução da relação a/c para uma dada consistência da mistura, podem também propiciar um aumento de fluidez se a quantidade original de água da mistura for mantida constante.
De acordo com a constituição química, os aditivos redutores de água são divididos em 3 grupos:
a) Aditivo redutor de água/plastificante: em sua composição, possuem lignosulfonatos, sais de ácido hidroxicarboxílico e polissacarídeos. O lignosulfonato, que é o redutor de
água mais utilizado, é obtido a partir do rejeito líquido do processo de extração da celulose da madeira, lignina ou licor negro.
b) Aditivo de alta redução de água/superplastificante tipo I: em sua composição, contêm sais condensados de naftaleno sulfonato ou melanina sulfonato. São produtos sintéticos, que podem ser obtidos a partir de técnicas de polimerização.
c) Aditivo de alta redução de água/superplastificante tipo II: são à base de policarboxilatopoliéteres (PCE). São conhecidos por proporcionarem uma melhor manutenção da trabalhabilidade e por serem mais previsíveis quanto ao efeito sobre os tempos de pega, comparativamente aos aditivos de base naftaleno sulfonato ou melanina sulfonato.
Policarboxilatos são polímeros tipo “pente” em que uma cadeia principal de polimetilmetacrilato são enxertados lateralmente grupos etoxilados e/ou propoxilados. Estes aditivos apresentam um mecanismo duplo de ação dispersante. Repulsão Eletrostática (cargas negativas existentes nos grupos carboxilatos ao longo da cadeia de polimetilmetacrilato) e estabilização estérica (grupos hidrofílicos laterais). Combinação resulta em elevadíssimo poder dispersante das partículas de cimento. (Figura 1)
Figura 1 – aditivos tensoativos- Hiperplastificantes (3ª geração) (Freitas, 2013)
Também chamados de superplastificantes de terceira geração, os policarboxilatos agem principalmente por repulsão estérica, pois sua ionização não é suficiente para promover repulsão elétrica considerável. Estes possuem moléculas mais longas em comparação as de lignosulfonato, mais robustas e com ramificações que auxiliam na dispersão das partículas de cimento, ou seja, quanto maior for o tamanho da cadeia, mais fluido é o conjunto e menor é o tempo de pega (HARTMANN, 2002, p. 19). Como estas estruturas químicas são complexas, esse tipo de produto é harmonizável com um número restrito de outras matérias-primas, e caso não sejam bem formulados têm tendência a incorporar ar (MARTIN, 2005, p. 390). A estrutura química de um aditivo policarboxilato está representada na figura 2.
Figura 2: estrutura química de um aditivo policarboxilato
(RAMACHANDRAM; MALHOTRA9, 1998 apud HARTMANN, 2002, p. 19)
Essa classe de aditivo propicia considerável aumento no abatimento do concreto, reduzindo a quantidade de água e tornando possível a utilização de concretos fluidos ou auto adensáveis. A redução de água possibilita o emprego de concretos mais resistentes e duráveis (HARTMANN, 2002, p. 19). Prudêncio Júnior (2005, p. 1235) atesta que “Os aditivos à base de policarboxilatos são atualmente os de melhor eficiência, permitindo reduções de água superiores a 20% e tempos de atuação entre 30 e 60 minutos. Em concretos de resistência característica acima de 40 MPa, seu uso é praticamente inevitável”.
Assim o presente trabalho buscou avaliar as propriedades mecânicas e a viabilidade da incorporação de um aditivo hiperplastificante a base de policarboxilato (PLASTOL 6040) no concreto convencional através de testes experimentais com três diferentes traços aditivados com teores relativos à massa do cimento de 1%, 2% e 4% e um traço de referência dosado pelo método do volume absoluto (ABCP/ACI). Para os quatro traços, foram investigadas algumas propriedades mecânicas no estado endurecido e fresco como: consistência, massa específica, teor de ar aprisionado, resistência à compressão uniaxial, compressão diametral e absorção de água.
2 Métodologia
2.1
Materiais
2.1.1 Aglomerante
Como aglomerante foi usado cimento Portland composto com pozolanas (tipo CP II – Z) classe 32.
Foi utilizada areia média de leito de rio obtida na região de Palmas-TO. Antes do preparo do concreto, a areia foi lavada e seca em estufa até a constância de massa.
2.1.3 Agregado graúdo
O agregado graúdo adotado foi brita granítica com dimensão máxima de 9,5 mm.
2.1.4 Aditivo
O aditivo utilizado foi o Hiperplastificante PLASTOL6040 (tipo II,SP-II R). O PLASTOL 6040 é um aditivo para concreto, líquido, isento de cloretos e seu principal composto é o policarboxilato de altíssimo desempenho, que possui grande poder de dispersão, aumentando fortemente a trabalhabilidade. No programa experimental do trabalho, diminui-se 20% da água de amassamento em todos os traços. O primeiro traço (T1) usou 1% de aditivo relativo a massa do cimento. Já o
segundo traço (T2) foi produzido com 2% de hiperplastificante e o terceiro traço (T3)
com 4%. Para contrastar os resultados, foi produzido um exemplar do concreto convencional (TR) dosado e produzido sem adição do hiperplastificante.
Tabela 1 – Características Técnicas do produto
Ação principal: Aditivo Superplastificante tipo II (SP-II R) - (Hiperplastificante) Ação secundaria: Redutor de água de amassamento (A/C)
Composição: Solução de Policarboxilatos em meio aquoso
Aspecto: Líquido
Cor: Levemente amarelada
Massa especifica: ≅ 1,1 g/cm³
Teor de cloretos: Não contem cloretos
3 Programa experimental
O método utilizado para a dosagem do concreto convencional foi o método do volume absoluto (ABCP/ACI) devido a fácil dosagem e fornece o menor teor de areia para misturas plásticas, proporcionando como vantagem a economia e a facilidade de identificação de misturas inadequadas. A caracterização física e determinação da resistência mecânica dos materiais e concretos foram realizadas no laboratório CEULP-ULBRA, Centro Universitário luterano de Palmas-Tocantins.
Diante disso, o presente trabalho propôs estudar a influência do hiperplastificante nas propriedades mecânicas de concreto estrutural convencional. O programa experimental avaliou as características principais do concreto no estado fresco e no estado endurecido, a saber: consistência (pelo abatimento do tronco de cone), massa específica, teor de ar aprisionado, além da resistência à compressão axial, à tração – medida pela compressão. A Tabela 2, a seguir, resume os ensaios e mostra as normas usadas como referência para sua execução.
Tabela 2 – Programa experimental
Concreto fresco Concreto endurecido
Ensaio Norma Ensaio Norma
Abatimento do tronco de cone NBR NM 67 Resistência à compressão NBR 5739
Massa específica NBR 9833
Resistência à tração por compressão diametral NBR 7222
Teor de ar aprisionado NBR 9833
4 Resultados e Análise
4.1 Concreto Fresco
4.1.1 Abatimento do Tronco de Cone
A consistência de cada traço de concreto foi avaliada pelo tradicional ensaio de abatimento do tronco de cone segundo especificações da NBR NM 67 (ABNT, 1998), cujos resultados são mostrados na Figura 2. A dosagem dos traços foi feita para um abatimento estimado de 7 ± 1 cm.
Figura 2 – Abatimento do tronco de cone.
Analisando o gráfico podemos observar que os traços T2 e T3 apresentaram maior
abatimento do que o traço TR. É nitido que, tendo sido mantida a relação
água/cimento para todos os traços, a fluidez aumentou na medida em que também aumentaram os percentuais de hiperplastificantes,exceto para traço (T1), onde observou-se uma diminuição do abatimento justamente devido à quantidade de 1% de aditivo ter sido insignificante a ponto de compensar a retirada da água de amassamento em 20%.
3.1.2 Massa Específica Aparente
A massa específica aparente do concreto fresco foi obtida mediante procedimentos determinados pela NBR 9833 (ABNT, 2009). O intuito dessa investigação era medir indiretamente a densidade do concreto na mistura ainda fluida. Todos os traços T1, T2 e T3 apresentaram maior massa especifica aparente do que o traço TR. É provável supor que o aumento constante de densidade em relação a TR, tenham sido devido a quantidade
de hiperplastificante na mistura. Os resultados obtidos nesta verificação para os quatro traços podem ser vistos na Figura 3.
Figura 3 – Massa específica aparente.
Os valores observados mostram que, ao serem comparados ao traço TR, os traços T1, T2
eT3 apresentaram aumento da massa específica aparente, sendo que a maior quantidade
de massa por volume se deu no traço T3, exatamente o com maior quantidade de
hiperplastificante. Esse fato poderia representar um ganho, visto que há proporção direta entre massa específica e desempenho mecânico no concreto. No entanto, os resultados dos ensaios de resistência mostraram que a resposta mecânica do traço T1 foi melhor.
3.1.3 Teor de Ar Aprisionado
Segundo Metha e Monteiro (2008) o ar incorporado ao concreto pode trazer benefícios, principalmente quando nos referimos a concretos leves e ciclos de congelamento. Porém, há também problemas referentes ao aprisionamento indesejado de ar como: grandes quantidades de ar conectadas, resultando em queda da resistência mecânica e da suscetibilidade do concreto à percolação de fluidos agressivos.
Figura 4 – Teor de ar.
Foi observado que que a taxa de ar aprisionado diminuiu com o aumento gradativo de hiperplastificante. No gráfico acima os traços T1, T2 e T3 tiveram menor percentual de ar
incorporado que o concreto TR, observando-se um valor mínimo em T3. Os resultados,
mostrados na Figura 4, indicam que o aditivo além de hiperplastificante é também desincorporador de ar, assim estando em conformidade com o manual do fabricante.
3.2
Concreto Endurecido
3.2.1 Resistência à Compressão
O ensaio de resistência à compressão foi realizado em conformidade com a NBR 5739 (ABNT, 2007).
O traço de maior massa específica T3 obteve o menor desempenho mecânico. Assim como o gráfico nos mostra, não houve correspondência perfeita entre as massas específicas aparentes obtidas (e apresentadas no item 3.1.2) e os resultados de resistência à compressão. Porém o traço T1 teve a maior resistência observada, visto que um menor slump, nos mostra que a quantidade de água de amassamento não estava adequada para esse parâmetro (trabalhabilidade), observando-se o efeito oposto referente à resistência mecânica. O que não é observado nos traços T2 e T3, onde a água excedente pode ter ocasinado uma queda nas resistências .
3.2.2 Resistência à Tração
Para obter os resultados de resistência à tração dos concretos desenvolvidos no presente trabalho, corpos de prova cilíndricos foram rompidos à compressão diametral segundo as especificações da NBR 7222 (ABNT, 2011). Os resultados estão explicitados na Figura 6.
Figura 6 – Resistência à tração.
Em concordância com os resultados obtidos de resistência à compressão (apresentados no item 3.2.1), as resistências à tração dos três traços avaliados resultaram em valores muito próximos, porém como observado na compressão o traço T1 obteve o melhor desempenho.
5 Conclusões
Apesar de a ciência dos materiais ter evoluído no sentido de produzir materiais cada vez mais inovadores, o concreto ainda é um dos materiais mais utilizados na construção em geral. Por isso tem-se buscado cada vez mais otimizar o uso do concreto e de suas propriedades.
O uso de aditivos para o concreto tem ganhado espaço no que tange às melhorias das propriedades mecânicas do concreto já endurecido, bem como na sua forma fluida. Este artigo, por sua vez, objetiva um maior conhecimento sobre os efeitos dos aditivos no concreto. Por sua vez, o hiperplastificante além de possuir características como: alta redução da água de emassamento, altíssima manutenção de trabalhabilidade, moderada resistência inicial, também possui a característica de aumentar a massa específica.
Outro fato observado no concreto convencional, que não é apontado no manual do fabricante, é que o aditivo a base de policarboxilato (PLASTOL 6040) tem um alto poder de desincorporação de ar.
Como resultado imediato desta pesquisa observou-se que para objetivos de trabalhabilidade do concreto convencional, o aditivo demonstrou parâmetros satisfatórios, enquanto no quesito resistência mecânica ele pouco influenciou nos ganhos.
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