INFLUÊNCIA DE ADITIVOS PLASTIFICANTES EM CONCRETOS COM CIMENTO
PORTLAND SUBSTITUÍDO PARCIALMENTE POR CINZAS DE CALDEIRAS.
Estudo de caso realizado no município de Sinop-MT
INFLUENCE OF PLASTICIZERS ADDITIVES IN CONCRETES WITH PORTLAND
CEMENT PARTIALLY REPLACED BY ASHES OF BOILERS.
Case study conducted in the municipality of Sinop-MT
João Vitor Perozzo1, André Luiz Machado 2Resumo: Diante das inúmeras vantagens do uso do concreto produzido em usinas, com maior controle de
qualidade e menor geração de resíduos e perdas, entre outras, a Associação Brasileira De Cimento Portland (ABCP) em 2013 ressaltou a importância ambiental, visto que, com o aumento da procura pelo produto final, essas empresas buscam novas tecnologias para diminuir ainda mais as perdas e até mesmo a substituição de alguns materiais por similares. Dessa forma faz-se importante procurar alternativas que se possam empregar na fabricação da mistura. O intuito desta pesquisa é verificar a influência do aditivo plastificante RM 300 em um concreto com a substituição de 20% do cimento Portland por cinzas oriundas da caldeira de um secador de grão da cidade de Sinop-MT. Para a realização deste estudo foram estabelecidos padrões fixos de plasticidade, com o abatimento por tronco de cone fixado em 140 mm, porém o fator água/cimento teve variações de acordo com a quantidade de aditivo imposta para cada traço, sendo essas quantidades iguais a 0,3% 0,6%, 0,9% e 1,2%. Mesmo com a utilização dos aditivos os traços desenvolvidos ainda exigiram quantidades de água superiores a calculada diminuindo assim a resistência, deste modo concluiu-se que a substituição de 20% de cimento pelas cinzas utilizadas ainda é inviável mesmo com a utilização de aditivos plastificantes.
Palavras-chave: Cinzas, Materiais pozolânicos, Aditivo plastificante.
Abstract: Despite the many advantages of concrete produced in plants with better quality control and less
generation of waste, among others, the ABCP in 2013 highlighted the environmental importance, since, with increasing demand for the final product, these companies search for new technology to further reduce losses, and even the replacement of some materials by similar. Thus, it is important to seek alternatives that can be used in the manufacture of the mixture. The purpose of this research is to investigate the influence of RM 300 plasticizer additive in a concrete with the replacement of 20% of Portland cement by ashes from the boiler of a grain dryer in Sinop-MT. For this study were established fixed patterns of plasticity with the reduction by truncated cone set at 140 mm, but the factor water/cement had variations according to the amount of additive imposed for each trait, and these quantities equal to 0,3%; 0,6%; 0,9% and 1,2%. Even with the use of additives, the developed traits still required amounts of superior water the calculated decreasing the resistance, thus it was concluded that the replacement of 20% of cement by ashes used, still is not feasible even with the use of plasticizing additives.
Keywords: Ashes, Pozzolanic materials, Plasticizer additive. 1 Introdução
Em 2013 a Associação Brasileira de Cimento Portland - (ABCP) divulgou uma pesquisa de mercado que indicava o crescimento do consumo de concreto. Os dados referentes aos anos de 2005 à 2012 revelaram um aumento de 80% no consumo da mistura e também demostraram um aumento de 180% nos concretos produzidos por empresas dosadoras, o que fica evidente que a produção deixa de ser executada in loco, e passa a ser executada por estas empresas terceirizadas.
A ABCP indica fatores macroeconômicos e incentivos governamentais com as principais influências para os aumentos dos investimentos na área da construção civil.1
A ABCP juntamente com a e8 Inteligência, empresa especializada em desenvolvimento e estruturação de conteúdo para construção civil, apontam algumas vantagens de se utilizar o concreto produzido em usinas dosadoras, dentre eles convém citar o maior
1 Acadêmico do curso de Egenharia Civil, UNEMAT,
Sinop-MT, Brasil, [email protected]
2 Professor interino, UNEMAT, Sinop-MT, Brasil,
controle de qualidade, menor geração de resíduos e perdas e também uma maior busca por “inovações tecnológicas” afim de adequar-se as restrições e exigências de uma sociedade mais preocupada com as questões ambientais.
Com o pensando voltado para um produto de qualidade e comprometido com o meio ambiente, surge uma nova tecnologia que ganha cada vez mais espaço nas universidades brasileiras, onde o cimento Portland é substituído parcialmente por material pozolanico normalmente costituido por cinzas provenientes da queima de matérias orgânicos, como a cinza da palha da cana e da palha de arroz.
Em 2013, Arenhardt no intuito de adaptar pesquisas realizadas na Universidade Federal de Santa Catarina e na Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo, trouxe para o município de Sinop-MT um experimento substituindo parcialmente o cimento por cinzas oriundas de fornos de uma empresa secadora de grãos. Porém os resultados não se mostraram satisfatórios quando a quantidade de cimento substituído ultrapassava 10%. A grande dificuldade de se realizar a substituição do Cimento Portland por um material pozolânico é o controle da quantidade de água, visto que, este segundo material consome uma quantidade maior e
assim resulta em uma redução do abatimento e uma mudança no fator água cimento.
Santos (2006) afirma que devido à adição de um novo material na mistura, há uma variação no módulo de finura e o processo de hidratação será modificado, assim será exigida uma maior quantidade de água. Nesse sentido, o controle da quantidade de água surge com a principal dificuldade para substituição do Cimento Portland por materiais pozolânicos.
Na conjuntura atual, pesquisadores tem tentado encontrar uma solução para a questão que é despertada pelo fato: Seria vantajosa a utilização de aditivos redutores da quantidade de água na tentativa de diminuir a perda de resistência à compressão? Assim o presente estudo procura identificar a influência que a adição de um aditivo plastificante tem sobre concretos compostos por cinzas encontradas em secadores de grãos do município de Sinop-MT.
2 Fundamentação Teórica
2.1 A Pasta
A consistência adquirida pela pasta formada de material aglomerante e água varia de acordo com a granulometria do material e também com a variação da quantidade de materiais empregados. Quanto maior a quantidade de água empregada em relação ao cimento utilizado, maior será a fluidez da mistura (ISAIA, 2010).
Ao manter o abatimento fixo é possível melhorar as condições de desempenho mecânico e durabilidade, no entanto, é necessário a reduzir a relação água/cimento, o que fará o consumo do material aglomerante aumentar. Todavia, a partir da década de 50, com o surgimento de aditivos superplastificantes, a possibilidade de se obter pastas de alta resistência com baixo fator água/cimento se torna uma realidade (ISAIA, 2010).
2.2 O Concreto
Mehta e Monteiro (2008) descrevem o concreto como uma mistura de material aglomerante (cimento), agregados miúdo e graúdo, água e ar, porém ainda afirmam que alguns materiais podem ser inseridos com a intenção de agregar novas características ou até mesmo substituir os componentes tradicionais. O que se busca, ao tratar-se de tecnologia do concreto, é a proporção entre os componentes que define as características físicas, mecânicas e de durabilidade que o material necessita para transporte e aplicação para cada caso (ISAIA, 2010).
Segundo Bauer (2005) após a mistura ser realizada há três estágios diferentes do concreto, a primeira fase, logo após a inserção de todos os materiais é conhecida como estágio fresco do concreto, neste estado o concreto deve garantir boa trabalhabilidade para facilitar o lançamento e bom adensamento o que garantiria uma acomodação do concreto por todo o espaço evitando a permanência de ar e a desagregação dos materiais. De acordo com Isaia (2010) o tempo máximo de duração desta etapa é de 5 horas.
A segunda fase, segundo Bauer (2005), se inicia quando o concreto começa a enrijecer, esse estado é conhecido como pega e é marcado por mudanças nas
características físicas do concreto. Mehta e Monteiro (2008) explicam que durante este processo ocorre a “real hidratação” do concreto, o que gera o aparecimento de cristais de aciculares de trissulfoaluminato de cálcio hidratado (etringita), responsáveis pelo ganho de resistência e aglomeração dos agregados, porém Bauer (2005) observa que o ganho de resistência durante este processo não é significativo e apenas inviabiliza o seu manuseio.
A terceira fase descrita por Bauer (2005) é o processo que torna o concreto em um material sólido e em “perpétua evolução”.
2.2.1 Cimento Portland
O Cimento Portland anidro é normalmente formado por partículas com dimensões entre 1 e 50 µm, derivadas da pulverização de um clinquer com uma pequena quantidade de sulfato de cálcio. O clinquer é um material homogêneo obtido através da fusão a altas temperaturas de oxido de cálcio e sílica, alumina e óxido de ferro (MEHTA e MONTEIRO, 2008). O cimento é basicamente formado por quatro compostos, os silicato tricálcico é maior responsável pelo ganho de resistência em todas as idades, em especial no primeiro mês, o silicato bicálcico é responsável pelo ganho de resistência em idades mais avançadas, de modo que expressam maiores ganhos de resistência após um ano da moldagem, o aluminato tricálcico tem maior influência nas primeiras 24 horas e o ferro aluminato de cálcio não tem influência na resistência do concreto (BAUER, 2005) 2.2.2 Água
A água é responsável inicialmente por garantir a lubrificação dos compostos, e proporcionar assim a trabalhabilidade da massa fresca do concreto (BASTOS, 2006)
Mehta e Monteiro (2008) afirmam que a água também tem a função de hidratar as articulas de cimento, servindo como um meio para dissolução e transporte de íons, promovendo assim as interações entre cálcio, sulfato, aluminato e íons de hidroxila.
2.2.3 Agregados
Os agregados são normatizados pela ABNT 2009 “Agregado para Concreto”, e classificados de acordo com a sua origem e granulometria podendo ser separados em dois grupos, agregados graúdos e agregados miúdos.
Os agregados graúdos são definidos pela norma como: “Pedregulho ou a brita proveniente de rochas estáveis, ou mistura de ambos, cujos grãos passam por uma peneira de malha quadrada com abertura nominal de 152 mm e ficam retidos na peneira ABNT 4,8 mm.”.
Os agregados miúdos também são definidos pela norma como: “Areia de origem natural ou resultante do britamento de rochas estáveis, ou mistura de ambas, cujos grãos passam pela peneira ABNT 4,8 mm e ficam retidos na peneira ABNT 0,075 mm”. 2.2.4 Cinzas
Os materiais pozolânicos são descritos pela norma ABNT 1992 como materiais ricos em sílica e com baixa capacidade aglomerante, porém ao reagirem
com hidróxido de cálcio esses materiais mudam suas características.
Segundo JOHN (2003, apud ARENHARDT, 2013) qualquer cinza vegetal com finura adequada e composição predominantemente siliciosa, pode ser inserida no concreto como como adição mineral, contudo sua reatividade depende de sua composição química que sofre grande influência do seu modo de obtenção.
Além de serem as primeiras partículas carreadas, o hidróxido de cálcio, presente no cimento, sozinho não é responsável por ganhos significativos de resistência à compressão, sendo assim, a fusão deste material com a sílica presente em cinzas só vem a acrescentar resistência (CORDEIRO; DÉSIR, 2010). Todavia, o sucesso dessa reação depende da finura das partículas pozolânicas afirma Neville (1997).
Segundo Lima (2008) a reação pozolânica consome lentamente hidróxido de cálcio (CH) livre após a hidratação do cimento anidro, assim gera silicato de cálcio hidratado (C-S-H) suplementar.
De acordo com Mehta e Monteiro (1994, apud LIMA 2008), as reações ocorrem conforme as equações a seguir:
Para o cimento Portland:
𝐶3𝑠 𝑜𝑢 𝐶3𝑠 + 𝐻 → 𝐶 − 𝑆 − 𝐻 + 𝐶𝐻
Para o cimento Portland com adição de pozolana 𝑃𝑂𝑍𝑂𝐿𝐴𝑁𝐴 + 𝐶𝐻 + 𝐻 → 𝐶 − 𝑆 − 𝐻 Onde: H=água; C2S= silicato dicálcico; C3S= silicato tricálcico; CH= hidróxido de cálcio;
C-S-H= silicato de cálcio hidratado.
De acordo com Santos (2006), em casos específicos os elementos pozolânicos podem servir com suplemento para cobrir as deficiências do cimento Portland. Guedert (1989,apud SANTOS, 2006) afirma que o uso de pozolanas pode garantir ao cimento características como:
Menor calor de hidratação, pela troca de reações exotérmicas (hidratação do cimento), por reações atérmicas (pozolânicas);
Melhor resistência ao ataque ácido em função da estabilização do hidróxido de cálcio oriundo da hidratação do clínquer Portland e à formação um C-S-H com menor relação CaO/SiO2 de menor basicidade;
Maior durabilidade, contribuindo para a inibição da reação álcali-agregado e diminuição do diâmetro dos poros da pasta hidratada, de modo que reduz o ataque do material por substâncias externas como cloretos e sulfatos.
2.2.5 Aditivos
Aditivos são compostos adicionados ao concreto em pequenas quantidades, que tem por finalidade alterar algumas propriedades para que a mistura se ajuste a necessidade (ABNT 1992a).
2.3 Resistência à compressão
Bauer (2005) define a resistência à compressão como a característica principal na análise da qualidade do concreto, no entanto Isaia (2010) ressalva que essa propriedade está diretamente ligada a outras, como: consumo de cimento, abatimento, relação água/cimento e durabilidade.
A granulometria do cimento também se relaciona com a resistência a compressão, visto que está diretamente ligada com o grau de hidratação e com a porosidade do material (MEHTA E MONTEIRO, 2008) 2.3.1 Abatimento
A caracterização da consistência do concreto é normatizada pela ABNT 1996b e consiste na medição do abatimento da massa fresca de concreto moldada por um molde cônico com as seguintes especificações:
Diâmetro da base inferior: 200 mm; Diâmetro da base superior: 100mm; Altura: 300mm.
Ainda segundo a ABNT, o molde deve ser umedecido, colocado sobre uma placa plana e horizontal e preenchido em três camadas, cada uma vibrada com 25 golpes de uma haste lisa, com 600 mm de comprimento, 16 mm de diâmetro e com extremidades arredondadas.
Durante todo o procedimento deve-se manter o cone fixo e apoiado com os pés sobre as abas laterais, após o preenchimento e a regularização do topo, o cone de ser retirado como movimento constante que deve durar entre 5 e 10 segundos, evitando movimentos que possam gerar torção.
Imediatamente após a retirada do cone, o abatimento deve ser medidos e arredondados para os 5 mm mais próximos.
2.3.2 Moldagem
O procedimento de moldagem dos corpos de prova varia de acordo com o molde escolhido e o método de adensamento que pode ser mecânico ou manual, segundo a ABNT 2003 os moldes cilíndricos têm a altura duas vezes maior que seu diâmetro, devem ser feitos de material resistente, que não reaja com o concreto e que não absorva água. O molde deve garantir ainda um fácil desmonte, a fim de permitir a retirada do corpo de prova sem que ele seja danificado.
Para definição do método de moldagem, a ABNT 2003 recomenda que o adensamento dos corpos de prova sejam realizados conforme a Tabela 1.
Tabela 1 - Características dos Moldes Cilíndricos. Dimensão básica (mm) Número de camadas Número de golpes 100 2 12 150 3 25 200 4 50 250 5 75 300 6 100 450 9 225
Fonte: Adaptado ABNT 2003
O molde a ser escolhido deve ter diâmetro mínimo de quatro vezes o diâmetro nominal do agregado. O procedimento de moldagem deve ser feito sobre uma superfície plana e livre de vibrações.
2.3.3 Cura
A “Cura do concreto” tem a função de impedir a fuga, por evaporação, da água utilizada na mistura (BAUER, 2005)
Após 24 horas da moldagem, os corpos de prova devem ser retirados dos moldes identificados e levados ao local de cura.
A cura por imersão consiste em imergir os corpos de prova em água até o dia do seu rompimento, os corpos de provas em água podendo ou não ser saturada em hidróxido de cálcio. (ABNT 2003). 2.3.4 Ensaio de resistência à compressão
Para obtenção dos dados de resistência à compressão, é necessário que se realize o rompimento dos corpos de prova, este ensaio é normatizado pela ABNT 2007, e a prensa utilizada também deve obedecer a especificações, nesse caso estabelecidas pela ABNT 2004.
O rompimento dos corpos de prova devem ser realizados com uma máquina ensaio estático uniaxial calibrada, equipada com dispositivo que ajuste a distância entre os pratos e um sistema de indicação de força aplicada que pode ser digital ou analógico, também deve-se tomar os devidos cuidados para que o molde fique centralizado e que a força seja aplicada de forma constante e sem choques (ABNT 2007). A norma NBR 2007 estabelece prazos específicos de rompimento e suas tolerâncias quanto a atrasos, a Tabela 2 apresenta esses valores.
Tabela 2 – Tolerância de tempo para Idade de Ensaio. Idade do ensaio (dias) Tolerância Permitida (h) 1 0,5 3 2 7 6 28 24 63 36 91 48
Fonte: Adaptado de ABNT 2007.
A resistência deve ser calculada segundo a Equação 1: 𝑓𝑐= 4𝐹 𝜋 ∗ 𝐷² (Equação 1) Onde:
𝑓𝑐: é a resistência à compressão, em megapascal
(MPa);
𝐹: força máxima aplicada sobre o corpo, em newton (N);
𝐷: Diâmetro do corpo de prova, em milímetros (mm). Os resultados obtidos devem passar por uma avaliação descrita na ABNT 2007, onde será calculado o desvio padrão Se e o coeficiente de
variação CVe .
Assim pode-se indicar a eficiência do ensaio de acordo com a Tabela 3.
Tabela 3 - Avaliação do ensaio através do coeficiente de variação.
Coeficiente de Variação (cv) Nível 1 (Excelente) CVe ≤ 3,0
Nível 2 (Muito bom) 3,0 < CVe ≤ 4,0
Nível 3 (Bom) 4,0 < CVe ≤ 5,0
Nível 4 (Razoável) 5,0 < CVe ≤ 6,0
Nível 5 (Deficiente) 6,0 < CVe
Fonte: Adaptado de ABNT 2007.
2.3.5 Dosagem do concreto
Adaptada do método ACI 211.1-81 (Revised 85) - Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, a dosagem ABCP/ACI foi trazida ao Brasil pelo Eng. Públio Penna Firme Rodrigues (BOGGIO, 2000).
A Isaia (2011) afirma que após a divulgação da ABCP e a recomendação da ACI, o método teve grande aceitação pelos tecnologistas nacionais de modo que tem sido largamente empregado não só no brasil como em toda a América Latina. Essa repercussão deve-se a versatilidade do método, Bauer (2005) explica que o método baseia-se nas características principais dos materiais, características essas que podem ser obtidas por ensaios de laboratórios, correlacionando-as com outros fatores, como relação água/cimento e proporção entre os materiais.
Para atender a resistência exigida, atendendo as condições de variabilidade impostas pelo métodos construtivos, a ABNT 1996a determina que o cálculo da resistência do concreto deve levar em conta o desvio-padrão (Sd) através da Equação 2:
𝑓𝑐𝑗= 𝑓𝑐𝑘+ 1,65𝑆𝑑 (Equação 2)
onde:
𝑓𝑐𝑗: é a resistência média do concreto à compressão,
prevista para a idade de j dias, em megapascals; 𝑓𝑐𝑘: é a resistência característica do concreto à
compressão, em megapascals;
𝑆𝑑: é o desvio-padrão da dosagem, em megapascals.
O valor do desvio-padrão é retirado da própria norma, que define três situações de dosagem de acordo com a qualidade da execução do traço.
A) Aplicável para concretos de classe C10 até C80, o cimento e os agregados são pesados e medidos em massa, a água de amassamento é medida em volume ou
massa e deve ser corrigida de acordo com a umidade dos agregados.
B) Aplicável para concretos das classes C10 até C25, com o cimento medido em massa, a água de amassamento medida em volume e os agregados medidos em massa combinada com volume.
C) Aplicável apenas para concretos C10 e C15, com cimento medido em massa e agregados medidos em volume, assim como a água, que também deve ser corrigida de acordo com a umidade dos compostos.
A Tabela 4 apresenta os valores de desvio padrão de acordo com a classe.
Tabela 4 - Desvio-padrão a ser adotado.
Classe Desvio-padrão
(MPa)
A 4,00
B 5,50
C 7,00
Fonte: Adaptado de ABNT 1996a
3 Metodologia
Todo o processo foi realizado nas dependências da Universidade do Estado de Mato Grosso (UNEMAT), campus de Sinop-MT, com os maquinários e ferramentas disponibilizados pela própria universidade e por professores.
3.1 Aglomerante 3.1.1 Cimento
Para realização do experimento foi utilizado o Cimento Portland composto com pozolana (CP II-Z-32), adquirido em uma loja de Sinop-MT com a seguinte massa específica: 3,06 g/cm³.
3.1.2 Cinza
A cinza foi coletada da caldeira de uma indústria de secagem de grãos, em Sinop-MT. Obtida através da queima sem controle de temperatura, o material passou apenas por peneiramento em malha 300 μm. 3.2 Água
A água utilizada foi coletada do sistema de abastecimento de águas da cidade de Sinop-MT, cabe ressaltar que não passou por análises.
3.3 Agregados 3.3.1 Agregado graúdo
O agregado graúdo utilizado oriundo do município de Nobres-MT, classificado como brita n° 1, foi submetido ao ensaio normatizado pela ABNT 2009c para obtenção da massa específica, que determina que o agregado fosse colocado em estufa até que atingisse massa constante, posteriormente pesado e imerso em água para a obtenção do seu volume.
Assim pela Equação 3:
𝜌 = 𝑚𝑠 (𝑙 − 𝑙0)
(Equação 3)
Onde:
𝜌: massa especifica do agregado, em kg/dm³;
𝑚𝑠: massa do material seco, em g;
𝑙0: leitura inicial do volume da água, em cm³;
𝑙: leitura final do volume da água, em cm³.
A determinação da umidade do agregado segundo a NBR 9939 (ABNT, 1987) é feito de acordo com a equação 4 após a determinação da massa do agregado antes e após secagem em estufa.
𝑈 =𝑚𝑖− 𝑚𝑓 𝑚𝑓 ∗ 100
(Equação 4)
Onde:
𝑈: teor de umidade total; 𝑚𝑖: massa inicial, em kg;
𝑚𝑓: massa final, em kg.
3.3.2 agregado miúdo
A areia utilizada para a confecção dos traços foi adquirida em uma loja de materiais para construção de Sinop-MT, que retira o material do rio Telles Pires. Para obtenção dos índices físicos foram realizados três ensaios, o primeiro, baseado na ABNT 2009a, iniciou-se com o ensaio de granulometria através do peneiramento mecânico que resulta no cálculo do módulo de finura.
O segundo ensaio consiste na determinação da massa especifica, normatizada pela ABNT 2009b, o processo foi realizado de forma semelhante ao agregado graúdo, sendo através da pesagem do material seco e do cálculo do seu volume também seco, assim como mostra a Equação 5.
𝜌 = 𝑚𝑠 (𝑙 − 𝑙0)
(Equação 5)
O terceiro ensaio foi realizado para se obter a umidade total da areia, de modo semelhante ao agregado graúdo, o material foi pesado, seco em estufa e novamente pesado, de forma que os resultados foram substituídos na Equação 6.
𝑈 =𝑚𝑖− 𝑚𝑓 𝑚𝑓
∗ 100 (Equação 6)
3.4 Aditivo
O aditivo utilizado foi disponibilizado por uma usina dosadora de concreto situada na cidade de Sinop-MT, a características do material foram retiradas da ficha técnica do produto, editada no ano de 2014 e disponibilizada pelo fabricante.
O aditivo utilizado foi o RM 300, produzido e comercializado pela empresa Sikament, que descreve o produto como: aditivo liquido, com a pega normal e plastificante com alto poder de redução da quantidade de água inserida a mistura.
3.5 Cálculo do traço
O desenvolvimento do traço utilizado foi embasado no método de cálculo aprimorado pela ABCP.
A primeira etapa do processo consiste na fixação da consistência a ser utilizada, através do ensaio de tronco de cone normatizado pela ABNT 1996b, estabelecendo uma relação quanto às especificações com a finalidade do concreto a ser dosado, através da Tabela 5.
Tabela 5 - Abatimentos recomendados.
Tipos de obras Abatimento Máximo Mínimo Paredes de fundações e sapatas
armadas 75 25
Sapatas planas, caixões e paredes de
infraestrutura 75 25
Vigas e paredes armadas 100 25 Pilares de edifícios 100 25
Pavimentos e lajes 75 25
Construções de concreto massa 50 25 Fonte: adaptado de ACI 211.1-81 apud Boggio, 2000.
Posteriormente, ao correlacionar a dimensão máxima do agregado graúdo com o abatimento pré-fixado, a quantidade de água a ser inserida na mistura foi determinada através Tabela 6.
Tabela 6 - Quantidade de água de amassamento.
Abatimento
Dimensão máxima característica do agregado graúdo Dmc (mm) 9,5 19 25 32 38 40 a 60 kg/m³ 220 kg/m³ 195 kg/m³ 190 kg/m³ 185 kg/m³ 180 60 a 80 225 kg/m³ 200 kg/m³ 195 kg/m³ 190 kg/m³ 185 kg/m³ 80 a 100 230 kg/m³ 205 kg/m³ 200 kg/m³ 195 kg/m³ 190 kg/m³ Fonte: adaptado de Rodrigues, 1990 apud Boggio, 2000.
Com o auxílio das curvas de Walz, desenvolvidas no departamento de Cimento e Concreto (DECIM) da ABCP fixou-se a relação água/cimento (BUCHER, 1989; apud BOGGIO, 2000). Assim com o auxílio da Figura 1 foi determinado o fator água/cimento, pautado na ABNT 2001 que estabelece um fator a/c de no máximo 0,55 para classe de agressividade III. Com o fator A/C estabelecido e com os dados obtidos da Tabela 5 pode-se definir a quantidade de material aglomerante, através da Equação 7.
𝐶𝑐=
𝑄 𝑎/𝑐
(Equação 7)
Onde:
Cc = consumo de cimento em kg/m³ de concreto; Q = consumo de água em kg/m³ de concreto; a/c = fator água cimento.
Figura 1 - Gráfico para determinação do fator a/c em função da resistência a compressão do concreto e do cimento aos
28 dias. Fonte: Bucher, 1989 apud Boggio, 2000
De acordo com Boggio (2000) o método visa conciliar a quantidade de agregado graúdo e miúdo a fim de se colocar o máximo de agregado compactado seco e conseguir a consistência desejada procurando diminuir o volume de vazios da mistura.
Utilizando a Tabela 7 pode-se determinar o volume máximo de agregado graúdo compactado seco (Vcs) a
partir do módulo de finura da areia e da dimensão máxima característica do agregado total.
Tabela 7 - Determinação de volume de agregado graúdo seco compactado (Vcs)
Módulo de finura da areia
Dimensão máxima característica do agregado graúdo Dmc (mm)
9,5 19 25 32 38
Volume compactado seco(Vcs) de agregado graúdo por m³ de concreto 1.8 0,645 0,770 0,795 0,820 0,845 2,0 0,625 0,750 0,775 0,800 0,825 2,2 0,605 0,730 0,755 0,780 0,805 2,4 0,585 0,710 0,735 0,760 0,785 2,6 0,565 0,690 0,715 0,740 0,765 2,8 0,545 0,670 0,695 0,720 0,745 3,0 0,525 0,650 0,675 0,700 0,725 3,2 0,505 0,630 0,655 0,680 0,705 3,4 0,485 0,610 0,635 0,660 0,685 3,6 0,465 0,590 0,615 0,640 0,665 Fonte: adaptado de Rodrigues, 1990 apud Boggio, 2000.
Para determina o consumo em massa de agregado graúdo, utilizou-se a Equação 8
𝐶𝑏= 𝑉𝑏∗ 𝑀𝑢 (Equação 8)
Onde:
𝐶𝑏: consumo em kg, de agregado graudo para um m³
de concreto;
𝑉𝑏: volume de agregado graudo para um m³ concreto;
Conforme o princípio explicado por Boggio (2000), considera-se que o volume de concreto é composto pela soma dos volumes absolutos de cada material, foi determinado o volume de agregado a partir da equação 9. 𝑉𝑎𝑚= 1 − ( 𝐶𝑐 𝛾𝑐 +𝐶𝑏 𝛾𝑏 +𝐶𝑎 𝛾𝑎 ) (Equação 9) Onde: 𝑉𝑎𝑚: Volume de areia (m³); 𝐶𝑐: Consumo de cimento (kg); 𝐶𝑏: Consumo de brita (kg); 𝐶𝑎: Consumo de água (kg);
𝛾𝑐: Massa especifica do cimento (kg/m³);
𝛾𝑏: Massa especifica da brita (kg/m³);
𝛾𝑎: Massa especifica do água (kg/m³).
Assim determina-se o consumo de areia utilizando a Equação 10.
𝐶𝑎𝑚= 𝑉𝑎𝑚∗ 𝛾𝑎𝑚 (Equação 10)
Onde:
𝐶𝑎𝑚: consumo de areia (kg);
𝑉𝑎𝑚: Volume de areia (m³);
𝛾𝑎𝑚: massa específica de areia (kg/m³).
Após esses processos pode-se apresentar a Tabela 8 com o traço calculado para 1 m³.
Tabela 8 - Traço calculado para 1 m³ Materiais Traço referência
Cimento (kg) 293,14 Areia (kg) 643 Brita (kg) 1128 Cinza (kg) 73,28 Água (l) 200 Fator a/c 0,55
Fonte: Arquivo pessoal, 2015
Através da somatória dos volumes do tronco de cone para o teste de abatimento e dos moldes utilizados, foi quantificado um volume total a ser utilizado de 0,021 m³, assim pode-se apresentar a quantidade de material empregado para cada traço na Tabela 9.
Tabela 9 - Traços calculados para 1 kg de cimento
Materiais Traço TR 0.3 TR 0.6 TR 0.9 TR 1.2 Cimento (kg) 1,00 1,00 1,00 1,00 Areia (kg) 1,75 1,75 1,75 1,75 Brita (kg) 3,08 3,08 3,08 3,08 Cinza (kg) 0,20 0,20 0,20 0,20 Água (l) 0,55 0,55 0,55 0,55 Aditivo (kg) 0,003 0,006 0,009 0,012 Fator a/c 0,55 0,55 0,55 0,55 Fonte: Arquivo pessoal, 2015
Os materiais utilizados, exceto a água, foram dosados em massa, para isso foi utilizada balança de precisão,
com capacidade de 5 quilos. A água utilizada foi medida com o auxílio de uma proveta graduada. Para a execução dos ensaios, foi estabelecido que o abatimento devia ser constante, assim devido ao uso de aditivo, a água que variou foi medida e anotada. A produção do concreto foi realizada com o auxílio de uma betoneira de eixo com a capacidade de 145 litros. Antes da moldagem foram feitos ensaios para obtenção dos dados de consistência, através do abatimento do tronco de cone, segundo as recomendações ABNT 1996. Foram moldados de acordo com a ABNT 2003, 3 corpos-de-prova para cada idade de rompimento, sendo executado o ensaio aos 3, 7 e 28 dias. Os moldes adotados, foram cilíndricos com dimensão básica de 100 mm e foram curados, ainda segundo a ABNT 2003, em solução saturada de hidróxido de cálcio.
Figura 2 - Moldagem dos corpos-de-porva. Fonte: Arquivo pessoal, 2015
Para obtenção dos resultados, os moldes foram rompidos, segundo ABNT 2007, em prensa hidráulica manual, calibrada em 2015, com capacidade de 100 Toneladas.
4 Apresentação de resultados
Para ser feita a correção do abatimento foi inserido um aditivo redutor da quantidade de água, porém com a quantidade inserida, a mistura ainda apresentou uma abatimento muito pequeno, dificultando até mesmo a moldagem.
Para melhorar as características de trabalhabilidade, necessitou-se aumentar o abatimento para que a moldagem dos corpos de provas fosse possível, atingiu-se um patamar de 140 mm. O traço corrigido apresenta-se com os agregados e aglomerantes inalterados, contudo a quantidade de agua foi modificada, essa quantidade, por sua vez, está apresentada na Tabela 10.
Tabela 10 - Quantidade de água inserida a mistura e fator água cimento corrigidos.
Material
Traço
TR 0.3 TR 0.6 TR 0.9 TR 1.2 Água (l) 6,20 6,00 5,35 5,00
a/c 0,78 0,76 0,68 0,63
Fonte: Arquivo pessoal, 2015
A Figura 3 apresenta os dados de resistência a compressão dos corpos-de-prova rompidos após 3 dias de cura e apresenta também os dados de desvio padrão de coeficiente de variação (CV), calculados de acordo com a ABNT 2007.
Figura 3 - Resistência média à compressão aos 3 dias. Fonte: Arquivo pessoal, 2015
A Figura 4 apresenta os dados de resistência a compressão, desvio padrão e coeficiente de variação (CV) obtidos e classificados para 7 dias de cura.
Figura 4 - Resistência média à compressão aos 7 dias. Fonte: Arquivo pessoal, 2015
A Figura 5 apresenta os resultados obtidos de resistência a compressão, desvio padrão e coeficiente de variação (CV) aos 28 dias de cura.
Figura 5 - Resistência média à compressão aos 28 dias. Fonte: Arquivo pessoal, 2015
A Figura 6 correlaciona a quantidade de água presente no concreto com a quantidade de aditivo utilizado em cada traço, mostrando que não há uma proporcionalidade na relação entre os dois materiais. A imagem ainda apresenta a linha de tendência, com R²=0,964, da relação água/aditivo representada pela Equação 11.
𝑦 = 1,4167x + 6,7 (Equação 11)
Figura 6 – Comparativo entre a quantidade de água e de aditivos inseridos a mistura.
Fonte: Arquivo pessoal, 2015
Através da Figura 7 é possível observar a influência da quantidade de aditivo na resistência à compressão. A imagem também apresenta a linha de tendência da resistência à compressão aos 28 dias de cura, representada pela Equação 12, com R² = 0,8868.
𝑦 = 6,883x + 10,437 (Equação 12) TR 0,3 TR 0,6 TR 0,9 TR 1,2 3 Dias 8.11 8.59 11.85 12.84 Desvio padrão 0.29 0.18 0.24 0.15 CV (%) 1.17 0.70 0.66 0.38 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 Re si stên cia m éd ia à co m p re ssão (M Pa) TR 0,3 TR 0,6 TR 0,9 TR 1,2 7 Dias 10.56 11.13 14.38 15.13 Desvio padrão 0.27 0.27 0.24 0.25 CV (%) 0.85 0.82 0.55 0.54 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 Re si stên cia m éd ia à co m p re ssão (M Pa) TR 0,3 TR 0,6 TR 0,9 TR 1,2 28 Dias 13.38 13.23 16.68 19.11 Desvio padrão 0.33 0.40 0.28 0.38 CV (%) 0.82 1.01 0.56 0.66 0.00 3.00 6.00 9.00 12.00 15.00 18.00 21.00 R e si stê n ci a m é d ia à co m p re ssão (M Pa) y = -1.4167x + 6.7 4.5 4.7 4.9 5.1 5.3 5.5 5.7 5.9 6.1 6.3 6.5 0 0.5 1 1.5 Q u an ti d ad e d e ág u a n a mi stu ra Quantidade de aditivo inserido ao concreto (%) Água/Aditivo Linear ( Água/Aditivo)
Figura 7 - comparativo de resistência média à compressão e quantidade de aditivo inserido a mistura.
Fonte: Arquivo pessoal, 2015
5 Análise de resultados
De modo semelhante ao ocorrido nos trabalhos de Arenhardt (2006), Cordeiro (2006) et al, a substituição do cimento por cinzas acarretou a diminuição da plasticidade do concreto. Com a adição do aditivo plastificante em diferentes quantidades, e fixando uma valor de abatimento para todo os traços, pode-se observar que a quantidade de água inserida a mistura cresce de forma inversa a quantidade de aditivo utilizado.
A partir da interpretação dos dados relativos a volume de água, a quantidade de aditivo e a linha de tendência, observa-se no intervalo entre 0,3% e 1,2% de aditivo utilizado, houve um decréscimo na quantidade de água inserida à mistura, destaca-se que o traço TR 0,6 obteve um rendimento abaixo do esperado.
Em todos os cálculos de desvio padrão e coeficiente de variação obtiveram-se resultados classificados como “excelente” de acordo com a ABNT 2007. A partir da observação dos dados médios de resistência à compressão aos 3, 7 e 28 dias respectivamente, destaca-se, mesmo sem atingir resultados satisfatórios, nas duas primeiras idades os traços com maior quantidade de aditivo, porem aos 28 dias há um aumento significativo do traço TR 1,2, tal resultado aponta a influência direta do aditivo no Fcm. Ainda podemos notar que, devido a quantidade de água, o TR 0,6 obteve um Fcm abaixo do esperado, sendo até mesmo inferior ao TR 0,3.
Ao analisar os ganhos de resistência à compressão e estabelecer uma comparação entre as suas idades, pode-se observar que houve um alto ganho de resistência à compressão nos primeiros 3 dias, com média em torno de 66%, resultando em baixos resultados nas próximas idades, com médias de 16% aos 7 dias e 18% aos 28 dias.
6 Conclusão
Com a observação dos dados, conclui-se que a utilização de aditivos plastificantes juntamente com cinzas de madeira oriundas da queima sem controle, modificam as características de consistência e a resistência média à compressão.
A eficiência do aditivo no melhoramento da plasticidade se torna prejudicada quando utilizado em concretos com adição de cinzas, haja vista que o resultado variado de acordo com a porcentagem. Para os teores de aditivos utilizados nessa pesquisa, é possível observar uma relação inversa entre a quantidade de aditivo e a quantidade de água, porém todos dos os valores ainda se mostram maiores do que o calculado, provando que a influência do aditivo ainda é insuficiente para a quantidade de cinzas utilizadas.
Os resultados não diferem muito dos encontrados por Arenhardt em 2013, seguindo o mesmo comportamento, quanto a moldagem e resistência a compressão, mostrando a fraca participação do aditivo.
Percebe-se também que a diminuição de água gerada pelo aditivo influi diretamente na resistência, todavia, é contraposta pela água exigida pela cinza. Logo conclui-se que a substituição de 20% do cimento por cinzas de madeira sem controle de queima coletadas em uma caldeira de um secador de grão de Sinop – MT ainda não apresente vantagens mesmo que sob influência de aditivo plastificante.
Ainda que os resultados não tenham sido positivos, a ideia ainda merece ser aprofundada, haja vista os benefícios ambientais que ela pode proporcionar. Para pesquisas futuras aconselha-se a substituição do aditivo plastificante por um superplastificante com a intenção de corrigir os problemas com abatimento, e também a substituição do cimento utilizado, visto que, o CP II-Z-32 já apresente elementos pozolânicos em sua composição.
7 Agradecimentos
Primeiramente agradeço a Deus por guiar meus passos.
Agradeço ao meu pai Vitor Fortunato Perozzo e a minha mãe Rita Damin Perozzo por me carregarem nas horas difíceis e pelo grande esforço que fizeram por mim, agradeço também minha irmã Rosana Perozzo por estar sempre se fazendo presente e me aconselhando durante minha caminhada.
Agradeço a professora Kênia Araújo de Lima por me orientar, cobrar resultados e incentivar durante todo o decorrer da pesquisa, assim como agradeço o professor André Luiz Machado por assumir a responsabilidade e dar continuidade aos trabalhos e aos professores Flávio Alessandro Crispim e André Ferraz por todas as dúvidas sanadas.
Agradeço a minha namorada Carla Aparecida Ascoli por toda a paciência e o companheirismo, agradeço também aos meus companheiros Jonas Botam, Beatriz Gomes Pimentel, Augusto Romanini Raul Tadeu Lobato Ferreira e Nayanne Ferreira Alvez que sempre me ajudaram quando precisei, em especial agradeço ao meu grande amigo Thiago Wronski
6 8 10 12 14 16 18 20 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 R ES IS TÊN CIA M ÉD IA À C O M PRE SS Ã O ( M PA ) Quantidade de aditivo inserido ao concreto (%) 3 dias 7 dias
Bueno pela participação ativa que teve em minha pesquisa.
8 Referencial
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