i
DURABILIDADE DE CONCRETOS PRODUZIDOS COM AGREGADOS
DE RESÍDUO DE CONCRETO SUBMETIDOS A TRATAMENTOS
COM CIMENTO PORTLAND E MOAGEM
CARLA MABEL MEDEIROS DE ALBUQUERQUE E SILVA
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO EM ESTRUTURAS E CONSTRUÇÃO CIVIL DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
FACULDADE DE TECNOLOGIA
ii
UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA FACULDADE DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
DURABILIDADE DE CONCRETOS PRODUZIDOS COM AGREGADOS DE RESÍDUO DE CONCRETO SUBMETIDOS A TRATAMENTOS COM CIMENTO
PORTLAND E MOAGEM
CARLA MABEL MEDEIROS DE ALBUQUERQUE E SILVA
ORIENTADORA: VALDIRENE MARIA SILVA CAPUZZO
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO EM ESTRUTURAS E CONSTRUÇÃO CIVIL
iii
UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA FACULDADE DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
DURABILIDADE DE CONCRETOS PRODUZIDOS COM AGREGADOS DE RESÍDUO DE CONCRETO SUBMETIDOS A TRATAMENTOS COM CIMENTO
PORTLAND E MOAGEM
CARLA MABEL MEDEIROS DE ALBUQUERQUE E SILVA
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO SUBMETIDA AO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL DA FACULDADE DE TECNOLOGIA DA UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA, COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM ESTRUTURAS E CONSTRUÇÃO CIVIL.
APROVADA POR:
iv FICHA CATALOGRÁFICA
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
SILVA, C. M. M. A. (2019). Durabilidade de concretos produzidos com agregados de resíduo de concreto submetidos a tratamentos com cimento Portland e moagem, Publicação E.DM – 06A/19, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 138 p.
CESSÃO DE DIREITOS
AUTORA: Carla Mabel Medeiros de Albuquerque e Silva.
TÍTULO: Durabilidade de concretos produzidos com agregados de resíduo de concreto submetidos a tratamentos com cimento Portland e moagem.
GRAU: Mestre ANO: 2019
É concedida à Universidade de Brasília permissão para reproduzir cópias desta dissertação de mestrado e para emprestar ou vender tais cópias somente para propósitos acadêmicos e científicos. A autora reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte desta dissertação de mestrado pode ser reproduzida sem autorização por escrito da autora.
_______________________________
Carla Mabel Medeiros de Albuquerque e Silva
CLN 208, Bloco C, Apartamento 112 – Asa Norte – CEP:70.853-530 – Brasília – DF – Brasil E-mail: carlamabeleng@gmail.com/carla_mabel12@hotmail.com
SILVA, CARLA MABEL MEDEIROS DE ALBUQUERQUE E
Durabilidade de concretos produzidos com agregados de resíduo de concreto submetidos a tratamentos com cimento Portland e moagem [Distrito Federal] 2019.
xxii, 138 p., 210 x 297 mm (ENC/FT/UnB, Mestre, Estruturas e Construção Civil, 2019). Dissertação de Mestrado – Universidade de Brasília. Faculdade de Tecnologia.
Departamento de Engenharia Civil e Ambiental.
1. Concreto 2. Agregado de resíduo de concreto 3. Tratamentos 4. Abordagem de mistura dois estágios 5. Durabilidade
v
Aos meus pais Carlos José e Maria José,
não há palavras capazes de descrever o meu amor e eterna gratidão.
vi
AGRADECIMENTOS
Primeiramente a Deus, por seu amor lindo e sublime, por estar comigo em todos os momentos e não me deixar cair diante às dificuldades.
Aos meus pais Carlos José e Maria José, por todo esse amor inexplicável, por apoiarem e acompanharem todos os dias de minha vida, por terem sido meus primeiros mestres e acreditado em mim. Amo vocês!
Aos meus irmãos Cláudio José e Cláudia Mabelly, por todo o companheirismo e torcida ao longo da vida.
Aos meus avós Lindolfo Abel e Maria do Céu, que mesmo não estando mais presente fisicamente, foram o meu porto seguro e sempre me incentivaram a correr atrás de meus sonhos.
Aos meus avós maternos Genésio Araújo e Maria de Lourdes, e a todos os familiares que sempre estiveram na torcida.
À minha orientadora Valdirene Capuzzo, por todo o apoio, paciência e dedicação ao longo desses dois anos. Serei eternamente grata. Obrigada por ajudar a ampliar meus conhecimentos.
Aos professores que compõem o Programa de Pós-graduação em Estruturas e Construção Civil da Universidade de Brasília, os quais contribuíram com o meu crescimento e aprendizado na vida pessoal e profissional.
Aos professores Rodrigo Lameiras e Fernanda Giannotti, por aceitarem compor a banca e contribuir com este trabalho.
Aos amigos do PECC, os quais tornaram essa trajetória mais leve: Yuri Sotero, Patrícia Milhomem, Geraldo Fábio, Alexandre Negredo, Antonildo Campos, Izabel Castro, Myrelle Câmara, Johnnatan Nogueira, Calebe Azevedo, Mara Monaliza, Larissa Mota e Ana Luiza. Obrigada pela amizade e apoio para que esse trabalho fosse realizado.
Ao Laboratório de Ensaio de Materiais da Universidade de Brasília (LEM – UnB), por proporcionar a realização do programa experimental.
Aos técnicos do Laboratório de Geotecnia da Universidade de Brasília, Rogério e Saimo, pela disponibilidade em ajudar sempre que precisei.
vii
Ao Laboratório de Saneamento Ambiental da Universidade de Brasília.
Ao Laboratório Aberto da Universidade de Brasília.
Ao Laboratório de Estudos Geocronológicos da Universidade de Brasília.
À empresa BASF pela doação do aditivo superplastificante e às empresas Realmix e Areia Bela Vista pela doação dos agregados.
À Fundação de Apoio a Pesquisa do Distrito Federal - FAP-DF (Processo 0193.001700/2017), pelo apoio na realização deste estudo.
À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), pelo apoio financeiro para a realização dessa pesquisa.
Obrigada a todos que mesmo não tendo citado, contribuíram de alguma forma para a realização deste trabalho.
viii
“Entrega o teu caminho ao Senhor; confia nele, e ele tudo fará.” (Salmos 37:5)
ix
RESUMO
DURABILIDADE DE CONCRETOS PRODUZIDOS COM AGREGADOS DE RESÍDUO DE CONCRETO SUBMETIDOS A TRATAMENTOS COM CIMENTO PORTLAND E MOAGEM
Autora: Carla Mabel Medeiros de Albuquerque e Silva Orientadora: Valdirene Maria Silva Capuzzo
Programa de Pós-graduação em Estruturas e Construção Civil Brasília, março de 2019
A reciclagem da fração mineral de resíduos da construção civil é vista como uma potencial fonte de geração de agregados. Os Agregados de Resíduos de Concreto (ARC) são geralmente indicados para se utilizar na produção de novos concretos. No entanto, devido à argamassa antiga aderida aos ARC, estes possuem qualidade inferior ao agregado natural. Na busca de melhorar as características dos ARC, várias técnicas vêm sendo desenvolvidas, sendo uma das alternativas através da modificação da superfície. Esta pesquisa tem como objetivo geral avaliar a durabilidade de concretos contendo agregados de resíduo de concreto, submetidos a tratamentos com cimento Portland e moagem, em substituição parcial ao agregado graúdo natural nos teores de 20% e 50%. Para avaliar o comportamento dos concretos foram realizados os ensaios de massa específica no estado fresco, consistência pelo abatimento do tronco de cone, resistência à compressão simples, resistência à tração por compressão diametral, módulo estático de elasticidade à compressão, absorção de água por imersão, absorção de água por capilaridade, resistividade elétrica volumétrica e superficial, carbonatação acelerada, migração de cloretos no estado não estacionário, efeito combinado de carbonatação acelerada seguida da migração de cloretos no estado não estacionário e microscopia eletrônica de varredura. Ficou evidente que a utilização de ARC na produção de um novo concreto produz efeitos negativos nas propriedades deste quando comparado ao convencional. No entanto, foi verificado que a adoção de tratamentos como a moagem dos agregados de resíduo de concreto e a abordagem de mistura dois estágios com 25% de cimento Portland, mostraram-se como alternativas viáveis para proporcionar melhorias nos agregados de resíduos de concreto. Além de resultar em um concreto com boas características de propriedades mecânicas e durabilidade, também viabiliza a utilização de agregados reciclados e não gera custo adicional no processo de produção do concreto.
Palavras-chave: concreto; agregado de resíduo de concreto; tratamentos; abordagem de
x
ABSTRACT
DURABILITY OF CONCRETES PRODUCED WITH CONCRETE RESIDUE AGGREGATES SUBMITTED TO TREATMENTS WITH PORTLAND CEMENT AND GRIND
Author: Carla Mabel Medeiros de Albuquerque e Silva Advisor: Valdirene Maria Silva Capuzzo
Postgraduate Program in Structures and Civil Construction Brasilia, march of 2019
The recycling of the mineral fraction of civil construction waste is seen as a potential source of aggregate generation. The concrete waste aggregates (ARC) are generally indicated for using in the production of new concretes. However, due to the old mortar adhered to the ARC, these have inferior quality to the natural aggregate. In the search to improve the characteristics of the ARC, several techniques have been developed, being one of the alternatives through the modification of the surface. This research has as general objective to evaluate the durability of concretes containing aggregates of concrete residue, submitted to treatments with Portland cement and grind, in partial substitution to the natural coarse aggregate in the contents of 20% and 50%. In order to evaluate the behavior of the concretes were carried out the tests of specific mass in the fresh state, consistency by the abatement of the cone trunk, simple compressive strength, tensile strength by diametrical compression, static modulus of elasticity to compression, water absorption by immersion, water absorption by capillarity, volumetric and superficial electrical resistivity, accelerated carbonation, non-stationary migration of chlorides, combined accelerated carbonation effect followed by the migration of non-stationary chlorides and scanning electron microscopy. It became evident that the utilization of ARC in the production of a new concrete produces negative effects in the properties these when compared to conventional. However, it was found that the adoption of treatments such as the grinding of the concrete residue aggregates and the two-stage mixing approach with 25% Portland cement proved to be viable alternatives to provide improvements in the aggregates of concrete residues. In addition to resulting in a concrete with good characteristics of mechanical properties and durability, it also enables the utilization of recycled aggregates and does not generate additional cost in the concrete production process.
Keywords: concrete; aggregate of concrete wastes; treatments; two stage mixing approach;
xi
SUMÁRIO
1.INTRODUÇÃO ... 23
1.1.Justificativa da pesquisa e importância do tema ... 24
1.2.Objetivos... ... 25
1.2.1.Objetivo geral ... 25
1.2.2.Objetivos específicos ... 25
1.3.Estrutura do trabalho ... 26
2.REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 27
2.1.Resíduos da Construção Civil ... 27
2.1.1.Agregados de Resíduos da Construção Civil ... 27
2.1.2.Características dos Agregados de Resíduo de Concreto (ARC) ... 28
2.1.2.1.Massa específica e massa unitária ... 28
2.1.2.2.Porosidade ... 29
2.1.2.3.Absorção de água ... 29
2.2.Concretos produzidos com ARC ... 31
2.2.1.Propriedades do concreto com ARC no estado fresco ... 34
2.2.1.1.Consistência ... 34
2.2.1.2.Massa específica ... 35
2.2.2.Propriedades mecânicas do concreto com ARC ... 36
2.2.2.1.Resistência à compressão ... 36
2.2.2.2.Resistência à tração ... 39
2.2.2.3.Módulo de elasticidade ... 41
2.3.Tratamentos em Agregados de Resíduos de Concreto (ARC) ... 42
2.4.Durabilidade de concretos produzidos com ARC ... 46
2.4.1.Mecanismos de transporte de agentes agressivos no concreto ... 47
2.4.1.1.Permeabilidade ... 47
2.4.1.2.Absorção por sucção capilar ... 48
2.4.1.3.Difusão ... 48
2.4.1.4.Migração iônica ... 50
2.4.2.Absorção de água de concretos com ARC ... 50
2.4.3Resistividade elétrica ... 52
xii
2.4.5.Ação de cloretos ... 56
2.4.6.Efeito combinado de carbonatação e ação de cloretos ... 60
3.METODOLOGIA ... 62
3.1.Materiais e métodos ... 65
3.1.1.Aglomerante ... 65
3.1.2.Agregado miúdo natural ... 66
3.1.3.Agregado graúdo natural ... 66
3.1.4.Agregado graúdo reciclado... 67
3.1.5.Aditivo ... 67
3.1.6.Água de amassamento ... 68
3.2.Dosagem do concreto e moldagem dos corpos de prova ... 68
3.2.1.Análise do teor de cimento Portland na primeira etapa da abordagem de mistura de dois estágios ... 72
3.2.2.Análise do efeito da abordagem mistura de dois estágios em concretos com diferentes teores de ARC ... 73
3.2.3.Análise do efeito da moagem dos ARC ... 74
3.3.Ensaios no estado fresco ... 75
3.3.1.Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone ... 75
3.3.2.Massa específica ... 75
3.4.Ensaios de propriedades mecânicas ... 75
3.4.1.Resistência à compressão simples ... 75
3.4.2.Resistência à tração por compressão diametral ... 75
3.4.3.Módulo estático de elasticidade à compressão ... 76
3.5.Ensaios de durabilidade ... 76
3.5.1.Absorção de água por imersão ... 76
3.5.2.Absorção de água por capilaridade ... 76
3.5.3.Resistividade elétrica ... 76
3.5.3.1.Resistividade elétrica volumétrica ... 77
3.5.3.2.Resistividade elétrica superficial ... 79
3.5.4.Carbonatação acelerada ... 81
3.5.5.Migração de cloretos no estado não estacionário ... 83
3.5.6.Efeito combinado de carbonatação acelerada e migração de cloretos no estado não estacionário.. ... 88
xiii
3.6.1.Preparação da amostra ... 89
3.6.2.Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) ... 90
3.7.Análise estatística ... 91
4.RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 93
4.1.Caracterização dos materiais ... 93
4.1.1.Aglomerante ... 93
4.1.2.Agregado miúdo natural ... 94
4.1.3.Agregado graúdo natural ... 94
4.1.4.Agregado graúdo reciclado... 95
4.1.5.Aditivo ... 96
4.2.Propriedades do concreto no estado fresco ... 96
4.2.1.Consistência pelo abatimento do tronco de cone ... 96
4.2.2.Massa específica ... 97
4.2.2.1.Análise do teor de cimento Portland na primeira etapa da abordagem de mistura dois estágios ... 97
4.2.2.2.Análise do efeito da abordagem de mistura dois estágios em concretos com diferentes teores de ARC ... 98
4.2.2.3.Análise do efeito da moagem dos ARC ... 99
4.3.Propriedades mecânicas ... 100
4.3.1.Resistência à compressão simples ... 100
4.3.1.1.Análise do teor de cimento Portland na primeira etapa da abordagem de mistura dois estágios ... 100
4.3.1.2.Análise do efeito da abordagem de mistura dois estágios em concretos com diferentes teores de ARC ... 101
4.3.1.3.Análise do efeito da moagem dos ARC ... 103
4.3.2.Resistência à tração por compressão diametral ... 104
4.3.2.1.Análise do teor de cimento Portland na primeira etapa da abordagem de mistura dois estágios ... 104
4.3.2.2.Análise do efeito da abordagem de mistura dois estágios em concretos com diferentes teores de ARC ... 105
4.3.3.Módulo estático de elasticidade à compressão ... 106
4.3.3.1.Análise do teor de cimento Portland na primeira etapa da abordagem de mistura dois estágios ... 106
xiv
4.3.3.2.Análise do efeito da abordagem de mistura dois estágios em concretos com diferentes teores de ARC ... 107 4.4.Ensaios para avaliação da durabilidade ... 109
4.4.1.Absorção de água por imersão ... 109
4.4.1.1.Análise do teor de cimento Portland na primeira etapa da abordagem de mistura dois estágios ... 109 4.4.1.2.Análise do efeito da abordagem de mistura dois estágios em concretos com diferentes teores de ARC ... 111
4.4.2.Absorção de água por capilaridade ... 112
4.4.2.1.Análise do efeito da abordagem de mistura dois estágios em concretos com diferentes teores de ARC ... 112
4.4.3.Resistividade elétrica ... 114
4.4.3.1.Análise do teor de cimento Portland na primeira etapa da abordagem de mistura dois estágios ... 114 4.4.3.2.Análise do efeito da abordagem de mistura dois estágios em concretos com diferentes teores de ARC ... 116
4.4.4.Carbonatação acelerada ... 119
4.4.4.1.Análise do teor de cimento Portland na primeira etapa da abordagem de mistura dois estágios ... 119 4.4.4.2.Análise do efeito da abordagem de mistura dois estágios em concretos com diferentes teores de ARC ... 120
4.4.5.Migração de cloretos no estado não estacionário ... 122
4.4.5.1.Análise do teor de cimento Portland na primeira etapa da abordagem de mistura dois estágios ... 122 4.4.5.2.Análise do efeito da abordagem de mistura dois estágios em concretos com diferentes teores de ARC ... 123
4.4.6.Efeito combinado de carbonatação acelerada e migração de cloretos no estado não estacionário.. ... 125
4.4.6.1.Análise do teor de cimento Portland na primeira etapa da abordagem de mistura dois estágios ... 125 4.4.6.2.Análise do efeito da abordagem de mistura dois estágios em concretos com diferentes teores de ARC ... 127 4.5.Zona de transição interfacial ... 128
xv
4.6.Resumo dos principais resultados ... 130
5.CONCLUSÃO ... 134
5.1.Recomendações para Trabalhos Futuros ... 136
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 137
xvi
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 – Zonas de transição do agregado de resíduo de concreto (Fonte: Autor). ... 34
Figura 3.1 – Organograma com as etapas do programa experimental. ... 63
Figura 3.2 – Agregado graúdo de resíduo de concreto (ARC). ... 67
Figura 3.3 – Curva de absorção dos agregados graúdos de resíduo de concreto. ... 71
Figura 3.4 – Pré-molhagem dos agregados reciclados pertencentes ao concreto (a) 20% de ARC; (b) 50% de ARC. ... 72
Figura 3.5 – Primeira etapa da abordagem de mistura dois estágios (a) CARC20-M-DE25; (b) CARC20-M-DE100. ... 73
Figura 3.6 – Primeira etapa da abordagem de mistura dois estágios (a) CARC20-M-DE25; (b) CARC50-M-DE25. ... 74
Figura 3.7 – Ensaio de resistividade elétrica volumétrica em andamento. ... 79
Figura 3.8 – Sonda de quatro eletrodos deWenner (Fonte: Adaptado de BEUSHAUSEN, 2002). ... 80
Figura 3.9 – Ensaio de resistividade elétrica superficial em andamento. ... 81
Figura 3.10 – Corpo de prova indicando a presença da frente de carbonatação. ... 82
Figura 3.11 – Câmara de carbonatação utilizada para a realização dos ensaios. ... 83
Figura 3.12 – Pré-condicionamento das amostras. ... 84
Figura 3.13 – Amostras posicionadas nos aparatos. ... 84
Figura 3.14 – Aparato/amostra posicionado sobre o suporte com inclinação de 30º. ... 85
Figura 3.15 – Ensaio de migração de cloretos no estado não estacionário em andamento. ... 86
Figura 3.16 – Leitura da frente de penetração de cloretos nas amostras. ... 87
Figura 3.17 – Procedimento indicado para a medição da frente de penetração de cloretos (Fonte: Adaptado de NT BUILD 492:2011). ... 88
Figura 3.18 – (a) Amostras imersas no isopropanol durante o processo de paralisação da hidratação; (b) amostras embutidas na resina; (c) lixas utilizadas no processo de lixamento; (d) polimotriz utilizada para o lixamento e polimento das amostras. ... 90
Figura 3.19 – Microscópio Eletrônico de Varredura. ... 91
Figura 4.1 – Curva granulométrica do agregado miúdo natural. ... 94
Figura 4.2 – Curva granulométrica do agregado graúdo natural. ... 95
Figura 4.3 – Consistência pelo abatimento do tronco de cone. ... 97
Figura 4.4 – Massa específica no estado fresco dos concretos produzidos para a análise do teor de cimento Portland na primeira etapa da abordagem de mistura dois estágios. ... 98
xvii
Figura 4.5 – Massa específica no estado fresco dos concretos produzidos para a análise do efeito da abordagem de mistura dois estágios em concretos com diferentes teores de ARC. . 99 Figura 4.6 – Massa específica no estado fresco dos concretos produzidos para a análise do efeito da moagem dos ARC. ... 100 Figura 4.7 – Resistência à compressão simples dos concretos produzidos para a análise do teor de cimento Portland na primeira etapa da abordagem de mistura dois estágios. ... 101 Figura 4.8 – Resistência à compressão simples dos concretos produzidos para a análise do efeito da abordagem de mistura dois estágios em concretos com diferentes teores de ARC. 102 Figura 4.9 – Resistência à compressão simples dos concretos produzidos para a análise do efeito da moagem dos ARC. ... 103 Figura 4.10 – Resistência à tração por compressão diametral dos concretos produzidos para a análise do teor de cimento Portland na primeira etapa da abordagem de mistura dois estágios. ... 105 Figura 4.11 – Resistência à tração por compressão diametral dos concretos produzidos para a análise do efeito da abordagem de mistura dois estágios em concretos com diferentes teores de ARC. ... 105 Figura 4.12 – Módulo estático de elasticidade à compressão dos concretos produzidos para a análise do teor de cimento Portland na primeira etapa da abordagem de mistura dois estágios. ... 106 Figura 4.13 – Módulo estático de elasticidade à compressão dos concretos produzidos para a análise do efeito da abordagem de mistura dois estágios em concretos com diferentes teores de ARC. ... 108 Figura 4.14 – Relação do módulo de elasticidade com a resistência à compressão simples. 109 Figura 4.15 – Absorção de água por imersão e índice de vazios dos concretos produzidos para a análise do teor de cimento Portland na primeira etapa da abordagem de mistura dois estágios. ... 110 Figura 4.16 – Correlação entre a absorção de água por imersão e índice de vazios com a resistência à compressão simples, aos 91 dias. ... 111 Figura 4.17 – Absorção de água por capilaridade e ascensão capilar. ... 113 Figura 4.18 – Correlação entre a resistividade elétrica (volumétrica e superficial) e a resistência à compressão simples, aos 91 dias. ... 117 Figura 4.19 – Carbonatação acelerada aos 56 e 70 dias dos concretos produzidos para a análise do teor de cimento Portland na primeira etapa da abordagem de mistura dois estágios. ... 120
xviii
Figura 4.20 – Carbonatação acelerada aos 56 e 70 dias dos concretos produzidos para a análise do efeito da abordagem de mistura dois estágios em concretos com diferentes teores de ARC. ... 121 Figura 4.21 – Coeficiente de migração de cloretos aos 28 e 91 dias de idade dos concretos produzidos para a análise do teor de cimento Portland na primeira etapa da abordagem de mistura dois estágios. ... 122 Figura 4.22 – Coeficiente de migração de cloretos aos 28 e 91 dias de idade dos concretos produzidos para a análise do efeito da abordagem de mistura dois estágios em concretos com diferentes teores de ARC. ... 124 Figura 4.23 – Coeficiente de migração de cloretos aos 28 e 91 dias (sem e com carbonatação) dos concretos produzidos para a análise do teor de cimento Portland na primeira etapa da abordagem de mistura dois estágios. ... 126 Figura 4.24 – Coeficiente de migração de cloretos aos 28 e 91 dias (sem e com carbonatação) dos concretos produzidos para a análise do efeito da abordagem de mistura dois estágios em concretos com diferentes teores de ARC. ... 127 Figura 4.25 – Amostra CARC20-M (a) Fotografia; (b) MEV da zona de transição interfacial. ... 128 Figura 4.26 – Amostra CARC20-M-DE100 (a) Fotografia; (b) MEV da zona de transição interfacial. ... 129 Figura 4.27 – Amostra CARC20-M-DE25 (a) Fotografia; (b) MEV da zona de transição interfacial. ... 129
xix
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 - Massa específica e unitária dos agregados graúdos naturais e reciclados por
diversos autores. ... 28
Tabela 2.2 – Absorção de água dos agregados graúdos naturais e reciclados por diversos autores. ... 30
Tabela 2.3 – Panorama geral das especificações para uso do agregado reciclado em concreto (Fonte: Adaptado de Kiouranis et al., 2016). ... 32
Tabela 2.4 – Resultados de resistência à compressão de concretos produzidos com ARC, conforme a literatura. ... 37
Tabela 2.5 – Resultados de resistência à tração por compressão diametral de concretos produzidos com ARC, por diversos autores. ... 40
Tabela 2.6 – Valores de módulo de elasticidade de concretos produzidos com ARC, por diversos autores. ... 42
Tabela 2.7 – Resultados de estudos que produziram concreto com ARC após processo de tratamento mecânico. ... 43
Tabela 2.8 – Resultados de estudos que produziram concreto com ARC com a superfície modificada. ... 44
Tabela 2.9 – Valores de resistividade elétrica de concretos produzidos com ARC, por diversos autores. ... 53
Tabela 2.10 – Valores de profundidade de carbonatação de concretos produzidos com ARC, conforme alguns autores. ... 56
Tabela 2.11 – Teores máximos de cloretos permitidos no concreto (Fonte: ABNT NBR 12655:2015). ... 57
Tabela 2.12 – Resultados de diversos autores obtidos a partir da realização do ensaio de migração de cloretos em concretos produzidos com ARC. ... 59
Tabela 3.1 – Variáveis independentes e dependentes do programa experimental. ... 64
Tabela 3.2 – Quantidade de corpos de prova moldados para a realização dos ensaios. ... 65
Tabela 3.3 – Métodos de ensaios para a caracterização física do aglomerante... 66
Tabela 3.4 – Métodos de ensaio para a caracterização física do agregado miúdo natural. ... 66
Tabela 3.5 – Métodos de ensaio para a caracterização física do agregado graúdo natural. ... 66
Tabela 3.6 – Métodos de ensaio para a caracterização física do agregado graúdo reciclado. . 67
Tabela 3.7 – Nomenclatura e características dos traços. ... 69
xx
Tabela 3.9 – Valores de resistividade elétrica com indicativos da probabilidade de corrosão do concreto, segundo CEB – 192 e o boletim europeu COST 509 (Fonte: Ribeiro et al., 2014). 77 Tabela 3.10 – Classificação dos valores de resistividade elétrica volumétrica quanto à
penetração de cloretos (Fonte: AASHTO TP119:2015). ... 79
Tabela 3.11 – Tensões e correntes de referência para o ensaio de migração de cloretos no estado não estacionário (Fonte: NT BUILD 492:2011). ... 86
Tabela 4.1 – Resultados de caracterização do cimento Portland de alta resistência inicial (CP V- ARI). ... 93
Tabela 4.2 – Resultados de caracterização física do agregado miúdo natural. ... 94
Tabela 4.3 – Resultados de caracterização física do agregado graúdo natural. ... 95
Tabela 4.4 – Resultados de caracterização física do agregado graúdo reciclado. ... 96
Tabela 4.5 – Características do aditivo superplastificante. ... 96
Tabela 4.6 – Resistividade elétrica volumétrica e superficial. ... 114
Tabela 4.7 – Classificação quanto ao risco de corrosão e penetração de cloretos para os valores de resistividade elétrica volumétrica dos concretos produzidos para a análise do teor de cimento Portland na primeira etapa da abordagem de mistura dois estágios. ... 115
Tabela 4.8 – Classificação quanto ao risco de corrosão para os valores de resistividade elétrica superficial dos concretos produzidos para a análise do teor de cimento Portland na primeira etapa da abordagem de mistura dois estágios. ... 115
Tabela 4.9 – Classificação quanto ao risco de corrosão e penetração de cloretos para os valores de resistividade elétrica volumétrica dos concretos produzidos para a análise do efeito da abordagem de mistura dois estágios em concretos com diferentes teores de ARC. ... 118
Tabela 4.10 – Classificação quanto ao risco de corrosão para os valores de resistividade elétrica superficial dos concretos produzidos para a análise do efeito da abordagem de mistura dois estágios em concretos com diferentes teores de ARC. ... 118
Tabela 4.11 – Resumo dos resultados obtidos nos ensaios de propriedades mecânicas e durabilidade. ... 133
Tabela A.1 – Valores individuais de resistência à compressão simples (MPa). ... 147
Tabela A.2 – Valores individuais de resistência à tração por compressão diametral (MPa). 147 Tabela A.3 – Valores individuais de módulo estático de elasticidade à compressão (GPa). . 148
Tabela A.4 – Valores individuais de absorção de água por imersão (%) e índice de vazios (%). ... 148
Tabela A.5 – Valores individuais de absorção de água por capilaridade (g/cm²) e ascensão capilar (mm). ... 149
xxi
Tabela A.6 – Valores individuais de resistividade elétrica volumétrica (kΩ.cm). ... 149 Tabela A.7 – Valores individuais de resistividade elétrica superficial (kΩ.cm). ... 150 Tabela A.8 – Valores individuais da frente de carbonatação dos concretos (mm). ... 151 Tabela A.9 – Parâmetros de ensaio e resultados individuais de migração de cloretos dos concretos aos 28 dias (sem carbonatação). ... 152 Tabela A.10 – Parâmetros de ensaio e resultados individuais de migração de cloretos dos concretos aos 91 dias (sem carbonatação). ... 153 Tabela A.11 – Parâmetros de ensaio e resultados individuais de migração de cloretos dos concretos aos 91 dias (com carbonatação). ... 154 Tabela A.12 – Análise de variância (ANOVA) para a avaliação do teor de cimento Portland na primeira etapa da abordagem de mistura dois estágios. ... 155 Tabela A.13 – Análise de variância (ANOVA) para a avaliação do efeito da abordagem de mistura dois estágios em concretos com diferentes teores de ARC. ... 156 Tabela A.14 – Análise de variância (ANOVA) para a avaliação do efeito da moagem dos ARC. ... 156 Tabela A.15 – Análise de variância (ANOVA) para a avaliação do efeito da idade dos concretos. ... 157 Tabela A.16 – Testes de Duncan para a avaliação do teor de cimento Portland na primeira etapa da abordagem de mistura dois estágios. ... 158 Tabela A.17 – Testes de Duncan para a avaliação do efeito da abordagem de mistura dois estágios em concretos com diferentes teores de ARC. ... 159 Tabela A.18 – Teste de Duncan para a avaliação do efeito da moagem dos ARC. ... 160
xxii
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ARC – Agregado de Resíduo de Concreto ARM – Agregado de Resíduo Misto ARA – Agregado de Resíduo de Alvenaria AN – Agregado Natural
RCC – Resíduos da Construção Civil
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas a/c – Água/cimento
a/agl – Água/aglomerante FRX – Fluorescência de raios-X
MEV – Microscopia Eletrônica de Varredura TSMA – Two-Stage Mixing Approach NMA – Normal Mixing Approach
23
1. INTRODUÇÃO
O crescente desenvolvimento do setor construtivo vem desencadeando além de uma alta demanda por matérias-primas, um elevado índice de geração de resíduos da construção civil (RCC).
A reciclagem da fração mineral de resíduos da construção civil é vista como uma potencial fonte de geração de agregados, além de proporcionar o reaproveitamento dos resíduos, também diminui a dependência de agregados naturais, o que contribui para a preservação dos recursos naturais.
Os agregados reciclados podem ser classificados como Agregados de Resíduos de Concreto (ARC), os quais são compostos na sua fração graúda por no mínimo 90% em massa de fragmentos à base de cimento Portland e rochas; e Agregados de Resíduos Misto (ARM), os quais são compostos na sua fração graúda por menos de 90% em massa de fragmentos à base de cimento Portland e rochas (ABNT NBR 15116, 2004).
Os agregados de resíduos de concreto são geralmente indicados para se utilizar na produção de novos concretos. Apesar de no Brasil os ARC ainda não poderem ser utilizados em concretos com função estrutural, essa já é uma realidade em locais como a Alemanha, Reino Unido e Portugal. De acordo com Ismail e Ramli (2014), a indústria da construção civil ainda é possuidora de grandes dúvidas sobre a utilização dos agregados reciclados na produção comercial de concreto, principalmente para fins estruturais, devido a algumas qualidades desfavoráveis destes agregados quando comparados aos naturais.
Os ARC são compostos comumente pelo agregado natural revestido por camadas de argamassa antiga, logo, devido a essa característica, estes agregados possuem massa específica relativamente menor do que os agregados naturais. Além disso, a camada de argamassa aderida possui maior porosidade, o que faz com que o agregado reciclado absorva mais água, entre 4 e 9,5%, quando comparado ao agregado natural (PADMINI et al., 2009). A argamassa aderida é responsável pela baixa resistência a ações mecânicas e químicas dos ARC (KWAN et al., 2012).
De acordo com Dimitriou et al. (2018), a microestrutura do concreto com agregado reciclado é mais heterogênea do que a do concreto convencional, pois o mesmo possui duas zonas de
24
transição interfacial, uma entre o ARC e a nova argamassa e outra entre o agregado original e a antiga argamassa aderida.
Segundo Li et al. (2009), em consequência de suas características, a utilização do agregado de resíduo de concreto na produção de um novo concreto pode gerar efeitos adversos na ligação interfacial entre o ARC e a nova argamassa, o que posteriormente afeta nas propriedades mecânicas e durabilidade do concreto.
1.1. Justificativa da pesquisa e importância do tema
Devido às características negativas dos ARC, várias pesquisas têm buscado métodos para proporcionar melhorias na qualidade desses agregados por meio da utilização de tratamentos. Esses tratamentos, quando aplicados nos ARC, visam reduzir a porosidade e a absorção de água, aumentar a densidade, e, propiciar melhor aderência interfacial entre o agregado e a argamassa do novo concreto.
No entanto, os efeitos dos tratamentos nos agregados de resíduos de concreto, na maioria das vezes, são avaliados no concreto endurecido somente por meio das propriedades mecânicas, tais como resistência à compressão simples, resistência à tração por compressão diametral e módulo estático de elasticidade à compressão.
Sendo assim, a motivação desta pesquisa é trazer resultados pouco abordados na literatura até então, como algumas propriedades de durabilidade do concreto com a utilização de agregados de resíduos de concreto submetidos a tratamentos. O estudo da durabilidade dos concretos é fundamental, considerando que é essencial que este material possua capacidade de suportar as condições para as quais foi projetado durante sua vida útil.
Esta dissertação está inserida na linha de pesquisa “Tecnologia, Processos, Componentes e Materiais de Construção” do Programa de Pós-graduação em Estruturas e Construção Civil da Universidade de Brasília. O trabalho possui a importância de motivar a utilização de agregados de resíduo de concreto, o que constitui uma resposta racional ao montante de descarte causado pelo setor da construção civil. Além de proporcionar a redução da quantidade de resíduos, a utilização de agregados reciclados também contribui com a sustentabilidade através da substituição parcial do agregado natural utilizado na produção de concretos.
25
1.2. Objetivos
1.2.1. Objetivo geral
Esta pesquisa tem como objetivo geral avaliar a substituição parcial no concreto do agregado graúdo natural por agregado de resíduo de concreto. Os agregados de resíduo de concreto serão submetidos a tratamentos com cimento Portland e moagem, e como requisito de comparação serão analisadas as propriedades mecânicas e parâmetros de durabilidade.
1.2.2. Objetivos específicos
Os objetivos específicos deste trabalho são:
Realizar a dosagem dos concretos substituindo volumetricamente os agregados graúdos naturais por ARC nos teores de 20% e 50%, sendo os agregados reciclados submetidos a tratamentos por meio do método de mistura dois estágios com 100% e 25% de cimento Portland e moagem;
Avaliar o comportamento dos concretos produzidos com ARC (submetidos a diferentes tratamentos) e com diferentes teores de substituição, no estado fresco e por meio das propriedades mecânicas;
Avaliar o comportamento dos concretos produzidos com ARC (submetidos a diferentes tratamentos) e com diferentes teores de substituição, em relação a parâmetros de durabilidade;
Avaliar a zona de transição interfacial dos concretos com ARC, dosados através do método de mistura normal e abordagem de mistura dois estágios com 100% e 25% de cimento Portland, por meio do ensaio de microscopia eletrônica de varredura.
26
1.3. Estrutura do trabalho
Este trabalho foi dividido em cinco capítulos. Este capítulo, de introdução, apresenta a relevância do tema, assim como o objetivo geral e os objetivos específicos.
O segundo capítulo apresenta a revisão bibliográfica utilizada como referência nesse trabalho. São abordados os temas de resíduos da construção civil, concretos produzido com ARC, tratamentos em agregados de resíduo de concreto (ARC) e durabilidade de concretos produzidos com ARC.
O terceiro capítulo trata da metodologia, o qual apresenta os materiais utilizados e os respectivos métodos de caracterização, os métodos de dosagens, os ensaios realizados no estado fresco, ensaios de propriedades mecânicas, de durabilidade, ensaios de análise da zona de transição interfacial e detalha como foi realizada a análise estatística.
No quarto capítulo são apresentados os resultados dos ensaios realizados e suas respectivas análises.
Por fim, no quinto capítulo estão as conclusões da pesquisa, além de sugestões para trabalhos futuros.
27
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. Resíduos da Construção Civil
Os resíduos da construção civil (RCC) são definidos pela ABNT NBR 15113:2004, como sendo resíduos provenientes de construções, reformas, reparos e demolições de obras de construção civil, e os resultantes da preparação e da escavação de terrenos.
De acordo com a norma supracitada e em conformidade com a resolução CONAMA nº 307, os resíduos da construção civil são classificados em quatro classes:
Classe A – resíduos reutilizáveis ou recicláveis como agregados;
Classe B – resíduos recicláveis para outras destinações;
Classe C – resíduos para os quais não foram desenvolvidas tecnologias ou aplicações economicamente viáveis que permitam a sua reciclagem e recuperação;
Classe D – resíduos perigosos oriundos do processo de construção.
A classe A classifica como resíduos recicláveis como agregados, os resíduos de construção, demolição, reformas e reparos de pavimentação e de outras obras de infraestrutura; resíduos de construção, demolição, reformas e reparos de edificações (componentes cerâmicos, argamassa e concreto); e resíduos de processo e/ou demolição de peças pré-moldadas em concreto produzidos nos canteiros de obras (ABNT NBR 15113, 2004).
2.1.1. Agregados de Resíduos da Construção Civil
De acordo com a ABNT NBR 15116:2004, os resíduos da construção civil que se enquadram dentro da classe A, são divididos em: agregado de resíduo de concreto (ARC) e agregado de resíduo misto (ARM).
O agregado de resíduo de concreto (ARC) é composto na sua fração graúda, de no mínimo 90% em massa de fragmentos à base de cimento Portland e rochas. Já o agregado de resíduo misto (ARM) possui em sua composição na fração graúda, menos de 90% em massa fragmentos à base de cimento Portland e rocha (ABNT NBR 15116, 2004).
A fração mineral dos resíduos da construção civil possui uma grande variabilidade em sua composição, fato que ocasiona dificuldade em sua aplicação em larga escala na utilização como agregado na produção de novos concretos.
28
De acordo com Werle (2010), devido ao fato do concreto ser um material amplamente utilizado, ele está presente em grande quantidade dentre os materiais constituintes do RCC. De acordo com este autor, o concreto possui características adequadas para a sua transformação em um coproduto a ser inserido na cadeia produtiva da construção civil na forma de agregado.
2.1.2. Características dos Agregados de Resíduo de Concreto (ARC)
2.1.2.1. Massa específica e massa unitária
A massa específica de um material é definida como sendo a razão entre sua massa por unidade de volume. Segundo Moretti (2014), a determinação da massa específica e unitária, são fundamentais para a definição da dosagem dos concretos. As propriedades do concreto como consistência, massa específica e resistência à compressão são influenciadas pela massa específica dos agregados.
Geralmente os agregados de resíduo de concreto possuem massa específica e massa unitária inferiores aos agregados naturais (AN), isto se deve ao fato de serem compostos por materiais mais porosos.
De acordo com Buttler (2003), a massa específica dos ARC são mais baixas do que a dos AN devido à quantidade de argamassa antiga aderida às partículas. Quanto mais poroso é o agregado, menor é sua massa específica.
Na Tabela 2.1 estão apresentados alguns valores encontrados na literatura de massa específica e massa unitária dos agregados naturais e dos agregados de resíduo de concreto.
Tabela 2.1 - Massa específica e unitária dos agregados graúdos naturais e reciclados por diversos autores.
Autor (ano)
Massa específica (kg/dm³) Massa unitária (kg/dm³) AN (graúdo) ARC (graúdo) AN (graúdo) ARC (graúdo) Gonçalves (2001) 2,83 2,48 1,48 1,29 Leite (2001) 3,09 2,51 1,61 1,12 Vieira (2003) 2,70 2,52 - - Xiao et al. (2005) 2,82 2,52 1,45 1,29 Cabral (2007) 2,87 2,27 1,44 1,22 Zhihui et al. (2013) 2,73 2,65 - - Pandurangan et al. (2016) 2,70 2,45 1,63 1,36 Nanya (2018) 2,82 2,72 1,44 1,44
29
Conforme Leite (2001), os valores de massa específica são bastante variados, mesmo que sejam compostos por materiais semelhantes. Essa variação de resultados pode ocorrer devido às propriedades de cada material e em função do método de ensaio adotado.
2.1.2.2. Porosidade
O tamanho, volume e continuidade dos poros na estrutura do sólido são responsáveis por determinar a sua estrutura de porosidade e, consequentemente, sua permeabilidade e absorção, a qual corresponde a quantidade de água passível de ser incorporada aos poros permeáveis (MEHTA e MONTEIRO, 2014).
De acordo com a ABNT NBR 9935:2011, os poros permeáveis são as descontinuidades ligadas à superfície externa do agregado capazes de reterem água, ou seja, os poros os quais possibilitam o acesso da água. No entanto, existem também os poros não permeáveis, os quais estão isolados no interior da estrutura física do sólido, não permitindo o acesso direto da água. Segundo Werle (2010), a porosidade dos agregados de resíduo de concreto depende da relação água/cimento utilizada para a confecção deste material, considerando que quanto maior a relação água/cimento, maior será o número total e a dimensão dos poros.
Conforme o estudo de Gómez-Soberón (2003), os ARC apresentaram diâmetro de poros 40% maiores do que os poros dos agregados naturais, fato este em virtude da quantidade de argamassa aderida.
Em uma pesquisa realizada por Zaharieva et al. (2003), os agregados graúdos de resíduo de concreto apresentaram uma porosidade de 12,5%, enquanto que nos agregados graúdos naturais a porosidade foi de 0,3%.
De acordo com Vieira e Dal Molin (2004), a maior porosidade e a menor resistência dos agregados graúdos reciclados podem influenciar na resistência à compressão obtida pelos novos concretos produzidos.
2.1.2.3. Absorção de água
A absorção de água é a característica que determina a quantidade de fluido que é absorvido para o interior de um sólido, sendo essa absorção proporcionada através da rede de poros do material. Esta é uma das principais propriedades que deve ser considerada durante a confecção de novos concretos.
30
Conforme Etxeberria et al. (2007), a absorção é um dos mais significativos parâmetros que diferencia o agregado de resíduo de concreto do natural e está diretamente relacionada com a camada de argamassa aderida.
De acordo com Padovan (2013), a taxa de absorção de água nos agregados naturais geralmente encontra-se inferior a 2%, não exercendo quase nenhuma influência nas misturas de concreto. Já nos agregados de resíduos de concreto, esta absorção geralmente está na faixa de 4 a 6%, afetando nas propriedades do concreto no estado fresco e endurecido.
A absorção de água relaciona-se com a porosidade dos agregados, e sua determinação pode ser considerada como uma quantificação indireta da porosidade, da resistência mecânica e da durabilidade dos concretos produzidos (DAMINELLI, 2007).
Na Tabela 2.2 estão apresentados alguns valores encontrados na literatura, referentes à absorção de água de agregados graúdos naturais e de resíduos de concreto.
Tabela 2.2 – Absorção de água dos agregados graúdos naturais e reciclados por diversos autores.
Autor (ano) Absorção de água (%) AN (graúdo) ARC (graúdo) Gonçalves (2001) 1,90 4,90 Leite (2001) - 4,95 Vieira (2003) - 6,04 Cabral (2007) 1,22 5,65 Zhihui et al. (2013) 0,70 4,10 Pandurangan et al. (2016) 0,60 4,58 Nanya (2018) 0,30 5,85 Dimitriou et al. (2018) 2,50 7,20
Em relação ao período de absorção do agregado de resíduo de concreto quando em contato com a água, Werle (2010) verificou em sua pesquisa que os agregados reciclados possuem uma elevada absorção de água nos primeiros 10 minutos de imersão, e após este período a absorção torna-se lenta ao longo do tempo.
No estudo de Buttler (2003), a absorção de 88% da massa de água pelos agregados de resíduo de concreto ocorreu nos primeiros 10 minutos de ensaio, considerando um período de ensaio
31
de 24 horas. Na pesquisa de Cabral (2007) também foi observada uma absorção 80% da massa de água pelos ARC durante os primeiros 10 minutos de ensaio.
Considerando a variabilidade dos agregados de resíduos de concreto e seus distintos comportamentos, se faz necessário um prévio ensaio de absorção de água com o intuito de verificar o comportamento do mesmo em relação a este parâmetro.
A ABNT NBR 15116:2004 recomenda a necessidade de utilização de métodos de pré-molhagem, em busca de minimizar os efeitos de absorção de água e a consequente perda da trabalhabilidade e alteração na relação água/cimento efetiva dos concretos produzidos com agregados reciclados. De acordo esta norma, valores em torno de 80% do teor de absorção de água do agregado reciclado em uso são adequados.
2.2. Concretos produzidos com ARC
A utilização de agregados reciclados no processo construtivo vem sendo alvo de pesquisa em diversos países, sendo que em alguns já estão inseridos em normas técnicas, as quais estabelecem requisitos para sua utilização. Segundo Agrela et al. (2013), a primeira norma internacional que elaborou recomendações para o uso de agregados reciclados no concreto foi publicada no ano de 1994 pelo International union of laboratories and experts in construction materials, systems and structures (RILEM), com o título “Specifications for Concrete with Recycled Aggregates”.
No Brasil, conforme as recomendações normativas vigentes, os agregados reciclados só podem ser utilizados para produção de concretos para fins não estruturais. No entanto, existem países que estabelecem a utilização desses agregados em concretos estruturais. Na Tabela 2.3 está apresentada a síntese de alguns países que especificam as características que os agregados reciclados devem possuir para serem utilizados na produção de concretos, assim como o campo de aplicação do concreto contendo estes agregados.
32
Tabela 2.3 – Panorama geral das especificações para uso do agregado reciclado em concreto (Fonte: Adaptado de Kiouranis et al., 2016). País Classe Densidade mínima (kg/m³) Máxima absorção de água (%) Substituição máxima (%) Uso Resistência máxima (MPa) Graúdo Miúdo Brasil ARC s.e 7% - AG 12% - AM 100 100 Concreto não estrutural 15 ARM s.e 12% - AG 17% - AM Alemanha ARC I 2000 10 20-35 0 Concreto estrutural C30/37 (20% de substituição) ARC II 2000 15 20-35 0 C25/30 (35% de substituição) ARA III 1800 20 s.e Concreto não estrutural s.e
ARM 1500 s.e s.e
Hong Kong ARC 2000 10 20 ou
100 0 Concreto estrutural C20 (100% de substituição); C35 (20% de substituição) RILEM ARC 2400 3 100 (a) Ambiente seco e molhado, não agressivo Sem limitação ARC 2000 10 C50/60 ARA 1500 20 C16/20 Reino Unido
ARC s.e s.e 20 0 Concreto
estrutural C40/50
ARM s.e s.e s.e 0
Concreto não estrutural s.e Holanda ARC 2000 s.e 100 (a) Ambiente não agressivo C40/50 ARM 2000 s.e C20/25 Portugal ARC I 2200 7 25 0 Concreto estrutural C40/50 ARC II 2200 7 20 0 C35/45 ARM 2000 7 s.e 0 Concreto não estrutural s.e Suíça
ARC s.e s.e
100 100
Concreto
reforçado C30/37
ARM s.e s.e
Concreto não estrutural s.e Japão (BCSJ) ARM 2200 7 100 100 Concreto não estrutural 18 Dinamarca ARC 2200 s.e 100 20 Ambiente não agressivo C40 ARC 2200 s.e ARM 1800 s.e C20 Notas:
s.e – Sem especificação;
(a): Somente se misturados com agregado graúdo natural; AG: Agregado Graúdo
33
De acordo com a Tabela 2.3, com exceção do Brasil, Reino Unido e Suíça, todos os demais países apresentaram limites mínimos para a densidade do agregado reciclado, sendo o valor mínimo de 2000 kg/m³ para o agregado de resíduo de concreto. Além da densidade, em alguns países também são especificados limites para a absorção de água.
Conforme observado na Tabela 2.3, o teor de máxima substituição do agregado graúdo para concretos estruturais na maioria dos países é de 20%. No entanto, existem os que permitem a substituição de 100% do agregado graúdo para classes de resistência menores.
Para Basheer et al. (2001), as propriedades do concreto são influenciadas pelo número, tipo, tamanho e distribuição dos poros presentes nos agregados, na argamassa e na zona de transição. Segundo Xiao et al. (2013), a influência da zona de transição interfacial no comportamento do concreto, depende da qualidade da argamassa antiga e seu teor de adesão no agregado natural.
Conforme Bonifazi et al. (2015), a zona de transição interfacial é a região entre o agregado e a pasta de cimento, e geralmente é caracterizada por uma microestrutura diferente do restante da matriz. Nesta região, na maioria das vezes, é detectada maior porosidade, característica que muda de acordo com a distância da superfície do agregado até a nova pasta cimentícia.
De acordo com Liu et al. (2011) e Otsuki et al. (2003), comparado ao concreto convencional, o concreto com agregado reciclado possui duas zonas de transição interfaciais. A antiga zona de transição está localizada entre o agregado natural e a antiga argamassa, já a nova zona de transição localiza-se entre a antiga argamassa e a nova matriz cimentícia, como está representado na Figura 2.1.
34
Figura 2.1 – Zonas de transição do agregado de resíduo de concreto (Fonte: Autor).
De acordo com Silva (2017), quando o ARC não possui qualquer pasta e/ou argamassa antiga aderida à sua superfície ou aos seus poros, a interface apresenta-se praticamente igual à encontrada no agregado natural.
2.2.1. Propriedades do concreto com ARC no estado fresco
2.2.1.1. Consistência
A consistência é uma das principais propriedades a ser analisada no concreto no estado fresco, considerando que esta exerce influência nas propriedades do estado endurecido e consequentemente na sua funcionalidade.
Esta propriedade afeta diretamente sobre a capacidade de bombeamento e a construbilidade, pois determina a facilidade com que uma mistura de concreto será manipulada sem a ocorrência de segregação (MEHTA e MONTEIRO, 2014).
De acordo com Levy (1997), os concretos produzidos com agregados de resíduo de concreto apresentam consistência mais seca do que os concretos convencionais, produzidos com a mesma relação água/cimento. Este fato é atribuído à maior porosidade e consequentemente à maior absorção de água do ARC em relação ao agregado natural.
É importante ainda considerar a influência da forma dos agregados nesta propriedade. As formas distintas dos agregados devido à utilização de diferentes equipamentos para britagem
35
conduzem, por conseguinte, áreas superficiais diferentes, o que também exerce influência sobre a quantidade de água de amassamento necessária para manter a consistência. Além disso, o fato dos agregados de resíduo de concreto possuírem massa específica menor em relação ao agregado natural faz com que a substituição em massa conduza a um maior volume de agregados na mistura, o que também pode gerar um aumento na quantidade da água necessária (RAKSHVIR e BARAI, 2006).
Wagih et al. (2013) observaram na pesquisa desenvolvida, que o aumento do teor de substituição do agregado natural por agregado graúdo de resíduo de concreto reduziu a consistência do concreto e, consequentemente, aumentou a demanda de água para se conseguir a consistência desejada.
Conforme Padovan (2013), a perda da consistência de concretos produzidos com agregados reciclados pode ser amenizada compensando a água referente à absorção do agregado reciclado.
Em decorrência da perda de consistência do concreto, aditivos superplastificantes são utilizados buscando garantir esta propriedade. Estes produtos são eficazes quanto à prevenção da reaglomeração das partículas de cimento, as quais tendem a se repelir enquanto há moléculas de superplastificante disponíveis sobre sua superfície. Apesar do efeito significativo, os aditivos superplastificantes não modificam a estrutura da pasta de cimento hidratada, seu efeito está apenas ligado à melhor distribuição das partículas de cimento e, portando, melhor hidratação (NEVILLE, 2013).
2.2.1.2. Massa específica
Como mencionado no item 2.1.2.1, os agregados de resíduo de concreto são conhecidos por possuírem massa específica menor do que os agregados naturais. Como consequência, os concretos produzidos com ARC geralmente possuem massa específica no estado fresco e endurecido, menor do que os concretos convencionais.
A tendência de redução da massa específica do concreto com agregados reciclados foi confirmada por Gunçan e Topçu (1995). Os autores variaram o teor de substituição do agregado natural por agregado de resíduo de concreto de 30 a 100%. Concluíram que a densidade do concreto reciclado reduziu em relação ao concreto convencional no estado fresco, conforme o aumento do teor de substituição. Os autores atribuíram essa diminuição, ao
36
fato dos agregados de resíduo de concreto possuírem uma grande quantidade de argamassa aderida.
Nanya (2018) também identificou um decréscimo da massa específica dos concretos produzidos com agregado de resíduo de concreto em relação ao concreto convencional. Foi constatada uma redução de até 6% da massa específica, conforme o aumento do percentual de substituição, sendo este de 30 a 100%.
Com base na literatura, é possível inferir que a massa específica do concreto contendo ARC possui uma tendência de redução. Tal comportamento pode ser atribuído à quantidade de argamassa aderida ao agregado reciclado. Sendo assim, quanto maior o teor de substituição, maior será a quantidade de argamassa antiga presente no concreto, e consequentemente menor será sua massa específica.
2.2.2. Propriedades mecânicas do concreto com ARC
2.2.2.1. Resistência à compressão
A resistência e o desempenho final do concreto são diretamente influenciados pelos materiais que o constituem. Sendo assim, considerar as características dos agregados é fundamental quando se deseja realizar uma análise das propriedades do concreto, considerando que até 80% de toda a mistura, corresponde a esses materiais.
De acordo com Padovan (2013), a qualidade do agregado de resíduo de concreto influencia significativamente na resistência à compressão dos novos concretos produzidos, devido ao efeito da quantidade de argamassa neles aderidos.
Vieira e Dal Molin (2004) apontam que as características como alta porosidade e menor resistência dos agregados graúdos reciclados, são fatores que geralmente influenciam na resistência à compressão dos concretos com ARC, pois devido à alta porosidade, esses agregados consequentemente apresentam altas taxas de absorção de água.
Montgomery (1998) analisou o efeito da quantidade de argamassa aderida nas partículas de ARC na resistência à compressão do concreto. Observou que o concreto produzido com ARC graúdo com grande quantidade de argamassa aderida, apresentou resistência à compressão, aos 28 dias, cerca de 15% menor que o concreto convencional. Já no concreto produzido com ARC graúdo, submetidos a um processo abrasão para redução da quantidade de argamassa aderida, essa diferença ficou em torno de 6%.
37
Etxeberria et al. (2007) observaram que o concreto produzido com a substituição de 25% do agregado natural por agregado de resíduos de concreto apresentou resistência à compressão similar ao concreto convencional. Já na substituição de 100% do agregado natural por agregado reciclado, os autores observaram um decréscimo de 20-25% da resistência à compressão em relação ao concreto convencional, utilizando a mesma relação água/cimento efetiva e a mesma quantidade de cimento.
Kwan et al. (2012) observaram um perfil semelhante entre o concreto com ARC e o concreto referência no que diz respeito ao aumento da resistência à compressão com a idade, no entanto, os resultados indicaram uma tendência decrescente na resistência à compressão em relação ao alto teor de ARC. De acordo com os autores, a relação inversa entre o teor de ARC e a resistência à compressão deve-se à má qualidade da antiga argamassa aderida aos agregados reciclados, o que gerou zonas de fraqueza no concreto.
Na Tabela 2.4 está apresentada a síntese de alguns resultados de resistência à compressão em pesquisas que utilizaram ARC substituindo o agregado graúdo natural.
Tabela 2.4 – Resultados de resistência à compressão de concretos produzidos com ARC, conforme a literatura.
Autor (ano) Relação água/cimento Teor de substituição pelo ARC (%) Resultados Kou e Poon (2010) 0,50 100
Aos 28 dias, o concreto com ARC apresentou uma redução de 11% na resistência à compressão, em relação ao concreto convencional. Já aos 90 dias, esta redução foi equivalente a 9%.
Thomas et al. (2013) 0,50 20 e 50
Aos 28 dias, o concreto com 20% de ARC apresentou uma redução em torno de 4% na resistência à compressão quando comparado ao concreto referência. Já quando o teor de ARC foi equivalente a 50%, a redução na resistência à compressão ficou em torno de 6%.
Ismail e Ramli (2014) 0,41 60
O concreto com ARC apresentou reduções de 14% e 11% da resistência à compressão, aos 28 e 90 dias,
respectivamente, quando comparados ao concreto convencional nestas idades.
38
Tabela 2.4 – Resultados de resistência à compressão de concretos produzidos com ARC, conforme a literatura. (Continuação)
Gesoglu et al. (2015) 0,43 100
O concreto com ARC apresentou uma redução de 20,3% no valor da resistência à compressão, aos 56 dias, quando comparado ao concreto referência.
Xuan et al. (2016) 0,55 20, 40 e 100
Quando o teor de substituição foi de 20%, nenhuma diferença foi observada nos valores de resistência à compressão quando comparado ao concreto convencional. Quando o teor de substituição aumentou para 40%, houve um decréscimo na resistência à compressão de aproximadamente 8,33%. Já quando foi substituído totalmente o agregado graúdo natural por ARC, a redução na resistência à compressão foi em torno de 36%.
Silva (2017) 0,55 50 e 100
Foi constatada a redução de 2,63% e 5,40% na resistência à compressão aos 28 dias, nos concretos com 50 e 100% de ARC, respectivamente, quando comparados ao concreto referência.
Dimitriou et al.
(2018) 0,48 50 e 100
Aos 28 dias observou-se uma redução de 34,5% e 53,1% na resistência à compressão dos concretos compostos por ARC, quando o teor de substituição foi equivalente a 50 e 100%, respectivamente.
Bhasya e
Bharatkumar (2018) 0,47 50 e 100
Aos 28 dias, foi observada uma redução na resistência à compressão dos concretos preparados com ARC de 12% e 20% quando os teores de substituição foram de 50 e 100%, respectivamente.
Nanya (2018) 0,55 30, 50 e 100
Aos 28 dias, o concreto com 30% de ARC apresentou uma redução na resistência à compressão de 18,9%, comparado ao concreto referência. Já nos concretos com 50 e 100% de ARC, essa redução foi de 19,6% e 70,3%, respectivamente.
39
2.2.2.2. Resistência à tração
A resistência à tração por compressão diametral de concretos com agregados reciclados é governada pelas características da matriz, da zona de transição entre a pasta e os agregados e pelas características dos agregados, sendo a aspereza e a irregularidade da superfície destes, favoráveis a esta propriedade. Buttler (2003), observou reduções de 16 e 4% na resistência à tração por compressão diametral de concretos com agregados reciclados, aos 7 e 28 dias de cura, respectivamente, quando comparados ao concreto convencional.
De acordo com Leite (2001), agregados que apresentam formas mais irregulares e rugosas, tendem a aumentar a área superficial de contato e proporciona um maior entrelaçamento dos compostos de hidratação com os poros superficiais do material, favorecendo melhoria nas propriedades do concreto.
Machado Jr et al. (1998) e Bazuco (1999), apontam que a utilização de agregado graúdo reciclado não influencia na resistência à tração de concretos. De acordo com esses autores, concretos com ARC obedecem às mesmas relações teóricas, no que se refere à resistência à tração, que os concretos convencionais da mesma classe.
Bhasya e Bharatkumar (2018), dizem que os concretos produzidos com agregados reciclados apresentam resistência à tração por compressão diametral reduzida devido à existência da argamassa antiga aderida e das zonas de transição mais fracas.
Na Tabela 2.5 estão apresentados alguns resultados de resistência à tração por compressão diametral de estudos que utilizaram agregados graúdos de resíduos de concreto na produção de novos concretos.
40
Tabela 2.5 – Resultados de resistência à tração por compressão diametral de concretos produzidos com ARC, por diversos autores.
Autor (ano) Relação água/cimento Teor de substituição pelo ARC (%) Resultados Kou e Poon (2010) 0,50 100
Aos 28 dias, o concreto com ARC apresentou uma redução de 7% na resistência à tração, em relação ao concreto convencional.
Moretti (2014) 0,49 30 e 50
Aos 28 dias, a resistência à tração do concreto com 30% de ARC foi de 3,1 MPa. Já o concreto com 50% de ARC apresentou resistência à tração de 2,4 MPa. Ambos os valores foram menores que a resistência à tração do concreto referência (3,3 MPa).
Gesoglu et al. (2015) 0,43 100
O concreto com ARC apresentou resistência à tração equivalente a 2,89 MPa aos 28 dias (21,1% menor que o concreto referência).
Dimitriou et al.
(2018) 0,48 50 e 100
Aos 28 dias, os concretos com substituição de 50 e 100% de ARC apresentaram resistência à tração iguais e equivalentes a 3,1 MPa (35,5% menor que o concreto referência).
Bhasya e
Bharatkumar (2018) 0,47 50 e 100
Aos 28 dias, a resistência à tração do concreto com 50% de ARC foi equivalente a 2,59 MPa. Já o concreto com 100% de ARC apresentou resistência à tração de 2,53 MPa. Esses valores foram 15% e 17,8% menores que a do concreto referência, respectivamente.
Nanya (2018) 0,55 30, 50 e 100
A resistência à tração aos 28 dias dos concretos com 30, 50 e 100% de ARC foram equivalentes a 3,0 MPa, 3,0 MPa e 2,3 MPa, respectivamente. Todos os valores foram menores do que a resistência à tração do concreto referência (4,0 MPa).
