UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ESTRUTURAL E CONSTRUÇÃO CIVIL CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
IGOR AGUIAR BORGES
ANÁLISE DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CONCRETO COM ADIÇÃO DE CINZA DE CASCA DE ARROZ EM COMPARAÇÃO COM METACAULIM E SÍLICA ATIVA
IGOR AGUIAR BORGES
ANÁLISE DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CONCRETO COM ADIÇÃO DE CINZA DE CASCA DE ARROZ EM COMPARAÇÃO COM METACAULIM E SÍLICA ATIVA
Projeto de Graduação submetido à Coordenação do Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil, em Junho 2013.
Orientador: Prof. Antonio Eduardo B. Cabral
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação Universidade Federal do Ceará Biblioteca de Ciências e Tecnologia
B73a Borges, Igor Aguiar.
Análise das propriedades mecânicas do concreto com adição de cinza de casca de arroz em comparação com metacaulim e sílica ativa / Igor Aguiar Borges. – 2013.
50 f. : il. color., enc. ; 30 cm.
Monografia (graduação) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Estrutural e Construção Civil, Curso de Engenharia Civil, Fortaleza, 2013.
Orientação: Prof. Antônio Eduardo Bezerra Cabral.
1. Uso da casca de arroz na construção civil. 2. Sílica ativa. 3.Custos. I. Título.
IGOR AGUIAR BORGES
ANÁLISE DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CONCRETO COM ADIÇÃO DE CINZA DE CASCA DE ARROZ EM
COMPARAÇÃO COM METACAULIM E SÍLICA ATIVA
Projeto de Graduação submetido à Coordenação do Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil, em Julho 2013.
Aprovada em 24 / 06 / 2013
BANCA EXAMINADORA
_______________________________________________________ Prof. Antonio Eduardo B. Cabral – D.Sc. (Orientador)
Universidade Federal do Ceará (UFC)
_______________________________________________________ Prof.José Ramalho Torres– M.Sc. (Examinadora)
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará (IFCE)
_______________________________________________________ Prof. Kelvya Maria de Vasconcelos Moreira –M.Sc. (Examinador)
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, pelo amor, pela educação e ensinamentos de vida que me deram, por me estarem ao meu lado em minhas conquistas, por me encorajarem diante das dificuldades, e enfim, por serem responsáveis por tudo que sou hoje.
Aos meus avos por todo o apoio e carinho dedicados durante toda a minha vida. Um agradecimento especial ao meu avo Otacílio Borges, engenheiro civil, que teve o orgulho de ter o filho formado na mesma Universidade a qual cursou e agora pôde ver o seu neto seguindo o mesmo caminho. Além de me apresentar à esta maravilhosa profissão e ser modelo de profissional, sabedoria e ética.
A minha irmã Lia, por estar sempre presente.
A minha namorada, Sara, que foi fundamental na minha formação, compartilhando horas quase intermináveis estudando ou fazendo trabalho, incluindo esse projeto. Nesses últimos cinco anos ela foi alem de uma namorada, uma amiga, e sem ela tudo teria sido mais difícil.
A todos os amigos e familiares que se fizeram presentes e àqueles que mesmo distantes torceram por mim.
RESUMO
Atualmente diversos seguimentos da economia visam tornar suas atividades cada vez mais sustentáveis. Uma vertente de estudo bastante pesquisada é a utilização de materiais que são resíduos em outras atividades industriais. Uma vez que o concreto é um material que é bastante utilizado na construção civil brasileira, a utilização com sucesso de um resíduo industrial na composição do mesmo pode trazer grandes benefícios ambientais. O agronegócio brasileiro tem crescido bastante nos últimos anos, tendo se destacado a produção de arroz. Um subproduto da produção do arroz é a sua casca que quando queimada produz uma cinza, que já tem sido utilizada, inclusive de forma comercial, como adição para o concreto. Contudo, desconhece-se o desempenho dessa cinza quando comparada, em um mesmo estudo, com as demais adições minerais já consolidadas no mercado nacional, como a sílica ativa e o metacaulim. Portanto, o presente trabalho pretende comparar os efeitos da adição de cinzas de casca de arroz (CCA) ao concreto em comparação com a adição de sílica ativa (SA) e de metacaulim. Para tanto, avaliou-se a substituição de 8% do volume de cimento por CCA, SA e metacaulim em concreto de fck de 30MPa. As adições minerais avaliadas foram caracterizadas físico e quimicamente. Os parâmetros do concreto avaliados foram a resistência à compressão, o módulo de elasticidade, o índice de vazios, a porosidade,a massa específica dos concretos, todos aos 28 dias, bem como a relação custo por resistência obtida. Os resultados apontam similaridade nos desempenhos das adições avaliadas, contudo a SA e CCA apresenta-se mais competitivas economicamente.
ABSTRACT
Currently many segments of the economy aim to turn their activities more and more sustainable. A strand extensive researched is the use of materials that are considered to be a waste in other industrial activities. Once concrete is a material widely use at Brazilian construction industry, the use of industrial waste on its composition might bring great environmental benefits. The Brazilian agribusiness has grown a lot lately, the growth on the rice production stood out. A sub product of rice is the husk, which when burned produces an ash, which has already been used commercially, as an concrete’s addition. Despite all of this, it is unknown the performance of rice husk ash (RHA) when compared, on the same study, with others mineral additions commonly used on the Brazilian market , such as Sílica Fume (SF) and Metacaulim (M). Therefore, this study aims to compare the effect of adding rice husk ash (RHA) on the concrete comparing the results with the use of sílica fume and metaculim. The study analyzed the substitution of 8% cement volume by RHA, SF and M on 30 MPa Fck concrete.The material analyzed were characterize physically and chemically. The parameters analyzed were elastic modulus, specific mass, compressive strength, porosity and the relation cost-compressive strength. Results show similar performances for evaluated samples, however the SF and RHA are more economically competitives.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 Composição do Concreto ... 19
Figura 2– Resultado ensaio DRX – Amostra Sílica Ativa ... 28
Figura 3– Resultado ensaio DRX – Amostra CCA ... 29
LISTA DE GRÁFICOS
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Exigências químicas para materiais pozolânicos ... 22
Tabela 2– Composição química das adições ... 30
Tabela 3 – Massa específica das adições ... 30
Tabela 4 – Traço de Referência ... 31
Tabela 5 - Composição dos traços ... 32
Tabela 6 – Tabela de Custo dos materiais ... 34
Tabela 7 – Resultado Slump Test ... 35
Tabela 8 - Resultados ensaios de Resistência à Compressão e Valores das relações R1 ... 36
Tabela 9 - Módulo de elasticidade e resistência à compressão 28 dias ... 38
Tabela 10 - Resultado Índice de Vazios, Absorção, Massa específica seca e Massa específica Saturada e relações ... 40
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 11
1.1 Objetivos ... 14
1.1.1 Objetivo geral ... 14
1.1.2 Objetivos específicos ... 14
1.2 Organização do Trabalho ... 15
2 REVISÃO DE LITERATURA ... 16
2.1 Sustentabilidade ... 16
2.2 Concreto ... 18
2.3 Materiais Pozolânicos ... 20
2.4 Cinza de Casca de Arroz ... 24
3 Materiais e Método de Pesquisa ... 26
3.1 Materiais ... 26
3.2 Método de Pesquisa ... 30
4 RESULTADOS ... 35
4.1 Estado Fresco ... 35
4.2 Resistência à compressão ... 35
4.3 Módulo de elasticidade ... 38
4.4 Massa Específica, Índice de Vazios e Absorção de água ... 39
4.5 Custo do Traço ... 41
5 CONCLUSÕES ... 43
1 INTRODUÇÃO
Segundo dados do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) (2012) e estudo realizado por Fochezatto e Ghinis (2011), nos últimos anos o PIB (Produto Interno Bruto) gerado pelas atividades que envolvem a indústria da construção no Brasil tem crescido em um ritmo mais acelerado do que o PIB nacional. O crescimento acelerado deve-se ao fato de tanto o Governo Federal quanto o setor privado investirem bastante capital em vários projetos em diversas áreas, desenvolvendo assim esta atividade tão importante para a economia nacional. Segundo o jornal Diário do Nordeste (2011), no ano de 2010 a construção civil foi responsável por 8,1% do PIB nacional.
O recente investimento do Governo Federal em obras de infraestrutura visando desenvolver o país tem impulsionado o setor da construção. Com isto, tem crescido a demanda por novas tecnologias com o objetivo de alcançar taxas de crescimento acelerado, mantendo custos razoáveis e atendendo à sustentabilidade.
Os grandes investimentos feitos nos últimos anos, que impulsionaram o crescimento da indústria da construção, aumentaram o consumo de diversos materiais, entre eles o cimento, material utilizado na produção do concreto. Dados obtidos do relatório do Sindicato Nacional da Indústria do Cimento (SNIC) (2010) mostram que o consumo de cimento tem crescido rapidamente nos últimos anos, principalmente devido àos diversos projetos em construção no país, de forma que é possível deduzir que o consumo de concreto também aumentou nos últimos anos.
Na indústria da construção, o concreto pode ser considerado um dos insumos mais importantes, tanto por sua utilização quanto por representar uma grande parcela do custo de um projeto. O concreto é amplamente utilizado devido ao seu baixo custo em relação a outros tipos de soluções estruturais e, se moldado juntamente com o aço obtém-se um excelente elemento estrutural. Embora o concreto, em geral, seja composto da mistura entre cimento, agregado fino (miúdo), agregado graúdo e água, algumas das características e propriedades podem ser alteradas de acordo com a necessidade da estrutura.
O concreto tem uma característica peculiar que faz com que ele mude de estado e altere suas propriedades com o tempo. Existem dois estados principais: o concreto no estado fresco e o concreto no estado endurecido.
Quando o concreto está endurecido é importante saber as suas propriedades mecânicas, como resistência à compressão e módulo de elasticidade; também, pode-se determinar outros parâmetros relacionados à durabilidade como absorção de água. Este conjunto de propriedades varia de concreto para concreto e pode ser alterado utilizando adições, alterando a granulometria dos agregados, variando a quantidade de cimento na composição do concreto, entre outras formas.
Nos últimos anos, essas propriedades têm sido bastante estudadas, pois se visa reduzir o custo através da manipulação dos materiais a fim de aumentar o desempenho do concreto, atingindo assim maiores valores para resistência à compressão e, consequentemente, ocasionando em elementos estruturais mais esbeltos, o que reduz o volume de concreto requerido. Em muitos casos é necessário utilizar aditivos e/ou adições para melhor atender às exigências técnicas do projeto. Este cenário leva pesquisadores à utilização de novos materiais, inclusive tendo destaque aqueles que normalmente são considerados rejeitos por outras atividades, como resíduos provenientes de construção e demolição, escória de aciaria, borracha de pneu, cinzas volantes, entre outros, por proporcionar um destino mais nobre.
Atualmente as técnicas de construção exigem que o concreto possua parâmetros cada vez mais difíceis de atingir sem a utilização de adições que alteram essas propriedades. Estudos são realizados em busca de novas adições e teores ótimos, sempre pensando em equilibrar o custo da obra com as necessidades técnicas. Segundo Fonseca (2010) o uso de adições minerais em concretos tem crescido bastante nos últimos anos. Adições em concreto como a sílica ativa, metacaulim, cinzas volantes são frequentemente utilizados na substituição parcial do cimento.
A definição de adição segundo a NBR 11172 (ABNT, 1990) é: “Produtos de origem mineral adicionados aos cimentos, argamassas e concretos, com a finalidade de
alterar suas características”. E Mantuano Netto (2006) define adições minerais como:
“materiais com propriedades cimentantes (ou pozolânicas), que são adicionados ao concreto
em quantidades variáveis em relação à massa de cimento.”
De acordo com Furquim (2006), a utilização de adições no concreto melhora a microestrutura, redução dos poros, aumentando a durabilidade e dependendo do teor de adição incorporado ao concreto pode acarretar em um aumento na resistência à compressão.
materiais que possuíssem propriedades semelhantes às adições comumente utilizadas, mas que fossem mais sustentáveis. Segundo Bouzoubaâ e Fournier (2001) estudos mostram que a cinza proveniente da queima da casca de arroz tem propriedades parecidas com as adições minerais usualmente utilizadas no concreto.
Em países produtores de arroz surgiu o interesse de pesquisar um novo material obtido em larga escala do beneficiamento deste grão, cujo processo produz também casca de arroz, considerado rejeito por muito tempo. Devido ao grande volume de casca de arroz, muitos produtores fazem sua queima visando somente a redução de volume de rejeito a ser descartado. Estudos como os realizados por Dong et al.(2008), Santos (2006), Ngun et al.
(2010), Herrmann et al. (2012) e Ferreira et al. (2012) mostram que este material, resultante da queima, pode ser reutilizado na indústria da construção por meio de adição em concreto.
Em seu estudo sobre a utilização da cinza de casca de arroz, Foletto et al. (2005) comenta sobre o potencial de utilização da cinza em diversas indústrias.
Do processo de queima das cascas de arroz sobram, ainda, as cinzas, cujo destino está em aberto. A casca de arroz é o resíduo vegetal que mais produz cinzas quando queimada. Essas cinzas, por serem compostas basicamente de sílica, podem ser utilizadas como matéria-prima na elaboração de diversos materiais, em diferentes ramos industriais, tais como o da construção civil, cerâmica e de vidros.
De acordo com Herrmann et al. (2012), descartar a cinza de casca de arroz é inaceitável, visto que vários estudos comprovam que quando adicionado de forma correta à composição do concreto é possível obter resultados excelentes em relação ao aumento da resistência à compressão. De acordo com as Diretrizes Técnicas Nº002/2011 da Fundação Estadual de Proteção Ambiental Henrique Luis Roessler (FEPAM) tanto a casca de arroz quanto a cinza proveniente da queima desse material são materiais classificados como fontes de poluição e contaminação e, portanto a falta de gerenciamento desse resíduo causa dados à saúde pública e ao meio ambiente.
Segundo Foletto et al. (2005),“Nos últimos anos, tem-se investido cada vez mais em pesquisas para transformação das cinzas de casca de arroz, até então consideradas
resíduos industriais, em subproduto de interesse comercial.”
média, pode-se estimar em torno de 150 milhões de toneladas de casca de arroz para o ano de 2013.
Ainda segundo o relatório de abril de 2013 de monitoramento do mercado de arroz da FAO, a produção de arroz no Brasil será de 12 milhões de toneladas; seguindo a mesma proporção mencionada anteriormente, isso gerará 2,4 milhões de toneladas de cinza de casca de arroz. Segundo Pouey (2006), a maior parte de resíduo não é aproveitada causando diversos impactos ambientais. A possível utilização do resíduo como adição ao concreto pode trazer ganhos tanto para o meio ambiente, por meio da redução dos impactos ambientais, quanto para a indústria da construção, por meio da redução dos custos do concreto.
1.1 Objetivos
1.1.1 Objetivo geral
Avaliar o efeito da substituição parcial do cimento por um teor de cinza de casca de arroz em um concreto de resistência característica de 30 MPa, comparando-a com os efeitos que o mesmo teor de sílica ativa e de metacaulim produzem neste mesmo traço de concreto.
1.1.2 Objetivos específicos
Esse estudo tem como objetivos específicos os seguintes itens:
a) caracterizar todas as adições: cinzas da casca de arroz, sílica ativa e metacaulim;
b) verificar os parâmetros de resistência à compressão, índice de vazios, porosidade, módulo de elasticidade e massa específica do concreto com e sem as adições;
c) verificar o comportamento do concreto em relação ao tempo nos resultados de resistência à compressão até a idade de 91dias;
1.2 Organização do Trabalho
2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 Sustentabilidade
No século passado iniciou-se a preocupação relacionada à preservação dos recursos naturais, pois muitos perceberam que as práticas atuais não eram sustentáveis, que muitos recursos naturais utilizados não eram renováveis, que poderiam vir a acabar em pouco tempo e que, sem eles, o desenvolvimento de gerações futuras estaria comprometido. Então, passou-se a pensar em preservação de recursos naturais tanto para sobrevivência humana e do meio ambiente quanto para o desenvolvimento industrial. A busca pela preservação do planeta e pelo desenvolvimento industrial levou muitos pesquisadores a falar em sustentabilidade e em desenvolvimento sustentável.
De acordo com Claro et al.(2008) existem vários conceitos de sustentabilidade, mas o ponto comum entre todas elas é que elas sempre são relacionadas a três dimensões: social, ambiental e econômica. A variação entre cada definição depende da área de atuação do autor.
A partir de estudos muitos pesquisadores definiram de forma diferente o que seria sustentabilidade, entre eles Brown et al. (1987) que relata que existem várias formas de interpretar o conceito de sustentabilidade. Devido a isto, eles propõem uma definição mais ampla, descrevendo sustentabilidade global como sendo a persistência em sobreviver de todos os organismos da biosfera, mesmo aqueles que aparentemente não apresentam nenhum benefício para a humanidade.
Sustentabilidade e desenvolvimento sustentável estão tão próximos que muitas vezes há dificuldade em diferenciar seus significados. Com base em várias definições de sustentabilidade a Organização das Nações Unidas (ONU), no relatório Brundland (1987), definiu como o desenvolvimento o que satisfaz as necessidades da geração presente sem comprometer as necessidades de gerações futuras.
Desde a definição de desenvolvimento sustentável, vários organismos públicos e privados tentam promover práticas sustentáveis ou por meio de inovações tecnológicas, ou mudança de hábitos, ou promoção do bem estar de uma comunidade, entre outras.
causa grande impacto ambiental. A adoção de políticas sustentáveis como o reuso de águas em residências, utilização de painéis fotovoltaicos ou aerogeradores para gerar energia em residências, utilização de resíduos de construção e demolição (RCD) na produção de concreto e argamassa para alvenarias, utilização de borracha de pneu em asfalto, utilização de escória de aciaria na composição do concreto, são algumas de várias medidas que a indústria da construção civil vem adotando a fim de reduzir os impactos ambientais.
A reutilização de parte das águas consumidas em uma residência é uma simples prática de reuso. As águas reutilizadas são as chamadas águas cinzas, provenientes de chuveiros e lavabos, visando economizar água em aparelhos sanitários ou irrigação, que não necessitam ter padrões de portabilidade tão elevados. De acordo com Hespanol (2002) algumas cidades no Japão utilizam essa prática de reuso de águas de baixa qualidade para fins urbanos, proporcionando economia significativa no volume de água utilizado. A prática do reuso de águas torna o mundo mais sustentável, evitando o consumo de água nobre.
Outra prática que a indústria da construção vem aplicando com sucesso é a utilização de borracha de pneu triturado na composição do pavimento asfáltico, visando reduzir os impactos causados pelo descarte de pneus usados. Bertollo (2002) relata que diversas doenças e danos ambientais são causados pela destinação inadequada de pneus usados. No mesmo estudo, Bertollo (2002) complementa que a utilização de borracha de pneu triturado na composição do asfalto apresenta bons resultados mecânicos, de forma que sua utilização pode ser viável.
Atualmente, tem-se desenvolvido bastante uma vertente de geração própria de energia, tanto solar quanto eólica. Os empreendimentos mais novos, cuja concepção foi voltada para a sustentabilidade, têm utilizado essa solução para aproveitar os benefícios oriundos da geração de energia proveniente de duas fontes renováveis: fontes eólicas e solares. Leite de Barros (sd) relata que a utilização de geração própria de energia é uma solução para os cidadãos que desejam utilizar uma energia mais limpa, cuja prática confere acessibilidade aos usuários geradores de energia. Segundo este último autor a geração de energia descentralizada é uma tendência no século XXI.
solução para esses problemas ambientais. Em seu estudo sobre a reciclagem de RCD Angulo
et al. (sd) menciona várias práticas adotadas para a reutilização do RCD, entre as principais
estão a utilização na pavimentação, em concretos e em alvenaria. A reutilização deste material torna a construção mais sustentável.
Outra prática bastante estudada e utilizada é a adição de escória de aciaria na composição do concreto. A escória de aciaria é um resíduo gerado pela indústria siderúrgica. Estudos realizados por Geyer (2001) mostram que a adição em determinadas quantidades desse material ao concreto produz ganho em resistência à compressão sem aumentar os riscos de ataque corrosivo. Desta forma, ajuda a indústria siderúrgica a proporcionar um destino mais nobre a um resíduo tão problemático para a indústria e para o meio ambiente, tornando a atividade siderúrgica, que é bastante agressiva ao meio ambiente, mais sustentável.
A procura por novos materiais que possam reduzir o custo do concreto e que sejam sustentáveis é uma busca constante na indústria. Conforme Paulon e Monteiro (1991) atualmente o concreto é um dos materiais mais utilizados na indústria da construção e também um dos mais estudados. Devido à sua importância, este assunto será abordado a seguir mais detalhadamente.
2.2 Concreto
Estando presente em quase todos os tipos de obra, o concreto é um material que possui uma vasta utilização na indústria da construção, sendo em geral utilizado juntamente com o aço para dar forma à estrutura, denominando-se de concreto armado. Devido à grande utilização desse material na indústria da construção, algumas práticas que visem minimizar ou reduzir os impactos causados por esse material são frequentemente estudadas.
A composição do concreto se adapta de acordo com as necessidades técnicas do projeto ou da estrutura, mesmo possuindo tanta variação quanto às características. Contudo a composição básica se mantém a mesma. Segundo Carvalho e Figueiredo Filho (2010) a composição básica do concreto é a mistura entre cimento, água e agregados graúdo e miúdo.
é formado por “mistura de um ou mais algomerantes com um ou mais materiais inertes à
água”. A Figura 1 ilustra as definições do concreto fornecidas pelos autores.
Fonte: O autor
Após a mistura dos materiais para a produção do concreto ocorre uma série de reações químicas. Essas reações são responsáveis pela transformação do concreto no estado líquido (pastoso) para o estado endurecido. O concreto pode ser dividido em três fases, a primeira fase é a pastosa, fase logo após a mistura dos materiais que compõem o concreto e na qual o concreto está em sua fase mais líquida; posteriormente o concreto entra na fase de pega, período no qual o concreto muda da fase líquida para a sólida, onde há a união entre a pasta e os agregados, nesse período há um maior ganho em resistência à compressão do concreto; por último existe a fase sólida, período no qual o concreto possui capacidade autoportante, apresentando-se com maior resistência à compressão.
Devido aos inúmeros materiais constituintes do concreto e suas diferentes formas e tamanhos, o concreto na fase pastosa ou na fase endurecida é um material heterogêneo, conforme comenta Monteiro (1993). Devido à complexidade do arranjo dos materiais na
Cimento Adição (opcional
Água
Pasta
Areia Brita
Argamassa
Concreto
Aditivo (opcional Agregados
mistura, o mesmo autor afirma que “o concreto possui a mais complexa microestrutura dos materiais estruturais”; logo um estudo detalhando a microestrutura é importantíssimo.
Paulon e Monteiro (1991) resumem a forma que a microestrutura do concreto deve ser estudada:
O concreto pode ser estudado como um material constituído de partículas de agregados englobados por uma matriz porosa de pasta de cimento com zona de transição entre as duas fases, constituída de características próprias. A conexão destas três fases tem importância significativa nas propriedades do concreto
Monteiro (1993) relata que “o concreto é um material bifásico, constituído de inclusões rígidas (agregados) imersos em uma matrix (pasta de cimento). Ele complementa afirmando que entre as duas fases, existe uma terceira chamada de zona de transição.
Devido à importância da zona de transição, alguns pesquisadores, como Scrivener
et. al (2004), descrevem a zona de transição pasta de cimento agregado como a região de maior interface do concreto. O autor descreve a zona de transição como sendo a região da pasta de cimento que fica ao redor das partículas dos agregados, a qual é perturbada pela presença dos agregados. O mesmo autor ainda relata em seu estudo que a origem da zona de transição é devido ao efeito de parede de empacotamento dos grãos de cimento contra a superfície plana dos agregados.
Em seus estudos sobre a microestrutura da zona de transição, Paulon e Monteiro (1991) concluem sobre o efeito das adições pozolânicas na zona de transição conforme apresentado abaixo.
Nas pastas com adições de materiais pozolânicos, a espessura da zona de transição diminui com a idade, o que é explicado pelos efeitos da ação pozolãnica (reação com o Ca(OH)2) e também pelo efeito de filer (melhor preenchimento de vazios).
Devido a importância dos materiais pozolânicos para a zona de transição entre pasta e agregado e o fato deste estudo analisar o efeito de três adições pozolânicas no concreto, os materiais pozolânicos serão abordado no próximo tópico mais detalhadamente.
2.3 Materiais Pozolânicos
Adições à base de pozolana têm sido utilizadas na composição do concreto com o intuito de melhorar a resistência mecânica e durabilidade (Kulakowski, 2002). A norma NBR 5736 (ABNT, 1999) descreve pozolana como sendo:
reagem com o hidróxido de cálcio, à temperatura ambiente, para formar compostos com propriedades cimentícias.
Segundo Leite e Dal Molin (2002), pozolanas são compostos constituídos de sílica e alumina que quando em contato com água e cimento, se combinam com o hidróxido de cálcio de outras substancias presentes na composição do cimento para formar um material estável com propriedades aglomerantes. A equação (1) representa a reação descrita anteriormente, adaptada de Cordeiro (2009).
POZOLANA + CHCimento Portland + H →C-S-H + C-A-H + POZOLANAResidual (1)
Onde:
CHCimento Portland : Hidróxido de Cálcio Cimento Portland
H: Água
C-S-H: Sílicato de Cálcio Hidratado C-A-H: Aluminato de Cálcio Hidratado
A reação pozolânica, reação entre materiais pozolânicos e a água, foi comentada por García de Lomas et al. (2007), afirmou que os materiais pozolânicos reagem com o hidróxido de cálcio liberado durante o processo de hidratação do cimento, aumentando o calor de hidratação devido à reação exotérmica ocasionada pela reação pozolânica.
Ainda segundo a NBR 5736 (ABNT, 1999), as pozolanas podem ser divididas em dois grupos: as pozolanas naturais e as pozolanas artificiais. Esta norma define como pozolanas naturais os materiais de origem vulcânica ou sedimentar e como pozolanas artificiais “materiais provenientes de tratamento térmico ou subprodutos industriais com atividade pozolânica.”
Ainda segundo a mesma norma, as pozolanas artificiais podem ser divididas em três grupos: as argilas calcinadas, que são materiais provenientes da calcinação de determinado tipo de argilas; as cinzas volantes, que, por sua vez, são provenientes da combustão do carvão granulado ou pulverizado; e, por último, uma classe mais geral que é denominada outros materiais, composta por escória de siderurgia, microsílicas, cinza de resíduos vegetais entre outros.
a classe N como pozolanas naturais ou artificiais vulcânicos de caráter petrográfico ácido, “cherts” silicosos, terras diatomáceas e argilas calcinadas. Os materiais da classe C são definidos como materiais provenientes de carvão mineral ou usinas termoelétricas. E os materiais da classe E como qualquer pozolana que os requisitos não são compatíveis com as classes anteriores.
Tabela 1 - Exigências químicas para materiais pozolânicos
Propriedades Classes de material
N C E
SiO2 + Al2O3 + Fe2O3, % mín 70 70 50
SO3, % máx 4 5 5
Teor de umidade, % máx 3 3 3
Perda ao fogo, % máx. 10 6 6
Álcalis disponíveis em Na2O, %
máx 1,5 1,5 1,5
Fonte: adaptação da NBR 12653 (ABNT, 1992)
Duas pozolanas bastante utilizadas como adições minerais em concretos no mercado brasileiro são: o metacaulim e a sílica ativa, como mencionado por Carmo e Portella (2008).
Segundo Carmo e Portella (2008) o metacaulim é proveniente da calcinação de argilas cauliníticas. O processo de calcinação resulta em um material com elevados teores de dioxido de sílicio (SiO2) e oxido de aluminio (AL2O3.). Lacerda et al.(2005) afirma que a
utilização de metacaulim em substituição parcial do cimento possibilita aumento na resistência à compressão,além de resultar em ganhos econômicos e ambientais.
O estudo realizado por Ding e Li (2002) concluiu que a utilização de metacaulim na composição do concreto eleva a resistência à compressão quando comparada a um traço controle, sem adição. O estudo foi realizado para concretos com teores 5, 10 e 15% de metacaulim. Esses teores elevaram a resistência à compressão do concreto aos 28 dias em 25, 28 e 53% respectivamente, e o resultado obtido para o concreto de referência foi de 48 MPa aos 28 dias.
Outra adição bastante utilizada no mercado brasileiro é a sílica ativa. De acordo com Bianchini (2010), a sílica ativa, também conhecida como fumo de sílica, é um resíduo proveniente da indústria de silício metálico e ligas de ferro silicio. O processo de produção desse material é realizado em fornos elétricos de fusão com temperatura superior a 2000°C.
De acordo com Behnood e Ziari (2008), a adição de sílica ativa na composição do concreto produz concretos com melhor desempenho. O estudo realizado por Bianchini (2010) relata que a utilização de sílica ativa na composição do concreto aumenta a resistência à compressão quando comparada a um traço de referência, sem adição de sílica ativa. O estudo foi realizado para concretos com teores 3, 6, 9 e 12% de sílica ativa, provocando um aumento na resistência à compressão do concreto aos 28 dias em 29, 31, 33 e 35% respectivamente. O concreto de referência possuía Fck de 50 MPa.
Outra pozolana bastante estudada é a cinza volante. De acordo com a NBR 12653 (ABNT, 2012) são consideradas cinzas volantes os “Resíduos finamente divididos que resultam da combustão de carvão mineral pulverizado ou granulado com atividade pozolânica.”
A produção das cinzas volantes é descrita por Mehta e Monteiro (2008, apud Cezar 2011):
Durante a combustão do carvão pulverizado em usinas termoelétricas modernas, quando o carvão passa pela zona de alta temperatura do forno, a matéria volátil e o carbono são queimados, enquanto a maior parte das impurezas minerais, tais como as argilas, o quartzo, e o feldspato, fundem se a alta temperatura. O material fundido é rapidamente transportado para zonas de temperatura mais baixa, onde se solidifica em partículas esféricas de vidro. Parte da matéria mineral aglomera formando cinza de grelha, mas a maior parte dela é arrastada pela corrente de exaustão do gás e é chamada de cinza volante
Segundo Fernandes (2007), “As propriedades físicas da cinza volante dependem da composição do carvão e do seu grau de pulverização, da eficiência da combustão e do sistema de coleta”
Estudo realizado por Siddique (2002) relata que a incorporação de cinza volante na composição do concreto aumenta a resistência à compressão quando comparada a um traço de referência, sem adição de cinza volante. O estudo foi realizado para concretos com teores 10, 20, 30, 40 e 50% de cinza volante, cujos teores aumentaram a resistência à compressão do concreto aos 28 dias em 7, 17, 32, 47 e 52% respectivamente. O concreto de referência possuía Fck de 26,4 MPa.
relataram Habeeb e Fayyadh (2009). Dong et al. (2008) afirma que a cinza de casca de arroz (CCA) trata se basicamente de uma pozolana. Esse material será discutido mais profundamente no item a seguir.
2.4 Cinza de Casca de Arroz
De acordo com Dong et al. (2008) os primeiros estudos para aproveitamento da cinza de casca de arroz datam do início da década de 70 e foram direcionados para a indústria siderúrgica. Segundo Nehdi et al. (2003, apud Ngun et al. .2010), os primeiros estudos para adicionar CCA no concreto não são novos, já que os autores afirmam que, em 1973, Mehta analisou os efeitos causados pela queima controlada em relação à atividade pozolânica da CCA.
Santos (2006) descreve a CCA como:
Material resultante da queima da casca de arroz para a produção de energia calorífica empregada, por exemplo, no processo de secagem e parboilização dos grãos, junto às beneficiadoras do cereal. Pode ser resultante também do processo de geração de outras formas de energia, como energia elétrica, em usinas termelétricas, ou ainda, de processos de calcinação para obtenção de sílica com alto teor de pureza
Pouey (2006) descreve a CCA da seguinte forma: “A CCA é um material leve, volumoso e muito poroso”. Este autor afirma que o material é proveniente do processo de combustão, complementando que o processo pode ser realizado de três formas: à céu aberto, em fornalhas tipo grelha ou leite fluidizado.
De acordo com Dong et al. (2008), vários estudos mostram que a queima controlada com temperatura entre 500ºC e 700ºC da casca de arroz pode gerar cinzas com excelente qualidade e alto índice de pozolanicidade, ideal para aplicações no concreto. Segundo Santos (2006), os principais fatores que determinam a qualidade da CCA são o tempo de exposição à queima e a variação da superfície específica do grão. Dong et al (2008) complementam que, caso a queima seja inferior à temperatura de 500ºC, as cinzas irão conter altos teores de carbono e, caso a temperatura seja superior a 700ºC, ocorre a formação de cristais de sílica, sendo necessário, portanto, controlar a queima para a produção de CCA de boa qualidade.
Segundo Pouey (2006), a CCA pode possuir 4 colorações, mas sendo em geral preta devido à presença de carbono. As outras colorações podem ser branca, cinza ou púrpura, dependendo das impurezas presentes na casca do arroz.
Um processo de obtenção de CCA em larga escala e baixo custo foi desenvolvido e patenteado por Mehta e Pitt (1974), no qual a CCA obtida nesse processo possui grandes quantidades de material amorfo, ideal para aplicações no concreto.
De acordo Ngun et al. (2010) ao adicionar 15% de CCA na composição do concreto obtêm-se ganhos substanciais de resistência à compressão. Em seu estudo ele relata que ocorreu um aumento de 30% na resistência à compressão do concreto quando comparado ao traço de referência, cujo Fck era 40MPa. Herrmann et al. (2012), afirmam que é possível
obter resultados satisfatórios quando há a substituição parcial do cimento por CCA. Saraswathy et al. (2007, apud Givi et al. 2010) acrescentam que estudos mostram que a incorporação de CCA em diferentes teores no concreto resulta na redução da absorção de água quando comparado ao traço de referência.
Dong et al. (2008) afirmam que CCA de boa qualidade, com elevados teores de sílica reativa, adicionadas ao concreto gera aumento na resistência à compressão do mesmo, diminuição da permeabilidade e da penetração do cloro. Os autores relatam que ao adicionar 10% de CCA de boa qualidade no concreto houve um aumento no Fck de 6,5% em relação ao
traço de referência que possuía Fck de 70MPa. Ele complementa que o mesmo traço
3 Materiais e Método de Pesquisa
3.1 Materiais
Para a realização deste estudo foram utilizados o cimento CP II E 32 da marca APODI, agregados naturais, sendo a areia de leito de rio e a brita granítica. Foi utilizado o aditivo Mastermix 390RC fabricado pela BASF. Também foram utilizadas as adições metacaulim BZ, sílica ativa do fabricante Tecnosil e CCA do fabricante Silca Nobre. Os materiais metacaulim e sílica ativa foram adquiridas no mercado de Fortaleza, já a CCA foi adquirida diretamente do fabricante. Os materiais utilizados no traço base deste estudo são os mesmo utilizados na obra que forneceu o traço para o concreto de 30MPa, exceto a sílica ativa e a CCA.
O cimento utilizado nesse trabalho é o mesmo utilizado na obra A fim de determinar a massa específica para o cimento, foi realizado o ensaio regido pela norma NBR NM 23 (ABNT, 2000), o qual determinou que a massa específica do cimento é de 3,1 kg/dm³, esse ensaio foi realizado no Laboratório de Materiais de Construção da UFC.
Os ensaios de caracterização dos agregados foram realizados no Laboratório de Materiais de Construção da UFC. O material utilizado foi coletado em uma obra na cidade de Fortaleza e os ensaios seguiram às normas NBR NM248 (ABNT, 2001), NBR NM 52 (ABNT, 2009), a NBR NM 53 (ABNT, 2009) e NBR NM 45(ABNT, 2006).
Gráfico 1- Curva Granulométrica Agregado Miúdo
A análise do agregado graúdo mostrou que massa específica é de 2,63 kg/dm³ a qual e massa unitária de 1,49 kg/dm³ A curva granulométrica do material estudado encontra-se repreencontra-sentada no Gráfico 2.
Gráfico 2 - Curva Granulométrica Agregado Graúdo
Os ensaios de caracterização das adições foram realizados no Laboratório de Materiais de Construção da Universidade Federal do Ceará (UFC), com a colaboração do Departamento de Física da mesma universidade. Foram realizados os ensaio de Difração de Raio X (DRX) e Fluorescência de Raio X (FRX).
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0,075 0,75 7,5
Agregado Miúdo
Peneira % Acum.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1,5 15 Peneira
As adições analisadas neste trabalho foram cinza de casca de arroz (CCA), metacaulim e sílica ativa (SA). A determinação do grau de cristalinidade das adições estudadas foram realizadas de acordo com o ensaio de difração de raios-X (DRX), no Laboratório de Raios-X no Departamento de Física da UFC. Outro ensaio realizado no mesmo laboratório foi o ensaio de fluorescência de raios-X (FRX), a fim de determinar a composição mineralógica dos materiais estudados.
Os ensaios de DRX forneceram os resultados apresentados na Figura 2 referente à amostra de sílica ativa, na Figura 3 referente à amostra de CCA e na Figura 4 referente à amostra de metacaulim.
Figura 2– Resultado ensaio DRX – Amostra Sílica Ativa
Position [∞2Theta]
20 30 40 50 60 70 80 90
Counts
0 4 16 36
Figura 3– Resultado ensaio DRX – Amostra CCA
Figura 4 – Resultado ensaio DRX – Amostra metacaulim
Os resultados apresentados na Figura 3 e Figura 4 apresentam a formação de halo, característico de estrutura amorfa e alguns picos cristalinos. A Figura 2, referente à sílica ativa, apresenta difratograma, característico de material amorfo, presença de SiO2 e não foram
encontrado picos cristalinos.
As amostras analisadas no ensaio de FRX apresentaram as composições químicas ilustradas na Tabela 2. Os valores representam os percentuais dos elementos na composição de cada adição.
Position [∞2Theta]
20 30 40 50 60 70 80 90
Counts 0 25 100 B ir n es si te, s y n CCAXpert_084
Position [∞2Theta]
20 30 40 50 60 70 80 90
Tabela 2– Composição química das adições
Elementos Sílica Ativa (%)
CCA
(%)
Metacaulim
(%)
Si 90.742 85.156 51.032
K 4.458 7.949 3.351
Ca 2.836 2.724 2.078
Cl 0.7225 0.2870 -
Fe 0.6492 0.2448 18.220
Mn 0.2644 2.212 0.2783
S 0.2564 - -
Br 0.0713 - -
P - 0.8632 0.3217
Al - 0.3639 22.026
Ag - 0.1988 -
Ti - - 2.569
Sr - - 0.1242
Grande parte da composição mineralógica das amostras analisadas neste estudo é composta por sílica, cujo resultado já era esperado de acordo com NBR 12653 (ABNT, 2012). A determinação da massa específica das adições seguiu a norma NBR NM 23 (ABNT, 2000). Os valores encontrados estão descritos na Tabela 3 e o ensaio foi realizado no Laboratório de Materiais de Construção da UFC.
Tabela 3 – Massa específica das adições
Material Massa específica (Kg/L)
Metacaulim 2,6
CCA 2,3
Sílica Ativa 2,2
3.2 Método de Pesquisa
materiais utilizados para composição dos traços ensaiados são os mesmos utilizados na obra e descritos no item 3.1 deste trabalho
Tabela 4 – Traço de Referência
Traço de Referência para 1m³ de concreto
Cimento (Kg) Adição (Kg) Areia (Kg) Brita (Kg) Água (L) Aditivo (L)
380 0,00 749 1071 186 2,7
Baseado no traço de referência, foram desenvolvidos três novos traços que servem de base para esse estudo, realizando a substituição de 8% em volume de cimento por 8% em volume das três adições: CCA, SA, metacaulim.
O cálculo dos valores das adições foi realizado com base nos valores das massas específicas do cimento e na quantidade de cimento no traço de referência. Primeiramente, foi calculada a massa correspondente a 8% do volume de cimento, para tal foi utilizado a equação (2) descrita abaixo.
γ= m
v
(2)
Onde:
𝛾= massa especifica do cimento
𝑚= massa de cimento no traço referência 𝑣= volume de cimento no traço
Posteriormente calculou-se quanto representa 8% do volume de cimento, pela equação 3 descrita abaixo.
Va=V1=𝑣*8% (3)
Onde:
V1= Volume representativo a 8% do volume de cimento do traço referência
Va= Volume de adição a ser incorporada ao traço
Utilizando as massas específicas das adições foi calculada a quantidade, em massa, de adição que deve ser incorporada ao traço, a fim de se obter, ao final desse processo um metro cúbico de concreto. Para tal foi utilizado a equação 4 conforme descrita abaixo.
Ma=Va* 𝛾 a (4)
Onde:
Ma= Massa de adição a ser incorporada ao traço
Va= Volume de adição a ser incorporada ao traço
𝛾a= massa especifica da adição
O procedimento citado acima foi realizado para calcular todas as adições de modo que ao final desse processo obtiveram-se os traços apresentados na Tabela 5.
Tabela 5 - Composição dos traços
Traço do Concreto
Composição dos traços
Cimento (Kg) Adição (Kg) Areia (Kg) Brita (Kg) Água (L) Aditivo (L) a/c
Concreto Referência
380 0 749 1071 186 2,7 0,489
Concreto substituído de Cinza Casca de
Arroz (8% em
Volume) 349,6 22,25 749 1071 186 2,7 0,5
Concreto substituido de Sílica Ativa (8%
em Volume)
349,6 21,77 749 1071 186 2,7 0,5
Concreto substituido de Metacaulim (8%
em Volume)
349,6 25,37 749 1071 186 2,7 0,496
Posteriormente, foram moldados corpos de prova para quatro traços diferentes alterando a adição utilizada em cada um deles, tendo, portanto, um traço de referência, sem adições, um com adição de metacaulim, outro com adição de sílica ativa e por último com adição de cinza de casca de arroz. Durante o processo de moldagem dos corpos de prova foi determinado o abatimento de tronco de cone, slump test, regido pela norma NBR NM 67 (ABNT, 1998).
ativa e os corpos de prova de concreto contendo CCA. No dia seguinte foram confeccionados os corpos de prova para o concreto de referência e os corpos de prova para o concreto contendo metacaulim.
O procedimento para moldagem de corpos de prova seguiu a norma NBR 5738 (ABNT, 2003). Foram moldados dois corpos de prova por traço e por idade do concreto. Esses corpos de prova foram utilizados para determinar a resistência à compressão do concreto nas idades de 7, 28, 56 e 91 dias. Os ensaios foram realizados seguindo a norma NBR 5739 (ABNT, 2007). Esses ensaios ocorreram em um laboratório da CONTEC, empresa especializada no controle tecnológico do concreto instalada na obra
Também foram moldados 5 corpos de prova para cada traço a fim de determinar o módulo de elasticidade do concreto aos 28 dias. O ensaio de módulo de elasticidade seguiu a norma NBR 8522 (ABNT, 2008). Esses ensaios ocorreram no laboratório central da CONTEC.
E por último, foram moldados mais 5 corpos de prova para cada traço, para realizar os ensaios de massa específica seca, massa específica saturada, índice de vazios e absorção de água. Esses ensaios seguiram as diretrizes da norma NBR 9778 (ABNT, 2009) e foram realizados no Laboratório de Materiais de Construção da UFC.
Tabela 6 – Tabela de Custo dos materiais
Fonte Código SEINFRA ou
Fabricante Custo dos Insumos Unidade Preço
SEINFRA CE I0280 BRITA M3 R$55,00
SEINFRA CE I0805 CIMENTO PORTLAND KG R$0,40
SEINFRA CE I0109 AREIA MÉDIA M3 R$ 35,00
FABRICANTE SILCCA NOBRE CINZA CASCA DE
ARROZ KG R$1,89
FABRICANTE METACAULIM BZ METACAULIM KG R$0,98
FABRICANTE TECNOSIL SÍLICA ATIVA KG R$ 1,99
FABRICANTE BASF MASTERMIX 390 RC L R$ 3,40
4 RESULTADOS
4.1 Estado Fresco
Os resultados para o ensaio de abatimento de tronco de cone para cada traço estão na Tabela 7, abaixo. O fator água/aglomerante é representado por (a/g) e água/cimento por (a/c).
Tabela 7 – Resultado Slump Test
Traço a/g a/c Slump (cm)
Referência 0,49 0,49 10,0
Metacaulim 0,50 0,53 9,5
Sílica Ativa 0,50 0,53 10,0
Cinza de Casca de Arroz 0,50 0,53 10,5
A diferença entre os fatores água cimento (a/c) é devido à substituição de 8% em volume de cimento por adições. O fator água/aglomerante é muito próximo, sendo que essa pequena diferença ocorre devido à diferença de massa específica entre as adições. Essa diferença, por sua vez, ocorre devido à uma pequena redução no peso total do aglomerante, composto por cimento e adição.
Percebe-se que existe uma pequena variação no slump quando analisamos os resultados, mas essa diferença encontra-se dentro dos valores esperados, que eram 10 ±1 cm.
4.2 Resistência à compressão
Tabela 8 - Resultados ensaios de Resistência à Compressão e Valores das relações R1
Idade
Referência Metacaulim CCA Sílica Ativa
Fcj R 1 Fcj R 1 Fcj R 1 Fcj R 1
7 30,1 0% 34,3 14% 38,9 29% 36 20%
28 34,6 0% 42,3 22% 49,5 43% 51,2 48%
56 39,7 0% 45 13% 52,5 32% 54,1 36%
91 42,3 0% 47,3 12% 57,5 36% 59,2 40%
O Gráfico 3representa a curva de crescimento da resistência à compressão de cada traço ao longo do tempo.
Gráfico 3- Curva comparativa do crescimento da resistência à compressão para todos os traços analisados
Os corpos de prova rompidos aos 7 dias mostram que o fato de adicionarmos as adições, independente do tipo, resulta em aumento da resistência à compressão. A adição mineral que resultou no menor ganho de resistência à compressão foi o metacaulim, aumentando a resistência à compressão em apenas 14%, enquanto que a CAA e a SA aumentaram em 29% e 20%, respectivamente. De acordo com Molhotra (1993, apud Givi et al. 2010), devido à alta atividade pozolânica da CCA há um aumento mais rápido na resistência à compressão nos primeiros dias quando comparado à sílica ativa, o que fundamenta os resultados obtidos.
28 33 38 43 48 53 58
0 14 28 42 56 70 84 98
Metacauli m
CCA
Sílica Ativa
Referênci a
Dias
Para os corpos de prova rompidos aos 28 dias, percebe-se que os ganhos percentuais foram ainda maiores se comparados com os ganhos obtidos aos 7 dias. Aos 28 dias percebe-se que há uma inversão na tendência de aumento da resistência. A CCA aos 7 dias mostrava-se com uma curva de crescimento mais acentuada, essa tendência mudou, pois houve uma pequena atenuação na curva. Em contrapartida, a SA passou a aumentar mais rapidamente a resistência à compressão. A adição mineral que propiciou o menor ganho de resistência à compressão foi novamente o metacaulim, aumentando a resistência em apenas 22%, enquanto que a CCA e a SA aumentaram em 43% e 48%, respectivamente.
Analisando os resultados para 56 dias, percebe-se que há uma redução, em termos percentuais, do aumento da resistência. A adição mineral que propiciou o menor ganho de resistência à compressão foi o metacaulim, aumentando a resistência em apenas 13%, enquanto que a CCA e a SA aumentaram 32% e 36%, respectivamente. O desempenho dos traços se manteve dentro da tendência analisada nos resultados de 28 dias, o traço com sílica ativa apresenta desempenho superior aos demais, em seguida o traço com CCA e por último o com metacaulim.
Aos 91 dias ainda ocorreu um aumento na resistência à compressão, em termos percentuais. A adição mineral que propiciou o maior ganho de resistência à compressão foi a SA, aumentando a resistência em 40%, enquanto que a CCA e a metacaulim aumentaram 36% e 12%, respectivamente. Pode-se perceber que os valores de resistência à compressão para os concretos adicionados de CCA e SA são muito semelhantes.
Aos 28 dias o traço com metacaulim obteve resistência 41% superior ao fcj
pretendido de 30 MPa e quando analisado aos 91 dias o resultado foi 57% superior. Realizando a mesma análise para o traço com CCA, a resistência à compressão foi 65% superior aos 28 dias e 91% superior aos 91dias. A SA obteve resultado semelhante a CCA, o resultado foi 70% superior aos 28 dias e 97% superior aos 91dias
4.3 Módulo de elasticidade
Os resultados dos ensaios de módulo de elasticidade realizados nos concretos produzidos estão apresentados na Tabela 9. Os valores de resistência à compressão mostrados na mesma tabela são referentes ao ensaio apresentado no item 4.2 deste trabalho. Conforme mencionado no item 3.2 deste trabalho, foram confeccionados corpos de prova para a realização do ensaio de módulo de elasticidade e corpos de prova para realizar o ensaio de resistência à compressão, de forma que os corpos de prova eram independentes e o resultado de um não influenciaria o outro. A relação R2 representa o quanto maior foi o modulo de elasticidade de cada concreto analisado em relação ao concreto de referencia
Tabela 9 - Módulo de elasticidade e resistência à compressão 28 dias
Traço Módulo de elasticidade (GPa) Resistência à
Compressão (MPa) R2
Concreto de
referência 26,00 34,6
Concreto com
Metacaulim 29,57 42,3 13,7%
Concreto com Cinza
Casca de Arroz 28,15 49,5 8,26%
Concreto com Sílica
Ativa 30,47 51,2 17,2%
Posto isso, era de se esperar uma relação entre o módulo de elasticidade e resistência à compressão, de tal forma que quanto maior o módulo, maior seria a resistência à compressão, pois segundo Silva (2007), existe uma tendência de aumento do módulo de elasticidade com o aumento da resistência à compressão. Esta tendência, relatada por Silva (2007), é explicada pelo NBR 6118 (ABNT, 2007) pois o módulo de elasticidade está diretamente relacionado à resistência à compressão segundo a equação (5) abaixo.
Ec = 5600* 𝐹𝑐𝑘
Onde:
Ec= Módulo de elasticidade
Percebe-se que isto não ocorreu, quando se compara com os valores do módulo de elasticidade do concreto com metacaulim e do módulo de elasticidade do concreto com CCA.
Analisando o ensaio de módulo de elasticidade para o traço com CCA percebe-se que um dos valores de resistência à compressão encontrado não está coerente com o que foi obtido nos demais ensaios, de forma que sugere-se a hipótese de uma falha na confecção deste corpo de prova. Essa possível falha está explicada no parágrafo seguinte.
A média dos resultados obtidos para o ensaio de resistência à compressão aos 28 dias do traço com CCA foi de 49,5 MPa. O resultado de dois corpos de prova utilizados para calcular a resistência média, parâmetro utilizado para determinar o módulo de elasticidade do concreto, foram de 48,35 MPa e 38,70 MPa, resultando em uma média de 43,53 MPa. O rompimento de três corpos de prova utilizados no ensaio de módulo de elasticidade do concreto aos 28 dias para o traço com adição de CCA resultou em resistências de 49,61 MPa, 46,15 MPa e 50,78 MPa, esses resultados somados com os resultados obtidos no item 4.2 mostram que o resultado de 38,70 MPa está fora do padrão esperado, de modo que provavelmente esse resultado inferior ao esperado foi devido à uma falha na confecção do corpo de prova, resultando em uma redução no valor do módulo de elasticidade
Analisando os outros resultados, percebe-se que a relação esperada foi encontrada no traço para o concreto referência, o qual teve menor módulo e por consequência menor resistência à compressão, e para o traço com sílica ativa, o qual obteve maior valor para o módulo de elasticidade e por consequência maior valor de resistência à compressão. O concreto adicionado de sílica ativa obteve um aumento de 17,2% no modulo de elasticidade quando comparado ao concreto de referencia, esse aumento ocorreu também para o concreto com metacaulim, no qual houve um aumento de 13,7%, e no concreto com CCA, o qual aumentou 8,26%.
4.4 Massa Específica, Índice de Vazios e Absorção de água
Tabela 10 - Resultado Índice de Vazios, Absorção, Massa específica seca e Massa específica Saturada e relações Concreto Resistência à compressão (MPa)
Índice de Vazios
(%) Absorção (%)
Massa Específica Seca
(kg/dm³)
Massa Específica Saturada
(kg/dm³) Resultado Resultado R3 Resultado R4 Resultado R5 Resultado R6
Referência 34,6 10,29 4,49 2,29 2,39
Metacaulim 42,3 9,69 -6% 4,24 -6% 2,29 0,0% 2,38 -0,4%
CCA 49,5 9,21 -10% 4,00 -11% 2,30 0,4% 2,39 0,0%
Sílica Ativa 51,2 8,57 -17% 3,75 -16% 2,29 0,0% 2,37 -0,8%
Analisando os resultados para a massa específica em duas situações, corpo de prova seco e corpo de prova saturado, percebe-se que ocorreram pequenas variações, menores do que 1%, nos valores de massa específica entre os traços. A diferença encontrada entre a massa específica para o corpo de prova seco e saturado pode ser em função do índice de vazios, pois a água ocupa os poros existentes na estrutura dos corpos de prova, elevando seu peso e, consequentemente, aumentando a massa específica.
Percebe-se que quando o concreto foi adicionado de adições, materiais mais finos que o cimento, o índice de vazio reduziu. Os resultados mostram que o concreto adicionado de sílica ativa obteve uma redução de 17% no índice de vazios quando comparado ao concreto de referência. Essa redução se repetiu nos demais traços, de forma que o concreto adicionado de CCA obteve redução de 10% e o concreto adicionado de metacaulim redução de 6%.
Percebe-se que quando o concreto foi adicionado de adições, materiais mais finos que o cimento, a absorção diminuiu. Os resultados mostram que o concreto adicionado de sílica ativa obteve uma redução de 16% na absorção de água quando comparado ao concreto de referência. Essa redução se repetiu nos demais traços, de forma que o concreto adicionado de CCA obteve redução de 11% e o concreto adicionado de metacaulim redução de 6%.
Analisando os resultados obtidos para os ensaios de massa específica seca e massa específica saturada não é possível relacioná-los com os ensaios de resistência à compressão, índice de vazios e absorção. A proximidade dos valores obtidos impede esse tipo de análise, dificultando encontrar um padrão.
É possível relacionar o aumento da resistência com a redução no índice de vazios, embora não seja uma relação proporcional. Podemos perceber que quanto menor o índice de vazios maior a resistência à compressão do corpo de prova.
também é encontrada com o índice de vazios, pois quanto menor o índice de vazios menor será a absorção. Essa relação ocorre devido à redução do número de poros ou vazios na estrutura do corpo de prova, de forma que reduz a absorção de água. Mostardeiro Neto et al.
(2012) compara a absorção capilar entre tipos diferentes concretos com CCA com concretos com sílica ativa, onde segundo o autor os resultados para concretos com sílica ativa foram melhores do que com a CCA, cujo resultado foi semelhante ao encontrado nesse estudo. A redução da absorção em concretos adicionados de CCA também foi relatada por Saraswathy
et al.(2007, apud Givi et al. 2010).
4.5 Custo do Traço
O custo de um metro cúbico de concreto de cada traço está relacionado na Tabela 11 abaixo, assim como o valor médio encontrado para a resistência à compressão aos 28 dias. Na mesma tabela, encontra-se a relação custo, em reais, por resistência obtida, em MPa. A coluna R7 apresenta o percentual de redução da relação custo por resistência à compressão para cada concreto em relação ao concreto de referência.
Tabela 11 - Custo do Traço e relação R$/MPa
Concreto Custo
Resistência à compressão
(MPa)
Relação
R7 Custo/ resistência compressão
(R$/MPa)
Referência
R
R$ 193,53 34,6 5,59 0%
Metacaulim
R
R$ 206,23 42,3 4,88 13%
Sílica Ativa
R
R$ 224,69 51,2 4,39 21%
Cinza de casca de
Arroz
R
R$ 223,42 49,5 4,51 19%
A relação custo por resistência à compressão mostra que o concreto produzido sílica ativa possui o menor valor, seguindo por concreto produzido com CCA, concreto produzido com metacaulim e concreto de referência. A incorporação de adições reduziu o valor da relação em todos os casos. Novamente a sílica ativa obteve o melhor resultado com redução de 22% da relação custo por resistência à compressão, foi seguido pelo concreto produzido com CCA, o qual obteve redução de 19% e por último o concreto produzido com metacaulim, o qual obteve redução de 13%. Segundo Bianchini (2010), em geral, quanto maior o custo maior o MPa. Essa relação foi respeitada nesse estudo.
Conforme os resultados da Tabela 11, o uso de adições no concreto proporciona ganhos econômicos, uma otimização do traço certamente reduzirá o custo, tornando ainda mais competitivo o concreto adicionado de CCA, sílica ativa e metacaulim.
Os resultados mostram que o traço com sílica ativa é economicamente mais vantajoso que os demais traços, em seguida tem-se o traço com CCA, depois com metacaulim e por último o traço de referência. A CCA apresentou-se bastante competitiva com a sílica ativa, de forma que sua aplicação pode ser viável à medida que esse material se difundir no mercado local, pois o preço da CCA é bastante elevado devido à dificuldade de encontrar fornecedores deste material na cidade de Fortaleza.
5 CONCLUSÕES
Os resultados obtidos nesse trabalho mostram que a incorporação das adições de sílica ativa, cinza de casca de arroz e metacaulim, no teor de 8%, no concreto resultaram em ganhos efetivos nas propriedades analisadas, tais como resistência à compressão, módulo de elasticidade, índice de vazios e absorção de água.
A adição de sílica ativa na composição do concreto teve resultados bem superiores de resistência à compressão do que quando comparamos esse resultado encontrado no concreto sem adição, traço de referência. Também houve redução no índice de vazios, por consequência, na absorção, e aumento do módulo de elasticidade.
O traço substituido de cinza de casca de arroz obteve resultados parecidos com os encontrados para o concreto substituido de sílica ativa, embora os valores estejam um pouco inferiores, mostram-se bastante próximos. A adição de CCA no concreto produziu um concreto com qualidade superior, segundo os parâmetros analisados, ao traço de referência.
O concreto com metacaulim, adição largamente utilizada na cidade de Fortaleza, principalmente devido ao seu baixo custo, obteve resultados inferiores às demais adições, porém os resultados foram superiores aos encontrados para o traço de referência.
Os resultados mostram que concretos adicionados de CCA ou de sílica ativa continuam a aumentar a resistência à compressão em taxas mais elevadas que concretos adicionados de metacaulim e o traço sem adição.
Os resultados obtidos para a resistência à compressão de concretos adicionados de sílica ativa foram 48% maiores que os resultados encontrados para o traço de referência, aos 28 dias, e 40% maiores que os resultados encontrados para o traço de referência, aos 91 dias.
Os resultados obtidos para a resistência à compressão de concretos adicionados de CCA foram 43% maiores que os resultados encontrados para o traço de referência, aos 28 dias, e 36% maiores que os resultados encontrados para o traço de referência, aos 91 dias.
Os resultados obtidos para a resistência à compressão de concretos adicionados de metacaulim foram 22% maiores que os resultados encontrados para o traço de referência, aos 28 dias, e 12% maiores que os resultados encontrados para o traço de referência, aos 91 dias.
o traço referência. A redução no custo foi 22%, 19% e 13%, para concreto adicionado de sílica ativa, concreto adicionado de CCA e concreto adicionado de metacaulim, respectivamente.
Pode-se concluir que o fato de incluir adições no concreto reduz o custo por MPa, A otimização dos traços, melhor relação cimento/adição, deve reduzir o custo do traço mantendo o MPa desejado, pois o fato de obtermos concretos com fcj bastante elevados em
relação ao valor desejado mostra que teoricamente há um desperdício de material, visto que a otimização desse traço levaria à obtenção de um concreto com fcj igual ao traço de referência,
mas com custo reduzido.
Embora o traço com CCA não tenha apresentado o valor mais baixo para a relação R$/MPa, o fato de apresentar valores semelhantes à sílica ativa e superiores ao metacaulim e somado ao fato de ser a única adição analisada proveniente de fontes vegetais deve ser ponderado, pois sua utilização no concreto, por exemplo, complementa o ciclo de produção de um grão vastamente consumido em todo o mundo, cuja produção não agride tanto o meio ambiente quanto a produção das demais adições.
Em uma indústria que tenta diminuir os impactos ambientais, a incorporação de práticas sustentáveis é uma busca frequente, além do fato de permitir a redução da utilização do cimento, material bastante poluente durante a fase de produção.
