Agregados - Ensaios Tecnológicos

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<p>UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA UDESC CENTRO DE CINCIAS TECNOLGICAS CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL DEC</p> <p>LABORATRIO DE MATERIAIS DE CONSTRUO - II 1A PARTE - AGREGADOS</p> <p>Professor: Lgia Vieira Maia Siqueira Disciplina: Materiais de Construo II MCC-II</p> <p>Joinville, 19 de fevereiro de 2008</p> <p>. exe i</p> <p>2</p> <p>ENSAIOS TECNOLGICOS</p> <p>DISCIPLINA: Materiais de Construo II CDIGO: MCC-II CAPTULOS: Agregado Mido Agregado Grado</p> <p>3</p> <p>REVISO BIBLIOGRFICA - AGREGADOSINTRODUOAgregados so relativamente baratos e no entram em reaes qumicas complexas com a gua; portanto tm sido usualmente tratados como um material de enchimento inerte no concreto. Entretanto, devido crescente compreenso do papel desempenhado pelos agregados na determinao de muitas propriedades importantes do concreto, este ponto de vista tradicional, dos agregados como materiais inertes est sendo seriamente questionado. As caractersticas dos agregados que so importantes para a tecnologia do concreto incluem porosidade, composio granulomtrica, absoro de gua, forma e textura superficial das partculas, resistncia compresso, mdulo de elasticidade e os tipos de substncias deletrias presentes. Estas caractersticas derivam da composio mineralgica da rocha matriz (que afetada pelos processos geolgicos de formao da rocha), das condies de exposio s quais a rocha foi submetida antes de gerar o agregado, e dos tipos de operao e equipamento usados para a produo do agregado. Portanto, so brevemente descritos, neste captulo, fundamentos sobre formao geolgica, classificao e descrio das rochas e minerais, e os fatores do processamento industrial, que influenciam as caractersticas dos agregados. Agregados de minerais naturais, que compreendem mais de 90 por cento do total dos agregados usados na produo do concreto, so aqui abordados com maior detalhe. Devido ao grande potencial de uso, so tambm descritos os agregados de rejeitos industriais, tais como escria de altoforno, cinza volante, concreto reciclado e resduos selecionados de rejeitos urbanos. Finalmente, as principais caractersticas dos agregados, que so importantes para a tecnologia do concreto, so analisadas em detalhe.</p> <p>IMPORTNCIA Sabe-se que os cimentos consistem de compostos qumicos que entram em reaes qumicas com a gua e produzem produtos de hidratao complexos, com propriedades adesivas. Ao contrrio do cimento, e embora ocupem 60 a 80 por cento do volume do concreto, os agregados so freqentemente considerados como um material de enchimento inerte e, portanto, no se d muita ateno ao seu possvel efeito nas propriedades do concreto. Os agregados podem exercer uma considervel influncia na resistncia, estabilidade dimensional e durabilidade do concreto. Alm</p> <p>4</p> <p>destas propriedades importantes do concreto endurecido, os agregados tambm tm um papel fundamental na determinao do custo e da trabalhabilidade das misturas de concreto, portanto, imprprio serem tratados com menos respeito do que os cimentos. CLASSIFICAO E TERMINOLOGIA Classificao dos agregados conforme a dimenso das partculas, massa especfica, ou origem tm gerado uma terminologia especial que deve ser claramente entendida. Por exemplo, o termo agregado grado usado para descrever partculas maiores do que 4,8mm (retidas na peneira n 4), e o termo agregado mido usado para partculas menores do que 4,8mm; tipicamente os agregados midos contm partculas que variam, em dimenso, de 75 m (peneira n 200) a 4,8mm, e os agregados grados de 4,8mm at cerca de 50mm, exceto para concreto massa, que pode conter agregado grado de at 150mm. A maioria dos agregados naturais, tais como areia e pedregulho tm massa unitria entre 1520 e 1680kg/m3 e produzem concretos normais com aproximadamente 2400kg/m3 de massa especfica. Para fins especiais, agregados mais leves ou mais pesados podem ser usados para produzirem, respectivamente, concretos leves e pesados. Geralmente, os agregados com massa unitria menor do que 1120kg/m3 so chamados leves, e aqueles com mais de 2080kg/m3 so designados pesados. Em geral, os agregados para concreto so areia, pedregulho e pedra britada, procedentes de jazidas naturais, e so, portanto, designados como agregados naturais. Por outro lado, os materiais processados termicamente, tais como argila ou folhelho expandidos, que so usados para a produo de concreto leve, so chamados agregados artificiais. Agregados feitos de rejeitos industriais, por exemplo, escria de alto-forno e cinza volante, tambm pertencem a esta categoria. Resduos selecionados de rejeitos urbanos e concreto reciclado de demolies de edifcios e de pavimentos tm sido tambm investigados para uso como agregados, como descrito adiante. AGREGADOS NATURAIS Os agregados naturais constituem a classe mais importante de agregados para a produo de concreto de cimento Portland. Aproximadamente, a metade do total do agregado grado consumido pela indstria de concreto nos Estados Unidos consiste de pedregulhos; a maior parte do restante pedra britada. As rochas carbonticas compreendem cerca de 2/3 do agregado britado; arenito, granito, diorito, gabro e basalto perfazem o resto. A areia de slica natural predominantemente usada como</p> <p>5</p> <p>agregado mido, mesmo em muitos concretos leves. Agregados naturais so derivados de rochas de vrios tipos; sendo que a maioria das rochas composta por vrios minerais. Um mineral definido como toda a substncia inorgnica de ocorrncia natural com composio qumica mais ou menos definida e usualmente com uma estrutura cristalina especfica. Uma reviso elementar dos aspectos de formao geolgica e a classificao das rochas e minerais so essenciais para o entendimento no apenas do porque alguns materiais so freqentemente mais usados como agregados do que outros, mas tambm das relaes microestrutura-propriedades do agregado. AGREGADOS LEVES Agregados com massa unitria menor que 1120kg/m3 so geralmente considerados leves, e tem aplicao na produo de vrios tipos de concreto-leve. A menor massa devida microestrutura celular ou altamente porosa. Cabe observar que materiais orgnicos de estrutura celular, tais como cavacos de madeira, no devem ser usados como agregado por causa da sua falta de durabilidade, no meio alcalino e mido do concreto de cimento Portland. Agregados leves naturais so produzidos atravs do beneficiamento de rochas gneas vulcnicas como pumicita, escria ou tufo. Agregados leves sintticos podem ser fabricados por tratamento trmico de uma variedade de materiais, por exemplo, argilas, folhelhos, ardsia, datomita, perlita, vermiculita, escria de alto-forno e cinza volante. De fato, h um largo espectro de agregados leves, com massa unitria variando de 80 a 900kg/m3. Agregados muito porosos, que esto na extremidade mais leve do espectro, so geralmente fracos e, portanto, mais adequados para a produo de concretos isolantes no estruturais. Do outro lado do espectro, esto aqueles agregados leves que so, relativamente, menos porosos; quando a estrutura porosa consiste de poros finos uniformemente distribudos, o agregado usualmente resistente e capaz de produzir concreto estrutural. A ASTM separa as especificaes relativas a agregados leves para uso em concreto estrutural (ASTM C 330), concreto isolante (ASTM C 332), e concreto para produo de blocos de alvenaria (ASTM C331). Essas especificaes contm critrios para granulometria, substancias deletrias e massa unitria dos agregados, assim como para a massa especifica, resistncia e retrao por secagem do concreto contendo o agregado. AGREGADOS PESADOS Comparado ao concreto normal, que tipicamente tem massa especifica de 2400kg/m3, concretos pesados variam de 2880 a 6100kg/m3 e tm aplicao para blindagens de radiao nuclear.</p> <p>6</p> <p>Agregados pesados (isto , aqueles que tm massa especfica maior do que os agregados normais) so usados para a produo de concreto pesado. Rochas naturais adequadas para a produo de agregados pesados consistem predominantemente de dois minerais de brio, vrios minrios de ferro e um de titnio. Um produto sinttico chamado fosfetos de ferro pode tambm ser usado como agregado pesado. As normas ASTM C 637 e C 638, respectivamente, de especificaes e terminologia de agregados para concreto de blindagem radioativa, advertem que o agregado de fosfetos de ferro, quando usado em concreto de cimento Portland, gera gases inflamveis e possivelmente txicos, que podem desenvolver presses altas, se confinados. Minrios de ferro hidratados, minerais de boro e resduos metalrgicos granulares so as vezes incorporados aos agregados para a produo de concreto pesado, pois o boro e o hidrognio so muito efetivos na atenuao de neutros (captura). Pregos de ao inoxidvel, barras de ferro cortadas e balas de ferro tambm tm sido testados como agregados pesados, mas geralmente a tendncia do agregado segregar no concreto aumenta com a sua massa especfica. AGREGADOS DE CONCRETO RECICLADO E DE RESDUOS DE REJEITOS URBANOS Entulho de construes de concreto demolidas fornece fragmentos nos quais o agregado est contaminado por pasta endurecida de cimento, gipsita e outras substncias em menor quantidade. A frao que corresponde a agregado mido contm, principalmente, pasta endurecida de cimento e gipsita e inadequada para a produo de concreto. Entretanto, a frao que corresponde a agregado grado, embora coberta de pasta de cimento, tem sido usada com sucesso em vrios estudos de laboratrio e de campo. Uma reviso de vrios estudos, indica que, comparado ao concreto com agregado natural, o concreto do agregado reciclado teria no mnimo dois teros da resistncia compresso e do mdulo de elasticidade, bem como trabalhabilidade e durabilidade satisfatrias. O principal obstculo no uso do entulho de construo como agregado para concreto o custo de britagem, graduao, controle de p e separao dos constituintes indesejveis. Concreto reciclado ou concreto de entulho britado pode ser uma fonte economicamente vivel de agregados, em locais onde agregados de boa qualidade so escassos e quando o custo de disposio do entulho includo na anlise econmica. Com base no maior trabalho, j realizado, de reciclagem de pavimento de concreto, o Michigan State Department of Transportation, de Michigan/USA, publicou que o entulho reciclado pela britagem do pavimento existente foi mais barato do que usar, inteiramente material novo.</p> <p>7</p> <p>A presena de vidro triturado no agregado tende a produzir misturas de concreto pouco trabalhveis e, devido ao alto teor de lcalis, afeta a sua resistncia e durabilidade a longo prazo. Metais como alumnio reagem com solues alcalinas e causam expanso excessiva. Papel e rejeitos orgnicos, com ou sem incinerao, causam problemas de pega e endurecimento no concreto de cimento Portland. Em geral, portanto rejeitos urbanos no so adequados para produzir agregados para uso em concreto estrutural. PRODUO DE AGREGADOS Jazidas de solo grosso graduado so uma boa fonte de areia natural e pedregulho. Mas, como usualmente depsitos de solo contm quantidades variveis de silte e argila, que prejudicam as propriedades do concreto fresco e endurecido, essas devem ser removidas por lavagem ou peneiramento a seco. A escolha de um processo ou outro ir obviamente influenciar a quantidade de materiais deletrios no agregado; por exemplo, recobrimentos de argila podem no ser removidos de forma to eficiente por peneiramento a seco, quanto por lavagem. Geralmente o equipamento de britagem faz parte das instalaes de produo do agregado, porque fraes acima de pedregulho podem ser britadas e misturadas, adequadamente, com material no fragmentado de tamanho similar. Novamente, a escolha do equipamento de britagem pode determinar a forma das partculas. Com rochas sedimentares laminadas, britadores tipo mandbula ou de impacto tendem a produzir partculas lamelares. A importncia da graduao apropriada do agregado no custo do concreto est hoje to bem estabelecida, que as usinas modernas de agregados, se produzirem areia e pedregulho ou pedra britada, tm os equipamentos necessrios para controlar as operaes de britagem, limpeza, separao granulomtrica e mistura de duas ou mais fraes para atender as especificaes do cliente. CARACTERSTICAS DOS AGREGADOS E SUA IMPORTNCIA O conhecimento de certas caractersticas dos agregados (isto , massa especifica, composio granulomtrica e teor de umidade) uma exigncia para a dosagem dos concretos. A porosidade ou a massa especfica, a composio granulomtrica, a forma e textura superficial dos agregados determinam as propriedades dos concretos no estado fresco. Alm da porosidade, a composio mineralgica do agregado afeta a sua resistncia compresso, dureza, mdulo de elasticidade e sanidade, que por sua vez influenciam vrias propriedades do concreto endurecido contendo o agregado. No diagrama ilustrativo das varias inter-relaes (Fig 1), evidente que as caractersticas</p> <p>8</p> <p>dos agregados, importantes para a tecnologia do concreto, so decorrentes da microestrutura do material, das condies prvias de exposio e do processo de fabricao.</p> <p>ROCHA MATRIZ</p> <p>Exposio prvia e condicionantes</p> <p>MICROESTRUTURA</p> <p>Porosidade / Mas. Esp. Caractersticas da partcula Tamanho Forma Textura</p> <p>Composio Mineralgica</p> <p>Resistncia compresso Resistncia a abraso Mdulo de elasticidade Sanidade</p> <p>Propriedades do concreto fresco Dosagem do Concreto 1 Consistncia 2 Coeso 3 Massa Especfica</p> <p>Propriedades do concreto endurecido 1 Limite de resistncia 2 Resistncia abraso 3 Estabilidade dimensional 4 Durabilidade</p> <p>Figura 1 - Diagrama ilustrativo de como a microestrutura, condies prvias de exposio e condicionantes do processo de fabricao do agregado determinam as suas caractersticas e como estas afetam o trao e as propriedades do concreto fresco e endurecido. Geralmente, as propriedades dos agregados so discutidas em duas partes com base</p> <p>nas propriedades que afetam (1) as propores de dosagem e (2) o comportamento do concreto fresco e endurecido. Devido considervel sobreposio dos dois aspectos, mais apropriado dividir as propriedades nos seguintes grupos, baseados na microestrutura e condicionantes de fabricao: 1. Caractersticas dependentes da porosidade: massa especifica, absoro de gua, resistncia, dureza, mdulo de elasticidade e sanidade; 2. Caractersticas dependentes das condies prvias de exposio e condicionantes de fabricao: tamanho, forma e textura das partculas; 3. Caractersticas dependentes da composio qumica e mineralgica: resistncia, dureza, mdulo de elasticidade e substncias deletrias presentes.</p> <p>9</p> <p>Massa especfica e Massa Unitria Para fins de dosagem do concreto, no necessrio determinar a massa especifica real de um agregado. Os agregados naturais so porosos; valores de porosidade at 2% so comuns para rochas gneas intrusivas, at 5% para rochas sedimentares densas, e de 10 a 40% para arenitos e calcrios muito porosos. Para efeito de dosagem do concreto, importante conhecer o volume ocupado pelas partculas do agregado, incluindo os poros existentes dentro das partculas. Portanto, suficiente a determinao da massa especfica, que definida como a ma...</p>