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Adições Minerais ao Concreto Materiais de Construção II

Pontifícia Universidade Católica de Goiás

Engenharia Civil

Professora: Mayara Moraes

Adições Minerais

ASTM C125

Aditivos/adições (Admixtures):

“Qualquer material – que não seja água, agregados, cimentos hidráulicos ou fibras – usado como

ingrediente do concreto ou argamassa e adicionado à massa imediatamente antes ou durante a mistura”.

Adições Minerais

ASTM C125

Aditivos/adições (Admixtures):

“Qualquer material – que não seja água, agregados, cimentos hidráulicos ou fibras – usado como

ingrediente do concreto ou argamassa e adicionado à massa imediatamente antes ou durante a mistura”.

Fonseca, 2010:

Aditivos químicos

Adições minerais

“Alterar as características

do cimento, sem alterar

sua proporção na

composição do concreto”

“Somar ou substituir

parcialmente o cimento

(devido às suas

propriedades semelhantes

às do cimento)”

Histórico

1.500 a.C.: Adições minerais

Grécia: Cinzas vulcânicas (Ilha de Santorini)

Alemanha: Tufos vulcânicos (trass)

Outras regiões: Algilas calcinadas

79 a.C.: Cinzas pozolânicas

Bahia de Nápoles

Monte Vesúvio

Puzzuoli – Vila destruída pelas cinzas

Histórico

Século XIX: Louis Vicat observou semelhanças entre as propriedades de alguns subprodutos de indústrias siderúrgicas e do cimento.

Fabricação do cimento Portland com adição de escória.

Início: Grandes desconfianças.

Após 1950: Divulgação e informação.

Êxito: Após a Segunda Guerra Mundial:

• Economia notável de combustível, uma vez que cada tonelada de clínquer substituído por escória gerava uma redução de 200 Kg no consumo de carvão (COUTINHO, 1997).

Adições Minerais

Pozolânicas Cimentantes Inertes

Naturais Artificiais

REAÇÃO POZOLÂNICA

Pozolana + Ca(OH)2 C-S-H

REAÇÃO CIMENTANTE

EFEITOS FÍSICOS

Empacotamento Pontos de Nucleação

Cimentante + H2O C-S-H

Reação Pozolânica

Cimento

Água

C-S-H Ca(OH)2

POZOLANA

C-S-H

-Resistência

-Durabilidade

-Coesão

-Plasticidade (*)

Etringita

HIDRATAÇÃO DO CIMENTO

IMAGENS DE MICROSCÓPIO ELETRÔNICO

Hidróxido de Cálcio

C-S-H

Etringita

DETALHADOS A SEGUIR

Benefícios das adições minerais no concreto

Benefícios econômicos:

Benefícios ecológicos:

Benefícios técnicos: Plasticidade e coesão Exsudação e segregação Durabilidade (porosidade) Resistência Calor de hidratação Resistência a sulfatos

Substituição parcial do cimento Energia de produção

Subprodutos industriais Liberação de CO2

Benefícios das adições minerais no concreto

Subprodutos industriais Liberação de CO2

As adições minerais

melhoram as propriedades do

concreto, mas não se deve

esperar que possam

compensar a baixa qualidade

dos constituintes do concreto

ou de um traço pobre!!

Influência das adições minerais nas propriedades do concreto fresco

1. Plasticidade e coesão:

Maior relação “volume de sólidos / volume de água”;

Melhor trabalhabilidade;

Facilidade de bombeamento e acabamento do concreto.

2. Exsudação e segregação:

Maior volume de finos;

Maior compacidade de pasta;

Menor quantidade de canais de exsudação.

Influência das adições minerais nas propriedades do concreto fresco

3. Redução do consumo de água:

Efeito dispersor das partículas pequenas (forças eletrostáticas), notado em pozolanas comuns;

Superpozolanas (extrema finura): Consumo de água

Uso de aditivos superplastificantes.

4. Calor de hidratação:

Clínquer: estágio de energia elevado;

Reação pozolânica: menor calor de hidratação do que nas reações de hidratação do cimento;

Risco de fissuração térmica diminuído.

Influência das adições minerais nas propriedades do concreto endurecido

1. Resistência Mecânica:

Formação de mais compostos resistentes;

Refinamento dos poros e dos cristais na pasta (maior volume de finos);

Maior resistência da matriz na zona de transição;

2. Durabilidade:

Redução na porosidade e permeabilidade do concreto;

Menor possibilidade de entrada de agentes nocivos.

3. Resistência a sulfatos:

Refinamento dos poros;

Redução da quantidade de Ca(OH)2 disponível para combinar com sulfatos e gerar compostos expansivos.

4. Reação álcali-agregado:

Menor absorção de água;

Redução do total de álcalis do aglomerante (substituição de parte do cimento);

Consumo de parte dos álcalis pela reação pozolânica.

Influência das adições minerais nas propriedades do concreto endurecido

Adições Minerais mais Utilizadas em Concreto

Cinzas Volantes

Sub-produto da combustão de carvão mineral.

Teor de cálcio variável:

Depende do tipo de carvão utilizado.

Teor de carbono não-queimado variável:

Teores acima de 5% - indesejável.

Principais efeitos:

Retardamento do tempo de pega;

Baixo calor de hidratação;

Trabalhabilidade e coesão;

Redução da porosidade. Partículas vítreas esféricas

(MEHTA; MONTEIRO, 2008)

Sílica Ativa Subproduto da produção de silício metálico;

Pozolana altamente reativa;

Principais efeitos no concreto:

Refinamento dos poros;

Melhoria das resistências mecânicas;

• 10 a 40% (resistência à compressão)

Aumento da coesão da pasta.

Desvantagens:

Aumento do consumo de água;

Carbonatação:

• Consumo de Ca(OH)2; • Diminuição do PH da água capilar.

Diâmetros Médios:

Sílica ativa: 0,1-0,12 mm

Cimento: ~10 mm

Cinza volante : ~10 mm

Metacaulim: 1,5mm

Escória de alto-forno

Sub-produto da fabricação de ferro-gusa.

Composição: Cal, Sílica, Alumina.

Principais efeitos no concreto:

Melhor trabalhabilidade (dispersão das partículas);

Refinamento dos poros;

Maiores resistências (microestrutura mais densa);

Resfriamento rápido:

Partículas vítreas (não-cristalinas).

Moagem (finuras adequadas).

Cinzas de Casca de arroz

1 ton (Arroz) 200 kg (Casca) 40 kg (Cinza).

Propriedades similares à da sílica ativa.

Combustão controlada:

Sílica na forma não-cristalina;

Estrutura celular porosa;

Pozolana altamente reativa.

Micrografia eletrônica de varredura

(a) sílica ativa (b) cinza de casca de arroz

(MEHTA; MONTEIRO, 2008)

Metacaulim

Calcinação e moagem de argilas cauliníticas:

600°C a 900°C.

Produto primário.

Processo de produção rigorosamente controlado:

Pozolana de alta pureza e reatividade.

MCAR: Metacaulim de alta reatividade:

Argilas extremamente finas;

Altos teores de caulinita.

Sílica e alumina no estado amorfo.

Efeito semelhante ao da sílica ativa.

Fíller Calcário

Materiais carbonáticos.

Praticamente inertes na mistura.

Diâmetro médio similar ao do cimento ou menor.

Principais efeitos no concreto:

Trabalhabilidade

Densidade

Permeabilidade

Exsudação

Teores Ideais para Concretos com Adições Minerais

Adição Mineral Teor Ideal

Sílica Ativa 5 a 20%

Escória de Alto-Forno 55 a 70%

Cinzas Volantes 25 a 60%

Cinzas de Casca de Arroz 15 a 50%

Fíller Calcário 10 a 50%

(HOPPE FILHO, 2002 apud FURQUIM, 2006)