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BETO AUTO-COMPACTVEL ECO-EFICIENTE

FRANCISCO QUINTAS ARAJO

Dissertao submetida para satisfao parcial dos requisitos do grau de

MESTRE EM ENGENHARIA CIVILESPECIALIZAO EM MATERIAIS E PROCESSOS DECONSTRUO

Orientador: Professora Doutora Maria Joana lvares Ribeiro de

Sousa Coutinho

SETEMBRO DE 2011


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MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2010/2011

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

Tel. +351-22-508 1901

Fax +351-22-508 1446

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Editado por

FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO

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4200-465 PORTOPortugal

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mencionado o Autor e feita referncia a Mestrado Integrado em Engenharia Civil -

2010/2011 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da

Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2010.

As opinies e informaes includas neste documento representam unicamente o

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Beto Auto-Compactvel Eco-Eficiente

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AGRADECIMENTOS

A apresentao da minha Dissertao de Mestrado no ficaria completa, sem o meu reconhecimento atodos aqueles que contriburam para mais uma etapa da minha formao.

Comeo por agradecer minha orientadora Professora Joana Sousa Coutinho, pela contnua motivaoe disponibilidade. Sempre soube que organizar um trabalho com a sua orientao, era uma boaescolha.

Ao Laboratrio de Ensaios de Materiais de Construo, em especial ao Gil, Irene, Manuel, Ceclia,Fernando e Eng. Patrcia, pela ajuda e disponibilidade, facilitando o meu trabalho.

Eng Ana Mafalda Matos, pela inigualvel simpatia, disponibilidade no auxlio e contnua presenaem todas as fases do trabalho.

Aos meus colegas Telma e Jos, por ter sido possvel contar com eles sempre que quisesse, s possvelentre amigos.

Aos meus professores do Departamento de Materiais, com quem muito aprendi e que tenho dereconhecer-lhes competncia por elevada qualidade tcnica e humana.

minha querida mulher Madalena basilar da famlia e aos meus filhos Diogo, Vasco e Ins, pelacompreenso de lhes ter retirado momentos em conjunto, para favorecer os meus estudos. Tendoabdicado muito de si para proporcionar esse tempo, espao e suporte indispensvel concluso demais esta etapa.

Aos meus pais que me estimularam e me auxiliaram nos momentos menos bons, acreditaram, desde oprimeiro instante, pelo que lhes fico muito grato, por toda a educao.

Ao meu irmo, pela dinmica criada, que me ajudou a no esmorecer, acompanhando-me sempre

neste trajecto.A todos quanto, de algum modo contriburam e no foram aqui mencionados, agradeo a ateno ededicao de que fui alvo.


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RESUMO

Na actualidade, o beto e o ao so os materiais mais usados em estruturas na Engenharia Civil. Estesmateriais complementam-se e apresentam na estrutura as suas propriedades mais relevantes, agoramajoradas pela excelente capacidade de se agruparem como um todo. Conhecidas que so aspropriedades dos aos, nomeadamente a crescente capacidade resistente a tenses de servio e suamelhor ductilidade, apropriado tambm que o beto acompanhe esse desenvolvimento, sendo semprecapaz de na estrutura desempenhar as suas principais atribuies, muito em particular a de proteger oao de corroso e a de ser capaz de se defender das agresses ambientais, para que se obtenha umaestrutura durvel.

Em fase de projecto, antes mesmo de calcular e quantificar a capacidade resistente da estrutura,tomando como partida as aces a que a estrutura poder vir a estar sujeita durante a sua vida til, fundamental avaliar correctamente as condies de exposio s agresses ambientais, para que sepossa seleccionar um beto e seus constituintes, capaz de responder com eficincia aos requisitos dedurabilidade e assim, produzir uma estrutura apta para retribuir convenientemente a vida til de

projecto.

Desde sempre se reconheceu sucesso ao beto. As suas propriedades mecnicas e o baixo custo deproduo so-lhe muito favorveis quando comparado com outros materiais utilizados na EngenhariaCivil. Contudo, talvez o seu maior xito venha da habilidade e possibilidade de ser moldado emqualquer forma estrutural exigida, tirando partido do seu comportamento no estado fresco. Acresce-seainda, a possibilidade de o produzir, utilizando facilmente constituintes e adies acessveis nanatureza, no processamento de materiais inorgnicos anteriormente usados na construo e no uso deresduos industriais habitualmente capturados em filtros desde a implementao de leis ambientaismais rigorosas, ou at, mesmo, recorrendo preparao de resduos, tornando-os hidrulicos ouhidrulicos latentes quando em conjunto com cimento Portland, e que, podendo ser reciclados para

outras indstrias, habitualmente so colocados em aterros. Este paradigma torna o beto eco eficiente,pois ao ser produzido com menos recursos pode ser eficiente e ter impacto ambiental reduzido.

O conceito cada vez mais actual de durabilidade e a conscincia em respeitar os princpios ambientais,pode tornar o beto, o principal dinamizador de uma construo ecolgica e sustentvel.Efectivamente por todos reconhecido que o aquecimento global deve-se em grande parte emissode CO2 e que, na indstria do beto, mais de 85% da emisso de carbono provem dos fornos deproduo do clnquer. Torna-se urgente repensar esta indstria da construo e em particular o prpriobeto. Numa anlise mais distinta, pode-se considerar que, a palavra/conceito reduo desde logo umobjectivo, quaisquer que sejam as propostas de actuao. Se a construo de estruturas com menosbeto pode ser pensada, tambm menos cimento nas misturas de beto e menos clnquer para produzir

o cimento deve ser estudado. No momento j cerca de 35% a 65% da massa de clnquer presente nocimento Portland, pode ser substituda por diversos materiais complementares. Os exemplos maiscomuns so as cinzas volantes e pozolanas naturais.

A proposta a desenvolver neste trabalho ser a de, produzir um beto eco eficiente, com substituioparcial do cimento Portland por resduo de vidro finamente modo, com capacidade de se compactarsem recurso a energia de vibrao, produzir betes de elevada resistncia, ou betes que visam asnecessidades da indstria do Beto Pronto, onde mais de 95% do beto produzido com nveis deresistncia compresso de 35 MPa ou menos, assegurando sempre os requisitos de durabilidadeintrnseca da estrutura ou da sua exposio ambiental.


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ABSTRACT

Nowadays, concrete and steel are the materials most commonly used on structures in CivilEngineering. These materials complement each other and present their most important properties inthe structure, now increased by the excellent ability to behave as a whole. As the properties of steel areknown, including the increased ability of resistant service strains conditions and improved ductility, itis also appropriate that the concrete follows this development, being always able to perform its mainduties in the structure, particularly to protect steel from corrosion and to be able to defend itselfagainst environmental aggressions, in order to create a durable structure.

In the design stage, before calculating and quantifying the resistance capacity of the structure, startingfrom the actions that the structure may be exposed to during its lifetime, it is essential to properlyassess the conditions of exposure to environmental aggressors, in order to select a concrete, and itsconstituents, that are capable of responding effectively to the requirements of durability and thusproduce a structure conveniently able to render the lifetime of the project.

Concrete success as always been rightfully recognized. Because of the concretes mechanicalproperties and low production cost, it is very favorable when compared to other materials used in CivilEngineering. But perhaps its greatest success comes from the ability to be molded into any requiredstructural form, taking advantage of its fluid behavior in early ages. Moreover, the possibility ofproduction using easily accessible components and additions found in nature, the processing ofinorganic material previously used in construction and the use of industrial waste usually captured infilters, since the introduction of stricter environmental laws, or even using the preparation of waste,making them latent hydraulic or hydraulic when combined with Portland cement, which can berecycled for other industries and are usually placed in landfills. This paradigm makes concrete eco-efficient, which means its produced with fewer resources and therefore having a reducedenvironmental impact.

The increasingly more current concept of durability and respect for environmental principles, make theconcrete the main promoter of a sustainable and green construction. Recognized by everybody, globalwarming is in large part due to the emission of CO2 and in the concrete industry, over 85% of carbonemissions come from the production of clinker kilns. It is urgent to rethink this construction industryand in particular the concrete itself. In a more distinct analysis, we can consider that the word/conceptReduction is a clear objective, whatever the policy proposals. If the construction of structures withless concrete can be thought of, less cement in concrete mixtures and less clinker to produce cementshould also be studied. Currently, about 35% to 65% of the clinkers mass present in Portland cementcan be replaced by various complementary materials, being the most common examples fly ash andnatural pozzolana.

The proposal to develop this work will be to produce an eco-efficient concrete with partialreplacement of Portland cement with thin ground waste glass, with the ability to compact without theuse of vibrating energy, to produce high-strength concrete or concrete that addresses the needs ofready-mixed concrete industry, where more than 95% of concrete is produced with compressivestrength levels of 35 MPa or less, while ensuring the intrinsic durability requirements of the structureor its environmental exposure.


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NDICE GERAL

AGRADECIMENTOS ................................................................................................................................... i

RESUMO.................................................................................................................................................. iii

ABSTRACT ............................................................................................................................................... v

NDICE GERAL........................................................................................................................................ vii

NDICE DE FIGURAS ................................................................................................................................ xi

NDICE DE QUADROS ............................................................................................................................. xv

TERMINOLOGIA .................................................................................................................................... xvii

SIMBOLOGIA ......................................................................................................................................... xix

1 INTRODUO ...................................................................... 1

1.1 CONSIDERAES ................................................................................................................ 1

1.1.1 O BETO AUTO-COMPACTVEL.......................................................................................................... 1

1.1.2 O RESDUO DE VIDRO MODO ............................................................................................................. 2

1.2 OBJECTIVOS DA DISSERTAO ............................................................................................ 4

1.3 ORGANIZAO DA DISSERTAO......................................................................................... 5

2 NVEL DO CONHECIMENTO ............................................... 7

2.1 CONSIDERAES ................................................................................................................ 7

2.2 PROGRESSO DO BETO AUTO-COMPACTVEL ...................................................................... 9

2.3 VANTAGENS DO BETO AUTO-COMPACTVEL .................................................................... 10

2.4 USO DO VIDRO COMO ADIO ............................................................................................ 11

3 INFLUNCIA DOS PRINCIPAIS CONSTITUINTES .......... 15

3.1 PRINCPIOS PARA O ENCHIMENTO COM BETO AUTO-COMPACTVEL................................... 15


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3.2 CIMENTO .......................................................................................................................... 18

3.3 FLER CALCRIO (ADIO) ................................................................................................ 20

3.4 SLICA DE FUMO (MICROSLICA) ......................................................................................... 21

3.5 RESDUO DE VIDRO FINAMENTE MODO (GPF) .................................................................... 23

3.6 GUA ............................................................................................................................... 28

3.7 AGREGADOS .................................................................................................................... 28

3.8 ADJUVANTES.................................................................................................................... 31

3.8.1 HISTRIA ...................................................................................................................................... 31

3.8.2 CONSIDERAES GERAIS ............................................................................................................... 31

3.8.3 MECANISMO DE ACO DOS SUPERPLASTIFICANTES PCE ................................................................ 32

3.8.4 MECANISMO DE ACO DOS MODIFICADORES DE VISCOSIDADE ........................................................ 35

3.9 AR ................................................................................................................................... 37

4 BETO AUTOCOMPACTVEL TIPO FINOS ................... 39

4.1 INTRODUO .................................................................................................................... 394.2 MTODO........................................................................................................................... 39

4.3 FASE EXPERIMENTAL ........................................................................................................ 41

4.3.1 OPTIMIZAO GRANULOMTRICA .................................................................................................... 41

4.3.2 ENSAIOS DA PASTA (P) ................................................................................................................. 43

4.3.3 COMPOSIO DO BETO ................................................................................................................ 47

4.3.4 AMASSADURA DO BETO ................................................................................................................ 47

4.3.5 ENSAIOS REALIZADOS E PROCEDIMENTOS....................................................................................... 48

4.3.6 RESULTADOS DOS ENSAIOS REALIZADOS......................................................................................... 51

5 BETO AUTOCOMPACTVEL TIPO MODIFICADOR DE

VISCOSIDADE ........................................................................ 53

5.1 INTRODUO .................................................................................................................... 53


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5.2 MTODO E ENSAIOS .......................................................................................................... 53

5.3 PROCEDIMENTO DE MISTURA ............................................................................................. 57

5.4 FASE EXPERIMENTAL......................................................................................................... 59

5.4.1 OPTIMIZAO GRANULOMTRICA..................................................................................................... 60

5.4.2 PROPORO DE MISTURA ............................................................................................................... 61

5.4.3 AMASSADURA DO BETO ................................................................................................................. 62

5.4.4 ENSAIOS REALIZADOS E RESULTADOS.............................................................................................. 62

6 VALIDAO DO DESEMPENHO DAS COMPOSIES

EM PRODUO REAL ........................................................... 65

6.1 INTRODUO..................................................................................................................... 65

6.2 PRODUO E RESULTADOS IN SITU.................................................................................... 67

6.2.1 PRODUO E BETONAGEM .............................................................................................................. 67

6.2.2 ENSAIOS IN SITU............................................................................................................................. 71

6.3 ENSAIOS NO LEMC ........................................................................................................... 72

6.3.1 RESISTNCIA COMPRESSO SEGUNDO NPEN12390-3:2009 ....................................................... 73

6.3.2 RESISTNCIA TRACO POR COMPRESSO DE PROVETES SEGUNDO NPEN12390-6:2009 ........... 77

6.3.3 MDULO DE ELASTICIDADE EM COMPRESSO SEGUNDO A ESPECIFICAO LNECE397:1993 ........... 78

6.3.4 ABSORO DE GUA POR CAPILARIDADE BASEADO NA ESPECIFICAO LNECE393:1993 ................ 81

6.3.5 RESISTNCIA CARBONATAO SEGUNDO A ESPECIFICAO LNECE391:1993 .............................. 84

6.3.6 COEFICIENTE DE DIFUSO DE CLORETOS SEGUNDO A ESPECIFICAO LNECE463:2004.................. 88

6.3.7 ENSAIO ACELERADO DA REACO ALCALI SLICA SEGUNDO A ASTMC1260:2007 ............................. 90

6.4 OUTROS ENSAIOS IN SITU.................................................................................................. 93

6.4.1 ENSAIOS NA PREFABRICAO.......................................................................................................... 93

6.4.2 ENSAIOS NO BETO PRONTO ........................................................................................................... 97

7 CONCLUSES ................................................................. 103


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7.1 CONSIDERAES............................................................................................................ 103

7.2 O FUTURO ...................................................................................................................... 104

7.3 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................ 105

ANEXOS: ............................................................................................................................... 109


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NDICE DE FIGURAS

Fig. 2.1 - Trabalho de vibrao em betonagem de laje ........................................................................... 7

Fig. 2.2 - Armadura tipo R1 .................................................................................................................... 8Fig. 2.3 - Necessidades de mo-de-obra em beto auto-compactvel, Okamura e Ouchi (RILEM) ....... 8

Fig. 2.4 - Panteo de Agripa ...................................................................................................................12

Fig. 3.1 - Modelo reolgico de Bingham-Krper e o comportamento de um fluido Newtoniano .........16

Fig. 3.2 - Tenso superficial reduzida. Melhor trabalhabilidade do beto ..........................................16

Fig. 3.3 - Comparao de um BAC com beto vibrado, [H. Grube e J. Rickert, VDZ Dsseldorf, Beton

(1999)] ....................................................................................................................................................17

Fig. 3.4 - Cone de Hger (Hgermanntrichter) ......................................................................................17

Fig. 3.5 - Formao da etringite .............................................................................................................18

Fig. 3.6 - Fler calcrio ...........................................................................................................................20

Fig. 3.7 - Slica de fumo vista no MEV (Knig, 2007) ..........................................................................22

Fig. 3.8 - Slica cristalina (esquerda), slica amorfa (direita) (Georgia Institute of Technology) ..........23

Fig. 3.9 - Aspecto do GPF aps ser preparado em moinho com gua ...................................................25

Fig. 3.10 - Aspecto do GPF aps secagem em estufa ............................................................................26

Fig. 3.11 - Preparao do GPF na mquina Los Angeles .......................................................................26

Fig. 3.12 - Tambor da mquina Los Angeles calafetado ........................................................................27

Fig. 3.13 - Recolha do GPF para armazenamento em depsito .............................................................27

Fig. 3.14 - Adsoro disperso das partculas de cimento (Schrimpf, 2001). ........................................32

Fig. 3.15 - Grau de adsoro (Hauck, 1999) ..........................................................................................33

Fig. 3.16 - Polmero ter de policarboxilato, adsoro pelo cimento, (Knig, 2001) ............................33

Fig. 3.17 - Cadeia de polmero PCE, (Knig, 2001) ..............................................................................34

Fig. 3.18 - Mecanismo de aco dos superplastificantes PCE, (Knig, 2001).......................................34

Fig. 3.19 - Mecanismo de aco dos superplastificante PCE, com alto desempenho, (Euromodal 2001)

................................................................................................................................................................35

Fig. 3.20 - Water envelope, (Euromodal, 2007) ....................................................................................36

Fig. 3.21 - Aparelho para medir teor de ar (pressiomtrico) ..................................................................38

Fig. 3.22 - Aparelho Air-Void Analyzer.............................................................................................38

Fig. 4.1 - Ensaio de espalhamento NP EN 12350-5 ...............................................................................40

Fig. 4.2 - Baridade compactada da mistura ............................................................................................42

Fig. 4.3 - Sequncia da mistura de finos ................................................................................................43

Fig. 4.4 - Verificao do espalhamento ..................................................................................................44

Fig. 4.5 - Sequncia da amassadura do beto .........................................................................................48


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Fig. 4.6 - Ensaio na mesa de espalhamento ........................................................................................... 49

Fig. 4.7 - Medio do dimetro de espalhamento no Ensaio de espalhamento do beto ................... 50

Fig. 4.8 - Anel japons .......................................................................................................................... 50

Fig. 4.9 - Ensaio por escoamento no funil V ......................................................................................... 51Fig. 5.1 - Mtodo da sonda (o arame de ferro tem um dimetro de 1.6 mm) ........................................ 55

Fig. 5.2 - Ensaio de estabilidade esttica ............................................................................................... 55

Fig. 5.3 - Ensaio da resistncia segregao no peneiro ....................................................................... 56

Fig. 5.4 - Procedimento de mistura do BAC-MV .................................................................................. 58

Fig. 5.5 - Esquemas de polmeros (EUROMODAL, 2008) .................................................................... 59

Fig. 5.6 - Misturadora de eixo vertical .................................................................................................. 62

Fig. 5.7 - Ensaio de espalhamento e de penetrao por mtodo da sonda ............................................. 63

Fig. 6.1 - Peas Lego ............................................................................................................................. 65Fig. 6.2 - Moldes dos provetes para ensaio no LEMC .......................................................................... 66

Fig. 6.3 - Transporte das adies e moldes ............................................................................................ 66

Fig. 6.4 - Central de beto ..................................................................................................................... 67

Fig. 6.5 - Produo, transporte e colocao do BAC nos moldes ......................................................... 68

Fig. 6.6 - Molde para pea Lego ............................................................................................................ 69

Fig. 6.7 - Betonagem do molde para pea Lego .................................................................................... 70

Fig. 6.8 - Superfcie do BAC-F 20%GPF .............................................................................................. 70

Fig. 6.9 - Ensaio de espalhamento no BAC-MV 20%GPF ................................................................... 71

Fig. 6.10 - Extraco das carotes ........................................................................................................... 73

Fig. 6.11 - Ensaio de resistncia compresso na prensa do LEMC .................................................... 74

Fig. 6.12 - Ensaio de traco por compresso diametral ensaio brasileiro ........................................ 77

Fig. 6.13 - Ensaio para determinao do mdulo de elasticidade por compresso ............................... 79

Fig. 6.14 - Ensaio de absoro de gua por capilaridade ....................................................................... 81

Fig. 6.15 - Provetes pulverizados com fenolftalena ............................................................................. 85

Fig. 6.16 - Medio da penetrao da carbonatao .............................................................................. 85

Fig. 6.17 - Preparao dos provetes por saturao de Ca(OH)2 ............................................................ 88

Fig. 6.18 - Barras para ensaio RAS ....................................................................................................... 92

Fig. 6.19 - Aspecto da mesa preparada para receber o BAC, para elemento parede ............................. 94

Fig. 6.20 - Aspecto da viga/pilar antes e aps betonagem ..................................................................... 94

Fig. 6.21 - Aspecto do molde e armadura, para a produo do carril .................................................... 95

Fig. 6.22 - Carril pr-fabricado e painis parede ................................................................................... 96

Fig. 6.23 - Centro de produo de beto pronto da S. Pintos ................................................................ 97

Fig. 6.24 - Bombagem do BAC-MV 20%GPF ..................................................................................... 98


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Fig. 6.25 - Betonagem de laje macia ....................................................................................................98

Fig. 6.26 - Betonagem de laje aligeirada ................................................................................................99

Fig. 6.27 - Betonagem de laje macia por descarga directa da autobetoneira (EUROMODAL) ............99


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NDICE DE QUADROS

Quadro 3.1 - Controlo estatstico mensal do cimento CEM I 42,5 R .....................................................19

Quadro 3.2 - Anlise qumica do fler A ................................................................................................20Quadro 3.3 - Anlise da distribuio de partculas do Fler A ...............................................................21

Quadro 3.4 - Anlise qumica do vidro modo GPF ...............................................................................24

Quadro 3.5 - Caracterizao dos agregados ...........................................................................................29

Quadro 3.6 - Dados tcnicos dos adjuvantes ..........................................................................................37

Quadro 4.1 - Distribuio granulomtrica, optimizao dos agregados ................................................41

Quadro 4.2 - medio do espalhamento da pasta ...................................................................................45

Quadro 4.3 - Resultados da medio do espalhamento da pasta ............................................................45

Quadro 4.4 - Projecto do sistema da pasta .............................................................................................46

Quadro 4.5 - Clculo da composio do beto auto-compactvel .........................................................47

Quadro 4.6 - Resultados das amassaduras do BAC-F ............................................................................52

Quadro 5.1 - Especificao dos BAC no estado fresco (adaptado de [APEB, 2007]) ...........................57

Quadro 5.2 - Distribuio granulomtrica, optimizao dos agregados ................................................60

Quadro 5.3 - Clculo da composio do BAC-MV ...............................................................................61

Quadro 5.4 - Resultados das amassaduras do BAC-MV ........................................................................63

Quadro 6.1 - Resultados das amassaduras do BAC ...............................................................................71

Quadro 6.2 - Resultados da resistncia compresso do BAC a diferentes idades (N/mm2) ................74

Quadro 6.3 - Resultados da resistncia traco por compresso do BAC aos 28 dias de idade

(N/mm2) ..................................................................................................................................................78

Quadro 6.4 - Resultados do mdulo de elasticidade por compresso do BAC aos 28 dias de idade .....80

Quadro 6.5 - Coeficientes de absoro de gua por capilaridade (mm/min0,5) ......................................82

Quadro 6.6 - Resultados da carbonatao ..............................................................................................87

Quadro 6.7 - Resultados difuso de cloretos no BAC aos 28 e 90 dias de idade ...................................89

Quadro 6.8 - Resultados da expanso mdia em ensaio acelerado da reaco alcali-slica (%) ............92

Quadro 6.9 - Resultados do BAC-F na prefabricao ............................................................................96

Quadro 6.10 - Resultados do BAC-MV no beto pronto .....................................................................101


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TERMINOLOGIA

air-void analyzer analisador de bolhas de ar

high-performance concrete beto de elevado desempenho

Kajima fill box enchimento na caixa Kajima

L-Box caixa-L

polymer Backbone cadeia central do polmero

self-compacting concrete beto auto-compactvel

selfcompacting high performance concrete beto auto-compactvel de elevado desempenho

sieve segregation test ensaio de segregao no peneiro

steric hindrance repulso estricaU-Box caixa-U

V-Funnel ensaio de fluidez do beto

water envelope cela de gua


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SIMBOLOGIA

P razo volumtrica gua/finos correspondente a deformao da pasta nula

Dns coeficiente de difuso aparente

Dnsm coeficiente mdio de difuso aparente

EP factor de deformao

Gm rea de espalhamento relativa para as pastas

m10 dm Topf massa dos agregados compactados num volume de 10 dm3

Mp massa total de pastaVp volume de pasta

VV volume de vazios

VW/VP razo volumtrica gua/finos

w/c razo entre a massa de gua e a massa de cimento

XC Classes de exposio para o risco de corroso induzida por carbonatao


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1INTRODUO

1.1 CONSIDERAES

1.1.1 O BETO AUTO-COMPACTVEL

Durante muitos anos o problema da durabilidade das estruturas em beto foi tema principal dediscusso. Para produzir estruturas de beto durveis, para alm de resistncias mecnicas e teores decimento elevados, era necessrio utilizar energia suficiente de compactao de modo a tornar o beto omais compacto possvel provocando a sada do ar e facilitando o arranjo interno das partculas,devendo tambm o contacto com o molde e com as armaduras, ser perfeito. Para tal, a execuo destetrabalho ter de ser sempre realizado por operrios especializados. Apesar de se poderem dispor dosmelhores meios e bons operrios, elevada a possibilidade de patologias no previstas na estrutura,como a falha no enchimento do molde e, mais especificamente, no haver envolvimento da armadura,assim como o aparecimento de ninhos de brita, obrigando a maior parte das vezes a onerosostrabalhos de reparao, seja de cosmtica ou at mesmo de reforo estrutural.

A falta de trabalhadores especializados e a possibilidade de a prpria interveno humana poderoriginar falhas, promover a reduo da qualidade dos trabalhos de construo. Tambm o beto , namaior parte das vezes, compactado por trabalhadores no especializados, em que o acompanhamentopor um tcnico especializado no efectuado. O recurso a vibrao por agulha como procedimentomais habitual na compactao do beto fresco constitui uma razo para atrasos e aumento de custos,sendo os distrbios de sade provocados pela prpria vibrao transmitida aos trabalhadores um factordo absentismo dos operrios.

Uma soluo para obter estruturas durveis, independentemente da qualidade da especializao dosseus operrios, o beto auto-compactvel (BAC), que pode ser compactado exclusivamente pelo seuprprio peso e sem necessidade de energia de compactao. A necessidade deste tipo de beto foiproposto por Okamura em 1986.

Desde ento, vrias investigaes foram realizadas e este tipo de beto tem sido utilizado nasestruturas, principalmente pelas grandes construtoras ou na pr-fabricao. Os seus parmetros deexigncias manifestam-se na supresso completa de vibrao e na reduo considervel do nmero detrabalhadores envolvidos na betonagem. O beto facilmente colocado no interior do molde e oacabamento de superfcie ser de muito boa qualidade e os custos finais devero ser reduzidos.

Joost Walraven da Universidade Alem de Darmstadt defende que, agora, o beto de desempenhodeterminado poder ser j considerado como o herdeiro natural do beto de elevado desempenho.O beto passa ento a acompanhar mais fielmente os requisitos do projecto e os cada vez mais


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exigentes aspectos arquitectnicos, garantindo sempre as resistncias mecnicas e de durabilidade,mas agora com compromisso relativamente s propriedades requeridas no estado fresco e endurecido.

Investigadores, empresas de construo, Universidades e outras instituies, desenvolveram trabalhoscom vista ao estabelecimento de mtodos de estudo da composio e de mtodos de ensaio de auto-compactabilidade, sendo que, alguns deles so agora conhecidos pelo nome do seu mentor. Todos elesestavam imbudos do mesmo esforo, que seria, o de tornar o beto auto-compactvel, um betocorrente.

Com as diferentes abordagens, versando os constituintes do beto auto-compactvel, seu desempenhoe propriedades, foi possvel classificar este beto, em funo do mtodo utilizado para prevenir aocorrncia de segregao com o aumento da viscosidade da pasta. Simplificadamente so conhecidoscomo sendo:

Tipo finos (BAC-F), com recurso a um elevado volume de finos;

Tipo agente de viscosidade (BAC-MV), adicionando um agente de viscosidade;

Tipo combinao, combinao dos dois mtodos anteriores.

O beto auto-compactvel, sob o ponto de vista ecolgico e ambiental de primordial importncia, jque, qualquer que seja o tipo seleccionado permite contribuir para a sustentabilidade na construo,pois est isento do uso de energia de compactao com inevitvel eliminao do rudo e, assim,reduo da poluio sonora. Tambm requerida menos energia para a mistura dos seus componentesquando comparado com um beto tradicional. A utilizao de novos polmeros adjuvantes permitereduo dos teores de cimento e de volume de finos, com bvias implicaes na reduo de emissesde dixido de carbono (CO2). A sua importncia de eficincia ecolgica igualmente comprovada,pela capacidade deste beto poder incluir subprodutos industriais, alguns inertes outros emsubstituio parcial do cimento, sem comprometer o necessrio desempenho das estruturas de beto,de forma a garantir a manuteno de perodos de vida til suficientemente alargados.

1.1.2 O RESDUO DE VIDRO MODO

Em todo o mundo e em particular na Unio Europeia, nos pases industrializados e economicamentemais desenvolvidos, assiste-se agora a uma maior preocupao com a consolidao e sustentabilidadedo desenvolvimento alcanado. Entre essa preocupao, os aspectos ambientais tornam em siimportncia essencial. O tema da indstria da construo v-se agora, fixado em acompanhar as novasreferncias de exigncias ambientais, j com tradio em conscincia social e opinio pblica, muitasdelas traduzidas em Leis Ambientais.

Sendo estatisticamente reconhecido que, o beto a seguir gua o produto mais consumido noplaneta e que, apesar de o beto ter s 10% a 15% de cimento na sua constituio, em cada ano aindstria de beto usava 1,6 bilies de toneladas de cimento como ligante (Mehta, 2002), sendo ovalor actual de cerca de 3 bilies de toneladas (Zampini, 2009). Mas no s a utilizao dos recursosnaturais e os consumos energticos fsseis, com a prejudicial emisso de dixido de carbono, com quea Industria de Construo se depara. A deficiente durabilidade de um grande nmero de estruturas debeto armado, com dispendiosas intervenes de reparao e manuteno no previstas em projecto,provocou um aprecivel acrscimo no consumo de cimento e de recursos no renovveis, nocontribuindo para uma construo sustentvel.

A utilizao na Indstria da Construo de produtos provenientes de estruturas demolidas ou de

resduos de outras indstrias um dos pontos em foco. Contudo, a reutilizao nem sempre est livre


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de inconvenientes, havendo, para isso, necessidade de avaliar de um modo cientfico, as implicaesfsicas e qumicas que a introduo desses resduos possam vir a carrear para a nova estrutura, quandoavaliado o seu desempenho e durabilidade.

Na Industria da Construo a reutilizao do vidro , na prtica, de difcil execuo. Muitas vezes utilizado na construo de estradas, nas camadas de base ou de desgaste, ou, ento, no fabrico de novovidro, sendo as impurezas levadas para aterro. Numa anlise menos cuidada, o estudo da reutilizaodo vidro poderia em si no ser matria de ateno, contudo, objectivamente, sabemos que o vidro constitudo essencialmente por slica amorfa e em pequenas percentagens de sdio e clcio. Assim, ovidro contm, partida, uma composio qumica muito vantajosa ao desenvolvimento da reacopozolnica.

No obstante toda a produo de vidro, se resumir, essencialmente, a reunir materiais bsicos baratoscom pequenas quantidades de aditivos, a maior parte do custo desse produto final est na instalaonecessria sua produo e energia utilizada na fuso desses componentes, com inevitvel emissode CO2. Tambm, a indstria vidreira responsvel por uma enorme quantidade de resduos de vidro.

Apesar disso, o vidro um material ideal para ser reciclado, podendo, em abstracto, ser infinitamentereutilizado e reciclado, reduzindo assim o volume enviado para aterros sanitrios, minorando oconsumo de energia e indo ao encontro do definido nas directrizes do Protocolo de Quioto.

A utilizao do resduo de vidro como substituto parcial do cimento em princpio, duplamentebenfica para o ecossistema mundial, j que passar a estar intimamente ligada a uma diminuio dasemisses de CO2 para a atmosfera. De facto, se ao ser empregue elimina o envio desses volumeseventualmente para aterro ou para reutilizao com inevitvel consumo de energia, ao aproveitar aspropriedades pozolnicas deste material, diminui-se a produo de cimento Portland, sendo relevanteque, esta produo responsvel pela emisso de uma tonelada de dixido de carbono por cadatonelada de clnquer produzido e que a indstria do cimento concorre com cerca de 7% do total de

emisses para a atmosfera.Se como j observado, h um elevado uso de recursos na reparao e manuteno no previstas deestruturas, convm estar atento s propriedades de alguns resduos e subprodutos industriais, quetenham propriedades pozolnicas, pois eles, com essas propriedades, podem contribuir para adurabilidade do beto, nomeadamente em condies de agresses ambientais muitas vezes de difcilpreviso, como so o ataque de cloretos, os ataques qumicos e as reaces alcali-slica. O vidro peloseu elevado contedo em slica amorfa (SiO2 ~ 70%) caracteristicamente um material pozolnico,contudo, numa primeira anlise no satisfaz o requisito para o teor em alcalis, segundo a NP 4220,devido elevada percentagem (~15%) de xido de sdio (Na2O), facto que desde logo dever levar auma cuidada ateno.

A utilizao de resduo de vidro, na condio de vidro finamente modo (GPF) como constituintepozolnico, est relacionada com o entendimento existente quanto s medidas preventivas para areaco alcali-slica, assim, se o resultado provvel desta reaco est relacionado com os diferentesies contidos nos poros da gua da amassadura e da disponibilidade evidenciada pela slica e pelosalcalis, tambm se reconhece entre outras aces preventivas, que a adio numa mistura, de slicareactiva finamente moda, pode reduzir ou eliminar essa reaco expansiva (Bhatty, 1985).

A acumulao progressiva de resduos de vidro e consequentes questes ambientais tem incentivadovrios estudos com o intuito de avaliar o uso de vidro como substituio parcial de cimento esubstituio parcial de agregados finos. No caso de agregado fino, tem vindo a ser comprovadoexperimentalmente que a expanso do beto tanto maior quanto menor o tamanho da partcula, at a


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um dimetro aproximadamente de 75 m, sendo que para valores inferiores a reaco desenvolve-sede forma mais dispersa e sem grandes expanses (Coutinho, 2011).

O resduo de vidro dificilmente est disponvel, pronto a ser utilizado como adio, pelo contrrio, estfacilmente acessvel em pequenos fragmentos ou cacos, aps recolha e seleco, dos resduosindustriais e domsticos, o que obrigar sempre sua preparao, pela conveniente reduo dadimenso das partculas. No obstante, a seleco poder melhorar as caractersticas do produto final, asua moagem e manipulao, acarretam alguns custos, podendo estes ser significativamente reduzidos econtrolados, quando houver uma produo mais industrializada.

1.2 OBJECTIVOS DA DISSERTAO

Na perspectiva de contextualizar como objectivo deste trabalho, a produo de betes auto-compactveis eco-eficientes, sero avaliados dois tipos de beto auto-compactvel, do tipo finos eoutros do tipo agente de viscosidade. Em ambos os casos prevalecer o interesse na substituio

parcial do cimento, tendo em conta no s a sua eco-eficincia, mas tambm, os requisitos deresistncia e de durabilidade.

Fica previamente estabelecido que segundo a Especificao LNEC E464:2007 ambos os betesdevero cumprir os requisitos para a classe de exposio ambiental XC4. O beto auto-compactvel dotipo finos (BAC-F) ter uma resistncia compresso superior ao mnimo definido e dever garantir oC50/60, enquanto o beto auto-compactvel do tipo modificador de viscosidade (BAC-MV) dever tera classe de resistncia definida pela Especificao, ou seja, ser no mnimo um C30/37.

O trabalho de dissertao permitir, estudar experimentalmente diferentes tecnologias para a produode beto auto-compactvel, com recurso a metodologias diferenciadas, em que se avalia o efeito sobreo beto fresco e endurecido, da substituio do cimento por resduo de vidro modo (GPF), mantendo arazo gua/ligante, tendo como finalidade vir a ser usado na indstria de pr-fabricao e na indstriade beto pronto.

Na fase experimental o principal interesse, o de tentar responder s necessidades da indstria dobeto, poder optimizar as composies de beto auto-compactvel para resistncias diferenciadas, masassegurando sempre os requisitos de durabilidade. A substituio parcial do cimento por GPF seravaliada pela utilizao de misturas, que so ligantes hidrulicos, em conformidade com a NP 4220 ecom a Especificao LNEC E464, para situaes relacionadas com a durabilidade. Para convenienteanlise dos resultados, sero feitas misturas de controlo s com CEM I e outras com slica de fumocomo adio tipo II.

Foi tambm objectivo de, na fase experimental abordar e identificar os ensaios existentes para betofresco, assim como, executar alguns deles. Em produo sero adoptados aqueles que se achar pormais conveniente, tendo em conta as condies existentes e a cadncia de produo.

Com o propsito de avaliar, com aplicaes prticas as composies estudadas, sero produzidos insitu, elementos prefabricados para posterior caroteamento com vista a ensaios de durabilidade. Para odesempenho do beto fresco e durabilidade do beto endurecido, todas as misturas serviro para aconstruo de elementos pr-fabricados, assim como, sero utilizadas em central de Beto Pronto composterior entrega do beto produzido, numa obra para construo de laje macia.

Como este assunto pouco desenvolvido em Portugal, foi muito relevante o estado de conhecimentodas tecnologias utilizadas em outros pases, dando particular relevo Alemanha e Holanda, donde

realamos a MFPA da Universidade de Weimar, em particular o Prof. Dr. Wolfgang Bethge.


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1.3 ORGANIZAO DA DISSERTAO

A presente dissertao encontra-se estruturada da seguinte forma:

CAPITULO 1 - reflexo sobre algumas consideraes relevantes e descrevendo os objectivos

e a estrutura do trabalho presente. CAPITULO 2 - desenvolve de um modo sumrio no s a histria e principais motivos parao progresso do beto auto-compactvel e do recurso utilizao de materiaisinorgnicos adicionados na amassadura, mas tambm aborda o estado doconhecimento de maior relevncia.

CAPITULO 3 - influncia individual dos constituintes utilizados nestes betes auto-compactveis, com particular incidncia nos que apresentam particularidadespara a produo de betes eco-eficientes.

CAPITULO 4 - descrio do beto auto-compactvel tipo finos, inicialmente proposto porOkamura et al (1986), agora com desenvolvimento, de um projecto demistura sistemtico, respectiva avaliao dos resultados do beto fresco e

endurecido, dos ensaios efectuados em laboratrio. Neste Capitulo sotambm descritas as experincias escala real realizadas in situ.

CAPITULO 5 - descrio do beto auto-compactvel tipo agente de viscosidade, respectivaavaliao dos resultados do beto fresco e endurecido, dos ensaiosefectuados em laboratrio. Neste Capitulo so tambm descritas asexperincias escala real realizadas in situ.

CAPITULO 6 - validao do desempenho das composies estudadas em produo realnuma pr-fabricao, com fabrico de elementos para posteriores ensaios.

CAPITULO 7 - concluses relevantes do trabalho realizado, dando particular realce sobservaes feitas em obra e expectativas de alguns agentes envolvidos na

utilizao desta tecnologia emergente.


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2NVEL DO CONHECIMENTO

2.1 CONSIDERAES

No incio dos anos 80 e durante vrios anos, o problema da durabilidade das estruturas em beto foium tema central de maior interesse no Japo. Para fabricar estruturas de beto durveis era necessrioo recurso a trabalhadores especializados em compactar o beto. Contudo, com a diminuio detrabalhadores disponveis para esta arte de moldagem do beto e a dificuldade em inspeccionar todo osistema, como se atenta na figura 2.1, levou, em paralelo a uma reduo na qualidade da construo,tendo sido, muito em especial, o Japo, a comandar a avaliao sobre esses receios. convenientecompactar o beto de forma correcta e deve interromper-se a vibrao quando o ar deixa de sair do seuinterior, pois vibraes excessivas ou insuficientes so prejudiciais, tendo como resultado natural, areduo da capacidade de desempenho da estrutura. A utilizao dos vibradores de beto muitonociva para os seus operadores, j que a prpria vibrao transmitida aos operadores dos vibradores deagulha responsvel por alteraes na circulao sangunea e no sistema vascular, provocando

doenas de trabalho designadas por white finger syndrome tambm conhecida como sndrome dosdedos mortos. Esse distrbio afecta no s os vasos sanguneos, como tambm, os nervos, msculos earticulaes da mo, punho e brao, prejudicando dezenas de milhares de trabalhadores. Este distrbiopode tornar-se permanente e em casos extremos o doente pode perder os dedos, sendo justificaofrequente para a ausncia do trabalhador.

Fig. 2.1 - Trabalho de vibrao em betonagem de laje

Na abordagem durabilidade do beto, essencial que toda a estrutura em beto continue a executar a

sua funo prevista, mantendo a sua resistncia e servio, durante o tempo de vida til previsto no


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projecto. O beto deve ser capaz de suportar os processos de deteriorao, que seja expectvel virem aser expostos e ento, este beto diz-se durvel.

Uma das dificuldades em poder obter resultados convenientes a colocao e compactao do betoem zonas de grande densidade de armadura do tipo R1 (com armadura > 350 kg/m 3, recomendao daJSCE - Japan Society of Civil Engineers) como visvel na Figura 2.2, em zonas do molde comgeometrias desfavorveis, com, em geral, dificuldades de acesso e de vibrao eficaz, onde o betotradicional tem muita dificuldade em preencher totalmente essas zonas.

Fig. 2.2 - Armadura tipo R1

Uma soluo para conseguir uma estrutura de beto durvel, independentemente da qualificao dosseus trabalhadores ou da geometria dos seus elementos estabelecidos no projecto de arquitectura, obeto auto-compactvel, que pode ser colocado em toda a cofragem, simplesmente pelos seu prprios

meios com recurso gravidade e sem necessitar de qualquer efeito de energia de vibrao, comoproposto por Okamura em 1986, (Fig. 2.3).

Trabalhadores Beto

especializados auto-compactvel

a diminuir no futuro

Estruturas de Beto Durveis

Fig. 2.3 - Necessidades de mo-de-obra em beto auto-compactvel, Okamura e Ouchi (RILEM)

Vrios foram os investigadores que tentaram estabelecer mtodos de ensaio e mtodos racionais paraqualificao de misturas, tendo em vista tornar o beto auto-compactvel um beto corrente. Foi muitoimportante o empenho das grandes empresas Japonesas, na medida em que eram elas tambm as maisprejudicadas com os avultados custos de reparao e tratamento das patologias decorrentes da


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utilizao de betes compactados por energia de vibrao. Note-se tambm que no Japo obrigatrioem empresas de construo, investir uma certa percentagem do lucro em investigao.

2.2 PROGRESSO DO BETO AUTO-COMPACTVELSempre que, anteriormente fosse necessrio colocar beto em que a sua compactao era inexequvel,eram desenvolvidas composies que melhorassem o comportamento do beto fresco. Algumas dessasbetonagens como a construo de estacas moldadas ou as betonagens submersas, concretizadas combons resultados, foram efectuadas com recurso a elevados teores de cimento, normalmente superior a500 kg/m3 e estabilizadas a partir dos anos 80 com adjuvantes bio-polmero (Untervassercompound)compostos por polissacardeos, com capacidade de aumentar fortemente a coeso do beto, quandocolocado debaixo de gua (Sogo, 1985). Quando estas composies eram produzidas, tambm com orecurso a adjuvantes superplastificantes para se obterem aumentos de fluidez, esse desgnio eraatingido, mas com a fatalidade de se obterem amassaduras instveis, com segregaes muito elevadas

e mesmo assim, muitas vezes necessitando de compactao.A ideia de um beto auto-compactvel proposta por Okamura em 1986 estaria nessa altura, a dar osprimeiros passos, mas a tarefa no seria fcil, pois o beto submerso era um beto que estava sujeito spresses envolventes e desse modo podia expelir algum do ar ocluso. Porm o beto que se procuravaera um beto para ser utilizado na superestrutura onde o tipo submerso no teria bom desempenho,pois a forte coeso da matriz de beto promove uma viscosidade demasiado elevada, no permitindoque o ar aprisionado se liberte para o exterior, impedindo, assim, que o beto seja auto-compactvel.

O primeiro modelo exemplar do beto auto-compactvel foi inicialmente desenvolvido em 1988,usando materiais correntes do mercado (RILEM). O prottipo teve um desempenho satisfatrio no querespeita ao endurecimento, s retraces do beto endurecido, calor de hidratao, densidade aps

endurecido, entre outras propriedades. Este beto foi denominado de High Performance Concrete efoi definido pelas trs seguintes etapas do beto:

Fresco: auto-compactvel; Idade jovem: evitar defeitos iniciais; Endurecido: proteco contra factores externos.

Quase ao mesmo tempo o High Performance Concrete foi definido como um beto de elevadadurabilidade devido baixa razo w/c, pelo Professor Aitcin et al. Desde ento, o termo high

performance concrete, tem sido usado em todo o mundo, para designar um beto de elevadadurabilidade e resistncia. Por esse motivo, alguns autores mudaram a designao do beto, paraselfcompacting high performance concrete (RILEM).

J em 1989 na Universidade de Tquio, foi revelado pela primeira vez o desempenho deste novobeto. A experincia consistiu em colocar a par dois conceitos de beto, um convencional e um outronovo material que se esperava demonstrar. Foram betonados dois moldes, um com o beto tradicionale o outro com o beto auto-compactvel tendo os resultados sido bem expressivos: enquanto no betoconvencional a superfcie apresentava cavidades por compactao deficiente, o beto auto-compactvel apresentava a superfcie livre de vazios, tendo sido obtido total enchimento do molde.

Com esta visibilidade, vrias foram as empresas, Institutos e Universidades Japonesas, que aderiram aeste sucesso, desenvolvendo, muitas delas, mtodos e solues, como foi o caso da Kajima e daMaeda. Tambm em outros pases foram feitos seminrios, permitindo a permuta de conhecimentos e,assim, acelerar o processo de desenvolvimento do beto auto-compactvel, passando em muitos doscasos pelo desenvolvimento de novos adjuvantes, com melhor aptido para este novo conceito de


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beto. Estes novos adjuvantes so agora conhecidos como Adjuvantes de Nova Gerao e baseadosem ter de Policarboxilato (PCE).

Na Europa foi de fundamental relevncia a formao do RILEM The International Union of Testingand Research Laboratories for Materials and Structures, TC 174-SCC (1997), cuja finalidade eraavaliar o estado da arte. De particular importncia na fase inicial foi tambm a visita em 1993, do Prof.Joost Walraven ao laboratrio do Prof. Okamura, na Universidade de Tquio, assim como, apossibilidade que o grupo do Prof. Walraven, entretanto formado, teve em receber por um perodoalargado na Universidade de Delf, o investigador tcnico japons Kazunori Takada, com largaexperincia enquanto investigador da Kajima (Skarendahl, 2000).

As empresas qumicas multinacionais produtoras de polmeros souberam sempre acompanhar odesenvolvimento deste novo conceito, com a apresentao de novos polmeros com base em PCE,agora reconhecidos como de Terceira Gerao. Os novos adjuvantes melhoram, genericamente, todasas propriedades incluindo a reologia do beto auto-compactvel, podendo, com o seu aparecimento,ser usadas dosagens inferiores, sendo os betes produzidos mais robustos, mesmo quando

confrontados com diferenas qumicas nos cimentos.

2.3 VANTAGENS DO BETO AUTO-COMPACTVEL

As mais-valias desta tecnologia emergente so muito diversas, contudo, podem ser elencadas em duasgrandes vertentes. Se por um lado, a reduo de custos pode ser considerada factor de especial atenopelos agentes intervenientes na seleco do beto a ser utilizado na estrutura, tambm no menosverdade que a sustentabilidade ecolgica/ambiental ter de ser um factor relevante na sua seleco.

Tomando a reduo de custos como tema central, rapidamente se verifica que, com esta novatecnologia de fabricar beto, muitas das patologias do beto armado sero eliminadas, nomeadamenteaquelas que advm da utilizao de betes que no prescindem do recurso a energia de vibrao parapoderem ser moldados com eficcia. Estas falhas materializam-se nas mais diversas patologias, pondoem causa a resistncia e durabilidade dos elementos estruturais, e, por consequncia, a estrutura naqual esto incorporados, obrigando a dispendiosos custos no s de reparao como de temponecessrio para a interveno.

Neste captulo no s a vantagem tcnica aquela que digna de realce mas devem ser tambmincludos todos aqueles que esto envolvidos no processo produtivo, desde o fornecedor dos materiaisat ao dono de obra, passando pelos tcnicos responsveis pelo projecto, incluindo a rea comercial,pois produzir melhor, em menos tempo e com menor custos um objectivo que satisfaz qualquer umdos intervenientes. A reduo de custos resulta, numa primeira anlise, do facto de j no ser

necessrio vibrar para se asseverar o enchimento total do molde, incluindo locais de difcil acesso ecompleto envolvimento da armadura com a conveniente passivao, tambm aproveitando algumacapacidade auto-nivelante, podendo o acabamento por talochamento ser eliminado, obtendo-se,mesmo assim, superfcies uniformes e aveludadas. Homogeneidade na cor do elemento e apossibilidade de estar isenta de poros ou imperfeies, so valores acrescidos utilizao deste novoconceito. No obstante, o beto auto-compactvel requer uma composio bem estudada e testada,controlo apertado de toda a produo e uso de cofragem de boa qualidade e tcnica de colocao.Estudos recentes passaram a garantir que, o beto auto-compactvel pode ser j um beto de usocorrente, na medida em que se podem obter custos de produo compatveis com os betestradicionais e com resistncias mecnicas mais comummente utilizadas pelos projectistas.


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O beto auto-compactvel pode ser aplicado com um ritmo superior ao de um beto tradicional, dada asua consistncia, que promove a disponibilidade de se deformar mais facilmente e de percorrer ointerior do molde com o efeito esperado e tambm a altura a que os moldes podem ser cheios maior,pois no necessita que o vibrador seja colocado na sua matriz. O aumento da viscosidade do beto

mantendo-o mais coeso, facilita a bombagem, permite reduzir a presso da bombagem logo menordesgaste destes equipamentos e promove um melhor planeamento dos trabalhos. A rigidez dos moldesdeixa de ser utilizada, pois tambm as tenses criadas pela vibrao so eliminadas. No maisnecessrio o recurso a mo-de-obra especializada para compactar o beto com recurso a vibradores.

Ambientalmente as vantagens so bvias, porque eliminado o rudo em todo o processo de colocaodo beto. No s na construo in-situ mas muito em especial na construo em fbrica de elementospr-fabricados, onde a exposio dos trabalhadores ao rudo total, pelas condies habituais deproduo (interior de instalaes). No s os operrios que esto a colocar o beto deixam de estarexpostos, mas tambm as outras artes que partilham a fbrica ficam isentas desta molstia. A sadedos que tinham de vibrar cuidada, quando foi eliminado um dos malefcios para esses trabalhadores,

a da j abordada, desordem na circulao sangunea. Pode-se considerar que, com esta inovao,tambm para os operrios prestadores de mo-de-obra fica mais atractiva a profisso que escolheram ea angariao de nova mo-de-obra fica mais facilitada.

Em breve resumo ficam abordadas as vantagens de utilizao do beto auto-compactvel:

No ser necessria energia para vibrao (menos rudo); Maior frequncia no enchimento/utilizao dos moldes; Menos pessoal no local de trabalho; Possvel efeito auto-nivelante at ao enchimento total; Pleno contacto com a armadura e completo enchimento do molde de trabalho; Menos desgaste e menos sujidade do molde;

Superfcies perfeitas e lisas; Economicamente interessante e de melhor qualidade; Rumo produo de betes eco-eficientes.

2.4 USO DO VIDRO COMO ADIO

A crescente valorizao do significado das emisses de dixido de carbono (CO2) para a atmosfera e aconsciencializao dos problemas por elas criados ao ecossistema mundial, levam a que a populao eem particular a comunidade cientfica se preocupem, cada vez mais, com a sustentabilidade. De facto,a construo e em particular a que utiliza betes de ligantes hidrulicos, j um ponto de maior

preocupao e interesse para se vir a estabelecer uma construo sustentvel, ecologicamentecompetente e acima de tudo ainda mais durvel pois a reduzida vida dos edifcios actuais combinadocom a dependncia crescente do cimento, agravam ainda mais os impactes negativos.

No obstante a indstria vidreira ser um grande contribuinte de resduos, tambm uma das indstriascom maior capacidade de reciclar, reutilizar e reduzir os resduos provenientes da utilizao do vidro,muito comum em vasilhame, na indstria automvel e na construo civil.

O destino a dar aos resduos que se produzem cada vez em maior quantidade um problema dasociedade, com enorme compromisso em termos ambientais, obrigando colaborao de todos oscidados, pois estes tm um papel fundamental em todo o processo, j que, com a sua atitude proactivapode-se reduzir a quantidade de resduos, e os que subsistirem sero encaminhados para recipientes


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prprios em ecopontos, poupando-se assim recursos naturais, emisses de substncias poluentes para aatmosfera e aproveitamento energtico.

Contribuir para um mundo mais saudvel e equilibrado responsabilidade de todas as pessoas, e oscidados que muitas vezes se sentem margem dos destinos da sociedade, tm, assim, uma formasimples e eficaz de participao civicamente responsvel e tecnicamente interessante, j que, emmuitos casos a utilizao de resduos, convenientemente tratados, podem para alm de promovereconomia nos custos, melhorar a qualidade e durabilidade dos materiais obtidos, como o caso, jbem estudado e identificado, da utilizao de adies na substituio parcial do cimento, muitas delascom reaces pozolnicas, contribuindo muito para a durabilidade das estruturas, principalmente emcondies ambientais muito adversas para o beto.

Durante vrios sculos recorreu-se ao uso das pozolanas na preparao de argamassas hidrulicas.Muitas das estruturas construdas com uso deste material, no s chegaram aos nossos dias comoapresentam uma longevidade dificilmente explicvel, mesmo para os conhecimentos actuais. Algumasdessas estruturas ultrapassam mesmo os 20 sculos de idade, como exemplo o Panteo de Agripa,

em Roma, construdo em 27 a.C.. Apesar de o Panteo de Agripa ter sido destrudo por um incndioem 80 d.C. foi reconstrudo em 125, encontrando-se actualmente em perfeito estado de conservao,ver figura 2.4. Objectivamente, podemos considerar vlido que muita da informao e doconhecimento para produzir essas argamassas, no chegaram actualidade.

Fig. 2.4 - Panteo de Agripa

De facto o uso de materiais cimentcios muito antigo, principalmente os que recorriam s cinzasvulcnicas ricas em slica activa e alumina que, quando misturadas com cal ou carbonato de clcio

obtinham o conhecido cimento pozolnico, em nome da aldeia de Pozzuoli perto do Vesvio. Com ainveno e criao da patente do cimento Portland, no incio do sculo XIX, verificou-se ser possvel,a produo de um forte ligante hidrulico, preparado pelo aquecimento de uma mistura de argila ecalcrio num forno, at libertao total de CO 2, tendo sido mais tarde optimizado com a queima atemperaturas mais elevadas, de uma mistura de argila e cal at formao do clnquer. Oaparecimento deste cimento artificial foi acompanhado por uma forte reduo na utilizao dosmateriais pozolnicos, at que, mais recentemente se reconheceu e demonstrou o interesse e aimportncia destes materiais no fabrico de beto. As pozolanas, agora reconhecidas como adies,quando conjugadas com o cimento Portland ou quando em sua substituio parcial, cooperam com ocimento, influenciando as propriedades do beto produzido, principalmente reduzindo o calor dehidratao e aumentando a resistncia a agentes agressivos.


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As adies foram por desempenho, subdivididas em dois tipos: as de Tipo I como as de origemcalcria, so quimicamente inertes e s desempenham aco fsica, enquanto as de Tipo II sopozolanas, algumas com hidraulicidade, outras hidrulicas latentes quando combinadas com cimentoPortland, para se ser mais especfico dever-se- dizer, quando combinada com o hidrxido de clcio

(Ca(OH)2). Estas adies podem influenciar as propriedades fsicas do beto, nomeadamente atrabalhabilidade, o teor de gua na amassadura, a densidade do beto, resistncias mecnicas a idade

jovem e tempos de presa.

A eficincia comprovada das reaces pozolnicas na melhoria das propriedades do beto permiteassegurar que o beto com cimento Portland associado s adies Tipo II, pode ento desempenhar umpapel importante para uma construo sustentvel e durvel.

Apesar de os desenvolvimentos qumicos, em particular o dos novos polmeros com nanomolculas demltiplas cadeias, ser capaz de induzir pozolanicidade a diversos materiais, mesmo quepotencialmente no reactivos, o uso de materiais que, no tendo propriedades ligantes hidrulicas, socapazes de ter reaco hidrulica quando combinados com o hidrxido de clcio mesmo temperatura

ambiente e de produzir compostos idnticos aos resultantes da hidratao do cimento Portland, aindaest no incio do seu desenvolvimento. Sendo muito comum o uso de resduos industriais como a cinzavolante, a slica de fumo ou a escria granulada de alto-forno, tambm outros podero vir a seguir-lheso seu prstimo, aps se verificar a aptido qumica, classificar a classe de pozolanicidade e o ndice deactividade, como so os casos j em estudo da argila siliciosa, das cinzas da casca de arroz e dobagao da cana-de-acar ou o metacaulino.

O quadro agora apresentado, assim como, a gigantesca emisso anual de CO2 libertado para aatmosfera, que segundo a WRI-World Resources Institute supera j as 35 megatoneladas anuais, jbastam para justificar uma pesquisa sobre materiais cimentcios para um desenvolvimento sustentvele que vai muito para alm do aspecto ambiental, na medida em que, as questes econmicas e sociais

so tambm relevantes.O vidro constitudo essencialmente por slica amorfa. Uma das definies mais correntes daspozolanas, que as classificam como material cimentcio, a de que sendo um material artificial ounatural, contm slica amorfa, logo em forma reactiva. Por seu lado a American Society for Testingand Materials, preconiza a pozolana como sendo um material silicioso ou slico-aluminoso que, nosendo cimentcio, quando finamente modo e na presena da gua reagem quimicamente com oCa(OH)2 a temperaturas comuns, formando compostos com propriedades cimentcias.

conhecido ser fundamental, para haver reaco qumica da slica com o hidrxido de clcio, que apozolana seja finamente dividida e que a slica seja amorfa isto estrutura vtrea, j que a slicacristalina muito pouco reactiva. Assim, o vidro contm, partida, uma composio qumica muito

vantajosa ao desenvolvimento da reaco pozolnica. Basta para isso reduzi-lo a uma finuraconveniente, que ser tanto melhor quanto menor for a dimenso das suas partculas, se possvel,inferiores s do cimento. De qualquer modo, a reaco pozolnica no completamente conhecida,sabe-se que a superfcie especifica e a composio qumica so importantes, mas a sua reacoqumica pode no se limitar combinao com o Ca(OH) 2, mas tambm a reaces com o aluminatotriclcico (C3A) e at mesmo com outros produtos da hidratao do cimento.


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3INFLUNCIA DOS PRINCIPAIS

CONSTITUINTES

3.1 PRINCPIOS PARA O ENCHIMENTO COM BETO AUTO-COMPACTVEL

A necessidade deste tipo de beto proposto por Okamura em 1986 foi amadurecida, culminando noprincpio que um beto auto-compactvel, um beto de elevada viscosidade plstica, de modo a obtera necessria estabilidade, ter bons valores de gua/finos (< 0,125mm), diminuio do limite de fluxo(Newton-fluid). Isso significa enchimento at auto nivelamento e uso de agentes fluidificantes combase em PCE`s (ter de Policarboxilato).

Estes dados, apesar de absolutos levaram a que durante alguns anos, no tenha ficado clara a expressobeto auto-compactvel, pois muitas vezes no foi distinguido do beto de elevada fluidez, dobeto de alto desempenho ou at de beto auto -nivelante entre outras designaes. Convm porisso esclarecer as diferenas daquela que foi a designao inicial adoptada pelo Professor Okamura, ouseja o self-consolidating concrete e que mais tarde foi comummente substituda por self-compacting concrete, pois o que o distingue a capacidade de , no estado fresco, fluir pelo seuprprio peso, auto compactar-se, ficar livre de ar sem utilizar qualquer energia vibradora e encher porcompleto todas as partes do molde. As outras denominaes no representam um beto auto-compactvel, pois podem ter elevada fluidez, mas no se auto-compactarem, pode ser auto-nivelante,mas no necessariamente auto-compactvel, e tambm no se poder designar como beto de elevadodesempenho, pois apesar dessa aptido o BAC possui uma caracterstica nica que o particulariza.

O intrincado conjunto de especificaes necessrias para a elaborao de uma composio, capaz dedesempenhar o que caracterizado como beto auto-compactvel, tem como principal finalidade oestudo da reologia do beto no seu estado fresco. A caracterizao reolgica feita ao material finoem suspenso, atravs da tenso de cedncia e da viscosidade plstica tendo como base o modelo

de Bingham-Krper (Figura 3.1). Este modelo descreve que necessrio haver inicialmente umatenso de corte para que o movimento se inicie (- tenso de cedncia), o declive da recta estabelecesimetria com a viscosidade plstica ( em Pa.s).


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Fig. 3.1 - Modelo reolgico de Bingham-Krper e o comportamento de um fluido Newtoniano

O atrito interno e a quantidade de gua disponvel influenciam o comportamento reolgico do betosendo que estas variveis esto relacionadas com a tenso superficial e com a disperso das partculasfinas. A tenso superficial e a disperso podem ser alteradas por substncias activadoras da superfcie,tais como os superplastificantes PCE, que reduzem a tenso superficial, resultando numa melhorhumidificao dos gros de cimento pelas molculas da gua, melhorando a trabalhabilidade do beto(Figura 3.2). Mais recentemente o recurso a adjuvantes modificadores de viscosidade condicionaprincipalmente a viscosidade plstica (Khurana, 2004).

Fig. 3.2 - Tenso superficial reduzida. Melhor trabalhabilidade do beto

Para alm dos adjuvantes, genericamente, os materiais para produzir um beto auto-compactvel soos mesmos que se podem utilizar para a produo de um beto tradicional vibrado. Apenas aoptimizao dos agregados pode ser diferente, assim como ser diferente o teor de finos neste novoconceito, como se observa na Figura 3.3.


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Fig. 3.3 - Comparao de um BAC com beto vibrado, [H. Grube e J. Rickert, VDZ Dsseldorf, Beton (1999)]

No obstante, os materiais utilizados para a produo do beto auto-compactvel serem materiais deuso corrente no mercado de betes, a sua escolha deve ser feita com rigoroso critrio, principalmenteno que respeita aos agregados finos, pois a sua qualidade proporcional ao desempenho do betofresco e condiciona a qualidade do beto endurecido. So materiais finos, o cimento, as adies e osagregados com dimenso equivalente das adies, ou seja, com dimetro inferior a 0,125mm.Contudo, os siltes e as argilas no podem em caso algum fazer parte destes constituintes, pois estestm imensa capacidade de adsorver gua por unidade de volume, sendo prejudiciais para adeformabilidade do beto e para o incremento das resistncias mecnicas.

Um dos parmetros que distingue os finos a sua elevada superfcie especfica, que resulta tambmnuma grande capacidade de adsorver gua por unidade de volume. Experimentalmente, com recurso

ao espalhamento da pasta no cone de Hger (Hgermanntrichter) (Figura 3.4), e aps variao da razovolumtrica gua/finos (VW/VP), verifica-se existir uma regresso linear, sendo possvel obter o valorcorrespondente deformao de pasta nula (P). Os finos adsorvem uma quantidade de guaaproximadamente equivalente ao prprio volume (Okamura, 1996).

Para o beto auto-compactvel, o teor em pasta obtido pela gua e finos muito importante, pois deladepende no s o preenchimento dos espaos existentes entre os agregados grossos, como evitar queeles se toquem, eliminando o efeito de engrenagem. Dever ser tambm suficiente, para poder dar bomacabamento de superfcie ao beto, assim como poder preencher espaos de menor dimenso eenvolver com eficcia a armadura.

Fig. 3.4 - Cone de Hger (Hgermanntrichter)

0%

20%

40%

60%

80%

100%

BAC Beto vibrado

Quantidade[Vol.-

%]

arguaagregados< 125m

fillercimento

16mm 32mm


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3.2 CIMENTO

Parte importante do desempenho que o beto auto-compactvel tem na sua deformabilidade, advm dahbil disperso que o adjuvante tem junto das partculas do cimento. A qualidade e tipo de cimentousado muito importante, a sua qumica, finura e gua necessria tm influncia directa no efeito desegregao. Os sulfatos tm influncia no funcionamento do superplastificante com base em ter depolicarboxilato.

O processo de hidratao do cimento desenvolve-se por fases de reaco do clnquer com a gua damistura. O cimento Portland contendo silicatos e aluminatos na presena da gua, forma produtos dahidratao contendo silicatos de clcio hidratado (C-S-H) e hidrxido de clcio (Ca(OH) 2). Sem aadio de gesso essas reaces decorreriam segundo a reactividade das fases do clnquer, com umarpida perda de consistncia acompanhada de uma forte reaco exotrmica. Com a adio de gesso,aluminato triclcico (C3A) reage com o sulfato e forma-se a etringite (3CaO Al2O3 CaSO4 32H2O). Ficando, deste modo, a nova superfcie protegida de outras reaces. Neste perodo inactivoperodo dormente, a etringite (ou sal de Candlot) decompe-se e reage para formar monosulfato, a

superfcie reactivada e a hidratao pode prosseguir.

A introduo de adjuvante influencia a disperso das partculas do cimento, na reaco do clnquercom a gua da mistura, parte do adjuvante adsorvido na superfcie do aluminato triclcico (C3A) e doaluminoferrato tetraclcico (C4AF), outra parte adsorvido nos restantes principais componentes docimento, ou seja no silicato triclcico (C3S) e no silicato biclcico (C2S), uma outra parte fica livre emsuspenso para poder vir a ser utilizado pela nova superfcie resultante da hidratao. Esta novasuperfcie, resultante da hidratao com o gesso, denomina-se etringite, o teor de adsoro doadjuvante fica dependente da reaco dos aluminatos, sendo que o restante teor vai ser adsorvido pelossilicatos. A formao da etringite (Figura 3.5) traduz-se numa nova superfcie com formato deagulhas. Esta nova superfcie, se no for devidamente tratada pelas molculas do adjuvante, ir

promover o aumento da tenso de cedncia, reduzindo a deformabilidade. Consequentemente,cimentos Portland com alto teor em aluminatos e de elevado calor de hidratao tipo CEM I, no soaconselhados para a produo de beto auto-compactvel, em contraponto com os cimentos de baixocalor de hidratao como os que elevado teor de C2S (belite) como os CEM II com cinzas volantes ouCEM III com escria de alto-forno, pois o adjuvante melhor aproveitado, sendo que, a pasta decimento tem menor tenso de cedncia e melhor viscosidade plstica. O grau de hidratao e adistribuio granulomtrica do cimento afectam a quantidade de gua necessria para a formao depasta, a gua circunscrita por um cimento Portland de baixo calor de hidratao geralmente inferior de um cimento Portland corrente (Okamura, 1996).

Fig. 3.5 - Formao da etringite


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O cimento Portland cinzento o mais comummente utilizado, mas tambm por requisitos daarquitectura, o cimento Portland branco pode ter que ser considerado para a produo de beto branco.

O cimento branco apresenta um comportamento idntico ao dos seus homlogos cinzentos, desde quedo mesmo tipo e classe de resistncia. Existem, porm, algumas ligeiras diferenas que importanteter em conta na produo de beto branco, devendo ser tomadas algumas medidas especficas. Quantos caractersticas fsicas, existem duas diferenas directamente relacionadas entre si: finura e incio depresa. De facto, tendo como objectivo aumentar a brancura dos cimentos brancos, eles so, em geral,mais finos e apresentam uma maior superfcie especfica Blaine. Consequentemente, os cimentosbrancos so mais reactivos em contacto com a gua, para alm disso tambm o gesso utilizado no seufabrico necessariamente branco, quase sempre j em forma desidratado, pelo que a sua eficinciacomo regulador de presa inferior, agravando mais um pouco aquele comportamento.

Com uma maior finura surge uma maior resistncia mecnica, nomeadamente nas idades jovens. Poroutro lado, sendo o cimento constitudo por partculas de menores dimenses, a quantidade de guanecessria para a aquisio de uma determinada trabalhabilidade superior, o que, caso no sejam

tomadas medidas alternativas, poder acarretar um aumento de porosidade e de retraco plsticadestes betes. Simultaneamente mais rpido o desenvolvimento do calor de hidratao,comparativamente com os cimentos cinzentos de igual teor em aluminato triclcico. Esta situaodever ser compensada atravs de medidas de proteco e cura, de modo a evitar-se que os elementosproduzidos com maiores dimenses possam vir a fissurar pelos gradientes trmicos instalados.

Este trabalho de dissertao foi efectuado com recurso da utilizao de um cimento corrente, do tipocimento Portland CEM I 42,5 R (conforme a NP EN 197-1). A sua composio qumica, propriedadesfsicas e os valores mdios da resistncia compresso, foram indicados a partir do controlo estatsticomensal e fornecido pela SECIL, ver Quadro 3.1.

Quadro 3.1 - Controlo estatstico mensal do cimento CEM I 42,5 R

CaractersticasQumicas

SiO2 19,79 %

Al2O3 4,37 %

Fe2O3 3,52 %

CaO 63,09 %

MgO 1,67 %

SO3 2,82 %

Perda ao fogo 3,01 %

Cloretos 0,04 %

Cal livre 1,18 %Resduo insolvel 2,03 %

CaractersticasFsicas

Massa volmica 3,11 g/cm3

Superfcie Blaine 4360 cm2/g

Tempo incio de presa 124 min

Tempo fim de presa 159 min

Expansibilidade 0,6 mm

CaractersticasMecnicas

Resistncia compresso 2 dias 31,9 MPa




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3.3 FLER CALCRIO (ADIO)

Adio um material finamente dividido, utilizada no beto com a finalidade de melhorar certaspropriedades ou alcanar propriedades especiais, sendo esta a definio proposta pela NP EN 206-1:2007. A Especificao LNEC E 466:2005 Fleres Calcrios para Ligantes Hidrulicos, tendo comoreferncia normativa a NP EN 206-1, constitui um guia para a utilizao de fleres calcrios naproduo de misturas de cimentos e de adies, estabelecendo as caractersticas que estes fleresdevem respeitar, como adio Tipo I.

O fler calcrio (Figura 3.6) obtido a partir da moagem da calcite (CaCO3), dependendo do grau depulverizao, a sua superfcie especfica Blaine de aproximadamente 5000cm2/g podendo variar, equivalente superfcie especfica Blaine do cimento.

No beto auto-compactvel a sua principal funo o de aumentar a viscosidade da pasta, estabilizar agua na matriz do beto, aumentar a tenso superficial e a coeso do beto. O recurso ao uso de fler tambm relevante, na medida em que impede significativamente o aumento de temperatura do beto,

reduzindo, muito consideravelmente, a fendilhao devida aos gradientes trmicos. So parmetrosimportantes na seleco do fler: a quantidade de gua necessria correspondente deformao dapasta nula P, a distribuio granulomtrica e superfcie especfica Blaine e a qualidade da superfcieda partcula.

Fig. 3.6 - Fler calcrio

O fler utilizado neste foi fornecido pela empresa PARAPEDRA-Sociedade Transformadora dePedras, SA e designado por Fler A. Este fler foi seleccionado pela sua finura, pois o fornecedorapresentou em alternativa o produto Fler B com as mesmas caractersticas, mas com umagranulometria diferente e com maior finura. A sua composio qumica foi indicada pelo fornecedor

pelo Quadro 3.2. Tendo sido efectuada uma anlise no contador de partculas, ver Quadro 3.3.

Quadro 3.2 - Anlise qumica do fler A

CaO MgO Fe2O3 SiO2 Al2O3 Na2O K2O TiO2 P2O5

54,68 0,36 0,063 0,17 0,19 0,011 0,009 0,018 0,003


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Quadro 3.3 - Anlise da distribuio de partculas do Fler A

Grfico 3.1 - Grfico da distribuio de partculas do Fler A

3.4 SLICA DE FUMO (MICROSLICA)

A slica de fumo (MS) um dos mais recentes materiais cimentcios a serem utilizados na indstria debeto sendo que antes de 1970 no era recolhida, e era simplesmente libertada para a atmosfera.

um subproduto da fabricao de silcio e ligas de ferrossilcio a partir de quartzo de elevada pureza ede carvo. Num forno elctrico a arco de elctrodo submerso, os vapores de xido de silcio (SiO)oxidam e condensam na forma de partculas esfricas extremamente finas de dixido de silcio (SiO 2)amorfo (Figura 3.7). Quando o forno suficientemente aquecido e eficaz, o carbono todo queimado

obtendo-se slica de fumo isenta de carbono e com dimenses inferiores a 10-6

m. Por isso tambm


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c

araújo 2011 betão auto-compactavel eco-eficiente.pdf

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