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19/09/2012
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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”.
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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
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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 Cimentante
Hidratação acelerada na presença de
Ca(OH)2 e gipsita
EFEITOS FÍSICOS
Empacotamento Pontos de Nucleação
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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
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Adições Minerais Classificação Tipo de adições
Cimentantes Escória granulada de alto-forno
Cimentantes e pozolânicas Cinzas voltantes com alto teor de cálcio
Superpozolanas
Sílica ativa
Metacaulim
Cinzas de casca de arroz
Pozolanas comuns
Cinzas voltantes com baixo teor de cálcio
Argilas calcinadas
Materiais naturais (origem vulcânica e
sedimentar)
Pozolanas pouco reativas
Escória de alto-forno resfriada lentamente
Cinzas de forno
Escória de caldeira
Palha de arroz queimada em campo
Adições inertes (filler) Calácio, pó de cálcio, pó de pedra
(MEHTA, MONTEIRO; 2008)
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
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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
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 e menor consumo de água para uma dada trabalhabilidade;
Menor quantidade de canais de exsudação.
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Exsudação em concretos com sílica ativa
(CANMET, 1985 apud
MALHOTRA; MEHTA, 1996)
Influência das adições minerais nas propriedades do concreto fresco
3. Consumo de água:
Efeito dispersor das partículas pequenas (forças eletrostáticas);
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.
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Calor de hidratação em concretos com adições pozolânicas
(MASSAZZA; COSTA, 1978 apud MALHOTRA; MEHTA, 2008)
Influência das adições minerais nas propriedades do concreto endurecido
1. Resistência Mecânica:
Formação de composto mecanicamente resistente;
Refinamento dos poros e dos cristais na pasta;
Maior resistência da matriz na zona de transição;
2. Durabilidade:
Redução na porosidade e permeabilidade do concreto;
Menor possibilidade de entrada de agentes nocivos.
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Porosidade por intrusão de mercúrio (PIM)
(ROSSIGNOLO, 2005)
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
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Reatividade potencial álcali-agregado
(CARMO; PORTELA, 2006)
Adições Minerais mais Utilizadas em Concreto
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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 elevado do 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
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Granulometria (Sílica Ativa x Cinza volante)
(MEHTA; MONTEIRO, 2008)
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).
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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.
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Fíller Calcário
Materiais carbonáticos.
Praticamente inertes na mistura.
Diâmetro médio similar ao do cimento ou menor.
Principais efeitos no concreto:
Trabalhabilidade
Densidade
Permeabilidade
Exsudação
ESCÓRIA
POZOLANA
FILLER
Cimentos Compostos
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Tipos de Cimento Portland
TIPO Sigla Composição (%)
Norma Brasileira Clínquer +
Gesso Escória Pozolana Fíler
Comum CP I 100 0
NBR 5732 CP I-S 95 a 99 1 a 5
Composto
CP II-E 56 a 95 6 a 34 0 0 a 10
NBR 11578 CP II-Z 76 a 94 0 6 a 14 0 a 10
CP II-F 90 a 94 0 0 6 a 10
Alto-forno CP III 25 a 65 35 a 70 0 0 a 5 NBR 5735
Pozolânico CP IV 45 a 85 0 15 a 50 0 a 5 NBR 5736
ARI CP V - ARI 95 a 100 0 0 0 a 5 NBR 5733
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)