Download - Aditivos Modificadores de Viscosidade
UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL
CURSO DE MESTRADO EM ENGENHARIA CIVIL
DINAH DAVID MEIRELES
CONTRIBUIÇÃO AOS ESTUDOS DE USO DE ADITIVOS MODIFIC ADORES DE
VISCOSIDADE EM CONCRETO AUTO-ADENSÁVEL
Goiânia
2010
DINAH DAVID MEIRELES
CONTRIBUIÇÃO AOS ESTUDOS DE USO DE ADITIVOS MODIFIC ADORES DE
VISCOSIDADE EM CONCRETO AUTO-ADENSÁVEL
Dissertação apresentada ao Curso de Mestrado em Engenharia Civil da Escola de Engenharia Civil da Universidade Federal de Goiás, para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil. Área de Concentração: Estruturas e Materiais
Orientador: Prof. Dr. André B. Geyer
Goiânia
2010
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) GPT/BC/UFG
514c
Meireles, Dinah David.
Contribuição aos estudos de uso de aditivos modificadores de viscosidade em concreto auto-adensável [manuscrito] / Dinah David Meireles. - 2010.
xv, 92 f. : il., figs, tabs. Orientador: Prof. Dr. André B. Geyer. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de Goiás, Escola de
Engenharia Civil, 2010. Bibliografia.
Inclui lista de figuras, abreviaturas, siglas e tabelas. Apêndices. 1. Concreto auto-adensável – Aditivos. 2. Concreto –
Modificadores – Viscosidade. I. Título.
CDU: 693.542.4
À minha mãe, Rosânia David Meireles, minha maior fonte de sabedoria e amor.
AGRADECIMENTOS
Ao meu amigo e orientador André Geyer. Ao Eng. Alexandre Castro que participou de forma efetiva dessa pesquisa. À amiga Eng. Luciana dos Anjos que é pra mim um exemplo de profissional e me
ensinou muito mais que eu esperava quando fui sua estagiária em Furnas. À FURNAS CENTRAIS ELÉTRICAS pela oportunidade de fazer parte desse
projeto de pesquisa e pelas condições oferecidas para o desenvolvimento desta dissertação. Ao CNPq pelo apoio financeiro. À minha família, base e motivo da minha vida. ...
“Feliz aquele que transfere o que sabe e aprende o que ensina.”
Cora Coralina
RESUMO
O presente trabalho apresenta combinações dos aditivos superplastificantes base
policarboxilato com aditivos modificadores de viscosidade avaliando as propriedades dos
concretos auto-adensáveis nos estados fresco e endurecido, comparando-as entre si e com as
propriedades de concretos auto-adensáveis com adições minerais e com apenas aditivos
superplastificantes.
Os materiais utilizados foram escolhidos para se aproximarem ao máximo de um
concreto convencional não influenciando assim em suas propriedades mecânicas, resultando
em um teor de argamassa ótimo muito alto, 66%. Quanto à influência da relação a/c, os
resultados mostram que o concreto de maior relação a/c nem sempre apresenta maior valor de
segregação, uma vez que a maior quantidade de agregado em sua composição dificulta a
sedimentação dos grãos, em decorrência do maior atrito entre as partículas. Concreto com
relação a/c menor, com maior quantidade de pasta e com viscosidade adequada, dificulta a
sedimentação dos grãos, por outro lado, uma mistura com pasta pouco viscosa não restringe a
movimentação de partículas maiores, apresentando alta taxa de segregação. Adicionalmente,
observa-se que concretos fabricados sem a utilização de modificadores de viscosidade,
apresentaram valores de segregação próximos e inferiores a 15 (identificados por Fabricante I
SP, Fabricante II SP, Fabricante III SP, Fabricante IV SP). Isto indica que os modificadores
de viscosidade, de modo geral, não resultaram em ganhos de viscosidade esperados.
Observou-se que os concretos com adição de sílica ativa e fíler apresentaram as maiores
resistências à compressão, isto foi devido à alteração microestrutural promovido pelas reações
pozolânicas (no caso da sílica) e efeito fíler (tanto no caso da adição de sílica quanto do fíler).
Como os outros concretos autoadensáveis foram produzidos sem adições, eles apresentaram
resistências próximas. Os efeitos dos aditivos na resistência à compressão foram similares
destacando-se apensas o concreto Fabricante IV SP que exibiu ganho significativo de
resistência.
Palavras chaves: aditivos modificadores de viscosidade, aditivos superplastificantes,
concreto auto-adensável, segregação.
ABSTRACT
The research presents combinations of superplasticizers admixtures
polycarboxylate-based and viscosity-modifying admixtures, and the evaluation of the
properties of the self-compacting concretes in fresh and hardened state comparing them with
each other and with the properties of self-compacting concrete with mineral additions and
concrete with only superplasticizers admixtures. The materials used were chosen to approach
the maximum of a conventional concrete thus not affecting the mechanical properties,
resulting in a mortar high great content, 66%. About the influence of the w/c relation, the
results show that concrete of higher relation w/c, not always presents higher segregation, since
the greatest amount of aggregate in its composition would make the sedimentation of grains,
due to increase friction between the particles. While the concrete with lower w/c relation, with
higher pulp viscosity, would hinder the sedimentation of grains. On the other hand, mixed
with a little sticky paste not restrict the movement of larger particles, presenting high rate
segregation. Additionally, it is observed that concrete made without the use of viscosity
modifiers, gave values of segregation next and under 15 (identified by Fabricante I SP,
Fabricante II SP, Fabricante III SP, Fabricante IV SP). This indicates that the viscosity
modifiers, generally did not obtained results expected in gains of viscosity. Is was observed
that the concrete with silica fume and fillers showed the greatest resistance to compression,
due to microstructural changes promoted by the pozzolanic reactions (in silica´s case) and
filler effect (in both case). Since others self-compacting concretes were produced without any
mineral additions, they showed nearby resistances. The admixtures effects on resistance to
compression were similar, emphasis only the Fabricante IV SP concrete that showed a
significant gain in resistance.
Key-words: viscosity-modifying admixtures, superplasticizers admixtures, self-
compacting concrete, segregation.
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 – Comparação da proporção dos componentes do concreto auto-adensável e
convencional (OKAMURA; OUCHI, 2003). ..................................................... 23
Figura 2.2 – Ensaio de espalhamento ....................................................................................... 29
Figura 2.3 – Segregação e exsudação do concreto auto-adensável .......................................... 29
Figura 2.4 – Ensaio da Caixa U ................................................................................................ 30
Figura 2.5 – Tempo de escoamento do Funil V ....................................................................... 31
Figura 2.6 – Escoamento do concreto auto-adensável no Funil V ........................................... 31
Figura 2.7 – Desenho esquemático da Coluna de Segregação. ................................................ 32
Figura 2.8 – Lançamento do concreto sem compactação ......................................................... 33
Figura 2.9 – União do tubo por meio de fita adesiva ............................................................... 33
Figura 2.10 – Lavagem do concreto na peneira de 5 mm......................................................... 34
Figura 2.11 – Passo a passo para dosagem do CAA (Tutikian, 2004). .................................... 35
Figura 3.1 – Monômero de um policarboxilato (RAMACHANDRAN, 1998) ....................... 39
Figura 3.2 – Esquematização de uma molécula de policarboxilato (LEIDHODT, et al., 2000).
............................................................................................................................ 40
Figura 3.3 – Efeito da defloculação dos grãos de cimento (AÏTCIN et al., 1994). .................. 41
Figura 3.4 – Micrografia de partículas de cimento floculadas. (a) Floculação do sistema
cimento-água (b) dispersão do sistema com a adição de um superplastificante
(MEHTA; MONTEIRO, 1994). ......................................................................... 41
Figura 3.5 – Mecanismo de repulsão dos aditivos superplastificantes. (a) Ilustração do
mecanismo de repulsão eletrostática para a cadeia de naftaleno e melamina (b)
Ilustração do mecanismo de repulsão estérica para a cadeia de policarboxilato
(COLLEPARDI, et al., 1999). ............................................................................ 42
Figura 3.6 – Viscosidade plástica do concreto (EFNARC, 2006) ............................................ 43
Figura 3.7 – Ação dos aditivos modificadores de viscosidade ................................................. 44
Figura 4.1 – Finos de pedreira .................................................................................................. 50
Figura 5.1 – Granulometria do Cimento ................................................................................... 56
Figura 5.2 – Curva granulométrica do agregado miúdo ........................................................... 57
Figura 5.3 – Curva granulométrica da brita .............................................................................. 59
Figura 5.4 – Difratograma dos finos de gnaisse ....................................................................... 64
Figura 6.1 – Organograma da pesquisa .................................................................................... 67
Figura 6.2 – Resultados de Segregação. Ensaio da Coluna de Segregação.............................. 70
Figura 6.3 – Resultados do Ensaio da Caixa U. ....................................................................... 72
Figura 6.4 – Resultados do Ensaio do Funil V ......................................................................... 74
Figura 6.5 – Resultados do Ensaio de Tempo de Escoamento de 500 mm .............................. 75
Figura 6.6 – Correlação dos ensaios Slump-flow e Caixa U .................................................... 77
Figura 6.7 – Correlação dos ensaios Slump-flow e Funil V ..................................................... 77
Figura 6.8 – Correlação dos ensaios Slump-flow e Funil V ..................................................... 78
Figura 7.2 – Resultados de Resistência à Compressão Axial dos Concretos Autoadensáveis. 81
Figura 7.3 – Desvio dos resultados de Resistência à Compressão ........................................... 81
Figura 7.4 – Correlação das Propriedades Absorção de Água e Resistência à Compressão. ... 85
Figura 7.5 – Correlação das Propriedades Resistência à Compressão e Resistência à Tração 85
Figura 7.6 – Correlação das Propriedades Resistência à Compressão e Módulo de
Elasticidade, para todos os concretos estudados. ................................................ 86
Figura 7.7 – Correlação das Propriedades Resistência à Compressão e Módulo de
Elasticidade, com a exclusão dos resultados do concreto Sika+VMA. .............. 87
Figura 7.8 – Correlação das Propriedades Resistência à Compressão e Módulo de
Elasticidade, análise comparativa dos modelos de regressão. ............................ 88
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 – Classe de espalhamento (NBR 15823-1) ............................................................. 27
Tabela 2.2 – Classe de viscosidade plástica aparente t500 (NBR 15823-1) ............................ 27
Tabela 2.3 – Classe de viscosidade plástica aparente pelo funil V (NBR 15823-1) ................ 27
Tabela 2.4 – Classe de resistência à segregação pela coluna de segregação (NBR 15823-6) .. 28
Tabela 5.1 – Caracterização do Cimento CP V ........................................................................ 55
Tabela 5.2 – Propriedades físicas e mecânicas do cimento CP V - ARI .................................. 55
Tabela 5.3 – Análise Granulométrica do cimento .................................................................... 56
Tabela 5.4 – Composição granulométrica do agregado miúdo ................................................ 57
Tabela 5.5 – Composição granulométrica do agregado graúdo ............................................... 58
Tabela 5.6 – Caracterização da sílica ativa............................................................................... 65
Tabela 6.1 – Composição dos concretos .................................................................................. 69
Tabela 6.2 – Ensaios realizados no Estado fresco .................................................................... 69
Tabela 6.3 – Resultados do Ensaio de Espalhamento .............................................................. 73
Tabela 6.4 – Análise estatística de correlação das propriedades estudadas. ............................ 76
Tabela 7.1 – Ensaios realizados no estado endurecido ............................................................. 79
Tabela 7.2 – Composições dos concretos estudados. ............................................................... 80
Tabela 7.3 – Resultados da análise de variância realizada com os dados individuais. ............ 82
Tabela 7.4 – Grupos definidos pela comparação múltipla de médias por relação água/cimento,
ordenados de forma crescente quanto às médias globais de resistência à
compressão. ......................................................................................................... 82
Tabela 7.5 – Grupos definidos pela comparação múltipla de médias por tipo de concreto,
ordenados de forma crescente quanto às médias globais de resistência à
compressão. ......................................................................................................... 83
Tabela 7.6 – Análise estatística de correlação das propriedades estudadas. ............................ 84
SUMÁRIO
AGRADECIMENTOS ............................................................................................... 6
RESUMO .................................................................................................................... 8
ABSTRACT ................................................................................................................ 9
LISTA DE FIGURAS .............................................................................................. 10
LISTA DE TABELAS .............................................................................................. 12
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 16
1.1 JUSTIFICATIVA E IMPORTÂNCIA DO TEMA.................................................... 18
1.2 OBJETIVOS GERAIS ............................................................................................... 18
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..................................................................................... 19
1.4 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO ......................................................................... 19
2 CONCRETO AUTO-ADENSÁVEL ...................................................................... 20
2.1 DEFINIÇÃO .............................................................................................................. 20
2.2 MATERIAIS .............................................................................................................. 21
2.3 PROPRIEDADES DO CONCRETO AUTO-ADENSÁVEL ................................... 23
2.3.1 PROPRIEDADES DE AUTO-ADENSABILIDADE ............................................ 23
2.3.2 PROPRIEDADES MECÂNICAS ........................................................................... 25
2.4 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DO CONCRETO AUTO-ADENSÁVEL..... 26
2.4.2 Espalhamento............................................................................................................ 28
2.4.3 Caixa U ...................................................................................................................... 29
2.4.4 Funil V ....................................................................................................................... 30
2.4.5 Coluna de segregação ............................................................................................... 32
2.5 DOSAGEM ................................................................................................................ 34
2.5.1 Método proposto por Tutikian (2004) .................................................................... 34
3 ADITIVOS ................................................................................................................ 37
3.1 ADITIVO SUPERPLASTIFICANTE BASE POLICARBOXILATO ...................... 38
3.1.1 Definição .................................................................................................................... 39
3.1.2 Características e propriedades ................................................................................ 40
3.2 ADITIVOS MODIFICADORES DE VISCOSIDADE ............................................. 42
3.2.1 Definição .................................................................................................................... 42
3.2.2 Características e propriedades ................................................................................ 43 3.2.2.1 Welan gum .................................................................................................................. 45 3.2.2.2 Éteres de celulose ....................................................................................................... 45 3.2.2.3 1,3-Glucan .................................................................................................................. 46 3.2.2.4 Amido modificado....................................................................................................... 47 3.2.2.5 Sílica precipitada ....................................................................................................... 47
3.2.3 Vantagens dos aditivos modificadores de viscosidade .......................................... 47
4 ADIÇÕES MINERAIS ............................................................................................ 50
4.1 PÓ DE PEDRA .......................................................................................................... 50
4.2 SÍLICA ATIVA .......................................................................................................... 51
5 PROGRAMA EXPERIMENTAL: CARACTERIZAÇÃO E ANÁLISE DE MATERIAIS ............................................................................................................. 54
5.1 CIMENTO .................................................................................................................. 54
5.2 AGREGADO MIÚDO ............................................................................................... 54
5.3 AGREGADO GRAÚDO ........................................................................................... 57
5.4 ADITIVOS ................................................................................................................. 59
5.4.1 Aditivos superplastificantes ..................................................................................... 59 5.4.1.1 FABRICANTE I SP ..................................................................................................... 59 5.4.1.2 FABRICANTE II SP ................................................................................................... 60 5.4.1.3 FABRICANTE III SP .................................................................................................. 60 5.4.1.4 FABRICANTE IV SP .................................................................................................. 61
5.4.2 Aditivos modificadores de viscosidade ................................................................... 61 5.4.2.1 FABRICANTE I VMA ................................................................................................. 61 5.4.2.2 FABRICANTE II VMAa.............................................................................................. 62 5.4.2.3 FABRICANTE II VMAb.............................................................................................. 62 5.4.2.4 FABRICANTE III VMA .............................................................................................. 63
5.5 ADIÇÕES MINERAIS .............................................................................................. 63
5.5.1 Pó de brita ................................................................................................................. 63
5.5.2 Sílica ativa ................................................................................................................. 64
6 PROGRAMA EXPERIMENTAL: DOSAGEM E CARACTERIZAÇÃO DO CONCRETO NO ESTADO FRESCO ................................................................... 66
6.1 MÉTODO DE DOSAGEM ........................................................................................ 66
6.2 COMPOSIÇÃO DOS CONCRETOS ........................................................................ 68
6.3 CARACTERIZAÇÃO DOS CONCRETOS NO ESTADO FRESCO ...................... 69
6.3.2 Resultados da coluna de segregação ....................................................................... 70
6.3.3 Resultados do ensaio da caixa U ............................................................................. 71
6.3.4 Resultados do ensaio de espalhamento ................................................................... 72
6.3.5 Resultados do ensaio do funil V .............................................................................. 73
6.3.6 Resultados do ensaio do tempo de espalhamento de 500 mm .............................. 75
6.4 ANÁLISE DE CORRELAÇÃO DAS PROPRIEDADES DO CONCRETO NO ESTADO FRESCO .................................................................................................... 76
7 ANÁLISE DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS dO CONCRETO .... ............ 79
7.2 RESULTADOS DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL ............................ 80
7.3 ANÁLISE DE CORRELAÇÃO DAS PROPRIEDADES DO CONCRETO NO ESTADO ENDURECIDO ......................................................................................... 83
8 CONSIDERAÇÕES FINAIS................................................................................... 89
8.1 SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS ........................................................ 90
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 91
1 INTRODUÇÃO
O concreto auto-adensável é um material ainda pouco utilizado no Brasil. A
solução, desenvolvida no Japão na década de 1980, chegou aos canteiros do País na década
seguinte. Por dispensar vibração e, conseqüentemente, proporcionar aumento de
produtividade e redução de ruídos no ambiente, o produto ganhou espaço mais rapidamente
nos galpões das fábricas de pré-moldados de concreto. Gradativamente, entretanto, o produto
vem ganhando a confiança dos construtores, que dele se valem para viabilizar soluções
técnicas em complexas estruturas moldadas in loco (Faria, 2008).
“Já há um consenso no meio acadêmico e prático que o CAA é o concreto do
futuro por ser um item fundamental na industrialização da construção civil. Cada vez mais a
construção partirá para o uso de pré-moldados, onde o CAA é extremamente viável”
(TUTIKIAN, 2008).
O emprego de aditivos em concretos e argamassas é tão antigo quanto o próprio
cimento ou de outros aglomerantes hidráulicos. Segundo Coutinho (1997), os romanos
adicionavam clara de ovo, sangue, banha ou leite à massa dos concretos para melhorar a
trabalhabilidade das misturas.
Segundo Dodson (1990), o primeiro aditivo sintético foi empregado em 1930 nos
Estados Unidos como dispersante para pigmento empregado em concreto para o pavimento de
uma rodovia. O aditivo utilizado foi um produto base ácido sulfônico de naftaleno.
O adequado comportamento do CAA exige misturas com alta fluidez e suficiente
viscosidade e coesão entre os componentes, a fim de garantir um fluxo contínuo e uniforme
de toda mistura, preenchendo toda a fôrma sem exibir segregação e sem que produza bloqueio
entre as armaduras ou ao passar por algum obstáculo. Essas características definem as
principais propriedades de autoadensabilidade do CAA, são elas: habilidade de
preenchimento, habilidade de passar entre obstáculos e resistência à segregação; obviamente,
esses parâmetros são diferentes dos utilizados nas caracterizações convencionais do concreto
fresco.
Estas propriedades devem ser quantificadas ou qualificadas através de ensaios que
representem seu comportamento durante a aplicação. Diferentes métodos, que serão descritos
17
no Capítulo 2, têm sido desenvolvidos para verificar se o concreto produzido atende às
propriedades de autoadensabilidade. A escolha do tipo de ensaio e a sua análise final devem
depender das características da obra, do lançamento e das condições locais de aplicação do
concreto. Alguns ensaios apresentam parâmetros que servem para avaliar mais de uma
propriedade (EFNARC, 2005).
Aditivos superplastificantes empregados em conjunto com aditivos promotores de
viscosidade pretendem viabilizar o emprego de concretos auto-adensáveis para a execução de
peças densamente armadas ou em que se deseja grande facilidade de lançamento,
adensamento e acabamento, assim como a redução de ruído advindos dos equipamentos de
vibração. O uso conjunto desses aditivos visa garantir elevada fluidez e estabilidade adequada
às misturas, evitando a segregação ou exsudação, efeitos indesejáveis que podem decorrer do
emprego de elevadas dosagens de aditivos superplastificantes.
A utilização de aditivos modificadores de viscosidade pode gerar em concretos
um comportamento pseudoplástico, ou seja, redução da viscosidade em função do aumento da
taxa de cisalhamento aplicada. Como o concreto auto-adensável trata-se de um material
fluido, com uma alta taxa de cisalhamento, a viscosidade diminui, facilitando a execução.
Sendo assim, após a aplicação do concreto auto-adensável, a viscosidade tende a aumentar e
garante a capacidade de reter água e manter a sustentabilidade das partículas (MELO, 2005).
Algumas vantagens são observadas com a utilização do aditivo modificador de
viscosidade:
• Flexibilidade na escolha de materiais e procedimentos de lançamento;
• Obtenção de níveis de fluidez que fazem com que o concreto seja capaz
de vencer grandes distâncias horizontais;
• Melhoria da homogeneidade na mistura;
• Permanência da coesão durante queda livre;
• Redução ou eliminação de exsudação;
• Aumento da estabilidade durante o transporte e colocação.
18
1.1 JUSTIFICATIVA E IMPORTÂNCIA DO TEMA
Durante o adensamento do concreto pode ocorrer falhas gerando nichos de
concretagem e fissuras que permitirão a entrada da água comprometendo assim a durabilidade
da estrutura.
Sakata et al. (1996) mostrou que a adição de agente de viscosidade ao CAA
estabilizou a fluidez, fez o concreto fluir facilmente em pequenos espaços e possibilitou o
alcance da propriedade de autoadensamento em uma ampla faixa do slump flow.
Domone e Chai (1996) relatam que o agente de viscosidade reduz a sensibilidade
do CAA às variações nas proporções de mistura, um importante aspecto para produções em
larga escala. Por sua vez, Khayat e Guizani (1997) observaram que, assim como a adição de
materiais finos reforçam a estabilidade do concreto altamente fluido, esses agentes de
viscosidade também são utilizados como uma alternativa para reforçar a estabilidade desses
concretos, juntamente com aditivos redutores de água de alta gama, para assegurar a alta
fluidez e a adequada estabilidade.
Os finos que são empregados no concreto para melhorar sua coesão e resistência à
segregação muitas vezes são restos industriais que podem ser reciclados no concreto,
substituindo parte do material cimentante ou de agregados. Porém nem sempre esse tipo de
material está disponível na região inviabilizando sua utilização, daí se justifica o estudo e
emprego dos aditivos modificadores de viscosidade que substituem esse produto.
Alguns autores (ACI 304, 1971; VAZQUES, 1995; SEDRAN et. al.,1996) citam
que o uso desses agentes pode ser útil se agregados mal graduados estão para ser utilizados
e/ou onde adições minerais não estão disponíveis a um preço razoável.
Sendo o concreto um material tão utilizado, cada vez mais são desenvolvidas
tecnologias para facilitar sua fabricação, transporte, adensamento e lançamento.
1.2 OBJETIVOS GERAIS
O objetivo geral da dissertação consiste em estudar as propriedades e
características do concreto auto-adensável, avaliando a influência da adição de aditivos
modificadores de viscosidade no concreto tanto no estado fresco quanto no endurecido.
19
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Aplicação do método de dosagem para concreto auto-adensável proposto por Tutikian
(2004)
• Estudo das propriedades mecânicas dos concretos auto-adensáveis, como resistência à
compressão, resistência à tração e módulo de elasticidade.
• Estudo da influência dos aditivos modificadores de viscosidade na segregação dos
concretos auto-adensáveis.
• Comparação dos efeitos nas propriedades de auto-adensabilidade e mecânica dos
modificadores de viscosidade nas dosagens feitas apenas com aditivos
superplastificantes para cada fabricante
• Comparação dos efeitos dos modificadores de viscosidade com os efeitos das adições
minerais nas propriedades de auto-adensabilidade e mecânica do concreto auto-
adensável.
1.4 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO
Essa dissertação é apresentada em 8 capítulos. O primeiro capítulo trata da
introdução do trabalho e os objetivos da mesma.
Nos capítulos 2, 3 e 4 é feita a revisão bibliográfica da pesquisa. O capítulo 2 trata
da história do concreto auto-adensável, suas propriedades e características. O capítulo 3
apresenta os aditivos superplastificantes e modificadores de viscosidade. E as adições
minerais são mostradas no capítulo 4.
O programa experimental está dividido nos capítulos 5, 6 e 7, sendo que no
capítulo 5 estão a caracterização e análise dos materiais e no capítulo 6 as dosagens e a
caracterização dos concretos no estado fresco. O capítulo 7 apresenta os resultados e as
análises das propriedades mecânicas e absorção do concreto.
Por fim, no capítulo 8 estão as conclusões e as considerações finais seguidas das
referências bibliográficas.
2 CONCRETO AUTO-ADENSÁVEL
2.1 DEFINIÇÃO
O concreto auto-adensável é um material especial que surgiu como uma
alternativa às exigências das obras, tais como: estruturas de fôrmas com espaços confinados,
lajes com nível acabado, reparos e reforços estruturais, peças densamente armadas, pilares e
pilaretes em alvenaria estrutural, chumbamento de insertes, concretagens submersos,
estruturas pré-fabricadas entre outras (HELENE, 1998).
EFNARC (2002) diz que para um concreto ser considerado auto-adensável, deve
apresentar três propriedades fundamentais: fluidez, coesão ou habilidade passante e
resistência à segregação. Define-se fluidez como a capacidade do concreto auto-adensável de
fluir dentro e através da fôrma preenchendo todos os espaços. Coesão ou habilidade passante
como a capacidade de escoamento pela fôrma, passando por entre as armaduras sem
obstrução do fluxo ou segregação. Resistência à segregação é a propriedade que caracteriza a
capacidade do concreto em se manter coeso ou fluir dentro das fôrmas, passando ou não
através de obstáculos.
Descreve-se a auto-adensabilidade do concreto fresco como a capacidade de
preenchimento dos espaços vazios e o envolvimento das barras de aço e outros obstáculos
pelo material, exclusivamente através da ação da força gravitacional, mantendo uma adequada
homogeneidade (BOSILJVKOV, 2003).
Por fim, Tutikian (2004) afirma que o termo auto-adensável (CAA) identificava
uma categoria de concreto que pode ser moldado em fôrmas preenchendo cada espaço vazio
através exclusivamente de seu peso próprio, não necessitando de qualquer tecnologia de
compactação ou vibração externa.
21
2.2 MATERIAIS
O concreto auto-adensável é um concreto que possui os mesmos componentes de
um concreto convencional, com algumas mudanças nas características de alguns
componentes, acrescido de aditivos e adições.
Todos os cimentos do tipo Portland, de acordo com as especificações de normas
técnicas locais, podem ser utilizados na produção do CAA. A quantidade de cimento do CAA
está em torno de 200 a 450 kg/m3, dependendo da utilização de adições minerais. Para
dosagem a menos de 300 kg/m3 deve-se assegurar a inclusão de outro material cimentício, tais
como cinza volante, escória etc.
Em geral os agregados utilizados no CAA devem atender às mesmas exigências
normativas quando utilizados no concreto convencional. Recomenda-se que as partículas
menores que 0,125 mm sejam consideradas como parte do conteúdo de finos, isto é, da pasta,
pois influenciam no comportamento reológico do CAA. O diâmetro máximo característico
dos agregados graúdos normalmente utilizados nos CAA é de 20 mm, porém diâmetros
máximos de 40 mm já foram utilizados em aplicações de CAA (OKAMURA, 1997).
O CAA deve possuir um baixo volume de agregado graúdo, entre 28% e 35% do
volume do concreto, e uma relação de peso agregado graúdo/ concreto de 32% a 40%, com
proporções aproximadas de 750 kg/m3 a 920 kg/m3. O volume comum de agregado miúdo
varia entre 40% e 50% do volume de argamassa, com proporções aproximadas de 710 a 900
kg/m3.
Os aditivos utilizados no CAA deverão atender às exigências normativas
disponíveis em cada país. Os aditivos superplastificantes e os modificadores de viscosidade
são os mais utilizados.
O uso do superplastificante no CAA é inevitável, pois ele é responsável por uma
das principais propriedades do CAA, a fluidez. Sem o superplastificante seria impossível
pensar em concreto auto-adensável. No mercado nacional, são inúmeros os tipos e as marcas
existentes e novos tipos surgem a cada dia direcionados especificamente ao CAA, o que tem,
de alguma forma, dificultado a escolha de um superplastificante.
O aditivo modificador de viscosidade, conhecido também como agente de
viscosidade, aditivo anti-washout e agente espessante, tem sua composição dividida em três
grupos: 1 – sintéticos solúveis em água e polímeros orgânicos naturais (éter celulósico,
celulose metílica, óxido polietileno, vinil carboxílico, polímeros, álcool polivinilico etc); 2 –
22
emulsões acrílicas; 3 – à base de polissacarídeos naturais solúveis em água (Xanthan gum,
Guar gum, Welan gum, entre outros), copolímeros de estireno com grupos carboxílicos e
polieletroliticos sintéticos. Os dois primeiros grupos são geralmente aplicados em concretos
submersos, enquanto o terceiro grupo é comumente utilizado em concretos auto-adensáveis e
concretos fluidos ( KHAYAT & GUIZANI, 1997).
O mecanismo de ação dos aditivos modificadores de viscosidade no concreto é
aumentar a coesão da mistura, melhorando a estabilidade e a mobilidade do concreto. A
adição do agente de viscosidade afeta a fase aquosa da pasta de cimento, na qual cadeias de
polímeros solúveis em água podem absorver alguma água livre no sistema, reforçando, assim,
a viscosidade da pasta de cimento. Como resultado, menos água livre estará sujeita à
exsudação. O reforço da viscosidade da pasta de cimento pode também melhorar a capacidade
da pasta de suspender partículas sólidas, reduzindo a sedimentação.
As adições minerais são materiais finamente moídos, que são incorporados ao
concreto com a finalidade de obter características específicas. Estes são geralmente utilizados
em grandes quantidades, com a finalidade de reduzir os custos e melhorar a trabalhabilidade
do concreto no estado fresco, podendo até melhorar sua resistência à fissuração térmica, à
expansão álcali-agregado e ao ataque por sulfatos (MEHTA & MONTEIRO, 1994)
Em relação às exigências do CAA no estado fresco, adições inertes e reativas são
comumente utilizadas para aumentar a viscosidade e a coesão, proporcionando uma
resistência à segregação. As adições também regulam a quantidade de cimento para reduzir o
calor de hidratação e a retração (EFNARC, 2005).
Apesar do componente água ser o material que exige pouco ou nenhum controle
de qualidade, geralmente, realizado entre os componentes do concreto, é certamente o
parâmetro mais importante no controle das propriedades do concreto fresco e endurecido.
Geralmente seu uso no concreto é expresso como uma relação água/ cimento, por peso ou
volume, relação água/cimento, por peso ou volume, relação água/materiais cimentícios,
água/materiais finos etc. A quantidade de água de uma mistura é dividida basicamente em
quatro partes: uma para hidratação do cimento, uma para absorção e adsorção dos agregados e
materiais finos, uma para preencher a porosidade do esqueleto granular e uma para garantir a
fluidez do concreto. Domone e Chai (1996) definiram a água livre como o total de água
menos aquela retida pelos materiais finos e/ou pelos agregados.
As propriedades reológicas do concreto fresco são altamente influenciadas pela
relação água/cimento (a/c). Um aumento na relação a/c produz uma redução na viscosidade
23
plástica e na resistência de fluxo. Uma baixa relação a/c e o uso de superplastificantes
produzem concretos com alta viscosidade (BEAUPRÉ & MINDESS, 1998).
Dessa forma, os materiais que constituem o concreto auto-adensável são
praticamente os mesmo do concreto convencional, diferenciando-se principalmente pela
proporção de seus componentes como mostrado na Figura 2.1.
Figura 2.1 – Comparação da proporção dos componentes do concreto auto-adensável e convencional
(OKAMURA; OUCHI, 2003).
2.3 PROPRIEDADES DO CONCRETO AUTO-ADENSÁVEL
2.3.1 PROPRIEDADES DE AUTO-ADENSABILIDADE
Quando o concreto é lançado e adensado é importante que atinja a melhor
compacidade possível. Para que isso ocorra é necessário expulsar ao máximo o ar aprisionado
durante as etapas de mistura, transporte e lançamento, adensando o concreto sem segregar. O
concreto deve se manter nessa condição até o acabamento final da peça estrutural.
Mesmo para porções pequenas de ar aprisionado, há uma considerável perda de
resistência à compressão do concreto e maior facilidade de penetração de agentes agressivos,
diminuindo a vida útil da estrutura.
24
Independente dos materiais e do traço, o concreto pode não desempenhar suas
funções de estabilidade e durabilidade satisfatoriamente, caso não possa ser manipulado de
forma a obter compacidade mínima sem segregação e exsudação consideráveis.
O concreto necessita de uma tensão mínima para iniciar seu escoamento (Eo),
devido à força resistente a esse movimento, que é composta pelo atrito e pela coesão entre os
materiais que o compõem. Essa tensão mínima pode ser atingida pelo peso próprio do
concreto quando este é lançado sobre uma superfície. Para que o concreto se espalhe, após o
lançamento, ocupando todos os espaços de uma fôrma, normalmente é necessário aplicar uma
energia, por exemplo, por vibração do concreto. Portanto, quanto mais obstáculos estiverem
impedindo a movimentação do concreto, maior trabalhabilidade este deve ter ou maior
energia deve ser utilizada no seu adensamento.
No caso do concreto auto-adensável a tensão de escoamento é bem menor que a
do concreto convencional e não é necessário aplicar nenhuma energia externa para que ele se
espalhe. Isso é possível adicionando-se à mistura aditivos superplastificantes que promovem
grande aumento na sua fluidez. Porém, esse aumento de fluidez torna o concreto bastante
suscetível a segregação sendo, portanto adicionado finos no concreto e/ ou aditivos
modificadores de viscosidade para o manter coeso. Essas adições além de promoverem maior
resistência à segregação à mistura, ocupam espaços vazios limitando o espaço para o ar se
aprisionar gerando ganho de durabilidade.
Quanto maior a coesão do concreto maior será a tensão inicial de escoamento, ou
seja a coesão é diretamente proporcional a Eo. Para permitir a execução de uma estrutura,
procura-se obter um concreto com menor viscosidade e maior coesão possíveis, ou seja, ter
grande mobilidade sem segregar. É exatamente nisso que reside a dosagem do concreto auto-
adensável. Combinar aditivos superplastificantes (preferencialmente base policarboxilato),
com adições minerais e/ ou aditivos modificadores de viscosidade.
Na linguagem corrente “consistência” se refere a firmeza de forma de uma
substância ou à facilidade com que ela flui. No caso do concreto, às vezes, o termo
consistência é usado para significado grau de molhagem; dentro de limites, os concretos mais
molhados são mais trabalháveis do que os secos, mas concretos com igual consistência podem
ter trabalhabilidades diferentes. A definição de consistência do ACI é: “a mobilidade relativa
ou capacidade de fluir do concreto ou argamassa”.
25
2.3.2 PROPRIEDADES MECÂNICAS
Desde a introdução do CAA na indústria da construção civil, teve-se sempre
grande interesse nas propriedades deste material no estado fresco, de modo que estas foram e
continuam a ser muito estudadas por pesquisadores em todo o mundo. Porém, quando se tem
em vista o uso estrutural do concreto, são as propriedades do material no estado endurecido
que ganham maior importância, exigindo estudos que permitam sua previsão (DAMONE,
2006).
No presente trabalho serão estudas as propriedades de resistência à compressão, à
tração e o módulo de deformação do CAA, no estado endurecido. A composição dos
componentes nas misturas dos concretos estudados teve como objetivo se aproximar ao
máximo dos concretos convencionais justamente para não influenciar em suas propriedades
mecânicas obtendo assim um alto teor de argamassa.
É de conhecimento geral que a relação água/cimento de um concreto é a principal
responsável pela porosidade da matriz de cimento e da zona de transição entre matriz e
agregado graúdo, que têm influência direta na resistência do concreto, de modo que quanto
maior a porosidade do material, menor será sua resistência à compressão (MEHTA e
MONTEIRO, 1994).
Porém, fatores como adensamento, dimensões mineralógicas, presença de adições
minerais, aditivos e composição do concreto, em geral, influenciam fortemente as
propriedades do concreto no estado endurecido. Desse modo, no CAA a combinação desses
fatores faz com que o material apresente uma microestrutura mais homogênea, com uma
menor porosidade quando comparada a concretos convencionais. Esse fato faz com que a
resistência à compressão dos CAA possa se apresentar ligeiramente maior que a de concretos
convencionais, para a mesma relação água/cimento (SCC EPG, 2005; MELO, 2005).
Da mesma forma, a resistência à tração também pode ser comparável, de modo
que o comportamento observado em CAA é o mesmo que ocorre em concretos convencionais
vibrados (LEITE, 2007). Em alguns casos, porém, a relação entre a resistência à tração e
resistência à compressão pode ser um pouco maior para CAA, devido à microestrutura mais
homogênea e menor porosidade na interface entre a matriz e agregado graúdo
(HOLSCHEMACHER e KLUG, 2002).
PROSKE e GRAUBNER (2005) e SCC EPG (2005) relatam que quanto maior a
quantidade de agregados de alta rigidez presente no concreto, maior será o módulo de
26
elasticidade apresentado por este. Da mesma forma, a diminuição do volume de agregado, e
conseqüente aumento do volume de pasta da mistura, irão proporcionar uma diminuição no
valor do módulo de deformação apresentado.
Dessa forma, tem-se que o CAA, em geral, apresenta menor módulo de
elasticidade quando comparado a concretos convencionais. A análise de um banco de dados
permitiu a conclusão de que o CAA pode chegar a apresentar módulo de elasticidade 20%
inferior ao apresentado por concretos convencionais, que possuam a mesma resistência à
compressão e mesmos agregados presentes na mistura (HOLSCHEMACHER e KLUG,
2002).
Segundo Klug et al. (2003), o desenvolvimento das resistências do CAA e do
concreto convencional com o tempo é similar, no entanto, para o mesmo fator a/c, há uma
tendência que o CAA apresente resistências maiores devido uma maios quantidade de finos
que acarreta na redução dos vazios e da porosidade. Já com relação ao módulo de deformação
longitudinal, Klug et al. (2003) constata uma diminuição nos resultados do CAA, quando
comparados ao concreto convencional, atribuída a uma e menor quantidade de agregados.
2.4 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DO CONCRETO AUTO-ADENSÁVEL
Para a caracterização do concreto auto-adensável é necessária a quantificação de suas
propriedades. Essa quantificação é uma avaliação qualitativa e visual das propriedades auto
adensáveis.
A fluidez pode ser facilmente medida, porém a coesão e viscosidade estão
correlacionadas com a fluidez, capacidade de passagem por obstáculos e também com a
segregação, que na maioria dos ensaios é analisada visualmente. A exsudação, embora
avaliada visualmente, é muito fácil de ser identificada.
Vários métodos foram desenvolvidos para avaliar essas propriedades e neste capítulo
serão apresentados alguns desses ensaios.
Os ensaios apresentados neste trabalho são normatizados pela NBR 15823 e
classificados em função das propriedades no estado fresco estabelecidas nas Tabelas 2.1 a 2.4.
Apenas o ensaio da Caixa U não foi normalizado pela Associação Brasileira de Normas e foi
desenvolvido pela Technology Research Centre of the Taisei Corporation in Japan.
27
Tabela 2.1 – Classe de espalhamento (NBR 15823-1)
Classe Espalhamento (mm) Aplicação Método de ensaio
SF1 550 a 650 Estruturas não armadas ou com
baixa taxa de armadura, concreto
bombeável, etc.
ABNT NBR 15823-2 SF2 660 a 750 Adequada para maioria das
estruturas.
SF3 760 a 850 Estruturas com alta densidade de
armadura e/ou forma arquitetônica
complexa.
Tabela 2.2 – Classe de viscosidade plástica aparente t500 (NBR 15823-1)
Classe T500 (s) Aplicação Método de ensaio
VS1 ≤ 2 Estruturas com alta densidade de armadura e
embutidos. ABNT NBR 15823-2
VS2 ≥ 2 Adequado para maioria das aplicações
correntes.
Tabela 2.3 – Classe de viscosidade plástica aparente pelo funil V (NBR 15823-1)
Classe Funil V (s) Aplicação Método de ensaio
VF1 < 9 Estruturas com alta densidade de armadura e
embutidos. ABNT NBR 15823-5
VF2 9 a 25 Adequado para maioria das aplicações
correntes.
28
Tabela 2.4 – Classe de resistência à segregação pela coluna de segregação (NBR 15823-6)
Classe Coluna de Segregação (%) Aplicação Método de ensaio
SR1 ≤ 20 Lajes de pequena espessura e
estruturas de pouca
complexidade. ABNT NBR 15823-6
SR2 ≤ 15 Elementos de fundações
profundas, pré-moldados e
estruturas complexas.
2.4.2 Espalhamento
O ensaio, ilustrado nas Figuras 2.2 e 2.3, é realizado com o cone de ABRANS para
quantificar a fluidez do concreto auto-adensável e avaliar propriedades como coesão e
exsudação. Hodgson (2003) apud Melo (2005) apresenta algumas informações
complementares que podem ser obtidas, de forma a ampliar a avaliação do CAA.
• Análise da distribuição do agregado graúdo, verificando se há concentração de
partículas no centro do espalhamento;
• Análise da segregação e exsudação, verificando a presença de uma fina camada de
pasta ou água de exsudação ao redor da região de espalhamento;
• Análise da forma assumida pelo concreto durante o espalhamento, verificando se o
diâmetro do concreto espalhado possui circunferência regular.
29
Figura 2.2 – Ensaio de espalhamento
Figura 2.3 – Segregação e exsudação do concreto auto-adensável
2.4.3 Caixa U
O ensaio da Caixa U, ilustrado na Figura 2.4, possibilita a avaliação da habilidade
de preenchimento do CAA e de resistir ao bloqueio, além de dar indicativos sobre a
viscosidade. O ensaio consiste em um equipamento com dois compartimentos com formato
“U”, onde um dos compartimentos é preenchido com o concreto e isolado por uma comporta.
A comporta é aberta e o concreto passa por obstáculos similares à armadura. Cessado o
escoamento, deverá ser medido o desnível do concreto nos dois compartimentos. Esse
desnível não deve ser maior que 30 mm.
30
Figura 2.4 – Ensaio da Caixa U
2.4.4 Funil V
O ensaio do Funil V, ilustrado nas Figuras 2.5 e 2.6, consiste no seu
preenchimento com CAA, medindo-se o tempo gasto para o escoamento completo do
concreto. O funil tem como objetivo avaliar a capacidade do concreto de passar por seções
estreitas, sendo também indicada a viscosidade da mistura. .
31
Figura 2.5 – Tempo de escoamento do Funil V
Figura 2.6 – Escoamento do concreto auto-adensável no Funil V
32
2.4.5 Coluna de segregação
Normalizado pela NBR 15823-6, a Coluna de segregação é empregada como teste
para verificação da segregação do concreto. Constitui-se de um tubo de PVC de 20 cm de
diâmetro por 66 cm de altura secionado em 3 partes. O topo e base possuem uma altura de
16,5 cm, enquanto que a parte central tem 33 cm. Estas seções são unidas por grampos ou
presilhas de fixação ou, como empregado nesta pesquisa, apenas por fita adesiva. O conjunto
deve ser adequadamente apoiado em uma base que garanta um perfeito esquadro, conforme
apresentado na Figura 2.7 (ALENCAR, 2008).
Com um tempo de aproximadamente 20 minutos já é possível coletar as amostras
de concreto do topo e base. As amostras são então lavadas em uma peneira (peneira de 5 mm),
ficando apenas o agregado graúdo retido.
Figura 2.7 – Desenho esquemático da Coluna de Segregação.
33
Figura 2.8 – Lançamento do concreto sem compactação
Figura 2.9 – União do tubo por meio de fita adesiva
34
Figura 2.10 – Lavagem do concreto na peneira de 5 mm
2.5 DOSAGEM
Segundo Neville (1997) a dosagem de um concreto é, simplesmente, o processo
de seleção dos materiais constituintes de uma mistura, determinando-se as respectivas
proporções com o objetivo de produzir, da forma mais econômica possível, um material com
características mínimas, principalmente de resistência, durabilidade e consistência.
A dosagem do concreto auto-adensável consiste basicamente em determinar o teor
ideal de argamassa, o diâmetro máximo dos agregados graúdos, a proporção de aditivo
superplastificante e a quantidade de finos e aditivos modificadores quando utilizados. A
proporção desses materiais deve ser ideal para garantir ao concreto auto-adensável fluidez e
coesão satisfatória para passar entre obstáculos sem que ocorra bloqueio e segregação.
Vários métodos de dosagem já foram desenvolvidos para esse material como o de
Método proposto por Okamura (1995), Método proposto por Gomes (2002), Método
EFNARC (2002) e o Método proposto por Tutikian (2004) que foi o método utilizado nessa
pesquisa e será descrito a seguir.
2.5.1 Método proposto por Tutikian (2004)
O método proposto por Tutikian (2004) é baseado no método proposto por Helene
e Terzian (1992) para a dosagem de concretos convencionais. O método consiste basicamente
35
em transformar um concreto convencional em concreto auto-adensável. A Figura 2.11 ilustra
o método de Tutikian apresentando todos os passos da dosagem.
Figura 2.11 – Passo a passo para dosagem do CAA (Tutikian, 2004).
A escolha dos materiais deve ser feita considerando o tamanho do diâmetro
máximo do agregado graúdo e escolha dos aditivos e adições minerais.
A determinação do teor ótimo de argamassa é feito de forma empírica. São
escolhidos geralmente três traços de concreto para se obter no final uma curva de dosagem. O
teor de argamassa ótimo é encontrado utilizando-se, quase sempre, o traço intermediário.
Até esse momento o concreto encontra-se convencional. Depois de encontrado o
teor de argamassa que será então adicionado os aditivos superplastificantes para aumentar a
fluidez do concreto tornando-o auto-adensável. O aditivo recomendado para dosagem desse
tipo de concreto é o aditivo superplastificante base policarboxilato e a quantidade adicionada
desse material deve permanecer constante em todas as dosagens.
Quando da adição do aditivo superplastificante o concreto fluido tende a segregar
sendo necessária a adição de finos em substituição do cimento quando a adição é pozolânica
ou do areia quando não for pozolânica.
36
A adição de aditivos e finos acontece de forma simultânea e a cada dosagem feita
devem ser feitos ensaios de trabalhabilidade para avaliar se o concreto já encontra-se
adequado. Caso o concreto se enquadre nos limites, estará pronta a dosagem.
O sétimo passo descrito por Tutikian (2007) refere-se a uma comparação de custo
entre o CAA utilizando finos e o CAA dosado com aditivos modificadores de viscosidade.
Com traço pronto do CAA sem o VMA substitui-se parte dos finos por VMA e recalcula os
custos. O uso desses aditivos é praticamente obrigatório em situações em que os finos são
economicamente indisponíveis. Vale lembrar que a dosagem não pode ser aproveitada para
adicionar o VMA.
Por fim, os corpos-de-prova são moldados e rompidos à compressão nas idades
escolhidas. Através de todas informações dadas pelos passos anteriores é possível desenhar o
diagrama de dosagem obtendo dentro do intervalo do estudo experimental qualquer dosagem
do CAA com os materiais escolhidos no primeiro passo.
37
3 ADITIVOS
Por muitos anos, o concreto foi considerado apenas como uma mistura de
cimento, água e agregados, cuja trabalhabilidade era controlada principalmente pela
quantidade de água adicionada à mistura.
Hoje os aditivos já são parte integrante de concretos e argamassas e suas
vantagens podem ser observadas em função dos inúmeros benefícios oferecidos por eles, entre
as quais se pode citar: maior viabilidade e agilidade de execução pelo o uso de concretos mais
fluidos e capacidade de atender a classes de resistência e durabilidade maiores com
variabilidade técnica e econômica.
Aïtcin (2000) define quatro grupos de aditivos de acordo com as suas funções: os
que promovem dispersão nas partículas de cimento, os que modificam a cinética do processo
de hidratação do cimento, os que reagem com algum subproduto da hidratação do cimento; e
os que apresentam somente ação física no concreto.
Os aditivos são classificados por sua função principal embora também devam ser
mencionadas suas ações secundárias, muitas vezes indesejáveis. De acordo com a ISO/ DIS
7690, aditivos são produtos adicionados em pequena quantidade (até 5%) capazes de
modificar as propriedades no estado fresco ou endurecido de concretos, argamassas, pastas ou
grautes.
São encontradas na literatura diversas denominações para os aditivos
superplastificantes, como redutores de água, redutores de água de alta eficiência,
superplastificantes, superfluidificantes, hiperplastificantes e ainda plastificantes.
No Brasil, a NBR 11768 (EB 1763/1992) classifica os aditivos superplastificantes
e plastificantes em: Tipo SP: Superplastificante, Tipo SPA: Superplastificante Acelerador,
Tipo P: Plastificante, Tipo PR: Plastificante Retardador e Tipo PA: Plastificante Acelerador.
A norma ASTM C 494-92: “Chemical Admixtures for Concrete” classifica os
aditivos superplastificantes em “Type F” e “Type G”. Sendo o primeiro conhecido como
“Water Reducing, High-Range Admixtures” que reduz a quantidade de água da mistura para a
produção de concreto a uma dada consistência em 12% ou mais. E o outro “Water Reducing,
38
High-Range Retarding Admixture” além de uma redução de água em 12% ou mais, esses
aditivos promovem retardo na pega do concreto.
A norma ASTM C 1017-92: “Chemical Admixtures for use in Flowing Concrete”
classifica os aditivos superfluidificantes em Type I, “Plasticizer”, Type II, “Plastificizer and
Retarder”.
O ACI Committee 212 apresenta o “Guide for the Use of High-Range Water-
Reducing Admixtures (Superplasticizers) in Concrete”. Este guia contém informações sobre a
aplicação, uso e efeitos dos aditivos superplastificantes no concreto fresco e endurecido.
A norma BS 5075 Part 3: 1985, “Specification for Superplasticizing Admixtures”
especifica os requisitos e métodos de ensaio para os aditivos superplastificantes que podem
ser usados para modificar uma ou mais propriedades do concreto tais como, trabalhabilidade,
tempos de pega e resistências. Essa norma não especifica a porcentagem de redução de água
com o uso desses aditivos.
O Comité Europén de Normalisation (CEN), apresenta as seguintes normas sobre
aditivos: “EM 934: Admixtures for concrete, mortar and grout”, que especifica o uso,
definições, aplicações e critérios de conformidade para concretos, argamassas, grautes e “EM
480 Admixtures for concrete, mortar and grouts – Test methods” que especifica os ensaios
para as misturas no seu estado fresco e no seu estado endurecido, entre os quais se pode citar:
tempo de pega, segregação, absorção por capilaridade, determinação da quantidade de álcalis
nos aditivos, teor de cloretos, teor de sólidos entre outros. Os aditivos superplastificantes e
plastificantes podem ser classficados através da EM 934 – Parte 2.
Os aditivos modificadores de viscosidade por serem novos no mercado, ainda não
foram normatizados.
3.1 ADITIVO SUPERPLASTIFICANTE BASE POLICARBOXILATO
Os primeiros materiais utilizados como redutores de água foram os polímeros
derivados da lignina, ou lignossulfonatos. Estes são chamados plastificantes e promovem uma
redução de água entre 5% a 10% (AÏTCIN, 2000b) e um baixo custo por serem derivados de
um subproduto da indústria da celulose e do papel. Entretanto, em sua composição estão
presentes açucares que, se em grande quantidade, podem causar retardo da pega e
incorporação de ar (AÏTCIN; JOLICOEUR; MACGREGOR, 1994).
39
Com avanço da industria química, surgiram aditivos a base de polímeros
sintéticos, que apresentam maior eficiência na redução de água podendo ser usados em
dosagens maiores, os quais são polinaftalenos sulfonatos de sódio. Nos últimos anos
começaram a ser usadas novas formulações de polímeros com cadeias longas conhecidos
como policarboxilatos ou poliacrilatos que possibilitam uma maior duração do efeito
fluidificante (AÏTCIN, 2000b).
3.1.1 Definição
Os aditivos superplastificantes base policarboxilatos são conhecidos como
superplastificantes de 3ª geração e foram recentemente introduzidos no mercado nacional.
Eles permitem a redução de água das misturas em até 40% e por isso são também conhecidos
como hiperplastificantes. São aditivos poliméricos que apresentam larga distribuição de massa
molecular e sua caracterização química segundo Yamada et al. é muito complexa. As
propriedades desses aditivos são influenciadas pelo comprimento de sua cadeia e pelo número
de reações em uma cadeia de aditivo. A estrutura química de um policarboxilato é apresentada
na Figura 3.1.
Figura 3.1 – Monômero de um policarboxilato (RAMACHANDRAN, 1998)
Esses polímeros geralmente possuem grupos carboxílicos (COOH) e apresentam
cadeias laterais de diferentes comprimentos. Onde a dispersão e defloculação das partículas de
cimento podem ser controladas por meio da mudança do comprimento dessas cadeias e ainda
do comprimento da cadeia central desses polímeros. A Figura 3.2 apresenta a esquematização
de um policarboxilato.
40
Figura 3.2 – Esquematização de uma molécula de policarboxilato (LEIDHODT, et al., 2000).
3.1.2 Características e propriedades
Ohta et al. estudaram o efeito do comprimento da cadeia principal desses
polímeros na dispersão e defloculação das partículas do cimento. Em outro estudo semelhante
realizado por Yamada et al. sobre os efeitos da estrutura química dos aditivos
superplastificantes base policarboxilato na fluidez das pastas de cimento foram constatados os
seguintes resultados:
• Para mesma dosagem de aditivo, quanto maior o tamanho da cadeia desse aditivo,
mais fluída é a mistura e menor é seu tempo de pega;
• Quanto maior a quantidade de grupos sulfônicos e carboxílicos presentes nos
polímeros, maior a fluidez do sistema para uma mesma dosagem de superplastificante.
As partículas de cimento Portland quando entram em contato com a água, que tem
molécula polar, apresentam forte tendência a floculação. Certa quantidade de água fica
aprisionada entre os grãos de cimento, reduzindo a disponibilidade de água e a lubrificação da
mistura. Tais fenômenos aumentam a viscosidade da mistura e também reduzem a área
específica dos grãos de cimento disponível para as reações de hidratação.
A Figura 3.3 ilustra o efeito de defloculação dos grãos de cimento. Todos os tipos de
cimento sofrem floculação, de modo que o emprego de aditivos químicos capazes de reduzir
essa tendência é de grande valia à tecnologia do concreto.
41
Figura 3.3 – Efeito da defloculação dos grãos de cimento (AÏTCIN et al., 1994).
A figura 3.4(a) apresenta a micrografia de partículas de cimento floculadas em
uma suspensão água-cimento sem aditivo e a Figura 3.5(b) apresenta a micrografia de um
sistema disperso com adição de aditivo. Observa-se que a dispersão promovida pelos aditivos
superplastificantes confere maior homogeneidade à mistura e distribui mais uniformemente os
espaços entre grãos.
Figura 3.4 – Micrografia de partículas de cimento floculadas. (a) Floculação do sistema cimento-água (b)
dispersão do sistema com a adição de um superplastificante (MEHTA; MONTEIRO, 1994).
Os produtos base melamina, naftaleno ou lignosulfonato atuam principalmente
por repulsão eltrostática. O efeito desse fenômeno é o aumento da fluidez e a conseqüente
redução da demanda de água de amassamento (Aïtcin, 1998). Os produtos base
policarboxilatos também atuam por repulsão eletrostática, mas não é esse o seu mecanismo
principal de ação. Além de agirem por repulsão eletrostática, a dispersão das partículas de
cimento pode ser relacionada a um efeito conhecido como repulsão estérica que é produzida
pela presença de uma longa cadeia lateral ligada em vários pontos na cadeia central do
polímero. Esta arquitetura produz forte efeito dispersante, pois o impedimento do
entrelaçamento das cadeias laterais de diferentes moléculas de aditivos cria uma capa de
adsorção de grande volume que impede a aproximação das partículas de cimento (Gettu;
42
Roncero, 1998). A Figura 3.5 ilustra o mecanismo de repulsão dos aditivos
superplastificantes.
Figura 3.5 – Mecanismo de repulsão dos aditivos superplastificantes. (a) Ilustração do mecanismo de repulsão eletrostática para a cadeia de naftaleno e melamina (b) Ilustração do mecanismo de repulsão
estérica para a cadeia de policarboxilato (COLLEPARDI, et al., 1999).
3.2 ADITIVOS MODIFICADORES DE VISCOSIDADE
3.2.1 Definição
O aditivo modificador de viscosidade é formado por cadeias longas de base celulose,
polissacarídea, acrílico ou glicol e outros agentes inorgânicos (RIXOM e MAILVAGANAN,
1999).
A principal função do VMA é modificar as propriedades reológicas da pasta de
cimento.
A reologia do concreto fresco pode ser descrita por sua tensão de escoamento e sua
viscosidade plástica.
A tensão de escoamento descreve a força necessária para que o concreto comece a se
movimentar. O escoamento está relacionado com a trabalhabilidade do concreto e pode ser
avaliado por testes como o valor de slump.
Viscosidade plástica descreve a resistência do concreto de fluir sob forças externas. A
viscosidade é causada por fricções internas. A velocidade do escoamento do concreto está
relacionada com sua velocidade plástica como mostrado no diagrama abaixo e pode ser
avaliada pelo tempo T500 durante o teste do slump ou pelo tempo de passar pelo Funil V.
O balanceamento da tensão de escoamento com a viscosidade plástica é a chave para
se obter apropriadas características reológicas. Os aditivos modificadores de viscosidade
43
mudam as propriedades reológicas do concreto aumentando sua viscosidade plástica, mas
geralmente provoca apenas um pequeno aumento da tensão de escoamento. Aditivos que
diminuem a tensão de escoamento são os plastificantes e são utilizados juntamente com os
modificadores de viscosidade para otimizar a tensão de escoamento (EFNARC, 2006).
Figura 3.6 – Viscosidade plástica do concreto (EFNARC, 2006)
3.2.2 Características e propriedades
Os aditivos modificadores de viscosidade (VMAs) são usados para reduzir a
dependência da auto-adensabilidade nos materiais sólidos e no teor de água do concreto
(variações induzidas pela distribuição granulométrica e teor de umidade dos agregados)
(Okamura e Ouchi, 2003). A ação da maioria dos modificadores de viscosidade pode ser
descrita da seguinte forma: as partículas dos polímeros, ao entrarem em contato com água,
passam a adsorvê-la devido à presença de grupos hidrofílicos presentes na cadeia polimérica.
O efeito imediato é de inchamento destas partículas que, na presença de quantidade suficiente
de água, dissolvem e formam um gel. Este gel, também chamado de hidrogel, aprisiona as
moléculas de água, resultando em alta viscosidade. A formação da estrutura de gel e a alta
viscosidade da fase aquosa reduzem muito a mobilidade de partículas na mistura.
Segundo a EFNARC (2005), o VMA também pode ser usado para ajudar a reduzir
a segregação e a sensibilidade da mistura devida à variação de outros componentes,
principalmente sobre a parcela da umidade. Desta maneira, o VMA atua na água da mistura
promovendo uma viscosidade moderada por meio de uma formação de rede, que detém a água
e que mantêm as partículas finas da mistura suspensas, fornecendo maior coesão,
44
conseqüentemente evitando a ocorrência de segregação exsudação, conforme demonstrada na
Figura 3.7.
Figura 3.7 – Ação dos aditivos modificadores de viscosidade
Outra maneira de funcionamento do aditivo na mistura ocorre quando as
partículas de cimento absorvem o VMA, ou seja, com a superfície do grão de cimento
completamente saturada do aditivo, não ocorre uma adsorção adequada do aditivo redutor de
água, fazendo com que a mistura torne-se coesa e menos fluida (RIXON e MAILVAGANAN,
1999).
O aditivo modificador de viscosidade, conhecido também como agente de
viscosidade, aditivo anti-washout e agente espessante, tem sua composição dividida em três
grupos: 1 – sintéticos solúveis em água e polímeros orgânicos naturais (éter celulósico,
celulose metílica, óxido polietileno, vinil carboxílico, polímeros, álcool polivinilico etc); 2 –
emulsões acrílicas; 3 – à base de polissacarídeos naturais solúveis em água (Xanthan gum,
Guar gum, Welan gum, entre outros), copolímeros de estireno com grupos carboxílicos e
polieletroliticos sintéticos. Os dois primeiros grupos são geralmente aplicados em concretos
submersos, enquanto o terceiro grupo é comumente utilizado em concretos auto-adensáveis e
concretos fluidos ( KHAYAT & GUIZANI, 1997).
A seguir são mostrados os VMAs mais utilizados em concretos auto-adensáveis.
Os aditivos modificadores utilizados na pesquisa foram de base química welam gum
identificados por FABRICANTE III SP + VMA e FABRICANTE II SP + VMAb e base
química éteres de celulose identificados por FABRICANTE II SP + VMAa e
FABRICANTE I SP + VMA. Outros tipos de modificadores são apresentados como os de
base química glucan, amido modificado e sílica precipitada.
45
3.2.2.1 Welan gum
Welan gum é um nome comercial dado a um polissacarídeo fornecido pela Kelco-
Crete, obtido por um processo especial de fermentação. De acordo com Ghio et al. (1994), são
polímeros de cadeia longa com alta massa molecular (em torno de 2 milhões), o que
corresponde a cerca de duas mil unidades de repetição por molécula do polímero.
O Welan gum confere um comportamento pseudoplástico à fase aquosa, ou seja,
há uma redução da viscosidade aparente com aumento da tensão de cisalhamento. A baixas
taxas de cisalhamento, as pontes de hidrogênio e o entrelaçamento do polímero aumentam a
viscosidade da solução. Para altas tensões cisalhantes, as cadeias poliméricas tendem a se
alinhar na direção do fluxo, causando redução da viscosidade. Quando cessada a tensão
cisalhante, as cadeias poliméricas rapidamente se reagregam, e retornam à viscosidade
original.
De acordo com Khayat e Ahia (1997), o Welan gum não parece ser incompatível
com os superplastificantes base melamina e naftaleno. Entretanto, causa um importante
retardo no início da pega do cimento. Em concretos com superplastificantes do tipo
policarboxilato, pode haver interação entre os polímeros. De acordo com Ghezal e Khayat
(2003 p.69), grupos moleculares do Welan gum podem encapsular os grupos carboxilato
(COO-) do superplastificante, impedindo as ligações cruzadas com o íon cálcio. O resultado é
uma maior tensão de escoamento, viscosidade e coesão para concretos com Welan gum e
superplastificante do tipo policarboxilato a baixas tensões de cisalhamento. A altas tensões de
cisalhamento, a mistura se torna fluida. Esta interação não parece ser danosa, pois a
combinação Welan gum-policarboxilato é apontada como a mais favorável para SCC.
3.2.2.2 Éteres de celulose
Os éteres de celulose (MHPC, HEC, MC, MHEC) são polímeros semi-sintéticos,
obtidos pela modificação da celulose para torná-la solúvel em água. Esta modificação é feita
pela substituição de hidroxilas por grupos hidrofílicos, que aderem nas moléculas de água,
fixando-as, aumentando, com isso, a viscosidade. Moléculas de cadeias poliméricas
adjacentes podem se entrelaçar e desenvolver forças atrativas por pontes de hidrogênio,
aumentando ainda mais a viscosidade plástica e a tensão de escoamento da pasta de cimento.
Como resultado, tem-se a formação de um gel. O fenômeno é semelhante ao que ocorre para o
Welan gum.
46
Os éteres proporcionam à fase aquosa um comportamento pseudoplástico, da
mesma forma que descrito para o Welan gum. E também causam aumento dos tempos de
pega.
De acordo com Khayat e Ahia (1997), há incompatibilidade entre os éteres de
celulose e alguns tipos de superplastificantes com base naftaleno. Já com superplastificantes
com base melamina os éteres de celulose podem ser utilizados.
Saak et al. (2001, p.83) reportam o uso de um HPMC (hidroxipropil
metilcelulose) com um revestimento superficial sobre suas partículas, que é rompido em
solução aquosa de alto pH, proporcionando a hidratação do polímero. A hidratação completa
leva em torno de 30 segundos. Em água de pH neutro, este polímero é facilmente disperso a
baixas taxas de cisalhamento, sem aumento significativo da viscosidade. O polímero causa
tanto o aumento da tensão de escoamento quanto da viscosidade. Com maior teor do HPMC,
maior é esse efeito. A massa molecular do polímero usado na pesquisa dos autores era em
torno 110.000 e 120.000.
3.2.2.3 1,3-Glucan
1,3-Glucan (Curdlan) é um tipo de polissacarídeo natural, insolúvel em água,
derivado de um processo biotecnológico, consistindo somente de 1,3-Glucoside ligações
produzidas por micróbios. É um pó branco com densidade de 1,44. As partículas do polímero
sofrem inchamento na fase aquosa da mistura, e passam a existir como partículas
independentes e inchadas de gel conectado com átomos de cálcio, com carga superficial
negativa (potencial zeta = -16 mV na água de poro de cimento). A partícula inchada apresenta
retenção de água elevada.
1,3-Glucan foi estudado por Shindoh e Matsuoka (2003) e seu efeito no CAA, na
presença de policarboxilato, foi comparado ao HPMC no estudo. O Glucan não prejudica a
ação dos superplastificantes comuns (que adsorvem na superfície dos grãos de cimento para
provocar a dispersão, atuando por repulsão eletrostática), pois ele não solubiliza em água: o
efeito de redução da viscosidade é devido ao inchamento das partículas do polímero pela ação
da água. Já o HPMC solubiliza em água e forma gel, impedindo ou, pelo menos, retardando a
adsorção das partículas dos superplastificantes na superfície dos grãos de cimento. Devido a
esse impedimento, a ação dos superplastificantes é prejudicada. Entretanto, o 1,3-Glucan
ainda não é produzido em escala industrial, estando em desenvolvimento no Japão.
47
3.2.2.4 Amido modificado
Rajavogan et al (2003 p.386) estudaram um amido modificado com grupos
hidrofílicos hidroxipropil (HPS), comparando seu efeito no concreto com o Welan gum, e
concluíram que o amido não é tão eficiente quanto o Welan gum nas propriedades do SCC no
estado fresco. O amido, segundo Ghezal (2003), somente é efetivo em SCC em altas
dosagens.
3.2.2.5 Sílica precipitada
De acordo com Ghezal (2003 p.122), a grande vantagem da sílica precipitada é
que reduz o tempo de pega do cimento, comparativamente aos outros modificadores de
viscosidade, acelerando, assim, o desenvolvimento das resistências mecânicas nas primeiras
idades.
Nem todos os tipos de aditivos modificadores de viscosidade mostraram
resultados satisfatórios, por isso pesquisas têm sido concentradas em apenas dois tipos: welan
gum e anti washout (aditivos utilizados em concretos submersos).
Os aditivos anti-washout usados em concretos submersos são polímeros orgânicos
solúveis em água que aumentam a coesão do concreto de uma maneira que reduz
significamente o solapamento das partículas finas (materiais cimentantes e areia) do concreto
fresco.
Esses aditivos são sempre usados em conjunto com superplastificantes para se
auto compactarem dentro d´água.
3.2.3 Vantagens dos aditivos modificadores de viscosidade
Khayat e Monthy (2001) destacam as vantagens de se usar modificadores de
viscosidade no SCC:
• Maior flexibilidade ao selecionar os materiais locais, principalmente agregados e
adições, resultando em maior economia quando se seleciona materiais de maior
disponibilidade.
• Menor influência dos materiais na estabilidade e deformabilidade do SCC fresco.
48
• Maior flexibilidade na escolha do modo de lançamento.
• Maior tixotropia do SCC.
• Melhor microestrutura e homogeneidade das propriedades, incluindo aderência.
• Produz um sistema de vazios mais estável.
• Melhor suspensão de partículas sólidas, incluindo fibras, facilitando o uso de fibras no
SCC e o seu lançamento.
• Permite o lançamento de concreto submerso.
Corradi et al (2003 p.457) destacam, também, que os VMAs reduzem a
variabilidade do SCC de uma betonada para a outra e de um dia para o outro.
RIXOM e MAILVAGANAM (1999) citam alguns problemas relacionados a
utilização desse aditivo como a incorporação de ar, devido a sua capacidade de redução da
tensão superficial da água da mistura, e a incompatibilidade com certos aditivos plastificantes,
justificada pela capacidade de absorção de partículas de cimento. Já para REPETTE (2005) o
problema está na retração por secagem quando o VMA é utilizado em doses elevadas.
Vários estudos reportam a dependência do efeito do VMA no tipo e teor de
superplastificante utilizado, e vice-versa. Ou seja, existe uma sinergia dos efeitos de ambos os
aditivos, que pode resultar em prejuízo ou benefício ao SCC.
Ghezal e Khayat (2003 p.69) estudaram os efeitos de vários modificadores de
viscosidade e superplastificantes no comportamento reológico dos SCC, e observaram o
melhor desempenho para SCC preparado com Welan gum (VMA) e policarboxilato (SP). A
dependência do efeito é devida à necessidade do superplastificante adsorver na superfície do
grão de cimento para que tenha ação, e ao impedimento ou redução dessa adsorção pela ação
do modificador de viscosidade, tendo em vista a redução da mobilidade de partículas na fase
aquosa quando dissolvem nela e formam gel. Aqueles modificadores de viscosidade que não
dissolvem imediatamente favorecem a ação dos superplastificantes.
Ghezal (2003 p.122) também estudou o efeito de várias combinações de
superplastificantes e modificadores de viscosidade em argamassas no estado fresco, feitas
com cimentos com adições, e observou que o superplastificante com base em copolímero de
melamina não foi tão capaz de manter a fluidez da argamassa ao longo do tempo quanto os SP
à base de naftaleno e policarboxilato. A retenção de trabalhabilidade é favorecida com o uso
de modificadores de viscosidade, mas o efeito depende do tipo e teor de ambos os aditivos.
Parece haver alguns consensos na literatura consultada:
• A melhor combinação VMA-SP é Welan gum-pollicarboxilato.
49
• Os éteres de celulose não devem ser utilizados com SP base naftaleno.
• Não parece haver incompatibilidade entre Welan gum e os SP mais usados no SCC.
• O VMA Welan gum é o VMA mais estudado pela literatura. As principais pesquisas
são lideradas por Khayat e seu grupo.
4 ADIÇÕES MINERAIS
Com a utilização de adições minerais, muitas propriedades do concreto podem ser
influenciadas beneficamente – algumas pelo efeito físico associado ao tamanho reduzido das
partículas, outras pelo efeito químico pozolânico, e outras pela ação conjunta dos dois efeitos.
Deve-se salientar que a eficiência de uma adição mineral pode variar em função da
quantidade utilizada e das condições de cura, bem como em função da sua composição
química, mineralógica e granulométrica. As duas últimas características são as principais
responsáveis pela ação diferenciada das adições no comportamento do concreto.
Nessa pesquisa foram utilizados dois tipos de adições minerais, o pó de pedra e a
sílica ativa.
4.1 PÓ DE PEDRA
Figura 4.1 – Finos de pedreira
A NBR 7225 (ABNT, 1993) define finos de pedreira como “material proveniente
do britamento de pedra, de dimensão nominal máxima inferior a 0,075 mm”.
O pó de pedra é um rejeito do processo de extração das britas, não possui
destinação definida, e permanece estocado nos pátios das pedreiras formando enormes pilhas,
alterando a paisagem e podendo gerar impactos ambientais, como, por exemplo, gerar poeira,
obstruir canais de drenagem, e, quando carregados pela chuva, causar o assoreamento de rios.
51
O pó de pedra interage no concreto apenas fisicamente causando os seguintes
efeitos:
Efeito microfiler: as minúsculas partículas das adições cujo diâmetro médio deve
ser semelhante ou menor que o diâmetro médio das partículas de cimento preenchem os
vazios do concreto aumentando sua densidade.
Refinamento da estrutura dos poros e dos produtos de hidratação do cimento:
causado pelas partículas das adições que podem agir como pontos de nucleação para os
produtos de hidratação. Dessa forma, o crescimento dos cristais ocorrerá não somente a partir
da superfície dos grãos de cimento, mas também nos poros ocupados pela adição,
influenciando na cinética da hidratação (acelera as reações) e os tipos de produtos de
hidratação formados (a adição restringe os espaços nos quais os produtos de hidratação podem
crescer, gerando um grande número de pequenos cristais ao invés de poucos cristais de grande
tamanho).
Alteração da microestrutura da zona de transição: a colocação de adições
finamente divididas no concreto interfere na movimentação das partículas de água em relação
aos sólidos da mistura, reduzindo ou eliminando o acúmulo de água livre que normalmente
fica retido sob os agregados.
4.2 SÍLICA ATIVA
As primeiras investigações sobre a utilização da sílica ativa foram realizadas na
Noruega, na década de 60, já no Brasil só em 1984 é que a sílica ativa começou a ser debatida
nos eventos e congressos técnicos (DAL MOLIN, 1995).
A sílica ativa é uma matéria-prima muito fina composta por partículas com
morfologia de esferas “quase” perfeitas com diâmetros que podem variar de 0,02 a 0,5 µm
(dom diâmetro de 0,1 µm) e área superficial em torno de 20 m2/g. Tipicamente, de 85 a 95%
da sílica ativa está na forma amorfa, com algumas impurezas, como silício metálico e
carbono.
A sílica ativa é obtida como um subproduto da reação entre quartzo de alta pureza
e carvão na produção de silício metálico e de outras ligas, como ferro-silício, ferro-cromo e
ferro-maganês.
DAL MOLIN (1995) cita que a cor da sílica ativa mais clara é resultado da
temperatura mais alta na parte superior do forno, fazendo com que a maior parte do carvão
52
ascendente seja queimada. O teor de ferro, em menor escala, tende a também apresentar uma
influência na cor desta pozolana.
Existem dois tipos de efeitos que ocorrem com a sílica ativa, sendo eles: química
e física. A reação química, também conhecida como reação pozolânica, ocorre quando a sílica
é colocada em contato com concretos e argamassas no estado fresco reagindo quimicamente
com o hidróxido de cálcio (CH) para produzir uma quantidade adicional de silicato de cálcio
hidratado (C-S-H), fonte de resistência do concreto. Essa reação causa a obstrução dos poros,
que conseqüentemente reduz a permeabilidade (CARNEIRO, et. al., 2004).
Ainda segundo CARNEIRO, et. al. (2004) o efeito fíler, que preenche os vazios
criados pela água livre na matriz, causando um melhor empacotamento. Porém como a sílica é
muito mais fina que o cimento, acaba causando problemas na plasticidade e aumenta o
consumo de água do concreto e argamassas, principalmente para altos teores de substituição,
necessitando-se de maiores quantidades de aditivos superplastificantes.
Deste modo, os grãos finos e esféricos da sílica ativa produzem um mecanismo
físico responsável pela redução de exsudação, já que os canais de fluxos da água são
bloqueados, gerando um melhor empacotamento das partículas finas na superfície dos
agregados. A formação de grandes cristais de hidróxido de cálcio devido a vários pontos de
nucleação também é minimizada. Esses efeitos em conjunto proporcionam uma evolução na
microestrutura dos materiais cimentícios, melhorando as características na zona de transição
pasta-agregado, tornando essa pasta mais densa, conseqüentemente diminuindo a
permeabilidade (SILVA, 2006).
Alguns dos efeitos da sílica ativa nas propriedades de concretos e argamassas no
estado fresco foram citados por MELO (2005):
• Maior coesão, proporcionando misturas mais estáveis;
• Aumento da fluidez do concreto, sem exsudação, devido a redução no
tamanho das partículas;
• Aumento na quantidade de água;
• Diminuição da retração plástica;
• Redução no calor de hidratação, juntamente com o aumento das
resistências a compressão, tendo em vista a maior densificação da matriz
do cimento.
53
Em composições cimentícias, a sílica ativa tem sido utilizada para aumentar a
resistência mecância e compacidade devido, principalmente, à ocorrência de reações
pozolânicas e ao efeito físico filler. A primeira ocorre devido à interação com o hidróxido de
cálcio de cimento, produzindo silicato de cálcio hidratado (C-S-H), material mais resistente e
estável, que favorece a durabilidade dos compósitos, aumentando a resistência e diminuindo a
permeabilidade do sistema devido ao processo de refinamento dos poros. Já o efeito filler
ocorre devido à diminuição da porosidade total do sistema promovida pelo preenchimento dos
vazios de empacotamento, de poros capilares e gel.
5 PROGRAMA EXPERIMENTAL: CARACTERIZAÇÃO E
ANÁLISE DE MATERIAIS
Este capítulo apresenta a caracterização de todos os materiais que foram utilizados
na pesquisa sendo eles, cimento ARI, areia natural de granulometria média, brita 1, aditivos
superplastificantes, aditivos modificadores de viscosidade e adições minerais (pó de pedra e
sílica ativa).
5.1 CIMENTO
O cimento selecionado para a produção dos concretos foi o CP V – Cimento ARI
(alta resistência inicial). Esse material foi escolhido por não possuir adições pozolânicas, o
que poderia influenciar nos resultados.
As Tabelas 5.1, 5.2 e 5.3 e a Figura 5.1 apresentam as características químicas,
físicas e as propriedades mecânicas do cimento estudado.
Todos os requisitos da NBR 5733 (ABNT, 1991) são atendidos pelo cimento
especificado. Um ponto a ser observado é sua finura, com área específica superior a 4500
cm2/g o que pode interferir diretamente no consumo de água da pasta e no comportamento
reológico da mistura.
5.2 AGREGADO MIÚDO
O agregado miúdo utilizado foi areia natural da cidade de Goiânia, com
granulometria média. A massa específica foi determinada de acordo com a NBR NM 52
sendo de 2,62 g/cm3 e a absorção encontrada foi 0,7%, de acordo com a NBR NM 30/01. A
composição granulométrica do agregado miúdo e seu módulo de finura (MF) foram
encontrados conforme a norma NBR NM 248 e são apresentados na Tabela 5.4 e na Figura
5.2.
55
Tabela 5.1 – Caracterização do Cimento CP V
Material: CIMENTO Tipo: CP V-ARI PROPRIEDADES DETERMINADAS Valores Limites
Análise Química Encontrados NBR 5733/91
Perda ao fogo 2,43 <= 4,5 Resíduo insolúvel 0,95 <= 1,0
Trióxido de enxofre (SO3) 3,20 <= 3,5 Óxido de magnésio (MgO) 2,98 <= 6,5 Dióxido de silício (SiO2) 20,39 - Óxido de ferro (Fe2O3) 2,46 -
Óxido de alumínio (Al2O3) 4,54 - Óxido de cálcio (CaO) 60,19 -
Álcalis Totais Óxido de sódio (Na2O) 0,50 -
Óxido de potássio (K2O) 1,60 - Equiv. Alcalino 1,56 -
Álcalis Solúveis em Água
Óxido de sódio (Na2O) 0,31 - Óxido de potássio (K2O) 1,33 -
1,19 - Sulfato de cálcio (CaSO4) 5,44 -
Tabela 5.2 – Propriedades físicas e mecânicas do cimento CP V - ARI
Material: CIMENTO Tipo: CP V-ARI PROPRIEDADES DETERMINADAS Valores Limites
Análise Física Encontrados
Massa específica (g/cm³) 3,11 -
Finura Resíduo na peneira 200 (%) 0,6 <= 6,0 Resíduo na peneira 325 (%) <= -
Área específica (cm²/g) 4550 >= 3000 Tempo de Pega
(h:min) Início 2:50 >= 1:00 Fim 3:40 <= 10:00
Água de Consistência - Pasta (%) 29,0 -
Resistência à Compressão
(MPa)
3 dias 32,4 >= 24,0 7 dias 36,9 >= 34,0 28 dias 43,3 >= - e <= -
56
Tabela 5.3 – Análise Granulométrica do cimento
Análise Granulométrica pelo Granulômetro a Laser Registro: Ultrasom: 60s
Amostra: Cimento CP IV ARI Concentração: 148
Programa: Diâmetro abaixo do qual encontram-se 10% das
partículas (µm): 1,68
Líquido: Álcool Dimensão Média (µm): 9,64
Agente dispersante: Nenhum Diâmetro abaixo do qual encontram-se 90% das
partículas (µm): 24,95
Data do ensaio: 16/03/2009 Index Granulômetro: 942
Figura 5.1 – Granulometria do Cimento
57
Tabela 5.4 – Composição granulométrica do agregado miúdo
Peneiras 1a. determinação 2a. determinação % ret. acum. médio
nº Abertura massa
retida(g) % retida indiv.
% ret. acumul.
massa retida(g)
% retida indiv.
% ret. acumul.
3/8" 9,5 mm ----- 0,0 0 ----- 0,0 0 0 1/4" 6,3 mm ----- 0,0 0 ----- 0,0 0 0
4 4,75 mm 15,1 2,2 2 14,5 2,5 3 2 8 2,34 mm 40,8 5,9 8 36,5 6,2 9 8 16 1,18 mm 104,9 15,2 23 94,0 16,0 25 24 30 600 µm 204,2 29,5 53 171,0 29,0 54 53 50 300 µm 215,3 31,1 84 175,7 29,8 84 84 100 150 µm 84,1 12,2 96 73,0 12,4 96 96
Fundo (g) 27,3 3,9 100 24,2 4,1 100 100 Massa Total(g) 691,7 588,9 ----- Mód. de finura 2,66 2,69 ----- Módulo de finura médio: 2,68
Figura 5.2 – Curva granulométrica do agregado miúdo
A curva granulométrica da areia utilizada enquadra-se praticamente toda na faixa
de “limite ótimo” apresentando, portanto, composição ideal.
5.3 AGREGADO GRAÚDO
A brita utilizada foi do tipo litológico gnaisse classificada como brita 1 e com
dimensão máxima característica de 19 mm.
58
A brita foi ensaiada de acordo com a NBR – 7809/83 e obteve índice de forma de
2,3. A massa específica encontrada de acordo com a NBR NM 53 foi de 2,68 g/cm3. A
composição granulométrica e seu módulo de finura (MF) foram determinados de acordo com
a NBR NM 248 e são apresentados na Tabela 5.5 e na Figura 5.3.
Assim como o agregado miúdo a curva granulométrica da brita ensaiada também
se encontra dentro dos limites de utilização determinados pela NBR 7211/05.
Tabela 5.5 – Composição granulométrica do agregado graúdo
Peneiras 1a. determinação 2a. determinação % ret. acum. médio
nº Abertura Massa
retida(g) % retida
indiv. % ret.
acumul. Massa
retida(g) % retida
indiv. % ret.
acumul.
1" 25,4 mm 80,2 1,1 1 57,8 0,8 1 1 3/4" 19 mm 101,3 1,4 3 60,2 0,8 2 2 1/2" 12,5 mm 2246,6 30,2 33 2060,2 28,6 30 31 3/8" 9,5 mm 1678,7 22,6 55 1697,1 23,6 54 55 1/4" 6,3 mm 1840,3 24,8 80 1796,2 24,9 79 79 3/16" 4,75 mm 823,4 11,1 91 838,8 11,6 90 91
Fundo (g) ----- 0,0 91 ----- 0,0 90 91 8 2,34 mm 466,8 6,3 98 480,7 6,7 97 97 16 1,18 mm 47,1 0,6 98 51,8 0,7 98 98 30 600 µm 22,1 0,3 98 24,5 0,3 98 98 50 300 µm 20,9 0,3 99 23,5 0,3 98 99 100 150 µm 31,4 0,4 99 34,1 0,5 99 99
Fundo (g) 74,0 1,0 100 75,6 1,0 100 100 Massa Total(g) 7432,8 7200,5 -----
Mód. de finura 6,41 6,36 -----
Módulo de finura médio: 6,39
59
Figura 5.3 – Curva granulométrica da brita
A curva granulométrica da brita utilizada também enquadra-se praticamente toda
na faixa de “limite ótimo” apresentando, assim, composição ideal.
5.4 ADITIVOS
5.4.1 Aditivos superplastificantes
5.4.1.1 FABRICANTE I SP
Característica Unidade Valor Obs:. Densidade g/cm3 1,05
Dosagem Litros 0,5 a 1,0 Para cada 100kg de
cimento Tipo de produto SP base policarboxilato
Estado Líquido Cor Bege claro ph 4,8
Resíduo Sólido (%) 29,54
Segundo o FABRICANTE I esse produto é um novo superplastificante sintético à
base de éter-policarboxilato.
O mecanismo de trabalho desse aditivo diminui as perdas de consistência que
normalmente ocorrem com outros superplastificantes. O novo agente ativo facilita a produção
de um concreto estável e sem segregação.
60
5.4.1.2 FABRICANTE II SP
Característica Unidade Valor Obs.: Densidade g/cm3 1,068
Dosagem Litros 0,5 a 1,0 Para cada 100kg de
cimento Tipo de produto SP base policarboxilato
Estado Líquido viscoso Cor Bege Ph 6,4
Resíduo Sólido (%) 29,2
Segundo o FABRICANTE II esse aditivo promove benefícios para o concreto
tanto em seu estado fresco quanto no endurecido. No estado fresco ele apresenta uma alta taxa
de redução de água (40% aproximadamente), melhora a aderência e textura da superfície do
concreto, produz concretos coesivos porém trabalháveis e reduz a exsudação. No estado
endurecido ele promove alta resistência à compressão axial inicial e final, alta resistência à
tração na flexão inicial e final, aumenta o módulo de elasticidade e reduz a permeabilidade.
5.4.1.3 FABRICANTE III SP
Característica Unidade Valor Obs:. Densidade g/cm3 1,1 Dosagem % 0,7 a 1,5 sobre peso do cimento
Tipo de produto SP base policarboxilato Estado Líquido
Cor Marrom claro ph 5,7
Resíduo Sólido (%) 37,06
Segundo o FABRICANTE III o produto em questão é um aditivo líquido de pega
normal de terceira geração para concretos com alta resistência inicial, concreto de alto
desempenho (CAD) e concreto auto-compactante. Ele atua por diferentes mecanismos,
através dos efeitos de adsorção superficial e separação estérica nas partículas de cimento, e no
processo de hidratação. As seguintes propriedades são obtidas:
• Forte comportamento auto-compactante;
• Extremo poder redutor de água, resultando em altas resistências à
compressão;
61
• Concreto fluido com mínimo fator água/cimento sem segregação e
exsudação.
• Aumenta o módulo de elasticidade;
• Aumenta a impermeabilidade e durabilidade do concreto.
5.4.1.4 FABRICANTE IV SP
Característica Unidade Valor Obs:. Densidade g/cm3 1,07 Dosagem % 0,3 – 1,0 sobre peso do cimento
Tipo de produto SP base policarboxilato Estado Líquido isento de cloretos
Cor Marrom ph 6,2
Resíduo Sólido (%) 31,26
Segundo o FABRICANTE IV esse é um aditivo hiperplastificante, com notável
poder de redução de água, sendo praticamente auto-adensável. O revolucionário efeito de
dispersão desse aditivo possibilita a redução de até 25% na relação água/cimento, permitindo
a obtenção de extraordinária fluidez ou altíssima resistência e aumento da coesão. Ele
possibilita ainda concretos impermeáveis, com grande poder de aderência, isentos de
segregação e exsudação.
5.4.2 Aditivos modificadores de viscosidade
5.4.2.1 FABRICANTE I VMA
Característica Unidade Valor Obs:. Densidade g/cm3 0,60 Dosagem % 0,1 – 1,0 sobre peso do cimento
Tipo de produto Estabilizador/Anti - segregante Estado Pó
Cor Branco
Segundo o FABRICANTE I, esse aditivo evita a lavagem e segregação do
concreto; pode ser usado em água doce ou salgada; permite um bom adensamento do concreto
mesmo em presença de água e proporciona uma boa trabalhabilidade ao concreto permitindo
o lançamento submerso com o auxílio de tubos. Foi desenvolvido especialmente para
62
concretagens e reparos em presença de água. Ao entrar em contato com água, o produto forma
um filme escorregadiço e a pega do concreto poderá ser retardada.
5.4.2.2 FABRICANTE II VMAa
Característica Unidade Valor Obs:. Densidade g/cm3 0,60 Dosagem % até 1,0 sobre peso do cimento
Tipo de produto Aditivo “anti-wash out” Estado Pó
Cor Branco
Segundo o FABRICANTE II, esse produto é um aditivo líquido, livre de cloretos,
modificador de viscosidade para uso em concretos de alta performance.
Foi desenvolvido especialmente para a produção de concreto Reodinâmico.
Concretos aditivados com esse produto tem características superiores de estabilidade e de
resistência à segregação.
O concreto Reodinâmico, por suas características de auto adensamento e boa
dispersão das partículas de cimento e sua estabilidade obtida por esse aditivo fica com uma
permeabilidade extremamente baixa.
5.4.2.3 FABRICANTE II VMAb
Característica Unidade Valor Obs:. Densidade g/cm3 0,98 a 1,02 Dosagem % 0,2 – 0,65 sobre peso do cimento
Tipo de produto Modificador de viscosidade Estado Líquido isento de cloretos
Cor Transparente
Esse aditivo também do FABRICANTE II é um produto em pó, baseado em
polímeros de celulose. Ele permite a concretagem submersa sem que a água “lave” o concreto
fazendo com que esse segregue e perca suas propriedades. Além disso o produto também é
recomendado para uso em concretos auto-adensáveis e auto-nivelantes. Segundo o Fabricante
ele promove aumento na resistência à compressão e reduz a porosidade e permeabilidade.
63
5.4.2.4 FABRICANTE III VMA
Característica Unidade Valor Obs:. Densidade g/cm3 0,94 a 1,04 Dosagem % 0,5 – 1,0 sobre peso do cimento
Tipo de produto Agente reológico e viscoelástico do concreto Estado Líquido
Cor Transparente esverdeado
Segundo o Fabricante III, esse aditivo é um líquido de alto desempenho para
concreto e argamassa, que melhora consideravelmente as propriedades reológicas e
viscoelásticas do concreto. Devido sua ação dispersora, propicia a obtenção de concretos
bombeados com reduzida segregação e menos carreamento de finos para a superfície. Ele não
é redutor de água, podendo ser combinado com outros aditivos plastificantes e
superplastificantes.
5.5 ADIÇÕES MINERAIS
5.5.1 Pó de brita
O gnaisse utilizado nessa pesquisa é proveniente da UHE Peixe, cedido por
Furnas Centrais Elétricas S.A. O gnaisse é uma rocha de grande variação mineralógica e grau
metamórfico, é amplamente empregada como brita na construção civil e pavimentação além
do uso ornamental (MACHADO et al., 2006).
Os finos de gnaisse apresentam dimensão média de 40,63 µm e 90% de suas
partículas apresentam diâmetro inferior a 109,33 µm. A dimensão media desses finos é de
44,65 µm. Os finos apresentam, em média, diâmetros cinco vezes maiores que o cimento. A
difração por raios-X dos finos de gnaisse é apresentada na Figura 5.4.
64
Figura 5.4 – Difratograma dos finos de gnaisse
O mineral presente em maior escala nos finos de gnaisse é o quartzo representado
pelo número 3,3406. Picos de caolinita (7,0463) também estão presentes.
5.5.2 Sílica ativa
A sílica ativa utilizada na composição dos concretos estudados foi adquirida em
comércio local de Goiânia. Sua caracterização é apresentada na Tabela 5.6.
65
Tabela 5.6 – Caracterização da sílica ativa
PROPRIEDADES DETERMINADAS Valores encontrados
Limites NBR 13956 (ABNT, 1997)
Análise Química
Perda ao fogo 3,03 ≤ 6,0
Óxido de magnésio (MgO) 0,46 -
Dióxido de silício (SiO2) 91,68 ≥ 85,0
Óxido de ferro (Fe2O3) 0,18 -
Óxido de alumínio (Al2O3) 0,18 -
Óxido de cálcio (CaO) 0,56 -
Álcalis totais
Óxido de sódio (Na2O) 0,27 -
Óxido de potássio (K2O) 1,17 -
Equiv. Alcalino 1,05 -
Sulfato de cálcio (CaSO4) 0 -
Análise Física
Índice de atividade pozolânica com a cal (Mpa) 7,4 ≥ 6,0 Mpa
(NBR 5751 (ABNT, 1992))
Índice de atividade pozolânica com o cimento (%) 115,8 ≥ 75%
(NBR 5752 (ABNT, 1992))
As propriedades da sílica ativa atendem aos requisitos da NBR 13956. Destaca-se
o alto índice de atividade pozolânica com o cimento.
6 PROGRAMA EXPERIMENTAL: DOSAGEM E
CARACTERIZAÇÃO DO CONCRETO NO ESTADO FRESCO
Este capítulo apresenta as dosagens dos concretos com a determinação do teor
ideal de argamassa, determinação dos teores ótimos de aditivos e adições minerais e a
caracterização dos concretos no estado fresco.
Para a caracterização das dosagens foram utilizados os ensaios do Abatimento do
Tronco de Cone (NBR NM 67), Espalhamento (NBR 15823-2), Caixa-U (FURNAS, 2005b),
Teor de ar aprisionado (NBR NM 47), Massa específica (NBR 9833), Funil V (NBR 15823-5)
e Coluna de segregação (NBR 15823-6).
Os ensaios foram escolhidos devido à facilidade de execução e por serem os mais
utilizados pelos pesquisadores de concreto auto-adensável. A coluna de segregação é um
ensaio novo, ainda pouco estudado e foi utilizado na pesquisa para avaliar a segregação do
concreto comparando seus resultados com outros resultados de métodos mais tradicionais
como a Caixa U e o Funil V.
6.1 MÉTODO DE DOSAGEM
O método de dosagem que está sendo utilizado é baseado no método de dosagem
para concretos convencionais descrito por Helene e Terzian (1992). O principio básico do
método é a obtenção de um CAA a partir de um CCV (concreto convencional) cujo teor ideal
de argamassa deverá ser previamente determinado. Os materiais devem ser escolhidos e foram
devidamente caracterizados como mostra o capítulo anterior a fim de que possam ser
conhecidas as propriedades que influenciam na dosagem. Uma vez escolhidos os materiais,
que são também função dos requisitos de projeto, começa-se por definir os parâmetros de
dosagem, como relação água/cimento pretendida de acordo com os requisitos de durabilidade
estabelecidos em projeto.
A seguir devem ser definidos três traços que irão formar a família do concreto a
ser dosado, que nesse caso especificamente foi de 1:3, 1:4 e 1:5. Determina-se o teor ideal de
67
argamassa a partir do traço central ou intermediário, que nesse caso é o traço 1:4. O teor de
argamassa inicial utilizado foi de 50%.
A partir desse teor de argamassa foi testado este traço adicionando-se os aditivos
superplastificantes base policarboxilatos a fim de tornar este concreto auto-adensável.
Enquanto ocorreu segregação excessiva do concreto, que foi testada pelos testes da caixa U,
funil V e slump flow, o teor de argamassa foi sendo aumentado em 3% até se encontrar um
teor ótimo de 66%. Acredita-se que o valor encontrado foi tão alto pelo fato da brita utilizada
ser do tipo 1 e necessitar de muita pasta para envolve-la. Depois de encontrado o teor ótimo
de argamassa o traço 1:5 foi testado. Como não ocorreu segregação com este traço, o teor de
argamassa foi mantido e todos os outros traços foram executados conforme descrito na Figura
6.1, que apresenta o organograma deste trabalho.
Figura 6.1 – Organograma da pesquisa
Os aditivos utilizados foram os superplastificantes base policarboxilatos de quatro
fabricantes diferentes e os aditivos modificadores de viscosidade de três diferentes
fabricantes.
As misturas contendo os aditivos do FABRICANTE I foram duas: a primeira
utilizando o superplastificante base policarboxilato em conjunto com o modificador de
viscosidade e a segunda utilizando apenas o superplastificante base policarboxilato. As
Programa Experimental
FAB I
sp + vma
1:3
1:5
sp
1:3
1:5
FAB II
sp + vma (a)
1:3
1:5
sp + vma (b)
1:3
1:5
sp
1:3
1:5
FAB III
sp + vma
1:3
1:5
sp
1:3
1:5
FAB IV
sp
1:3
1:5
S.A.
sp
1:3
1:5
PÓ
sp
1:3
1:5
68
dosagens que utilizaram os aditivos do FABRICANTE II foram três, pois o fabricante possui
dois tipos de aditivos modificadores de viscosidade disponíveis no mercado: a primeira
utilizando o superplastificante base policarboxilato em conjunto com o modificador de
viscosidade do tipo a; a segunda utilizando o superplastificante em conjunto com o
modificador de viscosidade do tipo b; e a terceira utilizando apenas o superplastificante. Para
as misturas que contiveram os aditivos do FABRICANTE III foram feitas duas dosagens
porque esse fabricante também possui aditivo modificador de viscosidade, sendo que a
primeira dosagem foi feita utilizando o superplastificante em conjunto com modificador de
viscosidade e a segunda apenas o aditivo superplastificante. O FABRICANTE IV não possui
modificador de viscosidade, portanto foi feita apenas uma dosagem contendo o seu
superplastificante base policarboxilato.
Além dessas dosagens foram feitas mais duas utilizando o aditivo
superplastificante base policarboxilato do FABRICANTE IV, que apresentou os melhores
resultados nos ensaios no estado fresco, e acrescentou-se na primeira dosagem a sílica ativa e
na segunda o pó de pedra. Para cada tipo de mistura citada acima serão desenvolvidos dois
tipos de traço: um rico (com relação a/c 0,42) e um pobre (com relação a/c 0,65), todos com o
mesmo teor de argamassa. Serão feitas ao todo então, 20 dosagens diferentes.
6.2 COMPOSIÇÃO DOS CONCRETOS
Para produzir 1 m3 de concreto são quantificados os produtos que compõem o mesmo
e o ar incorporado na mistura. A composição dos concretos é apresentada na Tabela 6.1:
69
Tabela 6.1 – Composição dos concretos
Tipo de Concreto
Cimento (kg/m³)
Areia (kg/m³)
Brita 19mm (kg/m³)
Água (kg/m³)
Aditivo super.
(kg/m³)
Aditivo super. (%)
Aditivo VMA
(kg/m³)
Aditivo VMA (%)
Adição mineral (kg/m³)
Adição mineral
(%)
FAB II SP 522 856 710 219 2,69 0,51 - - - -
FAB II SP 341 1010 695 222 3,07 0,90 - - - -
FAB II SP+VMAa
527 865 717 222 3,69 0,70 1,48 0,28 - -
FAB II SP+VMAa
340 1006 694 221 3,36 0,99 3,22 0,95 - -
FABII SP+VMAb
509 835 693 214 3,07 0,60 0,51 0,10 - -
FABII SP+VMAb
317 938 647 206 2,76 0,87 0,24 0,08 - -
FAB III SP 514 843 699 217 4,07 0,79 - - - -
FAB III SP 328 971 669 213 3,17 0,97 - - - -
FABIII SP+VMA
519 851 706 218 4,08 0,79 0,78 0,15 - -
FABIII SP+VMA
329 973 672 214 2,95 0,90 1,65 0,50 - -
FAB I SP 511 838 695 215 3,88 0,76 - - - -
FAB I SP 332 983 679 216 2,26 0,68 - - - -
FAB I SP+VMA
523 857 711 220 6,32 1,21 0,43 0,08 - -
FAB I SP+VMA
339 1004 693 221 4,47 1,32 0,14 0,04 - -
FAB IV SP 526 862 715 221 3,03 0,58 - - - -
FAB IV SP 342 1010 697 222 2,80 0,82 - - - -
Sílica ativa 469 855 709 219 4,66 0,99 - - 52 10
Sílica ativa 302 992 685 218 4,17 1,38 - - 34 10
Fíler 522 685 710 219 4,50 0,86 - - 171 20
Fíler 334 741 682 217 3,97 1,19 0,27 0,08 247 25
6.3 CARACTERIZAÇÃO DOS CONCRETOS NO ESTADO FRESCO
Os ensaios realizados no estado fresco são apresentados na Tabela 6.2.
Tabela 6.2 – Ensaios realizados no Estado fresco
Ensaios Normas Limites Abatimento do Tronco de Cone NBR NM 67 80 ± 20 mm
Espalhamento NBR 15823-2 600 ± 10 mm Caixa U H1 – H2 ≤ 30 mm Funil V NBR 15823-5 8s ≤ tempo de escoamento ≤ 12s
Coluna de Segregação NBR 15823-6 Teor de ar aprisionado NBR NM 47
Massa Especifica NBR 9833
70
6.3.2 Resultados da coluna de segregação
Na Figura 6.2 são exibidos graficamente os resultados obtidos no método da
coluna de segregação. O procedimento de execução deste ensaio foi detalhado no item
anterior.
Figura 6.2 – Resultados de Segregação. Ensaio da Coluna de Segregação.
Segundo a NBR 15823-1, a resistência à segregação é fundamental para
homogeneidade e a qualidade do CAA e é particularmente importante em concretos auto-
adensáveis de maior fluidez e baixa viscosidade.
De modo geral, observa-se na figura que os concretos apresentaram valores de
segregação inferiores a 15 (método da coluna de segregação), denotando que esses concretos
são adequados para concretagem. Este valor limite refere-se ao parâmetro de segregação da
NBR 15823-1, responsável pela normatização brasileira do concreto autoadensável, para
aplicação do concreto em estruturas verticais ou densamente armadas. Valores superiores de
segregação poderiam ser permitidos até 20 em estruturas planas horizontais ou de pouca
complexidade.
Os concretos desenvolvidos com a combinação dos aditivos superplastificante e
modificador de viscosidade, identificados como FABII SP+VMAa e FABIII SP+VMA,
apresentaram aspectos de segregação dos agregados e exsudação da pasta de cimento. Isto foi
0
5
10
15
20
25
30
35
40
FAB IISP
FAB IISP +
VMAa
FAB IISP +
VMAb
FAB IIISP
FAB IIISP +VMA
FAB ISP
FAB ISP +VMA
FABIV SP
SÍLICA FÍLER
Se
gre
ga
ção
-C
olu
mn
Te
st (
%)
Concretos
Rel a/c 0,42
Rel a/c 0,65
71
notadamente observado no concreto FABII SP+VMAa de relação água/cimento 0,65. Maiores
investigações deveriam ser realizadas nesse tipo de aditivo modificador de viscosidade, uma
vez que a substituição deste por um aditivo modificador de viscosidade de maior eficiência
indicado para concretos submersos (identificado por VMAb) foi suficiente para redução da
segregação.
Quanto à influência da relação a/c, os resultados mostram que concreto de maior
relação a/c nem sempre apresenta maior valor de segregação, uma vez que a maior quantidade
de agregado em sua composição dificulta a sedimentação dos grãos, em decorrência do maior
atrito entre as partículas. Concreto com relação a/c menor, com maior quantidade de pasta e
com viscosidade adequada, dificulta a sedimentação dos grãos. Por outro lado, uma mistura
com pasta pouco viscosa não restringe a movimentação de partículas maiores, apresentando
alta taxa de segregação.
Adicionalmente, observa-se que concretos fabricados sem a utilização de
modificadores de viscosidade, apresentaram valores de segregação próximos e inferiores a 15
(identificados por FAB I SP; FAB II SP; FAB III SP; FAB IV SP). Isto indica que os
modificadores de viscosidade, de modo geral, não resultaram em ganhos de viscosidade
esperados.
Observa-se, também, que o adicionamento de sílica ativa ou fíler foi responsável
por ganho de viscosidade, resultando em concretos com aspecto ótimo de resistência à
segregação.
6.3.3 Resultados do ensaio da caixa U
Na Figura 6.3 são exibidos graficamente os resultados obtidos no ensaio da caixa U.
72
Figura 6.3 – Resultados do Ensaio da Caixa U.
A habilidade passante informa sobre a capacidade de o concreto fluir sem perder
sua uniformidade ou causar bloqueio, através de espaços e descontinuidades geométricas,
como áreas de alta densidade de armadura e embutidos.
Quanto à avaliação da capacidade passante apresentada pelo concreto
autoadensável, pode-se concluir pelos resultados do ensaio da caixa U, que concretos de
relação a/c igual ou superior a 0,65, de modo geral, não seriam adequados para utilização em
estruturas densamente armadas. Observa-se na figura que esses concretos apresentaram
bloqueio, ou não resultaram valores adequados de nivelamento.
O valor recomendado para o nivelamento do concreto, conforme ensaio da caixa
U, é de um desnível inferior a 30 mm. Portanto poucos concretos apresentaram-se adequados.
Isto denota que o parâmetro recomendado pode ser rigoroso, uma vez que análises visuais do
concreto concluíam para aprovação de sua aplicação prática.
6.3.4 Resultados do ensaio de espalhamento
Na Figura 6.4 são exibidos graficamente os resultados obtidos no ensaio de
espalhamento (slump-flow).
0
50
100
150
200
250
300
De
snív
el
en
tre
as
seçõ
es
da
Ca
ixa
U
(mm
)
Concretos
Rel a/c 0,42
Rel a/c 0,65
73
Tabela 6.3 – Resultados do Ensaio de Espalhamento
O valor do espalhamento fornece indicações da fluidez do CAA e de sua
habilidade de preenchimento em fluxo livre e é normalmente especificado para todas as
aplicações.
Pode-se notar que os concretos desenvolvidos obedeceram aos parâmetros
indicados no planejamento experimental. Todos os concretos resultaram em espalhamento
entre 500 mm e 700 mm, sendo o valor médio de espalhamento igual a 600 mm, conforme
planejado.
Normalmente se obtém melhor qualidade de acabamento da superfície com
concretos que apresentam espalhamento entre 760 a 850 mm para aplicações em geral, porém
é mais difícil controlar a resistência à segregação do que se verifica em espalhamentos de
valores mais baixos.
Valores de espalhamento inferiores a 550 mm não são aceitos pela NBR 15823-1,
que é o caso das dosagens indicadas por FAB II SP de relação água/cimento igual a 0,65 e
FAB I SP + VMA de relação água/cimento 0,42 e 0,65.
6.3.5 Resultados do ensaio do funil V
Na Figura 6.5 são exibidos graficamente os resultados obtidos no ensaio do funil
V.
0
100
200
300
400
500
600
700
FAB
II S
P
FAB
II S
P +
VM
Aa
FAB
II S
P +
VM
Ab
FAB
III S
P
FAB
III S
P +
VM
A
FAB
I SP
FAB
I SP
+ V
MA
FAB
IV S
P
SÍLI
CA
FÍLE
R
Esp
alh
am
en
to (
mm
)
Concretos
Rel a/c 0,42
Rel a/c 0,65
74
Figura 6.4 – Resultados do Ensaio do Funil V
A determinação da viscosidade plástica aparente do concreto é a propriedade que
está relacionada com a consistência da mistura (coesão) e que influencia na resistência
(comportamento) do concreto ao escoamento. Quanto maior a viscosidade do concreto, maior
sua resistência ao escoamento. Ela é importante quando for requerido um bom acabamento
superficial ou quando a densidade de armadura for expressiva.
O CAA de baixa viscosidade apresenta um rápido espalhamento, porém de curta
duração como é o caso de praticamente todas as dosagens que apresentam valores menores do
que 8 segundos e são adequadas para elementos estruturais com alta densidade de armadura e
embutidos, mas exige controle da exsudação e segregação. Por sua vez, o CAA com alta
viscosidade pode continuar a se mover de forma lenta e progressiva por um tempo mais
prolongado como é o caso das dosagens indicadas por FAB I SP + VMA de relação
água/cimento igual a 0,42 e FILER de relação água/cimento 0,42 que apresentam valores
entre 9 a 25 segundos e podem ser utilizadas na maioria das aplicações correntes. Elas
apresentam efeito tixotrópico que acarreta menor pressão sobre as formas e melhor resistência
à segregação. Porém, efeitos negativos podem ser obtidos com relação à superfície de
acabamento, no preenchimento de cantos e suscetibilidade a interrupções ou demora entre
sucessivas camadas.
O concreto FAB I SP+VMA de relação água/cimento 0,65, que já havia apresentado
bloqueio no ensaio da Caixa U, também apresentou início de bloqueio no ensaio do Funil V.
Isso pode ser explicado por sua baixa fluidez apresentada no ensaio de espalhamento (520
0
5
10
15
20
25
FAB IISP
FAB IISP +
VMAa
FAB IISP +
VMAb
FAB IIISP
FAB IIISP +VMA
FAB ISP
FAB ISP +VMA
FABIV SP
SÍLICA FÍLER
Te
mp
o d
e e
sco
am
en
to F
un
il V
(s)
Concretos
Rel a/c 0,42
Rel a/c 0,65
75
mm) ocasionada pelo efeito do modificador de viscosidade por ter sido desenvolvido
principalmente para concretos submersos e não concretos auto-adensáveis.
6.3.6 Resultados do ensaio do tempo de espalhamento de 500 mm
Na Figura 6.6 são exibidos graficamente os resultados obtidos no ensaio do tempo de
espalhamento de 500 mm (T500).
Figura 6.5 – Resultados do Ensaio de Tempo de Escoamento de 500 mm
O concreto FABI SP+VMA de relação água/cimento 0,42 apresentou alta viscosidade
aparente em fluxo livre. Os demais concretos apresentaram tempo de espalhamento de
500mm entre 2s e 3s.
Este ensaio apresenta-se de difícil execução para a maioria das situações estudadas,
resultando em valores próximos mesmo em concretos com viscosidades notadamente
diferentes. A viscosidade aparente é melhor representada no ensaio do Funil V.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
FAB IISP
FAB IISP +
VMAa
FAB IISP +
VMAb
FAB IIISP
FAB IIISP +VMA
FAB ISP
FAB ISP +VMA
FABIV SP
SÍLICA FÍLER
Te
mp
o d
e e
spa
lha
me
nto
-5
00
mm
(s)
Concretos
Rel a/c 0,42
Rel a/c 0,65
76
6.4 ANÁLISE DE CORRELAÇÃO DAS PROPRIEDADES DO CONCRETO NO
ESTADO FRESCO
Após a análise individual das propriedades do concreto no estado fresco, realizou-
se uma análise estatística de correlação linear dos resultados médios obtidos em todos os
concretos.
A Tabela 6.4 apresenta a matriz de correlação linear das propriedades, cujos
valores do coeficiente de Pearson (coeficiente de correlação linear) são exibidos no
cruzamento das diversas propriedades.
Tabela 6.4 – Análise estatística de correlação das propriedades estudadas.
Propriedade Relação a/c Segregação Caixa U Slump-flow Funil V T500
Relação a/c 1,00 0,05 0,76 -0,34 0,11 -0,31
Segregação 0,05 1,00 0,10 0,19 -0,27 -0,30
Caixa U 0,76 0,10 1,00 -0,52 0,39 -0,15
Slump-flow -0,34 0,19 -0,52 1,00 -0,65 -0,50
Funil V 0,11 -0,27 0,39 -0,65 1,00 0,20
T500 -0,31 -0,30 -0,15 -0,50 0,20 1,00
Os valores grifados na Tabela 6.4 são considerados estatisticamente significativos.
Observa-se na Tabela 6.4 que o ensaio de segregação não apresentou correlação
com nenhum outro ensaio, apesar de se notar que concretos com maior relação a/c, maior
espalhamento (slump-flow) e maior desnivelamento (Caixa U) são mais susceptíveis à
segregação. Enquanto que concretos com maior viscosidade aparente (maiores tempos
determinados nos ensaios do Funil V e T500) são menos susceptíveis à segregação. Isto pode
ser notado pela análise de sinais dos coeficientes de correlação de Pearson, exibidos entre a
propriedade segregação e as demais.
As Figuras 6.6 a 6.8 apresentam as análises de correlação do ensaio de slump-
flow, exibindo as curvas de regressão e seus intervalos de confiança de 95%.
77
Figura 6.6 – Correlação dos ensaios Slump-flow e Caixa U
Figura 6.7 – Correlação dos ensaios Slump-flow e Funil V
78
Figura 6.8 – Correlação dos ensaios Slump-flow e T500
O ensaio de espalhamento (slump-flow) apresentou correlações lineares
significativas com os ensaios da Caixa U, Funil V e T500. Contudo, de modo geral essas
correlações não foram muito fortes (valor do coeficiente r entre 50% e 65%). Observa-se que
concretos com maiores espalhamento apresentam menores valores nos ensaios de T500, Funil
V e Caixa U, ou seja, possuem maior fluidez e alcançam boa capacidade de nivelamento
(desde que possuam resistência à segregação).
Quanto ao ensaio da Caixa U, observa-se uma forte correlação da relação
água/cimento do concreto e o desnivelamento medido no ensaio. Isto reforça o comentário
anterior, sobre a dificuldade de emprego de concretos autoadensáveis com relações a/c
superiores a 0,65, pois são mais susceptíveis à segregação e ao bloqueio ocasionado pelas
armaduras (principalmente em estruturas verticais e densamente armadas).
7 ANÁLISE DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CONCRETO
Para os concretos no estado endurecido, busca-se avaliar a influência das
dosagens nas propriedades mecânicas dos concretos. Sendo assim são realizados os seguintes
ensaios conforme apresentados na Tabela 7.1.
Tabela 7.1 – Ensaios realizados no estado endurecido
Ensaio Norma Idade de ensaio
Núm de CP
Resistência à Tração na Flexão NBR 12142/1991 28 dias 3
Resistência à Compressão Simples NBR 5739/1994
3 dias 3
7 dias 3
28 dias 3
Determinação do Módulo de Deformação Estática NBR 8522/1984 7 dias 3
28 dias 3
Absorção NBR 9778/2005 28 dias 3
Na Tabela 7.2 estão apresentados os concretos autoadensáveis estudados com seus
respectivos resultados.
80
Tabela 7.2 – Composições dos concretos estudados.
Tipo de Concreto
Relação a/c fc28
(MPa) Ec28 (GPa)
ft28 (MPa)
Abs28 (%)
FAB II SP 0,42 51,9 26,7 5,3 5,35 0,65 22,6 21,3 3,1 7,79
FAB II SP+VMAa
0,42 49,8 26,9 6,0 5,24 0,65 25,0 20,5 3,2 7,15
FAB II SP+VMAb
0,42 44,2 23,9 4,8 5,69 0,65 23,3 20,6 3,6 7,36
FAB III SP 0,42 45,5 24,9 5,8 5,67 0,65 25,3 20,9 3,2 7,95
FAB III SP+VMA
0,42 44,6 31,1 5,7 6,84 0,65 21,1 26,8 2,6 8,58
FAB I SP 0,42 45,8 25,4 5,7 6,02 0,65 29,3 20,9 3,9 7,54
FAB I SP+VMA
0,42 47,1 25,7 5,6 7,06 0,65 24,4 19,7 3,5 8,44
FAB IV SP 0,42 50,2 26,1 5,8 5,50 0,65 31,6 21,2 3,6 7,26
Fíler 0,42 54,8 27,3 6,2 6,67 0,65 35,8 23,3 4,1 7,49
Sílica Ativa 0,42 60,6 25,4 7,1 7,51 0,65 33,7 21,2 4,5 8,39
7.2 RESULTADOS DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL
Neste subitem estão apresentados os resultados de resistência à compressão,
obtidos da ruptura de corpos-de-prova cilíndricos, seguindo as prescrições da NBR 5739.
A Figura 7.1, a seguir, exibe os valores médios da resistência à compressão para
as variáveis consideradas no trabalho experimental. Na Figura 7.2 pode ser observada a
variação apresentada pelos resultados individuais.
81
Figura 7.2 – Resultados de Resistência à Compressão Axial dos Concretos Autoadensáveis.
Os resultados individuais de resistência à compressão foram submetidos a uma
análise estatística de variância (ANOVA). A Tabela 7.3 apresenta os resultados obtidos na
ANOVA, para um nível de significância de 5%.
Figura 7.3 – Desvio dos resultados de Resistência à Compressão
0
10
20
30
40
50
60
70
FAB IISP
FAB IISP +
VMAa
FAB IISP +
VMAb
FAB IIISP
FAB IIISP +VMA
FAB ISP
FAB ISP +VMA
FABIV SP
FÍLER SÍLICA
Re
sist
ên
cia
à C
om
pre
ssã
o (
MP
a)
Concretos
Rel a/c 0,42
Rel a/c 0,65
82
Tabela 7.3 – Resultados da análise de variância realizada com os dados individuais.
Fator GL SQ MQ F p-valor
Concreto 9 1082,32 120,26 42,88 0,000000 Relação a/c 1 7069,57 7069,57 2520,66 0,000000
Concreto*Relação a/c 9 206,38 22,93 8,18 0,000001 Erro 38 106,58 2,80 Total 57 8162,18
Rmod = 0,99 e R2mod = 0,98
Onde:
SQ = soma dos quadrados; GL = grau de liberdade; MQ = média dos quadrados;
F = parâmetro de Fisher para o teste de significância dos efeitos; p-valor = probabilidade de cometer o erro de tipo I (rejeitar a hipótese nula quando ela é verdadeira);
R2mod = coeficiente de determinação do modelo;
Rmod = coeficiente de correlação do modelo.
Esta análise mostrou o coeficiente de determinação do modelo (R2mod), igual a
0,98, o que significa que 98% da variação total dos dados pode ser explicada, ou seja, o valor
encontrado de resistência à compressão sofre muita interferência dos efeitos dos fatores
estudados (concreto e relação a/c).
A ANOVA também mostrou que os efeitos individuais dos fatores analisados:
relação a/ag e tipo de concreto, são estatisticamente significativos (para um nível de confiança
de 95%). Portanto, cada uma das variáveis, tomadas isoladamente, exerce influência na
resistência à compressão.
Em relação à interação dos fatores, pode-se observar que ela também foi
significativa, indicando a sinergia dos fatores. Assim, o efeito da relação a/c sobre a
resistência à compressão é alterado em função do tipo concreto empregado e vice-versa. Por
conseguinte, pode-se dizer que o desempenho do tipo de concreto depende da relação a/c
utilizada na fabricação do concreto.
Tendo em vista que as variáveis mostraram-se significativas, realizou-se a
comparação múltipla de médias pelo método de Duncan, com o objetivo de agrupar as médias
que não diferem significativamente entre si. As Tabelas 7.4 e 7.5 apresentam o agrupamento
de médias e as estimativas das médias globais tomados os fatores principais.
Tabela 7.4 – Grupos definidos pela comparação múltipla de médias por relação água/cimento, ordenados de forma crescente quanto às médias globais de resistência à compressão.
Relação a/c Resistência Média
Global (MPa) Grupo 1 Grupo 2
0,65 27,40 **** 0,42 49,05 ****
83
Tabela 7.5 – Grupos definidos pela comparação múltipla de médias por tipo de concreto, ordenados de forma crescente quanto às médias globais de resistência à compressão.
Tipo de Concreto Resistência Média Global
(MPa) Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5
FAB II SP+VMAb 33,73 **** FAB III SP+VMA 35,20 **** ****
FAB III SP 35,38 **** **** **** FAB I SP+VMA 35,76 **** **** ****
FAB II SP 37,24 **** **** FAB II SP+VMAa 37,37 **** ****
FAB I SP 37,50 **** FAB IV SP 40,85 **** Sílica Ativa 44,48 ****
Fíler 45,28 ****
Pela análise da Tabela 7.4, influência da relação água/cimento na resistência à
compressão, o agrupamento de médias apresentou comportamento esperado, no qual a relação
água/cimento menor produziu os concretos de melhor desempenho (maiores resistências).
Pela análise da Tabela 7.5, observa-se que os concretos com adição de sílica ativa
e fíler apresentaram as maiores resistências à compressão, isto foi devido à alteração
microestrutural promovido pelas reações pozolânicas (no caso da sílica) e efeito fíler (tanto no
caso da adição de sílica quanto do fíler). Como os outros concretos autoadensáveis foram
produzidos sem adições, eles apresentaram resistências próximas.
Os concretos dos grupos 1, 2 e 3 apresentaram uma forma complexa de
agrupamento, em que alguns concretos pertencem a mais de um grupo simultaneamente. Isto
poderia ser simplificado, do ponto de vista de engenharia, como um único grande grupo. Ou
seja, estes concretos apresentaram resultados médios muito próximos, podendo afirmar que,
de modo geral, os efeitos desses aditivos na resistência à compressão foram similares.
Destaca-se apenas o concreto FAB IV SP, que exibiu ganho significativo de
resistência, separando-o dos demais (grupo 4).
7.3 ANÁLISE DE CORRELAÇÃO DAS PROPRIEDADES DO CONCRETO NO
ESTADO ENDURECIDO
Após a análise individual das propriedades do concreto no estado endurecido,
realizou-se uma análise estatística de correlação linear dos resultados médios obtidos em
todos os concretos.
84
A Tabela 7.6 apresenta a matriz de correlação linear das propriedades, cujos
valores do coeficiente de Pearson (coeficiente de correlação linear) são exibidos no
cruzamento das diversas propriedades.
Tabela 7.6 – Análise estatística de correlação das propriedades estudadas.
Propriedades Relação a/c Compressão Módulo de
Elasticidade Tração Absorção
Relação a/c 1,00 -0,93 -0,70 -0,90 0,79
Compressão -0,93 1,00 0,61 0,96 -0,73
Módulo de Elasticidade
-0,70 0,61 1,00 0,57 -0,41
Tração -0,90 0,96 0,57 1,00 -0,63
Absorção 0,79 -0,73 -0,41 -0,63 1,00
Os valores grifados na Tabela 7.6 são considerados estatisticamente significativos.
Observa-se na Tabela 7.6 que os ensaios de resistência à compressão e resistência
à tração apresentaram correlações lineares significativos com os demais ensaios. Não houve
correlação significativa apenas entre os resultados de módulo de elasticidade e absorção de
água.
A variável relação água/cimento possui forte correlação com todas as
propriedades estudadas, conforme já era esperado.
A Figura 7.3 apresenta a análise de correlação das propriedades absorção de água
e resistência à compressão, exibindo a curva de regressão e seu intervalo de confiança de
95%.
Pode ser observada na Figura 7.3 uma forte correlação linear entre as propriedades
absorção de água e resistência à compressão, mostrando que concretos de maiores resistências
resultam em menores valores absorção de água.
85
Figura 7.4 – Correlação das Propriedades Absorção de Água e Resistência à Compressão.
A Figura 7.4 apresenta a análise de correlação das propriedades resistência à
compressão e resistência à tração na flexão, exibindo a curva de regressão e seu intervalo de
confiança de 95%.
Figura 7.5 – Correlação das Propriedades Resistência à Compressão e Resistência à Tração
86
Pode ser observada na Figura 7.4 uma correlação linear muito forte entre as
propriedades resistência à compressão e resistência à tração do concreto, mostrando
comportamento diretamente proporcional. A relação entre os valores de resistência à tração e
os de compressão é de aproximadamente 10%, semelhante ao conceitualmente estabelecido
pela bibliografia.
Quanto à correlação das propriedades resistência à compressão e módulo de
elasticidade, apresenta-se nas Figuras 7.5, 7.6 e 7.7 a análise com todos os concretos
estudados; a análise com a exclusão dos resultados do concreto FAB III SP+VMA e, por
último, uma análise comparativa de modelos de regressão.
A Figura 7.5 apresenta a análise de correlação das propriedades resistência à
compressão e módulo de elasticidade, considerando todos os concretos autoadensáveis
estudados. São exibidas as curvas de regressão de intervalo de confiança de 95%.
Figura 7.6 – Correlação das Propriedades Resistência à Compressão e Módulo de Elasticidade, para todos
os concretos estudados.
A Figura 7.6 apresenta a análise de correlação das propriedades resistência à
compressão e módulo de elasticidade, com a exclusão dos resultados do concreto
FAB III SP+VMA.
87
Figura 7.7 – Correlação das Propriedades Resistência à Compressão e Módulo de Elasticidade, com a
exclusão dos resultados do concreto FAB III SP+VMA.
Uma análise comparativa entre as Figuras 7.5 e 7.6, mostra um aumento
significativo da correlação dessas propriedades na última figura, sendo que o valor do
coeficiente de correlação linear r passa de 0,61 para 0,96. Isto foi possível com a exclusão dos
resultados do concreto FABIII SP+VMA, que apresentaram valores de módulo de elasticidade
muito superiores ao esperado (conforme observado na Figura 7.6). O comportamento do
módulo de elasticidade do concreto FABIII SP+VMA não é explicado pelos materiais
constituintes ou pela composição deste concreto, pois foram os mesmos utilizados nos demais
concretos.
Talvez tenha ocorrido algum erro sistemático na determinação do módulo de
elasticidade do concreto FABIII SP+VMA, como uma leitura de deformação ou de
carregamento incorreta ou algum equipamento com problema de calibração. Entretanto,
nenhuma evidência de tais erros foi encontrada. Devido a isso, os resultados foram
descartados por não apresentarem comportamento análogo aos demais concretos.
A Figura 7.7 apresenta a análise de correlação das propriedades resistência à
compressão e módulo de elasticidade, considerando o modelo de regressão da NBR 6118
(Eq.7.1), o modelo de regressão da NBR 6118 ajustado para os resultados experimentais
obtidos (Eq.7.2) e o modelo de regressão linear apresentado na Figura 7.7 (Eq.7.3).
88
ckf x 5600Ec = (Eq.7.1)
ckf x 4154Ec = (Eq.7.2)
15168fc x 214,5Ec 28 += (Eq.7.3)
Onde:
Ec: módulo de elasticidade (MPa);
fck: resistência à compressão característica {fck = (fc28 -6,6); em MPa};
fc28: resistência à compressão aos 28 dias de idade (MPa).
Figura 7.8 – Correlação das Propriedades Resistência à Compressão e Módulo de Elasticidade, análise comparativa dos modelos de regressão.
Conforme observado na Figura 7.7, o modelo apresentado no item 8.2.8 da NBR
6118 (Eq.7.1, exibida anteriormente) superestima os valores de módulo de elasticidade,
quando comparado aos valores obtidos experimentalmente nesta pesquisa.
Também pode ser observado que um modelo de regressão semelhante ao
apresentado na NBR 6118, mas com ajuste no parâmetro que multiplica a resistência à
compressão (Eq.7.2, exibida anteriormente), resulta em valores de módulos inferiores. Isto
ocorre porque este modelo foi ajustado para os pontos experimentais, cujos valores são
inferiores aos estimados pela NBR 6118.
8 CONSIDERAÇÕES FINAIS
No programa experimental foram estudadas diferentes combinações para a
produção do concreto auto-adensável variando-se os tipos de aditivos e adições minerais. As
conclusões alcançadas na pesquisa foram:
• O método de dosagem proposto por Tutikian (2004) foi aplicado com
sucesso obtendo, porém, um teor de argamassa muito alto, 66%. Isso pode
ser justificado pelo o emprego da brita de diâmetro máximo de 19 mm.
• Quanto a influência da relação água/cimento na resistência à compressão,
o comportamento dos concretos foi o esperado, no qual a relação
água/cimento menor produziu os concretos de melhor desempenho.
• Observou-se que os concretos com adição de sílica ativa e fíler
apresentaram as maiores resistências à compressão, isto foi devido à
alteração microestrutural promovido pelas reações pozolânicas (no caso
da sílica) e efeito fíler (tanto no caso da adição de sílica quanto do fíler).
Como os outros concretos auto-adensáveis foram produzidos sem adições,
eles apresentaram resistências próximas. Destaca-se apenas o concreto
FAB IV SP, que exibiu ganho significativo de resistência.
• Na Figura 7.3 foi observada uma forte correlação linear entre as
propriedades absorção de água e resistência à compressão, mostrando que
concretos de maiores resistências resultam em menores valores de
absorção de água. Isso pode ser explicado pela menor quantidade de
vazios existentes nos concretos de menores relações água/cimento.
• Foi observada uma correlação muito forte entre as propriedades
resistência à compressão e resistência à tração do concreto, mostrando
comportamento diretamente proporcional. A relação entre os valores de
resistência à tração e os de compressão é de aproximadamente 10%,
semelhante ao conceitualmente estabelecido pela bibliografia.
90
• Conforme observado na Figura 7.7, o modelo apresentado no item 8.2.8
da NBR 6118 (Ec = 5600 x fck1/2) superestima os valores do módulo de
elasticidade, quando comparado aos valores obtidos experimentalmente
nesta pesquisa. Também foi observado que um modelo de regressão
semelhante ao apresentado na NBR 6118, mas com ajuste no parâmetro
que multiplica a resistência à compressão (Ec = 4154 x fck1/2), resulta em
valores de módulos inferiores. Isto ocorre porque este modelo foi ajustado
para os pontos experimentais, cujos valores são inferiores aos estimados
pela NBR 6118.
• De modo geral, observou-se que os concretos apresentaram valores de
segregação inferiores a 15 (método da coluna de segregação), denotando
que esses concretos são adequados para concretagem. Adicionalmente
observou-se que concretos fabricados sem a utilização de modificadores
de viscosidade (identificados por FAB I SP; FAB II SP; FAB III SP e
FAB IV SP). Isto indica que os modificadores de viscosidade, de modo
geral, não resultaram em ganhos de viscosidade esperados. Observou-se
também que o adicionamento de sílica ativa e fíler foi responsável por
ganho de viscosidade, resultando em concretos com aspecto ótimo de
resistência à segregação.
8.1 SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS
Nessa pesquisa foram estudados concretos auto-adensáveis com aditivos
modificadores de viscosidade ou adições minerais para garantir a coesão dos mesmos. Em
futuras pesquisas seria muito interessante estudar concretos mistos, que tivessem tanto o
aditivo modificador de viscosidade quanto as adições.
Além disso, a pesquisa foi delimitada em apenas dois traços para cada dosagem
não sendo possível assim desenvolver curvas de dosagem para os concretos o que também
poderia ser feito em outras pesquisas.
As propriedades reológicas e a microestrutura dos concretos também não foram
estudadas e são elas que definem as propriedades mais importantes do concreto auto-
adensável: escoamento e coesão.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 5739:
Concreto: Ensaio de Compressão de Corpos-de-prova Cilíndricos – Método de Ensaio. Rio de
Janeiro, 1994.
_________. NBR 8522: Concreto - Determinação dos módulos estáticos de
elasticidade e de deformação e da curva tensãoxdeformação – Método de Ensaio.Rio de
Janeiro, 1984.
_________. NBR 9833: Concreto - Determinação da massa específica e do teor
de ar pelo método gravimétrico – Método de Ensaio. Rio de Janeiro, 1997.
_________. NBR 12142: Concreto – Determinação da resistência à Tração na
Flexão em Corpos-de-prova Prismáticos – Método de Ensaio. Rio de Janeiro, 1991.
_________. NBR 11768: Aditivos para concretos de cimento Portland. Rio de
Janeiro, 1992.
ASSOCIAÇÃO MERCOSUL DE NORMALIZAÇÃO - NM 47: Concreto -
Determinação do teor de ar em concreto fresco - Método pressométrico. Rio de Janeiro, 2002.
_________. NM 67: Concreto - Determinação da consistência pelo abatimento do
tronco de cone. Rio de Janeiro, 1998.
ALENCAR, R.S.A. Dosagem do CAA: Produção de pré-fabricados – EPUSP,
2008.
AÏTCIN, P. C; High performance concrete. London: E&FN SPON, 1998, 569p.
AÏTCIN, P. C; Concreto de alto desempenho. São Paulo: Pini. 2000. 667p.
AÏTCIN, P. C; JOLICOEUR, C.; MACGREGOR, J.G. Superplasticizers: how
they work and why they occasionally don´t. Concrete International. May 1994.
AMBROISE, J.; PERA, J.; ROLS, S. Les betóns autonivelants. Matériaux et
Structure. Jan. p. 37-41.
BARTOS, P.J.B.; GRAUERS, M. Self compacting concrete. Concrete
International. v. 33. N. 4. Apr. p. 9-13. 1999.
BRITISH STANDARTS INSTITUITION. Specification for superplasticizing
admixtures. BS 5075: Part 3. London. 1985
92
COUTINHO, A. de S., Fabrico e propriedades do betão. Lisboa: LNEC editora.
v.1. 1997. 610p.
DODSON, V.H. Concrete admixtures. Structural engineering series, New York:
Nostrand Reinhold, 1990. 211p.
DRANSFIELD, J. M. Tendências modernas no uso e desenvolvimento de aditivos
para concreto. São Paulo. Instituto de Engenharia de São Paulo.
HARTMANN, C. T.; Avaliação de aditivos superplastificantes base
policarboxilatos destinados a concretos de cimento portland. São Paulo, 2002.
KHAYAT K.H.; GUIZANI, Z. Use of viscosity-modifying admixture to enhance
stability of fluid concrete. ACI Materials Journal. July-Aug. p. 332-340.1997.
LEIDHODT, C., NMAI, C., SCHLAGBAUM, A. Effectiveness of a
polycarboxylate-based high range water-reducer in a precast / prestressed operation. In:
PCI/FHWA/FIB INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON HIGH PERFORMANCE
CONCRETE. Proceedings. Florida. 2000.
MEHTA P. K.; MONTEIRO, P. M. Concreto estrutura propriedades e materiais.
São Paulo: Pini, 1994. 375p.
RAMACHANDRAN, V. S.; MALHOTRA, V. M. Superplasticizers. IN:
RAMACHANDRAN, V. S. Concrete admixtures handbook: properties science and
technology. Canada: Noyes Publication, 1998 p.410-517.
RAMACHANDRAN, V. S., et al., Superplasticizers: properties and
applications in concrete. Canada: Materials Technology Laboratory, CANMET. 1998.
RIXOM, R.; MAILVAGANAM, N. Chemical admixtures for concrete. London :
E&FN SPON, 3rd edition. 1999. 437p.
YAMADA, K., et al. Effects of the quimical structure on the properties of
polycarboxylate-type superplasticizer. Cement and Concrete Research. v. 30. 2000. p. 197-
207.