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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA
ENGENHARIA CIVIL
LÍVIA CHAGAS ARAÚJO BISPO
ESTUDO SOBRE COMPATIBILIDADE ENTRE CIMENTO
PORTLAND COMPOSTO E ADITIVOS
SUPERPLATIFICANTES
Feira de Santana
2009
LÍVIA CHAGAS ARAÚJO BISPO
ESTUDO SOBRE COMPATIBILIDADE ENTRE CIMENTO PORTLAND
COMPOSTO E ADITIVOS SUPERPLATIFICANTES
Esta monografia é a avaliação do Trabalho Final de
Curso, realizado pela disciplina Projeto Final II, do
Curso de Engenharia Civil da Universidade Estadual
de Feira de Santana, outorgada pelo Departamento
de Tecnologia e ministrada pela Professora e
Coordenadora Eufrosina de Azevedo Cerqueira.
Orientador: Prof. Mestre em Estruturas Elvio Antonino Guimarães
Feira de Santana
2009
LÍVIA CHAGAS ARAÚJO BISPO
ESTUDO SOBRE COMPATIBILIDADE ENTRE CIMENTO PORTLAND
COMPOSTO E ADITIVOS SUPERPLATIFICANTES
A presente monografia foi avaliada e aprovada pelos
membros em destaque, no intuito da aprovação da
graduanda no Trabalho Final de Curso, realizado
pela disciplina Projeto Final II, do Curso de
Engenharia Civil da Universidade Estadual de Feira
de Santana, outorgada pelo Departamento de
Tecnologia.
Feira de Santana, 31 de agosto de 2009.
________________________________________________________
Prof. Mestre em Estruturas Elvio Antonino Guimarães
Universidade Estadual de Feira de Santana
________________________________________________________
Profa. Doutora Cintia Maria Ariani Fontes
Universidade Estadual de Feira de Santana
________________________________________________________
Prof. Mestre Antonio Freitas da Silva Filho
Universidade Estadual de Feira de Santana
DEDICATÓRIA
À Deus.
Minha fortaleza e refúgio.
AGRADECIMENTOS
À Deus, que até aqui tem guiado os meus passos,
À minha família, especialmente ao meu esposo Orlando, por estar sempre ao meu lado e
pelo apoio incondicional,
Aos amigos, obrigada pelo apoio e orações,
Ao professor Elvio Guimarães, pela atenção, orientação, paciência e compreensão,
Ao Labotec, em especial aos técnicos Erinaldo e Sérgio,
E a todos que a todos aqueles que participaram de forma direta e indireta, contribuindo
da melhor forma possível para a realização deste trabalho.
―Não te assombres porque Eu sou teu Deus‖
RESUMO
Este trabalho é um estudo sobre compatibilidade entre o cimento Portland CP II – Z 32
e dois aditivos superplastificantes disponíveis no mercado. Uma das principais
propriedades do concreto fresco é a trabalhabilidade, propriedade que determina o
esforço necessário para manipular uma quantidade de concreto fresco com uma perda
mínima de homogeneidade (MEHTA E MONTEIRO, 1994). O uso de aditivos
superplastificantes permite o aumento da trabalhabilidade do concreto, através da
melhor distribuição das partículas de cimento. A compatibilidade entre o cimento
Portland e o aditivo superplastificante, representa uma única dosagem que resulta na
obtenção de uma trabalhabilidade elevada por um período de tempo suficientemente
longo. Foi utilizado neste trabalho o método do cone de Marsh para avaliar a
compatibilidade entre o cimento Portland composto e os superplastificantes, SP A e SP
B. O objetivo deste ensaio é determinar o ponto de saturação, que determina a dosagem
ótima do superplastificante que deve ser usado para o tipo de cimento citado acima e se
eles são compatíveis ou não. Para os superplastificantes utilizados, o SP B apresentou
compatibilidade com o cimento, já o SP A, necessita de maiores estudos, visto que este
superplastificante apresentou curvas atípicas, talvez por necessitar de um tempo maior
de interação com o cimento para potencializar seu efeito. Já o SP B, apresentou ponto
de saturação correspondente à dosagem máxima especificada.
Palavras-chave: Cimento Portland, superplastificante, compatibilidade,
trabalhabilidade, cone de Marsh.
ABSTRACT
This is a study about compability of Portland cement CP II-Z interacting with two
superplasticizers available in the market. One important characteristic in fresh concret is
workability, that propriety defines the necessary effort to manipulate some amount of
concrete with minimun loss of homogeneity (MEHTA E MONTEIRO, 1994). The use
of superplasticizers allows a increase of workability in concrete with better distribution
of cement particles and cement hydration. The compatibility between Portland cement
and superplasticizer additive, represents a single dosage that results in high workability
for an enough time. The method of Marsh cone was used in this paper to assess the
compatibility between Portland cement and superplasticizer, SP A and SP B. This test
objective is determine the saturation point and determine the optimum dosage of
superplasticizer to use with cement type mentioned and verify the compability. For the
used superplasticizer, SP B the compatibility with cement was verified, since the SP A,
needs more studies, since this superplasticizer was described by atypical curves. The SP
A requires a longer interaction with cement to enhance its effect. The SP B, showed
saturation point corresponding to the maximum dosage specified.
Keywords: Portland cement, superplasticizer, compability, workability, Marsh cone.
SUMÁRIO
1 – Introdução 1
1.1 – Importância do tema 2
1.2 – Justificativa 3
1.3 – Objetivo 4
1.4 – Metodologia 4
1.5 – Estrutura 5
2 – Revisão bibliográfica 6
2.1 – Cimento Portland 6
2.1.1 – Obtenção 7
2.1.2 – Composição química 7
2.1.3 – Tipos de cimento 8
2.1.4 – Hidratação do cimento 11
2.1.5 – Finura 12
2.2 – Aditivos superplastificantes 13
2.2.1 – Mecanismo de funcionamento dos superplastificantes 15
2.3 – Concreto 17
2.4 – Concreto fresco 20
2.4.1 – Trabalhabilidade 21
2.4.1.1 – Medidas de trabalhabilidade 24
2.4.1.2 – Fatores que afetam a trabalhabilidade 30
2.4.1.3 – Perda de abatimento 31
2.4.2 – Coesão 32
2.4.3 – Segregação e exsudação 33
2.4.4 – Tempo de pega 35
2.5 – Compatibilidade entre cimento Portland e aditivo superplastificante 37
2.5.1 – Método do cone de Marsh 38
2.5.2 – Método do miniabatimento 39
3 – Programa experimental 40
3.1 – Desenvolvimento do programa experimental 40
3.2 – Caracterização dos materiais 42
3.2.1 – Cimento 42
3.2.2 – Superplastificante 42
3.3 – Estudo piloto 44
3.4 – Descrição do método de ensaio 46
3.4.1 – Preparo dos sistemas produzidos em laboratório 46
3.4.2 – Método do cone de Marsh 47
4 – Resultados 51
5 – Considerações finais 56
5.1 – Conclusão 56
5.2 – Sugestões para trabalhos futuros 57
LISTA DE TABELAS
Tabela 3.1 – Especificações técnicas do SP A 43
Tabela 3.2 – Especificações técnicas do SP B 43
Tabela 3.3 – Resultados da verificação do teor de sólidos - SP A 44
Tabela 3.4 – Resultados da verificação do teor de sólidos - SP B 44
Tabela 3.5 – Características dos sistemas produzidos em laboratório – SP A 46
Tabela 3.6 – Características dos sistemas produzidos em laboratório – SP B 46
Tabela 4.1 – Tempo de escoamento do cone de Marsh a 5 min – SP A 51
Tabela 4.2 – Tempo de escoamento do cone de Marsh a 60 min – SP A 51
Tabela 4.3 – Tempo de escoamento do cone de Marsh a 5 min – SP B 53
Tabela 4.4 – Tempo de escoamento do cone de Marsh a 60 min – SP B 54
LISTA DE FIGURAS
Figura 2. 1 – Aparelho do ensaio de abatimento (molde) 25
Figura 2.2 – Ensaio de abatimento 26
Figura 2. 3 – Aparelho Vebe 27
Figura 2. 4 – Aparelho do ensaio do fator de adensamento 28
Figura 2.5 – Aparelho do ensaio de remoldagem 29
Figura 2. 6 – Representação esquemática do aspecto da mistura 33
Figura 2. 7 – Croqui do funil utilizado para o ensaio de cone de Marsh 38
Figura 2. 8 – Aparelhagem utilizada no método de ensaio do mini-abatimento 39
Figura 3. 1 – Etapas do programa experimental 41
Figura 3. 2 – Variáveis do programa experimental 41
Figura 3. 3 – Vista geral do aparato do método do cone de Marsh 48
Figura 3. 4– Balança eletrônica BG 4000 49
Figura 3.5 – Argamassadeira Pavitest 50
Figura 4. 1 – Tempo de escoamento X teor de superplastificante - SP A 52
Figura 4. 2 – Tempo de escoamento X teor de superplastificante - SP B 54
LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS
ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
a/c Relação água/cimento
CAD Concreto de alto desempenho
CP Cimento Portland
C-S-H Silicato de cálcio hidratado
C2S Silicato dicálcico
C3A Aluminato tricálcico
C3S Silicato tricálcico
C4AF Ferroaluminato tetracálcico
ºC Grau Celsius
h Horas
Kgf Kilograma-força
µm Micrômetro
min Minutos
mm Milímetros
ml Mililitro
NBR Norma Brasileira Regulamentadora
NM Norma Mercosul
SP A Superplastificante tipo A
SP B Superplastificante tipo B
TS Teor de sólidos
1 – INTRODUÇÃO
O concreto, utilizado atualmente para a construção dos mais diversos tipos de
estruturas, é fruto do trabalho de inúmeros pesquisadores, que durante anos observaram
a natureza e se esmeraram por aperfeiçoar materiais, técnicas, teorias e formas
estruturais.
Os avanços tecnológicos na área da engenharia civil são notados na utilização de novos
equipamentos, processos construtivos, no uso de novos materiais e na melhoria das
qualidades de materiais já existentes. Exemplo disso é o Concreto de Alto Desempenho
(CAD), originado a partir de modificações das características do concreto convencional
em função do uso de aditivos e adições minerais e de um melhor controle na produção e
escolha dos componentes.
As propriedades do concreto endurecido dependem da dosagem, ou seja, dos materiais
constituintes e da proporção entre estes.
Segundo Mehta e Monteiro (1994), os aditivos, conforme suas características
proporcionam ao concreto vantagens como: aumentar a plasticidade do concreto sem
aumentar o teor de água, reduzir a segregação e a exsudação, retardar e acelerar o tempo
de pega, acelerar a velocidade de desenvolvimento da resistência nas primeiras idades e
aumentar a durabilidade em condições específicas de exposição.
Os aditivos plastificantes e superplastificantes permitem o aumento da trabalhabilidade
do concreto, sem aumento do consumo de água; redução do consumo de água,
mantendo a mesma trabalhabilidade, trazendo assim maior resistência; redução da água
e do cimento, na mesma proporção, mantendo a mesma trabalhabilidade e a mesma
resistência original, entre outros (VEDACIT, 2005).
Quando da utilização do superplastificante, a melhor combinação
cimento/superplastificante deve ser adotada, garantindo a trabalhabilidade desejada para
o transporte, lançamento, adensamento e acabamento do concreto.
A análise da compatibilidade cimento/superplastificante é baseada no estudo do
comportamento reológico da pasta de cimento, através dos métodos do miniabatimento
e do cone de Marsh, que nos permite encontrar a melhor combinação entre o cimento e
o superplastificante e a dosagem ideal. Os dois ensaios citados são rápidos e requerem
quantidades mínimas de materiais, se comparados com os ensaios realizados em
concreto.
O ponto de saturação, interseção de duas linhas obtidas a partir dos métodos do
miniabatimento e do cone de Marsh, corresponde ao ponto em que qualquer aumento na
dosagem do superplastificante não produz nenhum efeito na reologia da pasta (AÏTCIN,
2000).
As características do concreto fresco, tal como trabalhabilidade, terão influência
significativa sobre as propriedades do concreto endurecido, como resistência e
durabilidade. É então essencial que a consistência da mistura do concreto seja tal que
este possa ser transportado, lançado, adensado e acabado com suficiente facilidade e
sem segregação.
1.1 – IMPORTÂNCIA DO TEMA
Atualmente os aditivos químicos, entre eles os aditivos superplastificantes, têm sido
muito utilizados em concretos para modificar suas propriedades. Entretanto, têm
ocorrido problemas com o uso destes aditivos, tais como: acentuada perda de fluidez,
enrijecimento precoce e, excessiva incorporação de ar. Alguns destes problemas podem
ser associados à incompatibilidade entre o aditivo e o cimento utilizados, ou a dosagem
inadequada do aditivo (MAILVAGANAM, 1999, apud MONTE E FIGUEREDO,
2004).
Nem todos os superplastificantes comerciais funcionam tão eficientemente com todos
os cimentos Portland, mesmo que as suas especificações técnicas possam ser muito
similares (AÏTCIN, 2000). Por isso, a seleção do superplastificante é imprescindível
para a produção de maior fluidez do concreto.
Uma dosagem excessiva de superplastificante pode resultar na segregação da mistura
(NEVILLE, 1997). Portanto, a melhor combinação cimento/superplastificante deve ser
adotada.
1.2 – JUSTIFICATIVA
O concreto é um material composto por uma mistura de cimento Portland, agregados
(graúdo e miúdo) e água, além de materiais eventuais, os aditivos e adições minerais.
Os avanços da tecnologia na produção de concreto levaram ao desenvolvimento do
CAD, com a melhoria das propriedades/características do concreto convencional,
aumentando sua resistência e durabilidade. Para tanto é necessário o uso de aditivos
superplastificantes.
A escolha dos materiais que comporão a mistura para a formação do CAD é de
fundamental importância para o alcance dos objetivos pretendidos com o uso deste
produto. O grande desafio em relação ao aditivo é o tempo de ação deste, que deixa de
exercer seu efeito, e o concreto que antes era fluido e extremamente trabalhável, começa
a perder abatimento ou consistência.
Nem todos os tipos e marcas de superplastificantes reagem da mesma forma com um
determinado cimento. Isto é um indicativo de problemas de compatibilidade. O estudo
de compatibilidade entre material cimentício e superplastificante trata-se de uma
importante ferramenta, para estimar-se da melhor forma, o comportamento reológico do
concreto fresco (AÏTCIN, 2000).
O presente trabalho pretende estudar a compatibilidade entre cimento Portland e
aditivos superplastificantes disponíveis no mercado de Feira de Santana utilizando o
método do cone de Marsh.
1.3 – OBJETIVO
1.3.1 Objetivo geral
Realizar um estudo sobre o cimento Portland e os aditivos superplastificantes.
1.3.2 Objetivo específico
Estudar a compatibilidade entre cimento Portland e aditivos superplastificantes.
1.4 – METODOLOGIA
A primeira parte deste trabalho refere-se à revisão bibliográfica sobre os assuntos
pertinentes ao tema.
Posteriormente, foi realizada uma coleta de materiais, os quais foram submetidos a
ensaios de caracterização.
O ensaio do Funil ou Cone de Marsh foi usado para determinar a quantidade de
superplastificante responsável pela obtenção de uma fluidez máxima da pasta para uma
dada relação água/cimento, com a finalidade de verificar a compatibilidade entre
cimento Portland e superplastificante.
Ao final, os resultados obtidos nos ensaios foram analisados, para formulação da
conclusão do trabalho.
1.5 – ESTRUTURA
O presente trabalho está estruturado em cinco capítulos. O primeiro é composto por
uma introdução ao tema, seguido da importância, justificativa e objetivos do trabalho,
bem como a metodologia aplicada e a estrutura da monografia.
O segundo capítulo é a revisão bibliográfica, abordando um breve estudo sobre
concreto, principalmente ao estado fresco, cimento Portland e aditivos
superplastificantes, além dos ensaios utilizados para estudar a compatibilidade entre o
cimento e o aditivo.
No terceiro capítulo é descrito o programa experimental, com materiais e metodologias
para os ensaios.
No quarto capítulo, são apresentados e discutidos os resultados obtidos nos ensaios. Já o
capítulo cinco refere-se à conclusão do trabalho.
2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 – CIMENTO PORTLAND
Para a NBR 5732/1991, cimento Portland é definido como aglomerante hidráulico
obtido pela moagem de clínquer Portland ao qual se adiciona, durante a operação, a
quantidade necessária de uma ou mais formas de sulfato de cálcio. Durante a moagem é
permitido adicionar a esta mistura materiais Pozolânico, escórias granuladas de alto-
forno e/ou materiais carbonáticos.
Segundo a ASTM C 150/1991, Cimento Portland é definido como um aglomerante
hidráulico produzido pela moagem do clínquer, que consiste essencialmente de silicatos
de cálcio hidráulicos, usualmente com uma ou mais formas de sulfato de cálcio como
um produto de adição.
O cimento Portland é composto de clínquer e de adições. O clínquer é o principal
componente e está presente em todos os tipos de cimento Portland. As adições podem
variar de um tipo de cimento para outro e são principalmente elas que definem os
diferentes tipos de cimento. São elas: as escórias de alto-forno, os materiais pozolânicos
e os materiais carbonáticos (ABCP, 2002).
Este autor define os materiais pozolânicos como rochas vulcânicas ou matérias
orgânicas fossilizadas encontradas na natureza, certos tipos de argilas queimadas em
elevadas temperaturas (550,0°C a 900,0°C) e derivados da queima de carvão mineral
nas usinas termelétricas, entre outros. Materiais pozolânicos, quando pulverizados em
partículas muito finas, apresentam a propriedade de ligante hidráulico.
Esse efeito só será sentido se os materiais pozolânicos moídos em grãos finíssimos
forem colocados em presença de outro material. O clínquer é um desses materiais, pois
no processo de hidratação libera hidróxido de cálcio (cal) que reage com a pozolana.
2.1.1 – Obtenção
O cimento é obtido a partir das operações de moagem de mistura de calcário e argila em
proporções adequadas; essa mistura é colocada em um forno onde é aquecida até
praticamente o início da fusão, produzindo, após o resfriamento rápido, um material
denominado clínquer. O clínquer é moído juntamente com o gesso, resultando no
cimento Portland, como se encontra no mercado, na forma de pó muito fino, cinzento
levemente esverdeado (GIAMMUSSO, 1992).
2.1.2 – Composição química
O cimento Portland é um produto constituído por vários óxidos combinados formando
compostos complexos que apresentam a propriedade de se combinarem com a água. O
resultado é um material cristalino com características de resistência e aderência
(GIAMMUSSO, 1992).
Os principais constituintes do cimento Portland são CaO (C) , SiO2 (S), Al2O3 (A) e
Fe2O3 (F), que dão origem aos compostos 3CaO.SiO2 (silicato tricálcico – C3S),
2CaO.SiO2 (silicato dicálcico – C2S), 3CaO.Al2O3 (aluminato tricálcico - C3A) e
4CaO.Al2O3.Fe2O3 (ferroaluminato tetracálcico – C4AF).
Os silicatos constituintes do cimento Portland não são compostos puros, possuem
óxidos em pequenos teores que afetam seus arranjos atômicos, formas cristalinas e nas
propriedades hidráulicas que eles apresentam como MgO, TiO2, MnO2, K2O e Na2O.
Os principais são os óxidos de sódio - Na2O e de potássio K2O, também conhecidos
como álcalis, que em reação com alguns agregados causam desintegração do concreto.
Os silicatos de cálcio – C3S e C2S – são os compostos de maior concentração na
composição do cimento, sendo o C3S o preponderante. Os silicatos de cálcio contêm
pequenas impurezas de alguns óxidos presentes no clínquer. O C3S impuro é conhecido
como alita e o C2S impuro, como belita (NEVILLE, 1997).
Além dos silicatos encontramos o aluminato e o ferroaluminato de cálcio - C3A e
C4AF. Os cimentos podem conter vários aluminatos de cálcio, mas o principal
aluminato do cimento Portland é o aluminato tricálcico. Encontram-se também as
ferritas de cálcio, cujo composto mais comum é o C4AF (MEHTA e MONTEIRO,
1994).
Tanto o C3A quanto o C4AF contêm impurezas em sua composição, como magnésio,
sódio, potássio e sílica.
Para Giammusso (1992), as principais características dos compostos do cimento
Portland são:
C3S – endurecimento rápido, desprendimento moderado de calor de hidratação, altas
resistências iniciais;
C2S – endurecimento lento, baixo calor de hidratação, altas resistências finais;
C3A – reação rapidíssima (controlada pelo gesso), calor de hidratação muito alto,
resistência muito baixa;
C4AF – reação muito rápida, calor de hidratação alto, resistência desprezível.
2.1.3 – Tipos de cimento
Os principais tipos de cimento Portland oferecidos no mercado, e mais empregados na
construção civil são (ABCP, 2002):
Cimento Portland comum;
Cimento Portland composto;
Cimento Portland de alto-forno;
Cimento Portland pozolânico.
São consumidos também, só que em menor escala, principalmente pelas características
especiais de aplicação, os seguintes cimentos:
Cimento Portland de alta resistência;
Cimento Portland resistente aos sulfatos;
Cimento Portland branco;
Cimento Portland de baixo calor de hidratação
Cimento para poços petrolíferos.
Para Mehta e Monteiro (1994), o cimento Portland composto foi desenvolvido visando
custo mais baixo e economia de energia. Dividem-se em cinco tipos:
Tipo I: empregado em obras quando estas não requerem propriedades especiais
específicas apresentadas pelos outros tipos. Não há limites impostos para nenhum dos
quatro compostos principais do cimento.
Tipo II: indicado para qualquer obra, especialmente quando se deseja moderada
resistência ao sulfato ou moderado calor de hidratação. Como o C3A e o C3S produzem
elevados calores de hidratação, a norma limita a quantidade máxima de C3A no cimento
ao máximo de 8,0% e tem um limite máximo de 58,0% na soma de C3S e C3A.
Tipo III: empregado quando se deseja alta resistência inicial. Para assegurar que a alta
resistência não é devida principalmente aos produtos de hidratação do C3A, a norma
limita o teor máximo de C3A no cimento em 15,0%.
Tipo IV: indicado quando se deseja um baixo calor de hidratação. Uma vez que o C3S e
o C3A produzem altos calores de hidratação, mas o C2S produz muito menos calor, a
norma impõe limites máximos para os compostos C3S e C3A de 35,0% e 7,0%,
respectivamente, e estabelece um mínimo de 40,0% de C2S no cimento.
Tipo V: empregado quando se deseja resistência ao sulfato. A norma estabelece um
limite máximo de 5,0% de C3A que se aplicam quando o ensaio de expansão ao sulfato
não é solicitado.
A ABNT define as classes de cimento Portland composto comercializados no Brasil.
São eles:
CP I: cimento Portland comum, que são designados pelas siglas CPI e CP I - S, que
correspondem à presença ou não de adições. A NBR 5732/91, limita em 5,0% a
composição de material pozolânico para os cimentos CP I- S.
CP II: cimento Portland composto, que são designados em função do tipo de adição
utilizada. A NBR 11578/91 limita os teores de adições nos cimentos Portland composto
conforme especificado a seguir. As adições empregadas são: escória granulada de alto
forno (E), material pozolânico (Z) e material carbonático (F).
CP II – E: o teor de escória granulada de alto forno varia de 6,0 a 34,0%, e o teor
de material carbonático compreende-se entre 0 e 10,0%.
CP II – Z: o teor de material pozolânico varia de 6,0 a 14,0%, e o teor de
material carbonático compreende-se entre 0 e 10,0%.
CP II – F: o teor de material carbonático compreende-se entre 6,0 e 10,0%.
CP III: cimento Portland de alto forno, onde o teor de escória granulada de alto forno
varia de 35,0 a 70,0%, e o teor de material carbonático compreende-se entre 0 e 5,0%
(NBR 5735, 1991).
CP IV: cimento Portland pozolânico, o teor de materiais pozolânicos secos deve estar
compreendido entre 15,0% e 50,0% da massa total de aglomerante, e o teor de material
carbonático compreende-se entre 0 e 5,0% (NBR 5735, 1991).
CP V: cimento Portland de alta resistência inicial, onde o teor de material carbonático
compreende-se entre 0 e 5,0% (NBR 5733, 1991).
2.1.4 – Hidratação do cimento
Entrando em contato com a água, o cimento forma uma suspensão coloidal – um gel –,
no qual se processam as reações de endurecimento (GIAMMUSSO, 1992).
O cimento Portland, quando em contato com a água, gera produtos com características
de pega e endurecimento, o que fornece propriedades adesivas ao cimento. Esta reação
entre o cimento e a água é chamada de hidratação do cimento (BRUNAUER e
COPELAND apud MEHTA e MONTEIRO, 1994).
Para este autor, o conhecimento das substâncias formadas quando o cimento Portland
reage é importante, pois o cimento em si mesmo não é um material cimentante; os seus
produtos de hidratação sim, têm propriedades aglomerantes.
Ainda segundo o autor, a hidratação do cimento envolve duas etapas. A primeira,
dissolução-precipitação, envolve a dissolução de compostos anidros em seus
constituintes iônicos, formação de hidratos na solução e, devido à sua baixa
solubilidade, precipitação de hidratos provenientes da solução supersaturada. A
segunda, topoquímico ou hidratação no estado sólido, ocorrem reações na superfície dos
componentes do cimento sem entrarem em solução.
Como o cimento Portland possui vários compostos, a hidratação deste dá-se por reações
dos vários compostos com água, simultaneamente, mas com velocidades diferentes. Os
aluminatos, que se hidratam muito mais rapidamente que os silicatos, são responsáveis
pelo enrijecimento e pega, enquanto os silicatos são responsáveis pelo endurecimento
do concreto. A velocidade de hidratação do cimento diminui com o tempo (MEHTA e
MONTEIRO, 1994).
De acordo com Aïtcin (2000) durante a mistura cimento/água, os diferentes íons
liberados pelas diferentes fases entram em solução. A superfície das partículas é
parcialmente coberta com silicato de cálcio hidratado (C-S-H) e com etringita.
Após a rápida dissolução inicial, ocorre aumento do pH e do teor de íons Ca++ da água,
tornando a dissolução das partículas mais lenta, é formada uma pequena quantidade de
C-S-H, etringita e aluminato de cálcio hidratado, ocorrem também um equilíbrio entre
os íons de alumínio e de sulfato, e alguma floculação de grãos de cimento.
Quando o óxido de cálcio começa a precipitar-se, a velocidade de hidratação aumenta,
as fases dos silicatos e aluminatos hidratados começam a criar ligações interpartículas, o
que resulta no endurecimento progressivo da pasta de cimento. Com o avançar da
hidratação, os grãos de cimento são cobertos por uma camada de hidratos, que vai se
tornando cada vez mais espessa.
2.1.5 – Finura
Segundo Neville (1997), a hidratação do cimento inicia-se na superfície das partículas, é
a área total da superfície do cimento que representa o material disponível para
hidratação. Assim sendo, a velocidade de hidratação depende da finura das partículas de
cimento, quanto mais fino o cimento mais rápido ele reagirá.
A finura do cimento Portland influi nas propriedades do concreto em seu estado fresco.
Quanto maior a finura, menor será a exsudação, maior a trabalhabilidade e a coesão dos
concretos, mais rápida se dará a pega da mistura.
Esta característica é um indício geral da qualidade do cimento; cimentos muito finos
têm uma atividade maior, porém, tendem a uma retração mais intensa (GIAMMUSSO,
1992).
Quanto mais fino o cimento, maior a dosagem necessária de superplastificante para se
obter a trabalhabilidade desejada (NEVILLE, 1997).
2.2 – ADITIVOS SUPERPLASTIFICANTES
Os aditivos químicos são produtos adicionados em pequena quantidade durante a
mistura do concreto com a finalidade de modificar ou melhorar suas propriedades ou
evitar algumas deficiências que não são possíveis de contornar com os materiais
básicos. Os aditivos são geralmente usados para: melhorar a trabalhabilidade, retardar
ou acelerar a pega, melhorar a durabilidade, reduzir a água da mistura, melhorar a cura,
melhorar a impermeabilidade do concreto, causar expansão do concreto, alterar a cor
(VEDACIT, 2005).
A NBR 11768/92 define aditivo superplastificante (tipo SP) como produto que aumenta
o índice de consistência do concreto, mantida a quantidade de água de amassamento, ou
que possibilita a redução de, no mínimo, 12,0% da quantidade de água de amassamento
para produzir um concreto com determinada consistência.
Os superplastificantes são polímeros orgânicos hidrossolúveis obtidos sinteticamente,
usando um processo complexo de polimerização para obtenção de moléculas longas de
elevada massa molecular. Possui baixo teor de impurezas, de modo que, mesmo em
dosagens elevadas, não apresentam efeitos colaterais prejudiciais (NEVILLE, 1997).
Para Monte e Figueredo (2004), os aditivos superplastificantes, são adicionados ao
concreto com o objetivo de aumentar a fluidez do mesmo, reduzir a relação
água/cimento (a/c) mantendo constante a consistência da mistura ou ainda, reduzir o
consumo de cimento para uma mesma consistência e relação água/cimento do concreto.
Os aditivos superplastificantes empregados em obras de construção civil são tensoativos
aniônicos de cadeia longa e massa molecular elevada (NEVILLE, 1997).
De acordo com a natureza química dos superplastificantes, estes podem ser classificados
em quatro categorias:
Policondensado de formaldeído e melamina sulfonada – chamada de melamina
sulfonada;
Policondensado de formaldeído e naftaleno sulfonado – chamada de naftaleno
sulfonado;
Lignossulfonato;
Poliacrilatos (AÏTCIN, 2000).
Os aditivos superplastificantes de alta eficiência são produtos químicos a base de
policarboxilatos que promovem grande dispersão dos finos da mistura possibilitando
elevadíssimo aumento do índice de consistência e/ou elevada redução da quantidade da
água de amassamento do concreto (BASF, 2007).
O superplastificantes a base de policarboxilatos possibilita aos concretos com sílica uma
significativa diminuição da permeabilidade com grande poder de aderência, coesão e
isentos de segregação e exsudação. Além disso, devido à baixa porosidade, o concreto
apresenta alta durabilidade (VEDACIT, 2005).
Para a produção do CAD pode-se utilizar associação de dois desses componentes com o
objetivo de melhorar o efeito do superplastificante na mistura. São também fabricados
superplastificantes que são uma mistura desses componentes.
Segundo Aïtcin (2000), as vantagens dos superplastificantes melamínicos são: não
retardam a pega tanto quanto os naftalenos, uma superdosagem acidental não é tão
crítica, pois possuem menor teor de sólidos (22,0%), incorporam menos ar, não afetam a
coloração do concreto de cimento branco, apresentam melhor qualidade e confiabilidade
do produto, se comparados com os naftalenos.
Já os naftalenos apresentam as seguintes vantagens: teor de sólidos maior que os
melamínicos, melhor relação custo-benefício para se obter determinado grau de
trabalhabilidade, maior controle da reologia, pequeno retardamento de pega, são mais
baratos e algumas marcas oferecem qualidade e confiabilidade excelentes.
Normalmente, os superplastificantes baseados em lignossulfonatos são usados em
conjunto com os melamínicos ou naftalenos na produção do CAD.
2.2.1 – Mecanismo de funcionamento dos superplastificantes
As substâncias tensoativas consistem de moléculas orgânicas de cadeia longa, com uma
extremidade hidrófila (que atrai água) e uma hidrófoba (que repele água). A
extremidade hidrófila contém um ou mais grupos polares, como –COO-, -SO3- OU –
NH3+ (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
Para Neville (1997), o principal efeito das moléculas longas é o de envolverem as
partículas de cimento, conferindo-lhes uma carga altamente negativa de modo que elas
passam a se repelir. Isso resulta uma defloculação e dispersão das partículas de cimento.
O melhoramento resultante da trabalhabilidade pode ser aproveitado de dois modos:
produzindo-se concreto com trabalhabilidade muito alta ou concreto com resistência
muito alta.
Quando uma pequena quantidade de água é adicionada ao cimento, sem a presença de
tensoativos, não se obtém um sistema bem disperso, primeiro porque a água possui
tensão superficial elevada, segundo, as partículas de cimento tendem a se aglomerar e
formar flocos.
Assim, quando um tensoativo é adicionado ao sistema água-cimento, a cadeia polar é
adsorvida ao longo da superfície da partícula de cimento, orientando a extremidade
polar em direção à água, diminuindo a tensão superficial desta e tornando a partícula de
cimento hidrófila. Camadas de moléculas de água dipolares circundam as partículas
hidrófilas de cimento, evitando a sua floculação e aumentando consideravelmente a
fluidez do sistema (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
Para Coutinho (1973), a partícula do cimento adquire assim um potencial elétrico
negativo criando uma repulsão eletrostática entre as partículas. Este potencial orienta
por sua vez os dipolos que constituem as moléculas de água em volta das partículas,
formando-se, portanto, uma camada de moléculas de água, que impede a aproximação
entre as partículas.
Portanto, são três os fatores que contribuem para a dispersão e estabilidade dos grãos de
cimento na água: redução da tensão intersuperficial, aumento do potencial eletrocinético
e formação de uma camada protetora e aderente de moléculas de água.
Segundo Giammusso (1992), os superplastificantes cuja substância ativa é a melanina
são caracterizados por um período relativamente curto de atuação, entre 30 min e 45
min. Após, o aditivo perde o efeito e o concreto volta à consistência normal.
Com os aditivos a base de naftaleno e de lignosulfonato, o tempo de atuação é maior,
podendo se estender até 2,0 h ou mais.
O efeito de fluidificação dura aproximadamente 35,0 minutos, com exceção dos
superplastificantes à base de policarboxilatos que podem manter a fluidificação em até
1h 30min, dependendo da temperatura e da dosagem. Caso necessário, pode-se redosá-
lo para que volte à fluidez inicial. A adição de uma pequena proporção de retardador
(cerca de 5,0% sobre a massa do superplastificante) prolonga sua vida útil em torno de
60,0 minutos, sem praticamente alterar o tempo de pega (VEDACIT, 2005).
2.3 – CONCRETO
O concreto é um material composto que consiste essencialmente de um meio contínuo
aglomerante, dentro do qual estão mergulhados partículas ou fragmentos de agregados.
No concreto de cimento hidráulico, o meio aglomerante é formado por uma mistura de
cimento hidráulico e água (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
Para este autor o concreto é o material de construção mais usado na engenharia. Existem
várias razões para isso, uma é a excelente resistência do concreto à água, sem
deterioração séria. Outra razão é a facilidade com que elementos estruturais de concreto
podem ser executados, numa variedade de formas e tamanhos. Outro fator é que o
concreto é um material barato e facilmente disponível, se comparado a outros materiais
de construção, além de possibilitar o uso de resíduos da própria construção como
matéria-prima em sua produção.
Outro componente largamente utilizado na produção de concreto são os aditivos,
utilizados com a finalidade de melhorar ou modificar as propriedades do concreto
convencional dando origem aos concretos especiais, como o concreto de alto
desempenho, concreto auto-adensável, etc.
Quando os superplastificantes começaram a ser utilizados para reduzir a relação
água/cimento ou água/aglomerante, ao invés de serem exclusivamente usados como
fluidificantes para concretos convencionais, descobriu-se que concretos com uma
relação água/cimento ou água/aglomerante muito baixa também tinham outras
características melhoradas, tais como fluidez mais elevada, módulo de elasticidade mais
alto, resistência à flexão maior, menor permeabilidade, resistência à abrasão melhorada
e maior durabilidade (AÏTCIN, 2000).
As principais propriedades do concreto endurecido são: resistência, durabilidade,
estabilidade dimensional.
Considerando agregados de boa qualidade, a resistência da pasta endurecida é o
principal fator responsável pela resistência do concreto, seguida da zona de transição.
Num sólido, há uma relação inversa entre porosidade e resistência. A resistência da
pasta depende da relação água/cimento e do grau de hidratação. Quanto maior a relação
água/cimento, menor o grau de hidratação, maior a porosidade do concreto, menor será
a resistência apresentada pelo mesmo (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
Este autor ressalta que para uma dada relação água/cimento, as misturas com
abatimentos elevados tendem a exsudar, o que reduz a resistência do concreto.
A segregação está ligada à duração das operações. Neste caso, o transporte deve ser
feito o mais rapidamente possível para minimizar os efeitos de enrijecimento e perda de
trabalhabilidade no momento do lançamento, espalhamento e adensamento do concreto.
O grau de adensamento exerce influência direta sobre o volume de vazios no concreto,
ligados à segregação e à exsudação.
O concreto é um material naturalmente poroso. A água livre presente na mistura, poderá
formar uma rede de canais capilares ou poros que, somada aos vazios que ocorrem na
mistura devido ao ar incorporado, definirão a porosidade do material. Quando houver
conexão entre estes vazios, teremos então um material sujeito à movimentação de
líquidos e gases no seu interior. Quanto maior forem estes fatores, maior será a
permeabilidade do material (NEVILLE, 1997).
Quanto maior a permeabilidade do material, maior a chance de diminuição de sua
durabilidade, uma vez que este poderá ser atacado por agentes externos agressivos tanto
ao concreto, como as armaduras nele inseridas.
A estabilidade dimensional está relacionada às deformações no concreto que ocorrem
como um resultado da resposta do material à carga externa e ao meio ambiente. Podem
levar à fissuração dada a baixa resistência à tração do concreto. A deformação mais
importante notada no concreto é a retração (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
A retração é a diminuição do volume durante a pega e o início do endurecimento do
concreto, especialmente pela falta de água no mesmo, tanto pela hidratação do cimento
ainda não hidratado, quanto pelas condições ambientais, quando a umidade relativa das
estruturas de concreto tende a se balancear com a umidade do ambiente externo.
Portanto, quanto maior a umidade do ambiente, menor a retração do concreto
(ANDRADE, 1997).
Além disso, a geometria do elemento é importante, pois peças de grande espessura
tendem a ter menor retração que peças delgadas, função de apresentar maior percurso
para água.
Quando ocorre uma dosagem excessiva do superplastificante na mistura, esta apresenta
efeitos como a excessiva incorporação de ar, que atua aumentara a porosidade do
concreto e acarreta problemas como diminuição da durabilidade e resistência do
concreto no estado endurecido.
2.4 – CONCRETO FRESCO
A seleção dos materiais apropriados e a dosagem destes são importantes para se obter
um concreto que atenda as especificações de resistência e durabilidade na estrutura. No
entanto, esse objetivo não pode ser atingido sem uma atenção adequada às operações as
quais o concreto é submetido nas primeiras idades, quando o concreto recebe o nome de
concreto fresco (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
O termo concreto fresco corresponde ao intervalo de tempo que abrange as operações de
mistura, transporte, lançamento e adensamento do concreto. Esse tempo, se comparado
à vida útil do concreto é insignificante, mas suas características terão influência
significativa sobre as propriedades do concreto endurecido.
Para Mehta e Monteiro (1994), as deficiências adquiridas pelo concreto fresco devido à
perda de trabalhabilidade antes ou durante o lançamento nas fôrmas, segregação e
exsudação durante o adensamento, e uma baixa taxa de crescimento de resistência,
podem prejudicar o concreto permanentemente e reduzir a sua vida útil.
Segundo Neville (1997), embora o concreto fresco tenha interesse transitório, a
resistência de um concreto com determinadas proporções é influenciado pelo grau de
adensamento. Portanto, é essencial que a consistência da mistura do concreto seja tal
que o concreto possa ser transportado, lançado, adensado e acabado com suficiente
facilidade e sem segregação.
2.4.1 – Trabalhabilidade
A palavra trabalhabilidade é um termo que se refere às propriedades do concreto no
estado fresco.
A trabalhabilidade, principal característica do concreto fresco, é definida pela ASTM C
125/1993 como a propriedade que determina o esforço necessário para manipular uma
quantidade de concreto fresco com uma perda mínima de homogeneidade. Este esforço
depende das propriedades reológicas do lubrificante (a pasta do cimento), do atrito
interno entre as partículas dos agregados e do atrito externo entre o concreto e a
superfície da fôrma (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
Trabalhabilidade é então o esforço empregado para neutralizar as forças de atrito interno
e superficial, das fôrmas e armaduras, respectivamente (NEVILLE, 1997).
A ACI 116R-90 define trabalhabilidade como a propriedade do concreto ou da
argamassa recém-misturados que determina a facilidade e homogeneidade com a qual
podem ser misturados, lançados, adensados e acabados.
Para Petrucci (1982) trabalhabilidade é a propriedade do concreto que identifica sua
maior ou menor aptidão para ser empregado com determinada finalidade, sem perda de
sua homogeneidade.
Para Sobral (1984), além da mistura preencher completamente a forma, o concreto
fresco deve possuir suficiente habilidade para se depositar sem perder sua continuidade.
Propriedade que o autor denomina plasticidade.
O esforço necessário para adensar o concreto é regido pelas suas características de fluxo
e pela facilidade com que a eliminação dos vazios pode ser atingida sem abalar a
estabilidade. A estabilidade é um índice simultâneo de capacidade de retenção de água e
de capacidade de retenção do agregado graúdo na massa de concreto fresco. Uma
medida qualitativa dessas características é usualmente denominada pelo termo coesão
(MEHTA e MONTEIRO, 1994).
Segundo este autor, a trabalhabilidade é composta de pelo menos dois componentes
principais: fluidez, que descreve a facilidade de mobilidade, e coesão, que descreve a
resistência à exsudação ou à segregação.
Verçoza (1975), define consistência como a resistência momentânea do concreto fresco
às forças que tendem a modificar sua forma. O autor ainda ressalta que os concretos têm
consistência seca, média ou fluida. Os primeiros requerem adensamento mecânico,
enquanto os fluidos podem ter adensamento normal.
A trabalhabilidade não é uma característica intrínseca do concreto, pois está vinculada à
natureza da obra, depende do tipo de estrutura e dos métodos de lançamento,
adensamento e acabamento (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
Os aditivos plastificantes e superplastificantes permitem o aumento da trabalhabilidade
do concreto, sem aumento do consumo de água; redução do consumo de água,
mantendo a mesma trabalhabilidade (VEDACIT, 2005).
Segundo Neville (1997), a trabalhabilidade diminui com o tempo e, consideravelmente,
logo nos primeiros minutos após a mistura. Quanto maior a trabalhabilidade inicial,
maior a perda de trabalhabilidade do concreto. Se autor ressalta ainda que a
trabalhabilidade de uma mistura é influenciada também pela temperatura ambiente,
além da temperatura do próprio concreto. Aumentando a temperatura do concreto,
maior a quantidade de água a ser acrescentada para se obter o abatimento desejado.
Além disso, em dias quentes o teor de água deve ser aumentado para se manter a
trabalhabilidade inicial da mistura.
A obtenção de um concreto com trabalhabilidade adequada não depende unicamente da
quantidade de água utilizada. Nem sempre o acréscimo de água na mistura leva a uma
maior trabalhabilidade, podendo, muitas vezes, levar à exsudação, à segregação, ou
simplesmente, a um aumento do abatimento.
A trabalhabilidade depende de uma seleção e proporção adequada dos materiais e
muitas vezes do uso de adições e aditivos. Os teores de pasta, de argamassa e de
agregados, em função da trabalhabilidade desejada, devem ser compatibilizados. Isto se
consegue mediante o conhecimento das características de cada componente e de seu
proporcionamento correto na mistura.
Para Aïtcin (2000), a quantidade total de agregados presente no traço, as proporções
relativas de agregado miúdo e graúdo, a respectiva granulometria, a forma e a textura
superficial das partículas são os principais fatores relacionados aos agregados que
afetam a trabalhabilidade do concreto. À medida que a dimensão máxima do agregado
diminui, é necessário adicionar mais água à mistura a fim de se manter a
trabalhabilidade e, conseqüentemente, adicionar mais cimento para se manter a
resistência desejada.
Verçoza (1975), diz que o concreto deve apresentar uma trabalhabilidade tal que
assegure plasticidade máxima, segregação mínima e consistência apropriada.
Para Mehta e Monteiro (1994), a qualidade do concreto fresco é determinada por sua
homogeneidade e pela facilidade com a qual esse material pode ser misturado,
transportado, adensado e acabado, ou seja, pela trabalhabilidade que o mesmo
apresenta.
Este autor salienta ainda que uma mistura de concreto que não possa ser lançada
facilmente ou adensado em sua totalidade provavelmente não fornecerá as
características de resistência e durabilidade esperadas.
A trabalhabilidade do concreto é fundamental para se conseguir compactação que
assegure máxima densidade possível, com aplicação de uma quantidade de trabalho
compatível com o processo de adensamento a ser empregado (SOBRAL, 1984).
Um concreto trabalhável requer uma quantidade suficiente de argamassa para preencher
os vazios entre os agregados e para lubrificar a superfície dos mesmos durante o seu
lançamento. Caso não exista argamassa suficiente, o concreto resultante apresentará
uma trabalhabilidade pobre. Quanto maior o teor de argamassa no concreto, maior será
seu abatimento e sua extensão de fluxo.
A perda da trabalhabilidade com o tempo está relacionada à perda de abatimento. É
muito importante na prática, principalmente se a distância entre a usina de concreto e a
obra for considerável ou, ainda, se algum atraso imprevisto ocorrer. No caso de regiões
onde a temperatura ambiente é alta, o problema da perda da trabalhabilidade é
particularmente agudo (NEVILLE, 1997).
2.4.1.1 – Medidas de trabalhabilidade
A trabalhabilidade não pode ser medida diretamente por ser expressa quantitativamente
em termos de uma ou mais constantes físicas, dentre elas estão à fluidez e a consistência
do concreto.
Segundo Neville (1997), consistência é a mobilidade relativa ou capacidade de fluir do
concreto ou argamassa.
A consistência, medida pelo ensaio de abatimento do tronco de cone ou pelo aparelho
Vebe, é usada como um simples índice da mobilidade ou fluidez do concreto fresco
(MEHTA e MONTEIRO, 1994).
Segundo Neville (1997) não existe um ensaio aceitável que determine diretamente a
trabalhabilidade do concreto. No entanto, inúmeras tentativas têm sido feitas para
correlacionar a trabalhabilidade com alguma grandeza física fácil de ser determinada.
Inúmeros ensaios são empregados na tentativa de medir a trabalhabilidade de concretos,
pastas e argamassas. Os métodos de ensaio variam desde simples testes a ensaios
complexos que exigem equipamentos dispendiosos e operadores capacitados. Embora
alguns testes sejam adequados para apenas uma pequena gama de misturas de concreto,
tais testes podem fornecer informações úteis (FERRARIS, 2001).
Podemos citar ensaios que indiretamente avaliam a trabalhabilidade do concreto.
Métodos de ensaios de fluxo confinado, como o fator de adensamento; métodos de
ensaios de fluxo livre, como o abatimento do tronco de cone ou slump test; métodos de
ensaios com vibração, entre outros.
Entre os ensaios para medir a consistência do concreto, estão o ensaio de abatimento do
tronco de cone, que é o mais utilizado para tal finalidade, e o ensaio Vebe.
Ensaio de Abatimento do Tronco de Cone
O equipamento usado para o ensaio de abatimento é composto por uma haste de
socamento e de um tronco de cone de 300,0mm de altura, com diâmetro no topo de
100,0mm e na base de 200,0mm (Figura 2.1).
Figura 2.1 – Aparelho do ensaio de abatimento (molde)
(Fonte: NBR NM 67:98)
O ensaio consiste no preenchimento do tronco de cone com a mistura de concreto em
três camadas — cada camada é apiloada 25 vezes com uma barra de aço padronizada
com 16,0mm de diâmetro, arredondada na extremidade, e em seguida é retirado
vagarosamente. Sem o suporte do tronco de cone, o concreto abate-se em função do
peso próprio. A medida da diminuição da altura do tronco de cone é chamada de
abatimento do concreto, como ilustrado na Figura 2.2.
Figura 2.2 – Ensaio de abatimento
(Fonte: GIAMMUSSO, 1992)
Esse ensaio não é indicado para medir a consistência de concretos muito fluidos ou
muito secos, uma vez que as misturas com consistência rija têm abatimento zero.
A principal função deste ensaio é fornecer um método simples e conveniente para
controlar a uniformidade da produção de concreto de diferentes betoneiras, por isso é
muito empregado em obras (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
Ensaio Vebe
O equipamento utilizado no ensaio Vebe compõe-se de uma mesa vibratória, um
recipiente cilíndrico, um tronco de cone e um disco de vidro ou plástico com
movimento livre e descendente, usado como referência no final do ensaio (Figura 2.3).
Durante o ensaio o tronco de cone, que está dentro do recipiente, é preenchido com
concreto e removido. Posiciona-se o disco sobre o topo do tronco de cone, a mesa
vibratória é ligada, e então medido o tempo necessário para desmoldar o concreto da
forma tronco-cônica para a cilíndrica, de forma que o disco esteja em contato com todo
o concreto. Esse tempo é chamado índice Vebe, medido em segundos, e é a medida da
consistência do concreto.
Figura 2.3 – Aparelho Vebe
(Fonte: GIAMMUSSO, 1992)
Ensaio do Fator de Adensamento
É um dos ensaios mais apropriados para se medir a trabalhabilidade. Usa uma
abordagem inversa dos demais, ou seja, determina-se o grau de adensamento obtido
quando se aplica uma quantidade de trabalho.
O grau de adensamento, denominado de fator de adensamento, é medido pela relação
entre densidades, é a relação entre a massa específica obtida no ensaio e a massa
específica do mesmo concreto plenamente adensado (NEVILLE, 1997).
O aparelho consiste de dois recipientes com forma de cone, e um recipiente cilíndrico,
com os eixos em uma mesma vertical. Os recipientes possuem comportas com
dobradiças na parte inferior. Todas as superfícies internas são polidas para reduzir o
atrito, como mostrado na Figura 2.4.
Figura 2.4 – Aparelho do ensaio do fator de adensamento
(Fonte: NEVILLE, 1997)
Para realizar o teste, o recipiente superior é preenchido com concreto, mas não
compactado. A comporta do fundo desse recipiente é aberta e o concreto cai para o
recipiente inferior, menor que o superior. Uma vez que o concreto passou para o
recipiente inferior, a comporta desse é então aberta para permitir que o concreto caia no
cilindro. Remove-se o excesso de concreto com duas réguas deslizantes e determina-se
a massa líquida do concreto que ficou dentro do molde, cujo volume é conhecido.
Calcula-se a massa específica do concreto no cilindro, a qual dividida pela massa
específica do concreto plenamente adensado representa o fator de adensamento. Esta
última é obtida colocando-se concreto no molde em quatro camadas apiloadas ou
vibradas (NEVILLE, 1997).
Ensaio de Remoldagem
Uma mesa de golpes é utilizada para avaliar a trabalhabilidade com base no trabalho
necessário para mudar a forma de uma amostra de concreto (NEVILLE, 1997). É um
bom ensaio de laboratório, principalmente para avaliação de misturas secas.
Para realizar o ensaio um cone padrão do ensaio de abatimento é colocado no interior de
um recipiente cilíndrico com 305,0mm de diâmetro e 203,0mm de altura, montado em
uma mesa de fluidez, ajustada para proporcionar quedas de 6,3 mm. No interior do
cilindro existe um anel que pode ser ajustado para distâncias entre 67,0mm e 76,0mm
do fundo.
O cone é preenchido com concreto e depois retirado, colocando-se sobre o concreto um
disco, com massa igual a 1,9Kg, que corre guiado por uma haste. Aplicam-se golpes à
mesa até que o disco esteja 81,0mm acima do fundo do recipiente. Neste momento o
concreto apresentará a forma cilíndrica. O trabalho necessário para essa remoldagem é
expressa pelo número de golpes aplicados (NEVILLE, 1997).
Figura 2.5 – Aparelho do ensaio de remoldagem
(Fonte: NEVILLE, 1997)
2.4.1.2 – Fatores que afetam a trabalhabilidade
Em geral a trabalhabilidade é controlada pela quantidade de água, teor de cimento,
granulometria dos agregados e aditivos.
Consumo de água – para uma dada dimensão máxima característica do agregado
graúdo, o abatimento ou consistência do concreto é uma função direta da quantidade de
água na mistura. As misturas com consistência fluidas tendem a segregar e exsudar, as
misturas com consistência seca apresentam dificuldade de lançamento e adensamento, e
ainda o agregado graúdo poderá segregar no processo de lançamento da mistura.
Consumo de cimento – concretos com uma proporção alta de cimento apresentam
excelente coesão, o que favorece a trabalhabilidade da mistura (MEHTA e
MONTEIRO, 1994).
Para Sobral (1984), quanto maior o teor de cimento, maior a influência deste na
quantidade de água necessária para uma dada consistência, o que reduz a influência do
agregado na mistura.
Agregados – para se produzir concreto com boa trabalhabilidade, a granulometria dos
agregados é muito importante. Quanto maior a dimensão característica do agregado
graúdo, menor a quantidade de água necessária à mistura. Partículas lamelares e
alongadas tendem a produzir misturas ásperas, necessitado de maior teor de água para
atingir a trabalhabilidade desejada (AÏTCIN, 2000).
A forma dos grãos facilita seu movimento. Por exemplo, um concreto com seixo rolado
(agregado arredondado), tem-se boa trabalhabilidade utilizando pouca água, se
comparado com o concreto produzido com pedra britada (PETRUCCI, 1982).
A variação de trabalhabilidade com o tempo depende da condição de umidade do
agregado; a perda é maior com agregado seco devido à absorção de água pelo agregado.
Aditivos – o ar incorporado aumenta o volume da pasta e melhora a consistência do
concreto para uma dada quantidade de água. Aumenta a coesão, pois reduz a exsudação
e segregação do concreto. Os superplastificantes aumentam a trabalhabilidade do
concreto, sem aumento do consumo de água ou reduzem o consumo de água, mantendo
a mesma trabalhabilidade da mistura. Os retardadores de pega mantêm o concreto em
condição trabalhável por mais tempo, principalmente durante o lançamento, diminui a
exsudação. As adições minerais aumentam a coesão do concreto (MEHTA e
MONTEIRO, 1994).
Verçoza (1975) salienta que a incorporação de ar na mistura melhora a trabalhabilidade
porque as bolhas agem como lubrificante, facilitando assim o deslizamento da mistura.
2.4.1.3 – Perda de abatimento
Segundo Mehta e Monteiro (1994), perda de abatimento é a perda de fluidez do
concreto fresco com o passar do tempo. A perda de abatimento, associada à formação
dos produtos de hidratação do cimento Portland, ocorre quando a água livre da mistura
de concreto é consumida pelas reações de hidratação, por adsorção na superfície dos
produtos de hidratação e por evaporação.
Aïtcin (2000), considera que do ponto de vista reológico a trabalhabilidade depende,
essencialmente, dos fatores relacionados ao esqueleto dos agregados e da quantidade e
fluidez da pasta usada quando da mistura de concreto.
Segundo este autor, o comportamento reológico da pasta de cimento no concreto está
relacionado com a relação água/aglomerante. Quanto mais alta for essa relação, mais
diluídas em água estarão as partículas finas e, assim, fisicamente, a água desempenha
um papel-chave na reologia da pasta de cimento quando a relação água/aglomerante é
alta (maior que 0,50), pois as partículas de cimento e de materiais cimentícios estão tão
longe uma das outras dentro da pasta que as interações durante a hidratação não afetam
de modo particular o abatimento.
As principais causas da perda de abatimento do concreto são o emprego de um cimento
com pega anormal, tempo muito longo entre a mistura e o adensamento/acabamento do
concreto, alta temperatura do concreto devido ao alto calor de hidratação ou uso de
materiais estocados em ambientes com elevada temperatura (MEHTA e MONTEIRO,
1994). Para este autor, medidas preventivas devem ser empregadas para controlar a
perda de abatimento do concreto, como manter a temperatura do concreto entre 10,0 e
21,0°C, controle laboratorial da pega e endurecimento do cimento, com ou sem aditivo.
2.4.2 – Coesão
Uma propriedade muito ligada à trabalhabilidade é a coesão. Giammusso (1992) define
como a propriedade pela qual os concretos se mantêm misturados, isto é, seus
componentes não se separam.
A falta de coesão da mistura pode acarretar a desagregação do concreto no estado
fresco, alterando sua composição física e sua homogeneidade. O concreto ideal é aquele
que apresenta coesão e fluidez adequadas.
Concreto coeso é aquele que se apresenta homogêneo e sem separação de materiais da
mistura em todas as fases de sua utilização, quer seja na produção, no transporte, no
lançamento, ou mesmo no seu adensamento durante a concretagem da estrutura.
Giammusso (1992), diz que não existem ensaios normalizados para se medir a coesão
de uma mistura, e que na prática, avalia-se a coesão do concreto pelo aspecto da
mistura: os agregados não tendem a se mostrar limpos, as bordas da mistura se mostram
convexas e não se nota nenhuma tendência de separação de água ou pasta, como
exemplifica a Figura 2.6.
Figura 2.6 – Representação esquemática do aspecto da mistura
(Fonte: GIAMMUSSO, 1992)
2.4.3 – Segregação e exsudação
Segregação é a separação dos componentes do concreto fresco, de modo que sua
distribuição não seja uniforme (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
Para Neville (1997), uma maior viscosidade da pasta fresca de cimento se opõe ao
movimento descendente das partículas mais pesadas de agregado. Assim, misturas que
apresentam relação água/cimento menor são menos propensas à segregação.
Segundo Verçoza (1975), por efeito da gravidade, os grãos maiores ou mais densos
tendem a se depositar no fundo da betoneira ou fôrma, o que causa a não
homogeneidade do conjunto.
Segundo Neville (1997), as diferenças de tamanho das partículas e das massas
específicas dos constituintes da mistura de concreto são as causas primárias da
segregação, que podem ser controladas por uma granulometria adequada e por cuidados
no manuseio. Para este autor um tipo de segregação é quando ocorre a separação dos
agregados da argamassa do concreto comum em misturas secas. A segregação é difícil
de ser determinada quantitativamente, mas é facilmente percebida quando o concreto
está sendo manuseado.
A segregação aparece em conseqüência de diversos efeitos: num concreto muito
plástico, quando a vibração é excessiva; quando o concreto á lançado de grande
distancia ou de grande altura (VERÇOZA, 1975).
Outro tipo de segregação é a exsudação, aparecimento de água na superfície do
concreto, após seu lançamento e adensamento. Quando os sólidos suspensos tendem a
se sedimentarem sob a ação da gravidade (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
Exsudação é a tendência da água de amassamento aflorar enquanto o concreto não inicia
a pega (VERÇOZA, 1975).
Inicialmente, a exsudação evolui a velocidade constante, mas logo essa velocidade
decresce acentuadamente. A exsudação prossegue até que a pasta de cimento esteja
suficientemente rija para por termo ao processo de sedimentação (NEVILLE, 1997).
A segregação e/ou a exsudação quando ocorrem, provoca uma diminuição da resistência
do concreto, função da não compactação total do mesmo.
Uma combinação inadequada de consistência, teor excessivo de agregado graúdo com
massa específica muito alta ou muito baixa, baixo teor de agregado miúdo e métodos
impróprios de lançamento e adensamento, são as causas de segregação e exsudação em
concreto (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
Este autor sugere medidas como acrescentar uma pequena quantidade de água em
misturas secas, redução da dimensão máxima do agregado, uso de mais areia ou areia
fina, aumento da quantidade de cimento, uso de adições minerais e incorporadores de ar.
Estes ajudam a diminuir a ocorrência de segregação e exsudação na mistura. Aumento
da quantidade de cimento e o uso de adições minerais e de ar incorporado são medidas
comumente empregadas para combater a tendência à exsudação das misturas de
concreto.
2.4.4 – Tempo de pega
A pega refere-se à passagem do estado líquido ao sólido, ou melhor, à solidificação da
pasta de cimento. É difícil determinar o instante em que se dá esta alteração no estado
da pasta, pois sofre diversas gradações ate atingir o estado sólido (COUTINHO, 1973).
Pega do concreto é definida como o início da solidificação de uma mistura fresca de
concreto. As causas principais da pega do concreto são as reações entre cimento e água
(MEHTA e MONTEIRO, 1994). É possível a observação de dois períodos para o tempo
de pega: início e fim. Ambos os índices são pontos de referência, o primeiro define o
limite de manuseio, quando ocorre a perda parcial da plasticidade da mistura, já o
segundo define o início de desenvolvimento da resistência mecânica, ou seja,
capacidade de resistir a certa pressão.
O fenômeno de inicio de pega se evidencia pelo aumento brusco de viscosidade e pela
elevação da temperatura da mistura (PETRUCCI, 1982).
Esta característica do cimento está relacionada com o tempo de que se dispõe para
trabalhar com o concreto fresco (GIAMMUSSO, 1992).
Para Neville (1997), a pega á causada por uma reação seletiva de compostos de cimento,
os dois primeiros a reagirem são o C3A e o C3S.
Cimentos ricos em C3A, que é o composto que reage imediatamente com a água, dão
pega muito rapidamente; a formação de sulfoaluminato retarda a hidratação
(PETRUCCI, 1982).
O tempo de pega diminui com o aumento da temperatura, mas, acima de cerca de
30,0ºC, pode-se observar um efeito inverso. A temperaturas baixas a pega é retardada.
O tempo de início e de final de pega é definido no ensaio de resistência à penetração,
através do ensaio com o aparelho de Vicat, normatizado pela NM 65:2002 – Cimento
Portland – Determinação do Tempo de Pega.
Os principais fatores que controlam os tempos de pega do concreto são: o tipo de
cimento, a relação água/cimento, a temperatura e os aditivos. Quanto maior a relação
água/cimento, maior o tempo de pega, temperaturas mais altas tendem a retardar o
tempo de pega, enquanto os aditivos podem ser usados para acelerar ou retardar o tempo
de início e fim de pega (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
Para este autor, eliminar qualquer possibilidade de atraso nas operações, manter a
temperatura do concreto entre 10,0ºC e 21,0ºC tanto quanto possível, e, dispor de um
controle laboratorial das características de pega e endurecimento do cimento, são as
medidas preventivas necessárias para controlar problemas de perda de abatimento.
Em geral os superplastificantes não causam retardamento apreciável de pega na mistura
(NEVILLE, 1997).
2.5 – COMPATIBILIDADE ENTRE CIMENTO PORTLAND E ADITIVO
SUPERPLASTIFICANTE
Segundo Aïtcin (2000), observando as especificações de um determinado cimento e de
um determinado superplastificante, é impossível mensurar que tipo de comportamento
reológico se poderia esperar em traços com baixa relação a/c, é necessário experimentá-
los e ver como funcionam. Diversos métodos foram desenvolvidos, envolvendo
pequenas quantidades de materiais e fáceis de serem implementados e repetidos.
Todavia, esses métodos não são isentos de erros, pois existem combinações que
apresentam bom desempenho com uma pasta e que não trabalha tão bem no concreto,
enquanto existem combinações que apresentam comportamento apenas razoável com
uma pasta e têm desempenho muito melhor no concreto, pois as condições de mistura
da pasta e do concreto não são as mesmas.
Para Neville (1997), quando existe uma compatibilidade entre o cimento Portland e o
aditivo superplastificante, uma única dosagem resulta na obtenção de uma
trabalhabilidade elevada por um período de tempo suficientemente longo, entre 60,0 e
90,0 minutos.
Ao se avaliar a compatibilidade entre os dois materiais busca-se a dosagem necessária
para garantir trabalhabilidade ao concreto fresco. Uma dosagem excessiva pode causar
segregação da mistura.
Basicamente são usados dois métodos para se avaliar a compatibilidade entre o cimento
Portland e aditivos superplastificantes, o miniabatimento e o cone de Marsh. O objetivo
é determinar o chamado ponto de saturação, interseção de duas linhas obtidas a partir
dos métodos acima citados, que determina a dosagem ótima do superplastificante, e
corresponde ao ponto em que qualquer aumento na dosagem do superplastificante não
produz nenhum efeito na reologia da pasta (AÏTCIN, 2000).
2.5.1 – Método do cone de Marsh
O cone de Marsh tem sido usado em vários setores da indústria para avaliar a fluidez de
materiais que apresentam alto grau de fluidez, tais como lamas de perfuração em poços
de petróleo e caldas de injeção.
As principais vantagens do método com o cone de Marsh são a sua simplicidade e a
rapidez de ensaio (MONTE E FIGUEREDO, 2004). O cone de Marsh foi utilizado na
avaliação da compatibilidade entre o cimento e o aditivo superplastificante.
O aparato de ensaio consiste em um cone de metal com as dimensões apresentadas na
Figura 2.7. Neste trabalho foi introduzido um volume de 800,0ml de pasta no cone, com
a abertura de 12,0mm fechada com o dedo. A abertura foi liberada e foi medido o tempo
para escoamento de 200,0ml de pasta, como foi utilizado em outros trabalhos
(AGULLO et. al. (1999); GETTU et. al. (2000); MONTE E FIGUEREDO (2004)).
Figura 2.7 – Croqui do cone utilizado para o ensaio de cone de Marsh
60,0
0
12,00
290
,00
dimensões em mm
2.5.2 – Método do miniabatimento
O método foi apresentado pela primeira vez por Kantro (1980), e consiste em executar
um ensaio de abatimento usando o cone apresentado na Figura 2.8. Este ensaio, assim
como o cone de Marsh é usado para misturas muito fluidas.
As principais vantagens deste método são a pequena quantidade de material necessária
para o ensaio e a possibilidade de observar problemas de exsudação e segregação da
mistura. Este método também possibilita uma rápida comparação entre a fluidez de
varias misturas de cimento com aditivos superplastificantes (MONTE E FIGUEREDO,
2004).
Esse método consiste em ensaiar o abatimento em uma pequena quantidade de pasta,
usando o cone de abatimento. O abatimento é medido aos 10, 30, 40, 60, 90 e 120
minutos para se observar a perda de abatimento da pasta com o tempo.
Figura 2.8 – Aparelhagem utilizada no método de ensaio do mini-abatimento
Fonte: acervo do professor Elvio (2009)
3 – PROGRAMA EXPERIMENTAL
O programa experimental deste trabalho foi montado visando estudar a compatibilidade
entre cimento Portland e superplastificantes, capazes de interferir nas propriedades do
concreto, tanto no estado fresco quanto no estado endurecido, através dos resultados
fornecidos pelo método do Cone de Marsh.
3.1 – DESENVOLVIMENTO DO PROGRAMA EXPERIMENTAL
O programa experimental desenvolvido neste trabalho foi realizado em duas etapas
ilustradas na Figura 3.1 e descritas nos itens a seguir:
a) Etapa 01 – Caracterização dos materiais
No início dos trabalhos foi realizada a caracterização dos materiais utilizados para
realização do ensaio – cimento e superplastificante.
a) Etapa 02 – Medida do tempo de escoamento
Nesta etapa desenvolveu-se um estudo da compatibilidade entre cimento Portland e
superplastificante, através do tempo de escoamento do cone de Marsh.
Figura 3.1 – Etapas do programa experimental
A figura 3.2 mostra as variáveis definidas para este trabalho.
Figura 3.2 – Variáveis do programa experimental.
ETAPAS DO PROGRAMA EXPERIMENTAL
ETAPA 1
Caracterização dos materiais
ETAPA 2
Avaliação da compatibilidade entre cimento e superplastificante
1. TEMPO DE ESCOAMENTO – CONE DE MARSH
VARIÁVEL DEPENDENTE
VARIÁVEL INDEPENDENTE
CP SPA SPB
Dosagem do superplastificante
3.2 – CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS
As composições dos sistemas produzidos em laboratório foram definidas com base em
materiais utilizados na região de Feira de Santana.
3.2.1 – Cimento
O cimento empregado nos sistemas produzidos em laboratório foi o cimento Portland
CP II – Z 32.
3.2.2 – Superplastificante
Para a produção da pasta de cimento em laboratório foram utilizados dois
superplastificantes disponíveis no mercado, o SP A, fornecido em uma embalagem de
30,0kg sob a forma de dispersão aquosa e o SP B, fornecido em uma embalagem de
1,0kg sob a forma de dispersão aquosa.
O SP A é um superplastificante sintético de polímeros policarboxilatos (PCE). A
composição básica do SP B é a resina melamina – formaldeído condensado.
As características dos superplastificantes são mostradas nas Tabelas 3.1 e 3.2.
Características do material
Tabela 3.1 – Especificações técnicas do SP A
Descrição Valor Unidade
Densidade 1,06 g/cm3
Dosagem recomendada 0,2 – 5,0 %
Cor Marrom -
Obs. Dados fornecidos pelos fabricantes
Tabela 3.2 – Especificações técnicas do SP B
Descrição Valor Unidade
Densidade 1,24 g/cm3
Dosagem recomendada 0,5 – 1,0 %
Cor Amarelado -
Obs. Dados fornecidos pelos fabricantes
Como o parâmetro, sólidos totais, é de grande importância para o estudo, pois foi a
partir deste que foram definidas as dosagens (massa total) dos superplastificantes, em
relação à massa do cimento, foi feita a determinação do mesmo, cujos resultados são
mostrados nas Tabelas 3.3 e 3.4, utilizando-se do seguinte procedimento, adaptado da
norma ASTM D 3926 (1999): Foram pesados 2,0 gramas do superplastificante, que
foram colocados em um recipiente de porcelana. O recipiente de porcelana com a
amostra foi colocado em uma estufa durante 24,0 horas a 60,0oC e posteriormente
pesadas. Foram feitas três repetições no procedimento. O teor de sólidos foi calculado
com a seguinte Equação:
100ic fc
a
M MTST
M 3.1
Onde,
TST - teor de sólidos totais
Mic – massa inicial do conjunto
Mfc – massa final do conjunto
Ma – massa da amostra.
Tabela 3.3 – Resultados da verificação do teor de sólidos - SP A
1ª medida 65,0
2ª medida 70,0
3ª medida 70,0
Média 68,3
Desvio padrão 2,89
Coeficiente de variação (%) 4,22
Tabela 3.4 – Resultados da verificação do teor de sólidos - SP B
1ª medida 65,0
2ª medida 70,0
3ª medida 60,0
Média 65,0
Desvio padrão 5,0
Coeficiente de variação (%) 7,69
Onde,
CV= desvio padrão/média*100
3.3 – ESTUDO PILOTO
Para determinar a relação água/cimento dos sistemas produzidos em laboratório, foram
executadas misturas do cimento Portland CP II – Z 32 com os aditivos
superplastificantes SP A e SP B, com diferentes relações a/c.
A metodologia adotada neste estudo piloto foi proposta por Aïtcin (2000), e
compreende as seguintes etapas:
Pesar 1,8 Kg de cimento;
Pesar o superplastificante 1,0% da massa de cimento;
Pesar a água da mistura;
Misturar a água e o superplastificante, e posteriormente o cimento Portland;
Ligar o misturador por 1,0 minuto e 30,0 segundos;
Parar a mistura por 15,0 segundos para limpar com a espátula o cimento
aderente à vasilha;
Misturar durante 60,0 segundos;
Medir o tempo tomado para preencher um béquer de 1,0 litro com a pasta, após
5,0 minutos.
Para o SP A, com a relação 0,35, a mistura apresentou o tempo de 214,0 segundos para
preencher o béquer de 1,0 litro. Foi então testada uma mistura com relação a/c de 0,39 e
dosagem do teor de sólidos do superplastificante de 1,0% da massa de cimento,
resultando numa dosagem total do superplastificante de 1,46%, e foi medido o tempo de
80,0s, dentro da faixa limitada por Aïtcin (2000), que varia de 60,0 a 90,0 segundos.
Portanto, adotou-se a relação a/c igual a 0,39 para os sistemas produzidos em
laboratório com o SP A.
Para o SP B, com a relação 0,38, e dosagem do teor de sólidos do superplastificante de
1,0% da massa de cimento, resultando numa dosagem total do superplastificante de
1,54%, a mistura apresentou o tempo de 55,0 segundos para preencher o béquer de
1,0litro. Uma nova mistura com relação a/c de 0,36 foi testada e foi medido o tempo de
74,0 s, dentro da faixa limitada por Aïtcin (2000), que varia de 60,0 a 90,0 segundos.
Portanto, adotou-se a relação a/c igual a 0,36 para os sistemas produzidos em
laboratório com SP B. E foram utilizados cinco pontos, com a dosagem variando de 0,5
a 1,0% do superplastificante.
O fabricante do SP A recomenda que a dosagem do superplastificante deve variar entre
0,2 e 5,0 % da massa de cimento. No estudo piloto, para a dosagem do teor de sólidos
do superplastificante de 1,0% da massa de cimento, verificou-se que a mistura precisou
de 80,0 segundos para preencher um béquer de 1,0 litro, com uma relação a/c de 0,39.
Observou-se então que dosagens abaixo deste valor não apresentariam desempenho
satisfatório. Diante disso, adotou-se para este trabalho um numero de seis pontos, com a
dosagem variando de 0,5 a 5,0 %.
3.4 – DESCRIÇÃO DO MÉTODO DE ENSAIO
3.4.1 – Preparo dos sistemas produzidos em laboratório
Os sistemas produzidos em laboratório foram montados seguindo recomendações de
adaptações utilizadas por Monte e Figueiredo (2004), e encontram-se representados nas
Tabelas 3.5 e 3.6. A massa de cimento utilizada foi 1.000,0g, e o teor de
superplastificante foi adotado em função da indicação do fabricante. A relação
água/cimento foi determinada no estudo piloto.
Tabela 3.5 – Características dos sistemas produzidos em laboratório – SP A
D C (g) SP (g) St (g) As (g) Aa (g) At (g) A/C
0,5% 1.000 7,32 5,0 2,32 387,68 390,00 0,39
1,0% 1.000 14,64 10,00 4,64 385,36 390,00 0,39
2,0% 1.000 29,28 20,00 9,28 380,72 390,00 0,39
3,0% 1.000 43,92 30,00 13,92 376,08 390,00 0,39
4,0% 1.000 58,57 40,00 18,57 371,43 390,00 0,39
5,0% 1.000 73,20 50,00 23,20 366,80 390,00 0,39
Tabela 3.6 – Características dos sistemas produzidos em laboratório – SP B
D C (g) SP (g) St (g) As (g) Aa (g) At (g) A/C
0,5% 1.000 7,69 5,00 2,69 357,31 360,00 0,36
0,625% 1.000 9,61 6,25 3,36 356,64 360,00 0,36
0,75% 1.000 11,54 7,5 4,04 355,96 360,00 0,36
0,875% 1.000 13,46 8,75 4,71 355,29 360,00 0,36
1,0% 1.000 15,38 10 5,38 354,62 360,00 0,36
Onde:
D – relação SP/cimento (%)
C – cimento
SP – superplastificante
St – sólidos totais do superplastificante
As – água presente no superplastificante
Aa – água adicionada na mistura
At – água total
A/C – relação água-cimento
3.4.2 – Método do cone de Marsh
O cone de Marsh tem sido usado em vários setores da indústria para avaliar a fluidez de
materiais que apresentam alto grau de fluidez, tais como lamas de perfuração em poços
de petróleo e caldas de injeção.
Neste trabalho adotou-se uma adaptação da norma NBR 7682 (1983) e também
recomendações de adaptações utilizadas por Monte e Figueiredo (2004), GETTU et. al
(2000), AGULLO et. al (1999).
Aparelhagem utilizada
Cone de Marsh – Metálico – Figura 3.3;
Suporte de apoio para o cone de Marsh – Figura 3.3;
Proveta de 1000,00ml;
Béquer de 100,00ml;
Béquer de 1000,00ml;
Espátula;
Cronômetro.
A Figura 3.3 oferece uma vista geral do aparato do cone de Marsh.
Figura 3.3 – Vista geral do aparato do método do cone de Marsh
Foto do autor (2009)
Preparo da amostra
Os materiais foram pesados na balança eletrônica BG 4000 (Figura 3.4), com
capacidade nominal de 4040,0g e resolução de 0,01g.
Cada sistema foi misturado, na argamassadeira da marca Pavitest (Figura 3.5), por um
período de 2,0 minutos e 30,0 segundos em velocidade baixa e em seguida foi coletada
a amostra de 800,0ml.
Execução do ensaio
a) Umedecimento das paredes internas do cone de Marsh;
b) Montagem do cone em seu suporte, de maneira que fique nivelado e livre de
vibrações;
c) Alinhamento a proveta com o eixo do cone, mantendo-se uma distância que
permita a obturação do bico do cone;
d) Preenchimento lentamente o cone com a amostra de 800 ml;
e) Escoamento livre da amostra, medindo com precisão de 0,5 segundos o tempo
necessário para o preenchimento do volume de 200,0ml na proveta, considerando como
o tempo de início o instante que o material atinge o fundo da proveta.
Figura 3.4– Balança eletrônica BG 4000
Foto do autor (2009)
Figura 3.5 – Argamassadeira Pavitest
Foto do autor (2009)
4 – RESULTADOS
Os resultados de tempo de escoamento obtidos com o cone de Marsh estão apresentados
nas Tabelas 4.1, 4.2, 4.3 e 4.4, e nas Figuras 4.1 e 4.2. a temperatura ambiente nos dias
em que foram realizados os ensaios variou entre 22,0 e 24,0ºC, enquanto a umidade
relativa do ar apresentou valores entre 55,0 e 69,0%
Tabela 4.1 – Tempo de escoamento do cone de Marsh a 5 min – SP A
0,5% 1,0% 2,0% 3,0% 4,0% 5,0%
1ª medida 14,99 13,05 10,00 9,77 9,89 10,07
2ª medida 14,96 12,96 9,66 10,00 10,46 10,14
3ª medida 14,85 12,94 9,69 9,94 9,81 9,99
4ª medida 14,80 13,06 9,75 9,83 9,90 9,84
Media 14,90 13,00 9,78 9,89 9,92 10,01
Desvio padrão 0,09 0,06 0,15 0,10 0,10 0,13
Coef. de variação
(%)
0,60 0,47 1,58 1,05 1,06 1,29
Tabela 4.2 – Tempo de escoamento do cone de Marsh a 60 min – SP A
0,5% 1,0% 2,0% 3,0% 4,0% 5,0%
1ª medida 13,37 12,11 11,50 8,16 8,39 8,45
2ª medida 13,35 11,99 11,32 8,28 8,45 8,50
3ª medida 13,45 12,09 11,47 8,22 8,41 8,47
4ª medida 13,43 11,90 11,45 8,25 8,43 8,40
Media 13,40 12,02 11,44 8,23 8,42 8,46
Desvio padrão 0,05 0,10 0,08 0,05 0,03 0,04
Coef. de variação
(%)
0,36 0,81 0,69 0,62 0,31 0,50
O coeficiente de variação é uma medida de dispersão que se presta para a comparação
de distribuições diferentes. O CV é interpretado como a variabilidade dos dados em
relação à média. Quanto menor o CV mais homogêneo é o conjunto de dados. O CV é
usualmente expresso em porcentagem. Para trabalhos técnicos, o CV é considerado
baixo quando menor ou igual a 10,0%.
O coeficiente de variação é definido como a relação ebtre o desvio padrão e a média do
conjunto de dados.
Observa-se que o conjunto de dados referente à mistura cimento Portland e SP A
forneceram valores de coeficiente de variação menor que 2,0%. Com base no que foi
discutido anteriormente, podemos afirmar então, que trata-se de um conjunto de dados
homogêneos, pois o CV é muito menor que 10,0%.
Figura 4.1 – Tempo de escoamento X teor de superplastificante - SP A
Pode-se observar no gráfico da Figura 4.1 que as duas curvas representando o tempo de
escoamento das pastas apresentam valores próximos, variando entre 1,0 e 2,0 segundos
para cada teor de superplastificante empregado.
Observa-se também que não há grandes variações entre os pontos correspondentes as
dosagens de 0,5% e 5,0%. A curva para 5,0 min apresentou um tempo de escoamento de
14,90s para a dosagem de 0,5% e 10,01s para 5,0% de SP. Já a curva representativa para
60 min, os valores encontrados foram de 13,40s e 8,46s para as dosagens de 0,5% e
5,0%, respectivamente.
Observa-se também que a mistura apresentou um ganho de fluidez com o aumento da
dosagem do SP A e com aumento do tempo de interação do SP com o cimento na
mistura, visto que a curva de 60,0 min apresentou tempo de escoamento menor para
mesma dosagem de superplastificante, exceção para o ponto que corresponde a dosagem
de 2,0%.
Nota-se pelo gráfico da Figura 4.1, que a mistura cimento Portland mais
superplastificante SP A apresentou um comportamento atípico. Pois a pasta apresentou
melhor fluidez depois de decorridos 60,0 minutos da mistura inicial.
Trata-se de um produto novo no mercado, e possivelmente, este fenômeno se deva ao
fato de que este necessite de um tempo maior de interação com o cimento para
desenvolver suas propriedades.
Diante do exposto, acredita-se que o ponto de saturação para o SP A não pode ser
determinado com base nos dados aqui apresentados. Salienta-se que devem ser
realizados estudos para outros tempos distintos dos já apresentados, para se determinar
tal parâmetro.
Tabela 4.3 – Tempo de escoamento do cone de Marsh a 5 min – SP B
0,5% 0,625% 0,75% 0,875% 1,0%
1ª medida 87,63 21,60 16,20 13,09 11,60
2ª medida 87,90 21,47 16,15 13,06 11,59
3ª medida 87,53 21,48 16,14 12,99 11,68
4ª medida 87,78 21,39 16,16 13,07 11,64
Media 87,71 21,49 16,16 13,05 11,63
Desvio padrão 0,16 0,09 0,03 0,04 0,04
Coef. de variação
(%)
0,19 0,40 0,16 0,33 0,35
Tabela 4.4 – Tempo de escoamento do cone de Marsh a 60 min – SP B
0,5% 0,625% 0,75% 0,875% 1,0%
1ª medida 94,20 32,45 24,60 17,87 12,95
2ª medida 94,37 32,40 24,55 17,80 12,99
3ª medida 94,35 32,48 24,58 17,90 13,00
4ª medida 94,20 32,39 24,62 17,85 12,97
Media 94,28 32,43 24,59 17,86 12,98
Desvio padrão 0,09 0,04 0,03 0,04 0,02
Coef. de variação
(%)
0,10 0,13 0,12 0,24 0,17
O coeficiente de variação obtido para os dados acima expostos foram sempre menores
que 1,0%, variando de 0,10% a 0,40% valores esses muito baixos, explicitando a
homogeneidade do conjunto de dados apresentados.
Figura 4.2 – Tempo de escoamento X teor de superplastificante - SP B
No gráfico da Figura 4.2, tem-se a representação do tempo de escoamento para misturas
com SP B.
Observa-se que a pasta apresentou um ganho significativo de fluidez com o aumento da
dosagem do superplastificante. Fato este demonstrado pelos valores apresentado para as
dosagens de 0,5% e 1,0%, que apresentaram os tempos de escoamento iguais a 94,28s e
12,98s, respectivamente, aos 60,0 minutos.
Observa-se também que não houve grande variação entre os valores referentes às curvas
de 5,0 min e 60,0 min, para cada dosagem do superplastificante.
Nota-se também, no gráfico, que o ponto de saturação para o SP B, corresponde à
dosagem de 0,875%, quando os tempos de escoamento para 5,0 min e 60,0 min são
bastante próximos, 11,63s e 12.98s, respectivamente. Ponto este se apresenta próximo à
dosagem máxima especificada pelo seu fabricante.
5 – CONSIDERAÇÕES FINAIS
5.1 – CONCLUSÃO
Com a realização deste estudo, foi verificada a compatibilidade do cimento Portland
utilizado com o superplastificante SP B.
O SP B apresentou resultados satisfatórios. Pode-se observar o desenvolvimento
gradativo da fluidez da pasta, com o aumento da dosagem do superplastificante, e que
mesmo depois de 60,0 minutos da mistura inicial, o aditivo mantém suas propriedades.
Observou-se neste estudo que o ponto de saturação corresponde a 0,875%, próxima a
dosagem máxima especificada para este superplastificante.
De acordo com o fabricante, que recomenda uma dosagem máxima de 1,0%, qualquer
dosagem superior a esta é antieconômica, e tal fato pôde ser demonstrado pelo presente
estudo.
No gráfico mostrado na Figura 4.2, observa-se que as curvas obtidas com a mistura
cimento Portland e SP B apresentam-se próximas, demonstrando a eficiência do
conjunto.
O SP A mesmo apresentando um arranjo das curvas correspondentes ao tempo de
escoamento atípico, não pode ser considerado incompatível com o cimento Portland,
pois a mistura apresentou significativa fluidez durante os ensaios, especialmente após
1,0 hora de mistura.
Todavia, para se afirmar a compatibilidade do SP A e o cimento Portland CP II – Z 32
utilizado é necessário maiores estudos para uma conclusão definitiva, apesar dos
estudos realizados neste trabalho levarem a confirmação desta hipótese.
Diante do exposto, nota-se que os superplastificantes usados apresentaram
comportamentos distintos.
Para o SP A, não se pode afirmar sua incompatibilidade com o cimento Portland CP II –
Z 32, apenas com os dados deste estudo, pois se observou fluidez da mistura, tanto a 5,0
min, quanto a 60,0 min, onde os valores mostrados na Figura 4.1, para os tempos de
escoamento entre a dosagem mínima e máxima, não foram muito distintos.
Por outro lado, o SP B demonstrou claramente sua compatibilidade com o cimento. Seu
ponto de saturação é claramente identificado na Figura 4.2, e observa-se o ganho de
fluidez da mistura com o incremento do SP B. haja vista o tempo de escoamento pelo
cone de Marsh apresentou grande decréscimo, entre a dosagem mínima e máxima.
5.2 – SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Aprofundamento do comportamento do SP A quando adicionado ao cimento
Portland CP II – Z 32, com medidas de tempo de escoamento pelo cone de
Marsh a intervalos diferentes dos adotados neste estudo, sugestões, após
decorridos 15,0 minutos, 30,0 minutos e 45,0 minutos.
Realizar estudos com outros ensaios que avaliam a trabalhabilidade dos sistemas
apresentados neste estudo.
Realizar estudos com outros cimentos e outros superplastificantes.
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