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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITARIO DE SINOP – MT
FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
DOGLAS HENRIQUE FANK HUGO MANFRINATO FILHO JULIANE SOARES ANCEL
RICK DOUGLAS RABUSKE DE ANDRADE WANDERSON VILELA NEVES SIQUEIRA
YURI CHAIM NESRALA SEBA
ADITIVOS E ÁGUAS PARA AMASSAMENTO
SINOP 2013
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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITARIO DE SINOP – MT
FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
DOGLAS HENRIQUE FANK HUGO MANFRINATO FILHO JULIANE SOARES ANCEL
RICK DOUGLAS RABUSKE DE ANDRADE WANDERSON VILELA NEVES SIQUEIRA
YURI CHAIM NESRALA SEBA
ADITIVOS E ÁGUAS PARA AMASSAMENTO
Projeto de pesquisa apresentado à professora Jaqueline Pértile na disciplina de Materiais de Construção II como avaliação parcial da disciplina. Campus Universitário de Sinop - MT do curso de Engenharia Civil.
SINOP 2013
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INTRODUÇÃO
Hoje, os aditivos são de extrema importância quando o assunto é concreto.
Podem até mesmo ser considerados como o quarto componente do concreto, além
da agua, do cimento e dos agregados.
Existem vantagens na utilização do aditivo, visando melhor qualidade,
economia e racionalização da produção. Países de alta potencialidade na
tecnológica como os Estados Unidos, Japão e Alemanha, chegam a usar
aproximadamente 80% do concreto aditivado. Essa grande procura do
aperfeiçoamento do concreto faz com que sejam pesquisados e aperfeiçoados
constantemente, melhorando cada vez mais a eficiência do concreto na obra.
Os aditivos são uma forma de melhorar o concreto para cada traço e para
cada situação, os aditivos não transformam um concreto mal dosado e manuseado
em um concreto bom, eles agem no sentido de aprimorar certas características para
que se adaptem em determinado projeto.
Tomando-se os cuidados necessários a relação custo-benefício destes
produtos é muito satisfatória. As concretaras não abrem mão das qualidades que os
aditivos trazem.
Fazem, mesmo de um concreto bom, um concreto melhor.
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OBJETIVO
Objetivo geral
Descrever os mais diversos tipos de aditivos para argamassas, explicando
sua origem, função e aplicação. E mostrar os parâmetros sobre as águas de
amassamento.
Objetivos Específicos
Vantagens e desvantagens do uso de aditivos;
Discutir os aspectos principais da influencia dos tipos e das quantidades de
impurezas carreadas pela agua na qualidade do concreto;
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FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Histórico
Desde a idade média, os romanos e os incas já usavam em suas obras
algumas substâncias que hoje chamamos de aditivos como: a albumina, que são o
sangue e clara de ovos e os álcalis como a cal.
No Brasil, pode ser constatado em várias obras históricas, igrejas e pontes, o
uso de óleo de baleia na argamassa de assentamento das pedras com o intuito de
plastificá-la.
O desenvolvimento dos aditivos só ocorreu efetivamente em 1824, quando o
inglês Joseph Aspdin patenteou um cimento artificial obtido pela calcinação de um
calcário argiloso, que devido a sua semelhança após a pega, com uma pedra
utilizada em construções verificada na ilha Portland, foi denominado cimento
Portland.
Em 1973, o produto passou a ser aditivo com gesso cru e cloreto de cálcio
com o objetivo de regular o seu tempo de pega, enquanto isso no fim do mesmo
século a Alemanha e a França utilizavam graxa de cal no cimento, que atuava como
plastificante e hidrofugante.
Após diversas pesquisas feitas com uma grande quantidade de materiais
chegou-se a novos aditivos, tais como aceleradores, retardadores e
impermeabilizantes que começaram a ser comercializados no inicio século 20,
permitindo soluções inovadoras, práticas e econômicas na construção civil.
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Definição
Aditivos são produtos empregados na elaboração de concretos, argamassas
e caldas de cimento para modificar certas propriedades do material fresco ou
endurecido. Torna-os mais facilmente manuseáveis e incrementam sua resistência
diante das solicitações físico-químicas.
Classificam-se, segundo sua ação principal, em três grupos:
Ação Física
Ação Química
Ação Físico-Química
As substâncias ativas de suas formulações podem ser orgânicas ou
inorgânicas, distribuídas num veículo líquido, pastoso ou sólido. Pertencem aos
seguintes grupos: Sais minerais, sais de ácidos orgânicos, resinas, tensoativos,
dispersores, umectantes e emulsionantes.
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Efeitos dos aditivos
Os aditivos, dependendo das suas características podem proporcionar ao
concreto algumas vantagens:
Aumento da trabalhabilidade sem aumento do consumo de água
Redução do consumo de água com maiores resistências
Redução da água e do cimento na mesma proporção
Aumento das resistências iniciais
Retardação ou aceleração da pega
Redução da exsudação
Aumento da durabilidade contra as ações físico-químicas
Redução do coeficiente de permeabilidade
Controle da expansão
Anulação da retração ou leve expansão
Redução da segregação
Penetração do concreto em ferragens densas
Melhor bombeamento
Aumento da aderência do concreto a ferragem
Melhor aspecto e acabamento
Ausência de trincas e fissuras
Correção de deficiências de finos no traço
Possibilidade de concretagens em temperaturas elevadas
Redução no custo unitário do concreto
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Tipos de aditivos
Como se sabe, a existência do concreto como hoje se conhece, ficou
condicionada à descoberta do cimento Portland, que reage com a água para dar
origem aos micro-cristais responsáveis pela resistência do concreto. À mistura do
cimento com a água chama-se pasta, a adição do agregado miúdo dá origem à
argamassa, e o agregado graúdo misturado a esta forma o concreto. Em função do
tipo de utilização, podem ainda ser utilizados os chamados aditivos, cuja função
pode ser melhorar ou modificar o comportamento do concreto, ou seu processo de
cura para melhor adequá-lo ao uso que se pretende fazer.
Aditivos são produtos químicos utilizados em pequenas quantidades para
alterar o comportamento da mistura fresca, a taxa de endurecimento ou as
propriedades do concreto endurecido. Os aditivos mais utilizados pelas usinas de
concreto são os plastificantes e os retardadores de pega. Os plastificantes deixam a
mistura mais plástica (mais mole) permitindo a diminuição da quantidade de água
necessária para produção do concreto. Com menos água de constituição o concreto
fica mais resistente. Já os retardadores de pega prolongam o tempo que o concreto
fresco pode ser transportado, lançado e adensado, ou seja, faz com que a mistura
fresca fique mole por mais tempo. Isso é fundamental no caso de concretos que são
produzidos em empresas fornecedoras de concreto pré-misturado para que haja
tempo suficiente para o transporte do material fresco da usina até a obra.
Os principais tipos de aditivos utilizados na produção de concretos e
classificados pela NBR 11768 são:
Aditivo acelerador (tipo A)
Os Aditivos aceleradores são produtos que diminui os tempos de inicio e fim
de pega do concreto, bem como acelera o desenvolvimento das suas resistências
iniciais. Pode-se salientar que esse produto é empregado quando o concreto
necessita ser solicitado em curto prazo, que ele reduz o tempo de desforma e
também que os aceleradores à base de cloreto são mais eficientes.
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Para o seu preparo, o produto deve receber areia seca para melhor
aproveitamento do aditivo. Assim, dosado conforme a resistência e o tempo de pega
desejado o seu consumo poder chegar de 3 a 12% sobre a massa de cimento.
As características dos aditivos aceleradores consistem em ser um liquido, não
alcalino e compostos por sulfatos, além disso, ele pode atuar na hidratação do C3A
e também acelera as reações do C3S. Esse tipo de produto não pode ser
empregado em concreto armado devido a sua possibilidade de provocar corrosão
intercristalina nos cabos submetidos a tensão.
Como todos os aditivos, o acelerador tem o seu campo de aplicação em
varias ocasiões, como concretos projetados para túneis, taludes, canais, pré-
moldados, pavimentações, fundações, chumbamentos, reservatórios além de
reparos e reforços estruturais.
Aditivo plastificante (tipo P)
Agem na superfície das partículas de cimento causando repulsão entre os
grãos mergulhados na água da mistura. Podem ser utilizados para deixar o concreto
mais plástico (mole) sem adição de mais água na mistura, ou que possibilita a
redução de, no mínimo, 6% da quantidade de água do concreto, mantendo-se a
mesma trabalhabilidade, de modo a produzir um concreto mais resistente sem a
colocação de mais cimento. Pode ser usado como retardador (Tipo PR) ou
acelerador (Tipo PA).
Também podem ser chamados de redutores de água. Os resultados obtidos
pelo emprego destes aditivos são: aumento da fluidez, maior trabalhabilidade,
aumento da resistência e redução do consumo de cimento.
Os materiais empregados como plastificantes são geralmente são: sais,
modificações e derivados de ácidos lignossulfônicos, ácidos carboxílicos
hidroxilados e polissacarídeos.
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Imagem 01 – Sequência de hidratação e endurecimento
Fonte: BAUMGART, 1999.
Aditivo retardador (tipo R)
Os retardadores têm a função de retardar a hidratação inicial dos grãos de
cimento. Também plastificam a mistura, pois incluem certa porcentagem de
plastificantes em suas respectivas formulações.
Agem na superfície dos grãos de cimento fazendo com que a partícula se
dissolva mais lentamente na água de mistura. Seu efeito é o de prolongar o tempo
que o concreto fresco pode ser transportado, lançado e adensado.
Retardam a osmose da água nos grãos de cimento, agindo por
defloculação e adsorção. Assim, dificultam e bloqueiam temporariamente a
dissolução da cal dos silicatos e aluminatos, precipitando em forma de hidróxidos
menos solúveis do que o hidróxido de cálcio.
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O retardamento, devido ao envolvimento dos grãos de cimento por adsorção,
prolonga por mais tempo as reações de pega. Facilita a dissipação de calor,
desenvolvido durante a pega, evitando o surgimento de um forte gradiente de
retração, causa da microfissuração superficial.
Permitem maior tempo de manuseio do concreto, além de evitar o efeito
acelerador das temperaturas elevadas. Após a pega, entretanto, não
interferem no processo de endurecimento do cimento.
Aditivo plastificante retardador (tipo PR):
O aditivo plastificante retardador é a junção do aditivo plástico (que apresenta
uma característica que aumenta o índice de consistência do concreto) com o aditivo
retardador (que apresenta uma característica de retardar a hidratação inicial dos
grãos de cimento), tornando assim um produto isento de cloreto que promove a
dispersão do material cimentício, possibilitando a produção de concreto com um
maior índice de consistência e redução da água de amassamento, conferindo maior
tempo de pega.
Aditivo plastificante acelerador (tipo PA):
O aditivo plastificante retardador é a junção do aditivo plástico (que apresenta
uma característica que aumenta o índice de consistência do concreto) com o aditivo
acelerador (que apresenta uma característica de diminuir os tempos de inicio e fim
de pega do concreto), tornando assim um produto isento de cloreto que promove a
dispersão do material cimentício, possibilitando a produção de concretos com um
maior índice de consistência e redução da água de amassamento.
Simultaneamente, este produto propicia a aceleração das reações iniciais de
hidratação do cimento e de endurecimento do concreto, resultando em rápido ganho
das resistências iniciais.
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Aditivos incorporador de ar (tipo IAR):
Os aditivos incorporadores de ar são produtos que incorporam pequenas
bolhas de ar ao concreto, produtos com maior plasticidade, Impermeabilidade e
resistência aos ataques químicos de águas agressivas, Menor segregação e
exsudação, Função primordial de suprir deficiências e Resistência ao ataque dos
sulfatos.
O seu modo de preparo consiste em adicionar água de amassamento e
plastificante redutor de água, misturar o produtor por 5 minutos em uma betoneira
deixando pronta a utilização. Sobre esse processo vale lembrar que existem alguns
fatores que influenciam o volume de ar incorporado, como a quantidade de fino nos
traços, a proporção de água na mistura (quanto mais seca, menos ar é introduzido),
e a temperatura (que é inversamente proporcional ao ar introduzido). Pode-se
salientar também sobre o seu consumo, que pode chegar de 0,04 a 12% sobre a
massa de cimento.
As Características dos aditivos incorporadores de ar consistem em ser um
liquido isento de cloretos e composto basicamente por alquil-aril-sulfonado.
Imagem 02 – Alquil-aril-sulfonado.
Fonte: BAUMGART, 1999.
Os aditivos incorporadores de ar consistem em ser aplicados em varias
ocasiões, como concreto massa, concretos em contato com água do mar, concreto
pobre em finos além da argamassa com traço pobre em cimento.
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Imagem 03 – Aditivo incorporador de ar
Fonte: BAUMGART, 1999.
Aditivo superplastificante (tipo SP)
O aditivo tipo SP é um 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% da quantidade de água de amassamento, para produzir
um concreto com determinada consistência.
O aditivo SP tem como características o custo muito alto, de 5 a 6 vezes
superiores aos do tipo plastificantes; seu campo de aplicações é limitado; concretos
de alta resistência (fck > 40 MPa) – CAD/CAR; concretos com altíssima fluidez CAA
– abatimentos de 250 mm. Ainda não é viável o uso do aditivo SP para a redução de
custos.
Aditivo superplastificante retardador (tipo SPR)
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O aditivo tipo SPR é um produto que combina os efeitos dos aditivos
superplastificantes e retardador.
Ele traz flexibilidade ao uso do concreto, aumentando o tempo de
trabalhabilidade e acabamento do material. Um retardamento de 6 a 8 horas, ele
afeta as resistências iniciais (primeiras horas e dias), e ainda não prejudica a
resistência final.
É adequado para aplicações complexas em climas quentes, em concretagens
longas, melhorando a distribuição do calor de hidratação, tendo menos retração.
A sua dosagem máxima é cerca de 0,5% do peso do cimento. Acima do limite
terá um comportamento instável no inicio de pega.
Utilizados em concretagens de grandes volumes os retardadores minimizam
as juntas frias. Tendo como efeitos: a possibilidade de moldagem em temperaturas
mais baixas do concreto, reduzindo o tempo de acabamento dos projetos;
concretagens em climas frios (de até -7°C sem o congelamento da água); redução
do tempo de aplicação de procedimentos de cura; aumento da resistência inicial
(desforma mais rápida); redução da exsudação; acelerador do inicio de serviços –
acabamentos; e a concentração do calor de hidratação – mais retração.
Aditivo superplastificante acelerador (tipo SPA)
O aditivo tipo SPA é um produto que combina os efeitos dos aditivos
superplastificantes e acelerador.
Tem como características provocar um pega mais rápido e um
desenvolvimento mais rápido de resistência; os aceleradores à base de cloreto são
os mais eficientes e quanto maior o consumo de cimento, maior a eficiência do
acelerador.
Exemplos de eficiência na utilização de aditivo tipo SPA:
Pavimentos de concreto: liberação mais rápida do tráfego;
Pré-moldados: liberação mais rápida da forma (maior produtividade).
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Imagem 04 – Tabela-resumo das características dos aditivos.
Fonte: ABESC, 2013.
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Água de amassamento
Impurezas e sua influencia
A respeito da adequação da agua à fabricação do concreto algumas
especificações requerem apenas que ela seja limpa e livre de substancias deletéria.
Outras especificações estabelecem que, se a agua não provem de fonte de
qualidade comprovada devem ser feitos ensaios comparativos de resistência à
compressão em corpos de prova de argamassa ou de concreto.
No entanto, a possibilidade de uma agua ser ou não empregada com agua de
amassamento fica condicionada a como e quais as impurezas que afetam
negativamente o concreto e qual o teor máximo permissível de impureza.
Substancias em suspensão
Normalmente, as substancias que se encontram em suspensão na agua são
silte e a argila, caracterizando-se sua existência pela turbidez do liquido. O Bureau
of Reclamation estabelece o índice máximo de turbidez em 2000 partes por milhão,
para aguas de amassamento. A pratica corrente brasileira limita a ocorrência
máxima de resíduo solido em 5000 mg/1.
Quanto a influencia dessas partículas, observa-se que uma pequena
quantidade de argila bem dispersa, de dimensões iguais ou inferiores a 2x10-6m,
poderá fechar os poros capilares do cimento endurecido ou os que existem entre o
cimento e o agregado, contribuindo para o aumento e compacidade da massa.
Apesar disso, a presença de maior quantidade desse material impede a
cristalização perfeita dos produtos de hidratação, interpondo-se entre os cristais de
crescimento e em vias de colagem e comprometendo a coesão interna do meio
resultante.
Quantidade de substancias em suspensão superiores à mencionada podem
não afetar as resistências mecânicas do concreto, mas sim, outras propriedades da
mistura.
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Substancias em solução
As substancias em solução encontradas nas aguas naturais são compostos
principalmente por sais cuja a influencia se manifesta pela ação dos seus íons, os
mais comuns são: cálcio, magnésio, sódio, carbonato, bicarbonato, sulfato, entre
outros. Cujo a ação pode ser classificada em três tipos: a) íons que alteram as
reações de hidratação do cimento; b) íons que podem levar à expansão a longo
prazo ( como por exemplo, os sulfatos do álcalis ); c) íons capazes de provocar a
corrosão das armaduras.
No primeiro caso, a pega e o endurecimento, podem ser prejudicados pela
combinação com o cálcio que elimina ou reduz o teor de hidróxido de cálcio livre
alterando a hidratação dos componentes, em especial os aluminatos.
No segundo caso, dentre os íons capazes de agir prejudicialmente em longo
prazo, encontram-se os cátions sódio e potássio, e o ânion sulfato, podendo atuar
diretamente sobre o cimento (íon sulfato) ou sobre o agregado (sulfato, sódio,
potássio), uma vez que o cimento, meio altamente alcalino, favorece as reações
expansivas; daí resulta a necessidade de limitar a concentração desses íons.
Quanto aos íons que agem na corrosão das armaduras os mais
importantes são os cloretos, os sulfetos, os nitratos e o amônio, com danos,
principalmente quando se trata de concretos protendidos, nos quais, por estar a
armadura submetida a tensões muito elevadas, a energia interna é grande, facilitando
o desenvolvimento das reações químicas.
A influência do pH.
Embora o pH das águas naturais praticamente não tenha influência nas
propriedades dos concretos, algumas considerações merecem destaque. Raramente
tais águas apresentam valores de pH inferiores a 4 sendo o ácido contido
rapidamente neutralizado pelo contato com o cimento. A acidez das águas
naturais é comumente atribuída à concentração de dióxido de carbono (CO2) em
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solução, que raramente excede a 10 p.p.m de CO2. O ácido clorídrico (HCl) e o ácido
sulfúrico (H2SO4) são outros indicadores de acidez do meio funcionando como
retardadores de pega do cimento, cuidando- se, no entanto, que os teores de íons
SO4-- e Cl- não se elevam acima dos limites permitidos.
A influência das substancias orgânicas
Dentre as substâncias orgânicas que, presentes na água, podem
alterar as características dos concretos, os óleos minerais, hidratos de carbono e os
açúcares. Os óleos minerais, numa concentração de até 2% da massa do cimento, não
afetam a resistência mecânica do concreto. O aumento dessa concentração, por
exemplo, 10% - provoca reduções que podem exceder cerca de 30%.
Quanto aos açúcares, tidos como agentes retardadores da pega e
redutores da resistência do concreto requerem um estudo mais aprofundado,
pois nem sempre ele se comporta de maneira mencionada. Observa-se um retardo
muito grande da pega e uma redução acentuada das resistências nas primeiras
idades (entre 2 a 7 dias), sendo que nas idades posteriores as resistências se
não melhoram, também não são prejudicadas. Concentrações maiores tornam
ultrarrápidas as pegas, reduzindo efetivamente as resistências finais do
concreto.
Substâncias inorgânicas
Dentre as substâncias inorgânicas carreadas pelas águas, algumas merecem
especial atenção: os iodatos, os fosfatos, os arseniatos e os boratos de sódio, os
cloretos e sulfatos de zinco e cobre os óxidos de zinco, os sulfetos de sódio e
potássio, que, dependendo da concentração em que se encontram na água de
amassamento podem causar sérios distúrbios tanto na pega, como nas resistências
do concreto.
Gases dissolvidos
As quantidades de gases dissolvidos na água de amassamento são em
geral, bem pequenas, e de influência quase nula no concreto fresco ou endurecido.
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A ASTM indica que os gases mais comuns e as suas concentrações mais prováveis
nas águas naturais são o dióxido de carbono livre (CO2), oxigênio, ácido sulfídrico
(H2S), amônia.
Água do Mar
As águas marítimas, que contém por volta de 3,5% de sais dissolvidos, não
apresentam inconvenientes quando usadas como água de amassamento dos
concretos simples.
De modo geral, a experiência tem mostrado que, no concreto simples, a
água do mar apresenta resultados praticamente iguais àqueles obtidos com água
doce padrão, verificando-se, às vezes, ligeira aceleração da pega, aumento das
resistências iniciais e leve diminuição das resistências finais, dependendo do tipo de
cimento empregado.
No concreto armado, a opinião geral é a favor da não utilização da água do mar, uma
vez que, provavelmente, ocorrerá a corrosão do aço
Águas Residuais de Indústrias
Em se tratando de água residual cada caso deve ser tratado
separadamente pois é impossível generalizar os tipos de impurezas carreadas, uma
vez que são função do próprio processo industrial e do tipo de serventia da água. Na
maioria das vezes quando analisado o comportamento de concretos executados
com água contendo diversos tipos de resíduos industriais obtiveram-se bons
resultados na maioria dos casos.
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Conclusão
Concluímos com este trabalho que os aditivos são muito importantes para a
formação do concreto além da água, do cimento e dos agregados.
Os aditivos melhoram o concreto para cada traço e situação, mas não
consegue transformar um concreto mal dosado e manuseado em um concreto bom.
Eles servem para aprimorar o concreto para que ele se adapte ao projeto.
É usual dizer-se que toda água que serve para beber pode ser utilizada na
confecção de concretos.
A água utilizada no amassamento do concreto não deve conter impurezas
que possam vir a prejudicar as reações entre ela e os compostos do cimento.
Na realidade, os maiores defeitos provenientes da água de amassamento tem
maior relação com o excesso de água empregada do que propriamente com os
elementos que ela possa conter.
Antes de ser iniciada uma obra de concreto, ou quando houver dúvidas a
respeito da água a ser empregada na mistura do concreto, deve-se proceder à
análise química e aos ensaios comparativos de comportamento executados
em pastas e argamassas padrão
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REFRÊNCIAS BAUMGART, Otto. Aditivos para concreto, argamassas e caldas de cimento. 12ªed – 1999.
ABESC – Associação Brasileira das Empresas de Serviços de Concretagem.
Aditivos para concreto. Disponível em: <http://www.abesc.org.br/>. Acesso em 26 de
agosto de 2013.