54 cbc0716 argamassas para reforço estrutural com incorporação de adições

ANAIS DO 54º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2012 – 54CBC 1

Argamassas para reforço estrutural com incorporação de adições minerais

Mortars for structural reinforcement incorporating mineral additions

BORJA, Edilberto Vitorino de (1); ANJOS, Marcos Alyssandro Soares dos (2);SILVA, Italo David Galvão da (3); CUNHA JUNIOR, Manoel Dias da (4); SANTOS JUNIOR, José Thadeu Soares (5).

(1) e (2) Professor Doutor, IFRN Campus Natal Central Departamento de Construção Civil

[email protected] ; [email protected] (3) e (5) Aluno de Graduação - Curso de Tecnologia em Construção de Edifícios, IFRN Campus

Natal [email protected] ; [email protected]

(4) Professor Mestre, IFRN Campus Natal Central Departamento de Construção Civil [email protected]

Resumo

Neste trabalho, discute-se e analisa-se a viabilidade da aplicação da cinza de biomassa da cana-de-açúcar (CBC), em argamassas de reparo/reforço estrutural, como adição mineral. O potencial pozolânico deste material, evidenciado nos estudos de Borja (2011) e Anjos e Borja (2010), apresenta-se com 78% de sílica em sua composição. Os cinco traços aqui analisados foram baseados nos estudos realizados por Freitas et al. (2011), fazendo-se uso apenas de argamassas com adição de CBC, em substituição parcial ao cimento, na sua composição, nas proporções de 5%, 10%, 15% e 20%, além do traço padrão (sem resíduo da CBC). Manteve-se a relação água-cimento constante em relação aos materiais finos (cimento + CBC), variando-se os aditivos minerais (plastificantes e superplastificantes) objetivando a trabalhabilidade da mistura frente aos padrões sugeridos, porém adaptados, por OKAMURA (1988), para argamassas para concretos autoadensáveis. O CBC, segundo resultados aqui analisados, manteve o desempenho das argamassas com as proporções de 5% e 10%. Já a argamassa com 15% de CBC melhorou o desempenho e, na argamassa com 20% de CBC, observou-se um pequeno decréscimo nas propriedades analisadas. Todas as análises tomaram como referência o traço padrão. Palavra-Chave: Argamassa ; Reforço Estrutural; Cinza de Biomassa da Cana-de-Açúcar

Abstract

This work discusses and analyzes the feasibility of applying this suggarcane biomass ash, in structural mortar to repair/reinforcement, with mineral admixture. The potential of pozzolanic material, confirmed by the results shown in studies by Borja (2011) and Anjos and Borja (2010), presents with 78% silica in its composition. The suggarcane biomass ash (SBA) has contributed, according to mechanical and chemical tests, the performance of mortars containing 5%, 10%, 15% and 20% of SBA compared with structural mortar with none additions. Factor remained constant water-cement ratio for thin materials (cement + SBA), varying the mineral additives (plasticizers and superplasticizers) aiming at the workability of the mix compared to the standards suggested, but adapted by Okamura (1988). The tests showed that the partial replacement of cement by the SBA did not affect significantly their mechanical properties. Keywords: Structural Mortar To Repair And Reinforcement With Suggarcane Biomass Ash


1 Introdução

O fenômeno da deterioração é, indiscutivelmente, uma das maiores preocupações com relação aos materiais utilizados na construção civil. Não raramente os elementos estruturais de uma edificação – em particular os de concreto – apresentam o que se convencionou chamar de patologia (AZEVEDO, 2011), problema que pode se manifestar sob a forma de fissuras, corrosão das armaduras, lixiviação do concreto, manchas, eflorescências dentre muitas outras.

As causas dessas falhas são diversas, podendo se situar na concepção do projeto, através de erros de cálculo ou mesmo quando o fator economia sobrepuja o fator segurança, produzindo estruturas demasiado esbeltas; na qualidade dos materiais envolvidos, na qual reincide a pressão econômica, verificada na etapa da concepção; na execução da obra, que freqüentemente é realizada por mão-de-obra não qualificada; e mesmo na utilização indevida ou não prevista da edificação (Souza & Ripper, 1998). Seja qual for a causa, entende-se que uma estrutura prematuramente deteriorada não pode atender a todas as solicitações para as quais foi projetada, além de acarretar desvalorização do imóvel e, em casos mais extremos, risco de desabamento.

Outro fato que não se pode desconsiderar é a idade das construções em concreto no Brasil. O concreto armado, por exemplo, foi largamente empregado em inúmeros prédios da capital brasileira, na década de 1950, e a partir daí em todas as outras grandes cidades, aumentando a necessidade de serviços de reparo/reforço nessas estruturas atualmente (Vaske, 2005). Um agravante desse fato é o não conhecimento, por parte dos antigos construtores, de determinadas patologias cujas manifestações são observadas somente em longo prazo, a exemplo da Reação Álcali-Agregado.

Deste modo, o estudo de argamassas para reforço e reparo é um ramo da engenharia em que vem ganhando grande importância nos últimos anos, sendo bastante recorrente na produção acadêmica e, apesar disso, essa técnica ainda se baseia muito na experiência dos profissionais que a utilizam no dia-a-dia ou esporadicamente (Reis, 2001).

Este trabalho apresenta resultados de um estudo sobre argamassa de reparo/reforço estrutural no que concerne a elaboração, aplicação e desempenho dessa tecnologia, avaliando suas principais características, as quais abrangem comportamento reológico, resistência mecânica, durabilidade e composição micro-estrutural.

A viabilidade econômica e a redução do impacto ambiental na produção de argamassa foram também enfatizadas, uma vez que houve a incorporação de adições minerais (cinza de biomassa da cana-de-açúcar - CBC), subproduto agroindustrial amplamente gerado e cujo fim seria o descarte em locais impróprios, culminando em risco de contaminação do solo e fontes de água. Além de proporcionar a diminuição desses impactos ambientais diretos, a utilização das adições, em substituição parcial do cimento, acarreta como conseqüência a redução da poluição causada pela indústria cimentícia, diminuindo em cerca de 15% a quantidade de CO2 emitido na atmosfera durante a produção do cimento (Dal Molin, 2011).

Concomitantemente, por meio do estudo da melhor proporção ou combinação dos citados materiais, foram analisados os possíveis benefícios trazidos a argamassa de reparo/reforço pela adição, sua atividade química e seu efeito físico.


2 Programa Experimental Os traços aqui analisados foram baseados nos estudos realizados por Freitas et al. (2011), que analisaram argamassas para concretos autoadensáveis com adição de CBC e metacaulim na sua composição. Frente à análise dos resultados obtidos nos estudos dos autores acima citados, principalmente com relação à resistência mecânica, verificou-se a aplicabilidade dessas argamassas para reparos e reforços estruturais. Para este estudo, foram adicionados apenas a CBC em substituição parcial ao cimento. As dosagens experimentais adotadas (traços unitários) estão especificadas na tabela 1.

Tabela 1: Quantidade dos Materiais e Nomenclaturas dos traços.

Nomenclatura

Descrição (% das adições) Cimento CBC Areia Água

Áditivos (%)

Superplastificante (Glenium 218)

Plastificante (MX 390N)

AREF_00C 0% de CBC 1,00 0,00 0,89 0,45 0,3 0,3 AREF_05C 5% de CBC 0,95 0,50 0,89 0,45 0,3 0,6 AREF_10C 10% de CBC 0,90 0,10 0,89 0,45 0,3 0,6 AREF_15C 15% de CBC 0,85 0,15 0,89 0,45 0,5 0,3 AREF_20C 20% de CBC 0,80 0,20 0,89 0,45 0,5 0,3

A variação das quantidades de aditivos superplastificantes e plastificantes foram obtidas através do método de tentativas e erros, uma vez que se tinha como exigência inicial, para as argamassas analisadas, valores específicos de espalhamento a serem obtidos (260 a 330 mm) no ensaio de espalhamento da argamassa com forma metálica tronco-cônica, adaptada segundo o método de Okamura (OKAMURA e OUCHI, 2003) e sem a ocorrência de segregação dos materiais. Na figura 1, ilustra-se as dimensões da forma metálica tronco-cônica e indicações das medidas ortogonais (d1 e d2) realizadas no ensaio.

Figura 1 – Dimensões da forma tronco-cônica utilizada e indicações das medidas ortogonais (d1 e d2), no ensaio de espalhamento da argamassa.


Adotou-se também o ensaio do funil Marsh como exigência do comportamento reológico da argamassa, que mede o tempo de escoamento, em segundos, da argamassa até o preenchimento de 1 (um) litro (figura 2). Este ensaio serviu de parâmetro para análise comparativa da fluidez do material, uma vez que, em se tratando de material para reparos ou reforço, necessita de reologia adequada para aplicação em elementos estruturais com altas taxas de armadura, visando também sua possível aplicação através do processo de bombeamento.

Figura 2 – Ensaio de escoamento Funil Marsh. Após a caracterização reológica dos traços, foram moldados para cada mistura, 18 corpos-de-prova prismáticos de 4cm x 4cm x 16cm, distribuídos da seguinte forma: 06 amostras para ensaios mecânicos (flexão e compressão), 06 amostras para módulos de elasticidade e 06 amostras para ensaios de capilaridade por absorção de água. 2.1 Materiais - caracterização A caracterização física e química dos materiais utilizados na pesquisa obedeceu às recomendações da ABNT.

3.2.2 Cimento Portland e CBC

Utilizou-se, para produção das argamassas de reparo/reforço, o cimento Portland composto tipo CP-II F 32 RS, com massa específica igual a 2940 kg/m³, massa unitária igual a 1000 kg/m³ e área específica (Blaine) de 3190 cm²/g. As propriedades físicas da CBC foram tomadas iguais as apresentadas em Freitas et al. (2011), uma vez que utilizou-se do mesmo material para esta pesquisa, e estão apresentadas na tabela 2.


A cinza de biomassa foi moída por 03h30minh e depois submetida ao processo de peneiramento na peneira de 200 mesh (75µm) visando uma redução na finura e retirada das partículas indesejáveis (resíduos), antes de ser adicionada à argamassa.

Tabela 2 – Massa Específica e Massa Unitária da CBC.

Cinza de biomassa da cana-de-açúcar

(CBC)

Massa Unitária (kg/m³) 0,66

Massa Específica (kg/m³) 2,49

A composição química da CBC está apresentada na tabela 3, obtida através da realização de fluorescência de raios-X por energia dispersiva.

Tabela 3 – Composição química, em %.

Composto Cinza de biomassa

SiO2 72.69

Fe2O3 9,61

Al2O3 6,91

K2O 4,71

SO3 0,92

TiO2 0,72

CaO 2,84

MgO -

Outros 1,28

3.2.3 Agregado miúdo

A areia utilizada foi proveniente de depósitos sedimentares do rio Potengi-RN. A classificação granulométrica (NBR NM 248), apresentando módulo de finura igual a 1,41, classificada como areia muito fina, massa específica igual a 2620 kg/m³ (NBR NM 45, 2006) e massa unitária de 1570 kg/m³ (NBR NM 52, 2009). A curva granulométrica encontra-se ilustrada na figura 3.


0.01 0.1 1 10 100

0

20

40

60

80

100

PENEIRA (mm)

PO

RC

EN

TA

GE

M R

ET

IDA

AC

UM

ULA

DA

ZONA 1 - AREIA MUITO FINA Figura 3 – Curva granulométrica da areia.

2.2 Métodos Utilizou-se misturador mecânico para homogeneização das argamassas. Inicialmente, colocavam-se os materiais secos (cimento, adição e agregado) e posteriormente, 50% da água de amassamento. Após completa homogeneização, adicionavam-se os aditivos (plastificantes e superplastificantes) diluídos no restante da água de amassamento. Após a realização dos ensaios de espalhamento e escoamento (tronco-cônico e funil Marsh, respectivamente), moldavam-se as amostras prismáticas. Em caso de não ser observados resultados de comportamento desejado para estes dois ensaios iniciais, faziam-se novas dosagens com alteração nas quantidades de aditivos. Decorrido 24h, foram realizados ensaios de massa específica na condição superfície saturada seca e determinação do módulo de elasticidade dinâmico, através de medidor de velocidade de pulso ultrassônico, modelo 58 – E0048, em acordo com a NBR 15630 (2008). Os ensaios de resistência à tração na flexão e resistência à compressão foram realizado nas amostras prismáticas na idade de 28 dias. 3 Resultados e Discussão

3.1 Argamassa no estado fresco Os ensaios realizados com as argamassas de reforço no estado fluido foi o ensaio de espalhamento e ensaio de escoamento. A quantidade de água de amassamento utilizada no início da hidratação está intimamente ligada ao volume de vazios capilares produzidos na pasta. No momento da mistura dos traços, observou-se que não houve exsudação e ou segregação.


Na tabela 4 ilustram-se os diâmetros médios de espalhamento e o tempo de escoamento das argamassas pelo funil Marsh para preenchimento de recipiente volumétrico de 1 litro. Os valores apresentados foram obtidos com variações dos aditivos superplastificantes e plastificantes, através do método de tentativas e erros. Buscou-se deixar, para o ensaio de espalhamento valores de diâmetros entre 260mm a 330mm e para o ensaio de tempo de escoamento da amostra no funil Marsh inferior a 90 segundos. O traço AREF_20C ficou com tempo de escoamento ligeiramente superior a 90 segundos, no entanto, não apresentou exsudação ou segregação dos materiais.

Tabela 4: Ensaio de espalhamento e tempo de escoamento.

Nomenclatura

Escoamento (segundos)

Diâmetro de Espalhamento (mm)

Áditivos (g)

Superplastificante (Glenium 218)

Plastificante (MX 390N)

AREF_00C 18 275 5,04 5,04 AREF_05C 25 265 5,04 10,08 AREF_10C 28 263 5,04 10,08 AREF_15C 25 290 8,64 5,04 AREF_20C 96 310 8,64 5,04

Na figura 4 observa-se a massa específica após 1 dia de moldagem das cinco dosagens estudadas. Os valores apresentados são a média aritmética de seis determinações para cada traço. Todas as argamassas de reforço apresentaram massa específica, após 1 dia, valores próximos entre si, inferindo-se a não interferência da CBC na massa específica, pelo menos para pouca idade, especificamente 1 dia após moldagem.

2099 2075 2087 2107 2072

0

500

1000

1500

2000

AREF_00C AREF_05C AREF_10C AREF_15C AREF_20C

M.E

. Con

diçã

o S

SS

-1

DIA

(kg

/m³)

Figura 4. Massas específicas após 1 dia de moldagem.

3.2 Argamassa no estado endurecido

3.2.1 Massa específica na condição superfície saturada seca (SSS)


As massas específicas na condição superfície saturada seca encontram-se listadas na tabela 5. Os valores apresentados também representam a média aritmética de seis determinações para cada traço analisado.

Tabela 5 – Massas específicas na condição superfície saturada seca (kg/m³)

Traço 28 dias

AREF_00C 2100

AREF_05C 2094

AREF_10C 2086

AREF_15C 2093

AREF_20C 2074

Em todas as formulações, não houve aumento considerável da massa específica (condição SSS) com o passar do tempo, sugerindo que durante o processo de hidratação da pasta cimentícia, os vazios deixados pela água de amassamento foram substituído pelos produtos de hidratação do cimento, não interferindo na densidade da massa cimentícia.

3.2.2 Módulo de elasticidade dinâmico – massa específica aparente úmida

O módulo de elasticidade dinâmico foi analisado para todas as argamassas nas idades de 1, 7, 14, 21 e 28 dias e encontram-se ilustrados na figura 5.

0 10 20 300

5

10

15

20

25

30

TEMPO (dias)

MÓ

D. E

LAS

T.D

INÂ

MIC

O (

GP

a)

AREF_00CAREF_05CAREF_10CAREF_15CAREF_20C

Figura 5. Módulos de Elasticidade Dinâmico (GPa).


A evolução do módulo de elasticidade dinâmico, em função do tempo, não apresentou divergência considerável nos traços analisados, atingindo, aos 28 dias, valores próximo de 27 GPa.

3.2.3 Resistência à tração na flexão e resistência à compressão

As amostras foram ensaiadas à tração na flexão segundo a norma NBR 13279 (2005), aos 28 dias. Os resultados da resistência à tração na flexão encontram-se listados na figura 6. Os resultados apresentados representam uma média aritmética de 06 (seis) determinações.

6,33 6,175,89 6,04

6,41

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00


RE

SIS

TÊ

NC

IA À

TR

AÇ

ÃO

(M

Pa)

Figura 6. Resistência à tração na flexão.

Observa-se que apenas a argamassa que contém 20% de CBC na sua constituição apresentou resultado de resistência à tração na flexão ligeiramente superior à argamassa de reforço de referência (1%). As demais argamassas mantiveram-se com resistências inferiores, variando de 7% (AREF_10C) a 3% (AREF_05C), aproximadamente. Para o ensaio de resistência à compressão, utilizou-se das metades dos corpos de prova ensaiados à tração, resultando assim, num total de 12 (doze) amostras para cada formulação analisada. Os resultados de resistência à compressão, realizado segundo a NBR 13279 (2005) encontram-se ilustrados na figura 7 e representam a média aritmética de 12 (doze) determinações.


42,74

37,4240,18

44,88

33,13

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00


RE

SIS

TÊ

NC

IA À

CO

MP

RE

SS

ÃO

(M

Pa)

Figura 7. Resistência à compressão.

Com base nos resultados apresentados na figura 7, a argamassa de melhor desempenho no tocante a resistência à compressão foi a argamassa com 15% de CBC na sua constituição e a de menor desempenho foi a argamassa com 20% de CBC. Fazendo-se análise dos resultados de tração e compressão, pode-se concluir que a porcentagem ideal de CBC é de 15%, uma vez que as resistências à tração na flexão não sofreram variações significativas. 4 Conclusões A redução da porosidade observada nas amostras, com o aumento gradativo da quantidade de CBC, pode ser atribuído a elevada finura deste material, que atua também como microfiler, através do refinamento dos poros deixados durante o processo de hidratação do cimento e, desta forma, tornando a argamassa mais densificada. A dosagem que apresentou melhor desempenho mecânico, no tocante a resistência à compressão, foi a argamassa com 15% de CBC. Argamassa com 20% de CBC apresentou queda de resistência considerável, chegando a uma redução de aproximadamente 22% quando comparada com a argamassa de referência (AREF_00C).


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