FELIPE COSTA MODA BELTRO JHEYSON CARLOS ZENAIDE

A INFLUNCIA DO METACAULIM NAS PROPRIEDADES DO CONCRETO

UNIVERSIDADE DA AMAZNIA - UNAMA CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA

BELM - PA 2010

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FELIPE COSTA MODA BELTRO JHEYSON CARLOS ZENAIDE

A INFLUNCIA DO METACAULIM NAS PROPRIEDADES DO CONCRETO

Trabalho de Concluso de Curso apresentado como exigncia para a obteno do Ttulo de Engenheiro Civil, submetido banca examinadora da Universidade da Amaznia, do Centro de Cincias Exatas e Tecnologia, elaborado sob a orientao do Professor M.Sc. Jos Zacarias Rodrigues da Silva Jnior.

UNAMA / CCET

BELM - PA 2010

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FELIPE COSTA MODA BELTRO JHEYSON CARLOS ZENAIDE

Trabalho de concluso de curso submetido Coordenao do Curso de Engenharia Civil do Centro de Cincias Exatas e Tecnologia, da Universidade da Amaznia, como parte dos requisitos para a obteno do ttulo de Engenheiro Civil.

Banca Examinadora

________________________________________ Engenheiro Jos Zacarias Rodrigues da Silva Jnior, Mestre Professor e Orientador - CCET-UNAMA

________________________________________ Engenheiro Wandemyr Mata dos Santos Filho, Mestre Professor - CCET-UNAMA

________________________________________ Engenheiro Archimino Cardoso de Athayde Neto, Mestre Escritrio de Clculo Estrutural A. C. Athayde

UNAMA / CCET

BELM - PA 2010

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AGRADECIMENTOS

Agradecemos primeiro a Deus, que nos concedeu a vida e conhecimento para trilhar por cinco anos esta jornada, no deixando que desvissemos de nossos princpios e objetivos. Aos nossos pais por nos estimular a ter pulso firme, carter, no desistir e enfrentar nossos problemas de frente, alm de todo o conhecimento partilhado conosco ao longo dos anos. As nossas mes pelos momentos de conforto, carinho, ateno, orientao e dedicao em nossas criaes, alm de todos os ensinamentos. Aos nossos familiares pelo apoio e incentivo, sempre nos encorajando a seguir em frente e no desistir. A UNAMA e todos os professores do Curso de Engenharia Civil, em especial ao nosso orientador Prof. M.Sc. Jos Zacarias Rodrigues da Silva Junior e ao Coordenador do Curso Professor Selnio Feio da Silva. As empresas Metacaulim do Brasil Ltda. e Anchortec Ltda. Aos amigos e colegas universitrios pelos imprescindveis e necessrios momentos de descontrao, estimulo e colaborao mtua, uma vez que muitos de ns enfrentamos a mesma luta. Aos responsveis tcnicos pelos laboratrios de Materiais de Construo da Universidade da Amaznia por toda colaborao e tempo disponibilizado para nos dar apoio durante os experimentos.

4

"Nem

tudo

que

se

enfrenta

pode

ser

modificado mas nada pode ser modificado at que seja enfrentado" Albert Einstein

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SUMRIO

1 2 3 4

INTRODUO ................................................................................................................ 13 OBJETIVO ....................................................................................................................... 14 JUSTIFICATIVA ............................................................................................................. 14 MATERIAIS .................................................................................................................... 14 4.1 CIMENTO PORTLAND ........................................................................................... 15 Classificao dos tipos de cimento portland ...................................................... 17

4.1.2 4.2 4.3 4.4 5

ADITIVOS QUMICOS ............................................................................................ 19 AGREGADOS ........................................................................................................... 24 GUA ....................................................................................................................... 25

O METACAULIM ......................................................................................................... 26 5.1 5.2 5.3 VISO DE SUSTENTABILIDADE......................................................................... 26 BENEFCIOS ............................................................................................................ 27 COMPOSIO ......................................................................................................... 27 CARACTERSTICAS FSICAS ................................................................................... 28 MECANISMO DE AO ........................................................................................ 29

5.4 5.5 6

O CONCRETO ................................................................................................................. 30 6.1 PROPRIEDADES ...................................................................................................... 33 Resistncia e Porosidade .................................................................................... 33 Permeabilidade ................................................................................................... 35 Durabilidade ....................................................................................................... 36 Patologias ........................................................................................................... 44

6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 7

PROGRAMA DE EXPERIMENTOS .............................................................................. 49 7.1 7.2 MATERIAIS .............................................................................................................. 50 PROCEDIMENTOS .................................................................................................. 52

6

8

APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS ................................................. 53 8.1 RESISTNCIA COMPRESSO AXIAL E TRAO POR COMPRESSO

DIAMETRAL....................................................................................................................... 53 8.2 8.3 ANLISE DOS RESULTADOS DE COMPRESSO AXIAL ............................... 55 ANLISE DOS RESULTADOS DA TRAO POR COMPRESSO

DIAMETRAL....................................................................................................................... 56 8.4 9 ABSORO DE GUA POR CAPILARIDADE ................................................... 56

CONSIDERAES FINAIS ........................................................................................... 57

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ..................................................................................... 59 ANEXOS .................................................................................................................................. 63

VII

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Representao diagramtica da zona de transio e da matriz de pasta de cimento no concreto. Figura 2: Estrutura dos aditivos plastificantes tpicos. Figura 3: Representao da fora de repulso nas partculas de cimento dos aditivos plastificantes. Figura 4: Ilustrao dos mecanismos de estabilizao de suspenses: (a) estabilizao eletrosttica, (b) estabilizao estrica e (c) estabilizao eletroestrica. Figura 5: Rompimento de corpo de prova, sem Metacaulim. Figura 6: Rompimento de corpo de prova, com Metacaulim. Figura 7: Proveta contendo CP II-F 32. Figura 8: Proveta contendo Metacaulim HP. Figura 9: Proveta contendo gua. Figura 10: Seo polida de um corpo-de-prova de concreto. Figura 11: Ruptura de corpos de prova. Figura 12: Variao na porosidade capilar com relaes gua/cimento e graus de hidratao diferentes. Figura 13: Influencia da cura mida sobre a resistncia do concreto. Figura 14: Regra de Sitter - custo relativo da interveno. Figura 15: Conceituao de vida til das estruturas de concreto tomando-se por referncia o fenmeno de corroso das armaduras. Figura 16: baco para obteno da espessura de cobrimento s armaduras em funo do ambiente onde predomina o gs carbnico.

15

20

21

22

27 27 29 29 29 30 32

34

35 40

41

43

VIII

Figura 17: baco para obteno da espessura de cobrimento s armaduras em funo do ambiente onde predomina exposio zona de respingos de mar. Figura 18: Ataque por sulfato no concreto ma Barrage, de Fort Peck, 1971. Figura 19: Carbonatao em corpo de concreto armado (viga). Figura 20: Ataque por cloretos. Figura 21: Laboratrio de materiais de construo. Figura 22: Aditivo Superplastificante Structuro 105 da Anchortec Ltda. Figura 23: Prensa Hidrulica EMIC. Figura 24: Prensa executando ensaio de resistncia compresso axial. Figura 25: Prensa executando ensaio de resistncia trao por compresso diametral. Figura 26: Resistncia compresso axial aos 7 e 28 dias de idade. Figura 27: Resistncia trao por compresso diametral aos 7 e 28 dias de idade. Figura 28: Ensaio de absoro de gua por capilaridade. Figura 29: Grfico da reduo na absoro.

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46 48 49 49 51 53 53 53 54 54 56 57

IX

LISTA DE TABELAS

Tabela 01: Principais compostos do cimento Portland. Tabela 02: Limites de teores de compostos para cimentos da ASTM C150. Tabela 03: Composio dos diferentes tipos de cimentos. Tabela 04: Anlise dos compostos do Metacaulim HP. Tabela 05: Massa dos materiais em comparao ao Metacaulim HP. Tabela 06: Caracterizao fsica do Metacaulim HP. Tabela 07: Classes de agressividade ambiental. Tabela 08: Classes de agressividade do ambiente em funo das condies de exposio. Tabela 09: Traos utilizados no programa de experimento. Tabela 10: Caracterizao do seixo rolado. Tabela 11: Caracterizao da areia fina. Tabela 12: Resistncia compresso axial aos 7 e 28 dias de idade. Tabela 13: Resistncia trao por compresso axial aos 7 e 28 dias de idade. Tabela 14: Resultados do ensaio de absoro de gua por capilaridade.

16 17 19 28 29 29 38 38 50 51 52 54 54 57

X

LISTA DE ABREVIAES E SIGLAS

ABCP - Associao Brasileira do Cimento Portland. ABNT - Associao Brasileira de Normas Tcnicas. A/C - Relao gua/cimento. ACI - American Concrete Institute (Instituto Americano do Concreto). ARI - Alta resistncia inicial. ASTM - American Society for Testing And Materials (Associao Americana para Testes e Materiais). CP - Cimento Portland. CPB - Cimento Portland Branco. CPP - Cimento para poos petrolferos. EPA - United States Environmental Protection Agency (Agncia de Proteo Ambiental dos Estados Unidos). NBR - Norma Brasileira. UR - Umidade Relativa.

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RESUMO

Este Trabalho de Concluso de Curso apresenta os resultados do estudo sobre alguns dos benefcios proporcionados pela utilizao da adio mineral Metacaulim na composio do concreto de cimento Portland, ou seja, as modificaes nas propriedades do mesmo, especificamente na resistncia mecnica e reduo da permeabilidade, alm de algumas anlises sobre o impacto positivo gerado devido essas melhorias na durabilidade do concreto, na sustentabilidade e economia de custos. O estudo visa a exposio do mesmo como uma importante ferramenta na busca por uma maior qualidade do concreto, no prolongamento da vida til das estruturas, adquirida atravs do combate diversas patologias, caracterstica proporcionada pela adio.

Palavras chave: Metacaulim, Durabilidade e Resistncia do Concreto, Sustentabilidade.

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ABSTRACT

This work presents a study regarding a few benefits provided by using the mineral addition Metacaulim in the composition of Portland cement concretes, in other words, the modifications in the properties, specifically in the mechanical strength and absorption reduction, and a few observations regarding the positive impacts generated in cost saving and sustainability due this durability increase. This study try to expose the addition as a important tool in the search of a better concrete quality, in the prolongation of its life cicle in structures, acquired by fighting some pathologies, a feature provided by the addition.

Keywords: Metacaulim, Concrete Durability and Strength, Sustainability.

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1

INTRODUO Quando falamos de concreto, essencial citar a importncia da sua principal matria

prima, o cimento. Estima-se que o consumo atual de concreto no mundo seja da ordem de 11 bilhes de toneladas mtricas ano (MEHTA & MONTEIRO, 2008). Seu uso intenso na indstria da construo civil faz com que o cimento seja o segundo material mais utilizado pela humanidade, perdendo a primeira posio apenas para gua. Alm de ser um dos ingredientes chave para concretos de cimento Portland, por ser uma das matrias prima mais utilizada no mundo, seu preo regulado pelas demandas do mercado internacional, portanto o cimento o que denominamos de commodity. Dado essa sua importncia, o concreto foco de constantes pesquisas para aperfeioar ou adicionar caractersticas a ele. Hoje temos uma diversidade de concretos que refletem esse investimento em pesquisas, que apesar de no fugir da convencional mistura de cimento, gua e agregado, ao incluir adies minerais e aditivos qumicos, suas propriedades so modificadas de forma a atender as necessidades de projeto. O cimento Portland pode ser considerado como um ingrediente universal para estruturas de concreto, sendo um dos materiais da construo civil que permite engenheiros e arquitetos manipularem suas propriedades de acordo com as necessidades do projeto. Quando se faz a escolha de um sistema estrutural em concreto, necessrio especificar algumas variveis para assegurar seu bom desempenho, como resistncia mecnica compresso e trao e resistncia a agentes agressivos qumicos presentes em certos meios. Essas caractersticas fazem parte de uma frmula complexa que desde o incio se faz necessrio a presena de um rgido controle tecnolgico e uso de aditivos qumicos e adies minerais para auxiliar o construtor, onde podemos destacar o Metacaulim, foco especfico deste trabalho de concluso de curso. A fabricao do cimento uma das maiores fontes de gases poluentes que contribuem para o efeito estufa, atrs apenas da queima de combustveis fsseis e gasosos. De acordo com dados do EPA1, estima-se que 3,4% da emisso global de tenha como responsvel a

produo do clnquer e outras atividades industriais relacionadas produo do cimento, Com a atual preocupao mundial a respeito do clima, essencial citarmos o papel do Metacaulim na sustentabilidade. Substituindo parte do trao correspondente ao cimento

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EPA - United States Environmental Protection Agency (Agncia de Proteo Ambiental dos Estados Unidos).

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utilizado na produo do concreto pelo Metacaulim, diminumos a demanda pelo cimento e consequentemente a emisso de , pois sua composio base de slica e alumina

, diferente do cimento que tem como base compostos de clcio constitudos por carbono que liberam na sua produo.

A proposta de substituir uma porcentagem do trao que corresponde ao cimento pela adio mineral Metacaulim tambm visa melhorar algumas propriedades do concreto, as quais podemos citar o aumento na resistncia mecnica, resistncia a sulfatos, inibio de reaes lcali-agregado e reduo da permeabilidade. Aumentando a resistncia do concreto, permitese reduzir sees de lajes, vigas e pilares ou o consumo de ao, promovendo economia de materiais e custos.

2

OBJETIVO Fazendo o uso de materiais comuns na produo do concreto nas obras da regio

metropolitana de Belm, demonstrar alguns benefcios da adio mineral Metacaulim HP para concretos de cimento Portland. Atravs de experimentos em diferentes dosagens da adio, verificar as melhorias que ela proporciona nas propriedades do concreto, analisando os resultados de acordo com a literatura disponvel e sua colaborao na economia de custos e sustentabilidade.

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JUSTIFICATIVA O Metacaulim HP produto com pouco tempo de mercado no Brasil e novo nas obras

da regio metropolitana de Belm. O presente trabalho visa esclarecer e melhor difundir a utilidade benfica desta adio mineral, independente do tamanho e tipo de empreendimento que utilize concreto de cimento Portland.

4

MATERIAIS Neste captulo abordado os materiais utilizados para a confeco do concreto de

cimento Portland. essencial conhec-los para compreender os mecanismos que levam a mistura de gua, cimento e agregados resultar em um corpo slido heterogneo com novas caracterstica fsicas e qumicas. Outros materiais como adies minerais e aditivos qumicos

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tambm so abordados, pois estes possuem igual importncia na confeco do concreto, permitindo modificar algumas de suas caractersticas para atender necessidades especiais.

4.1

CIMENTO PORTLAND Produzido em instalaes industriais de grande porte, atravs de processos de extrao

da matria prima, britagem, moedura e mistura, queima, e moedura do clnquer (BAUER, 2000), PETRUCCI (1987) define cimento Portland como um aglomerante hidrulico de "material pulverulento, constitudo de silicatos e aluminatos de clcio. Esses compostos complexos, ao serem misturados com gua, hidratam-se e produzem o endurecimento da massa, que pode oferecer elevada resistncia". A definio de aglomerante hidrulico para o cimento Portland devido a sua caracterstica de reagir na presena da gua, pois ele sozinho no possui a capacidade de aglomerar com a areia e agregado grado para a composio da argamassa para concretos. Poucas horas iniciada sua hidratao, d-se incio a formao de cristais de sulfoaluminato de clcio hidratado ou "etringita" ( ) e aps algumas horas ou ou ) e )

formam-se grandes cristais prismticos de hidrxido de clcio ( pequenos cristais fibrosos de silicato de clcio hidratado (

(ISERHARD, 2000). Estes componentes esto representados na figura 1.

Figura 1: Representao diagramtica da zona de transio e da matriz de pasta de cimento no concreto (MEHTA & MONTEIRO, 1994).

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De acordo com NEVILLE (1997), o cimento Portland composto de uma srie de matrias primas que consistem principalmente de calcrio e xido de ferro , representados na tabela 01. , slica , alumina

Tabela 01 - Principais compostos do cimento Portland.

Nome do Composto xido Abreviao Composio em xidos Abreviao Silicato triclcico C 3 . 3 Silicato biclcico S 2 . 2 Aluminato triclcico A 3 . 3 Ferroaluminato tetraclcico F 4 . . 4 BAUER (2000) e MEHTA et al. (1994) descrevem o papel desempenhado por cada um dos quatro compostos: Silicato triclcico : o maior responsvel pela resistncia do concreto em todas

as idades, especialmente nos primeiros 28 dias de cura, sendo o segundo com responsabilidade pelo tempo de pega do cimento. Silicato biclcico : tem papel importante no ganho de resistncia em idades

mais avanadas, em um ano ou mais devido sua lenta velocidade e baixo calor de hidratao. Aluminato triclcico: tem papel importante na rpida evoluo da resistncia

nos primeiros dias de cura e muito contribu no calor de hidratao devido sua rpida velocidade de pega. NEVILLE (1997) questiona sua colaborao na resistncia da pasta de cimento que apesar de nos trs primeiros dias seja significativamente relevante, seu papel controverso por causar regresso em idades mais avanadas. Ferroaluminato tetraclcico : no possui contribuio aprecivel na

resistncia do cimento, mas tem papel importante em facilitar a produo comercial do cimento. Assim como o aluminato triclcico, NEVILLE (1997) tambm questiona seu papel no desenvolvimento da resistncia da pasta de cimento.

BAUER (2000) e NEVILLE (1997) citam outros compostos secundrios de menor importncia, como certa proporo de magnsia anidrido sulfrico de sdio , uma pequena porcentagem de

adicionado aps a calcinao para retardar o tempo de pega, xido , xido de potssio , xido de titnio , xido de mangans

e algumas impurezas.

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4.1.2 Classificao dos tipos de cimento portland A escolha do tipo de cimento Portland deve ser de acordo com as necessidades fsicas e qumicas desejadas. H diversas classificaes que variam de acordo com os teores dos compostos que promovem alteraes significativas em algumas de suas caractersticas. A ASTM C150 especifica limites mximos para os teores de tipo de cimento, representados na tabela 02.Tabela 02 - Limites de teores de compostos para cimentos da ASTM C150.

,

,

e

para cada

Composto (%) mx. max. mx. +2

Tipo I II III IV V - - 35 - - 40 - 8 15 7 5 - 25 mx. - -

Mesmo com esta diversidade de tipos, nem sempre as necessidades so atendidas, necessidades as quais podem no somente ser fsicas e qumicas, mas tambm econmicas. MEHTA et al. (1994) cita que a economia de custos foi provavelmente a razo original para o desenvolvimento de cimentos Portland compostos. De acordo com NEVILLE (1997), h diversas formas de se produzir um cimento Portland composto, uma dela moer os compostos com o clnquer, produzindo um composto integral com gros to finos quanto o cimento. As normas brasileiras fixam as especificaes dos diferentes tipos de cimento Portland: CP I - Cimento Portland comum (NBR 5732/91): o cimento sem propriedades especiais, empregado no uso geral, ou seja, quando no h comprometimento com nenhuma especificao especial. Este tipo de cimento pode ter adies de pozolana, escria de alto forno ou filler, sendo assim denominado CP I-S - Cimento Portland comum com adio. CP II - Cimento Portland composto (NBR 11578/91): apresenta moderada resistncia a sulfatos e moderado calor de hidratao. Pode ser composto por pozolana (CP IIZ), escria de alto forno (CP II-E) ou filler (CP II-F). So os mais encontrados no mercado, representando atualmente aproximadamente 75% da produo industrial brasileira (ABCP, 2002). A ASTM C150 limita o quantidade de limite opcional mximo de 58% na soma do + no cimento ao mximo de 8%, e tem um (MEHTA & MONTEIRO, 1994).

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CP III - Cimento Portland de alto forno (NBR 5735/91): obtido pela mistura homognea de clnquer Portland e escria granulada de alto forno. Caracteriza-se pela alta resistncia inicial. Este possui maior finura e teor de3

que o cimento Portland comum que

de acordo com NEVILLE (1997), deve ser maior que 50% e as vezes at do que 70%. A escria de alto forno um resduo da indstria de ferro gusa, quimicamente composto de uma mistura de cal, slica e alumina, ou seja, os mesmos xidos que tambm constituem o cimento Portland (NEVILLE, 1997). CP IV - Cimento Portland pozolnico (NBR 5736/91): so cimentos de baixo calor de hidratao e lenta evoluo na resistncia. Apresenta baixo teor de e . De acordo

com a norma, o teor de materiais pozolnicos secos deve estar entre 15% e 50% da massa total do cimento. Este tipo de cimento no tem sido mais utilizado devido a existncia de outras formas mais econmicas de controlar o calor de hidratao com adio de pozolana ou cinza volante como exemplo no cimento Portland composto (CP II). CP V-ARI - Cimento Portland de alta resistncia inicial (NBR 5733/91): apresenta alta resistncia a sulfatos e baixo teor de , principal responsvel em reagir com sulfatos.

De acordo com a norma brasileira, a designao "ARI" representa o mnimo de resistncia compresso aos 7 dias de idade que corresponde a 34 MPa. A ASTM C 150 limita o teor de de a 25% (NEVILLE, 1997). CPB - Cimento Portland branco (NBR 12989/93): difere-se dos demais pela colorao branca devido os baixos teores de xidos de ferro e mangans em sua composio, alm condies especiais durante a fabricao. A norma subdivide o CPB em dois tipos: estruturais e no estruturais. Enquanto o estrutural possui classes de resistncia de 20, 32 e 40 MPa assim como os outros tipos de cimento, o no estrutural no possui aplicao de classes e indicado apenas para fabricao de argamassas para rejunte, ladrilhos hidrulicos e outros fins no estruturais (ABCP, 2010). CPP - Cimento para poos petrolferos (NBR 9831/06): sua aplicao bastante especfica, destinada a cimentao de poos petrolferos. Este cimento apresenta apenas clnquer e gesso para retardar sua pega como componentes. Devido sua aplicao em grandes profundidades em condies de temperatura e presses elevadas, durante o processo de em 5% e o total dos teores de4

mais o dobro

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fabricao so tomadas precaues para garantir que o produto conserve sua plasticidade. O volume de utilizao deste tipo de cimento pouco expressivo no pas. (ABCP, 2002). Cimento Portland de baixo calor de hidratao (NBR 13116/94): o rpido aumento da temperatura em grandes massas de concreto podem resultar no aparecimento de fissuras de origem trmica que podem ser evitadas com o uso de cimentos com lenta evoluo de calor. Cimentos Portland de baixo calor de hidratao podem ser qualquer um dos tipos de cimento bsicos, porm este deve geram at 260 J/g e 300 J/g aos 3 e 7 dias de hidratao respectivamente (ABCP, 2002).

De acordo com a ABCP (2002), as composies tpicas destes diferentes tipos de cimento esto representados na tabela 3.Tabela 03 - Composio dos diferentes tipos de cimentos. Composio (% de massa) Sigla Clnquer + Escria granulada Material gesso de alto forno (E) pozolnico (Z) CP I 100 CP-S 99-95 1-5 CP II-E 94-56 6-34 CP II-Z 94-76 6-14 CP II-F 94-90 CP III 65-25 35-70 CP IV 85-45 15-50 CP V-ARI 100-95 CPB-25 CPB-32 100-75 CPB-40 CPB 74-50 Fonte: ABCP, 2002.

Tipo de cimento Portland Comum Composto Alto-forno Pozolnico Alta resistncia inicial Branco estrutural Branco no estrutural

Material carbontico (F)

0-10 0-10 6-10 0-5 0-5 0-5 0-25 26-50

4.2

ADITIVOS QUMICOS A NBR 11768/92 define aditivos como "produtos que adicionados em pequenas

quantidades a concretos de cimento Portland, modificam algumas de suas propriedades, no sentido de melhor adequ-las a determinadas condies". De acordo com NEVILLE (1997), a norma americana ASTM C125 define o aditivo como "material, alm de gua, agregados, cimentos hidrulicos e fibras, empregado como um constituinte do concreto ou argamassa e adicionado na betoneira imediatamente antes ou durante a mistura". MEHTA et al. (1994) citam que o uso de aditivos proporciona ao concreto vantagens considerveis como melhorias fsicas e econmicas. "Essas melhorias incluem o uso em

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condies nas quais seria difcil ou at impossvel usar o concreto sem aditivos". Hoje comum o uso dois aditivos. Por norma (NBR 11768/92), so definidos nove tipos de aditivos para concretos de cimento Portland: a) Tipo P - aditivo plastificante: tambm conhecidos como redutores de gua de 1 gerao, permitem a reduo da relao gua/cimento sem modificar sua consistncia. So aditivos que reduzem o teor de gua de 5% a 10% (NEVILLE, 1997) e modificam a consistncia do concreto, o tornando mais fluido. normalmente utilizado na concretagem de peas com armaduras de ao muito densas ou regies inacessveis como em placas de pisos ou de pavimentos rodovirios (MEHTA & MONTEIRO, 1994). Como consequncia da reduo da relao gua/cimento, normal ocorrer aumento na resistncia do concreto. Mecanismo de ao: de acordo com MEHTA et al. (1994), existem dois motivos que fazem o cimento, quando adicionado gua, transforma-se em um sistema pouco disperso. Primeiro, a gua, que possui tenso superficial elevada (estrutura molecular com ligao tipo ponte de hidrognio), e segundo, as partculas de cimento tendem a se aglomerar ou formar flocos devido a existncia de foras de atrao entre arestas, cantos, e superfcies, carregados positivamente e negativamente quando os compostos so finamente modos. Plastificantes tpicos como cido ctrico, cido glucnico e polmero de lignossulfonato, representados na figura 2, trabalham de forma onde sua cadeia polar aninica que est ligada a uma cadeia de hidrocarboneto polar ou hidrfila ( ) que quando absorvida

pela superfcie da partcula do cimento, reduz sua tenso superficial dando uma forte carga negativa as partculas, gerando uma fora de repulso eletrosttica entre elas e tambm tornando-as hidrfilas. Esta ao est representada na figura 3.

Figura 2: Estrutura dos aditivos plastificantes tpicos (MEHTA & MONTEIRO, 1994).

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Figura 3: Representao da fora de repulso nas partculas de cimento (MEHTA & MONTEIRO, 1994).

b) Tipo R - aditivo retardador: agem aumentando o tempo de incio e fim de pega do concreto, tornando mais lento o endurecimento e evoluo da resistncia. Permite a concretagem em locais de temperaturas elevadas e proporcionam mais tempo para efetuar acabamentos. Seu uso no controle de pega essencial em estruturas onde se faz necessrio a eliminao de fissuras e juntas frias, permitindo assim concretagens contnuas (NEVILLE, 1997). Mecanismo de ao: h um grande nmero de substncias que podem ser empregadas como aditivos retardadores de pega mas o mecanismo de ao basicamente o mesmo, a capacidade de impedir a dissoluo dos ctions (ons de clcio), e nions do cimento durante o perodo de hidratao, evitando a formao dos compostos hidratados do cimento.

c) Tipo A - aditivo acelerador: de acordo com BAUER (2000), agem sob o endurecimento, facilitando a hidratao e acelerando os tempos de incio e fim de pega do concreto. Sua principal funo proporcionar uma rpida evoluo da resistncia inicial, permitindo assim uma desforma rpida, reparos urgentes e concretagens a baixas temperaturas (NEVILLE, 1997). Mecanismo de ao: age de forma contrria ao retardador. Este deve promover a dissoluo dos ctions e nions do cimento, agindo como um catalisador da reao, acelerando o processo de hidratao e enrijecimento da pasta, resultando na rpida formao dos compostos hidratados do cimento.

d) Tipo PR - aditivo plastificante retardador: combina os efeitos dos aditivos plastificante e retardador.

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e) Tipo PA - aditivo plastificante acelerador: combina os efeitos dos aditivos plastificante e acelerador. f) Tipo IAR - aditivo incorporador de ar: incorpora pequenas bolhas de ar ao concreto, o tornando mais resistente a ciclos de congelamento e descongelamento. Este empregado na produo de concretos leves. De acordo com MEHTA et al. (1994), o aditivo torna as partculas de cimento hidrfobas. Um excesso de aditivo pode causar retardamento na hidratao do cimento. Grandes quantidades de ar incorporado tambm causam perda na resistncia. g) Tipo SP - aditivo superplastificante: considerados como aditivos de 3 gerao, comparados aos aditivos plastificantes comuns, podem reduzir o teor de gua de 25% a 32%, trabalhando forma significamente mais intensa que os plastificantes comuns (NEVILLE, 1994). So tambm chamados de redutores de gua de alta eficincia. Mecanismo de ao: trabalham quimicamente de forma diferente aos aditivos plastificantes tpicos. Representado na figura 4, o mecanismo de ao dos superplastificantes de ter de policarboxilato a estabilizao eletroestrica, resultando em uma disperso mais eficiente. As longas cadeias laterais do policarboxilato aumentam o espao fsico entre as partculas de cimento, resultando em uma reduo de gua muito superior devido ao mecanismo de repulso.

Figura 4: Ilustrao dos mecanismos de estabilizao de suspenses: (a) estabilizao eletrosttica, (b) estabilizao estrica e (c) estabilizao eletroestrica (CASTRO & PANDOLFELLI, 2009)

h) Tipo SPR - aditivo superplastificante retardador: combina os efeitos dos aditivos superplastificante e retardador. i) Tipor SPA - aditivo superplastificante acelerador: combina os efeitos dos aditivos superplastificante e acelerador.

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Em complementao aos aditivos descritos acima, NEVILLE (1994) e BAUER (2000) citam alguns aditivos especiais, no especificados na NBR 11768/92. So eles: j) Aditivos impermeabilizantes (hidrofugante): atua de modo em tornar o concreto hidrfobo, obturando os poros capilares ou por ao repulsiva em relao gua (PETRUCCI, 1987). k) Aditivos bactericidas e similares: alguns organismos como fungos, bactrias ou insetos podem prejudicar o concreto com compostos qumicos corrosivos resultante de seus metabolismos. Ataque de cido orgnico ou mineral provocam corroso do ao e reagem com a pasta de cimento hidratada. Aditivos bactericidas e similares incorporam substncias txicas aos organismos agressores que podem ser bactericidas, fungicidas ou inseticidas que no devem ser agressivos a sade do ser humano (NEVILLE, 1994). l) Aditivos expansores: produzem expanso do concreto durante o perodo de hidratao, gerando gs e aumentando seu volume devido o hidrognio gerado na reao, formando pequenas bolhas. O mais comum dos aditivos geradores de gs o alumnio em p (BAUER, 2000). j) Aditivos estabilizadores ou inibidores de hidratao: estes aditivos podem reduzir ou at parar a hidratao do cimento e tem um importante papel na obteno do "selo verde". Alguns destes aditivos conseguem promover longos retardos na hidratao de at 72 horas, evitando o desperdcio de concreto no caso de sobra aps o final de uma concretagem, devoluo de concreto no estado fresco ou problemas de ltima hora como correo nas armaduras, atraso no transporte do concreto em caminhes betoneiras devido a

engarrafamentos e outros contratempos que podem atrasar o incio da entrega e concretagem, resultando no incio da pega, impossibilitando o lanamento deste concreto e causando grandes desperdcios de materiais e dinheiro (TOKUDOME, 2010). Mecanismo de ao: atua sobre as molculas do cimento atravs do encapsulamento das mesmas, bloqueando a reao com a gua. A intensidade do retardo se d pelo teor de aditivo utilizado.

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4.3

AGREGADOS Originrios na natureza em jazidas e artificialmente por ao do homem atravs de

uma rocha me por processos de britagem e moagem ou atravs de uma diversidade de processos industriais, podemos citar os mais convencionais o seixo, brita e areias como agregados para a confeco do concreto de cimento Portland. Pelo menos trs quartos do volume do concreto so ocupados pelos agregados. Anteriormente o agregado era tido como um material inerte, distribudo pelo meio da pasta de cimento, utilizado principalmente por razes de economia (NEVILLE, 1997), porm, a medida que pesquisas em torno do concreto avanaram, este ponto de vista seriamente questionado pois hoje sabe-se que certos minerais contidos na composio dos agregados podem reagir com pasta de cimento (reao lcali-agregado). De acordo com MEHTA et al. (1994), sabe-se que as propriedades de um agregado possuem significante influncia sobre a durabilidade e desempenho do concreto, propriedades as quais como composio mineral, forma e textura, aderncia a pasta de cimento, resistncia compresso, porosidade, absoro e teor de umidade podem elevar ou diminuir a qualidade do concreto. Na obteno de concretos com especificaes de qualidade mais rigorosas, utilizado agregados de pelo menos dois tamanhos, os quais podemos denominar de agregados grados, designados na maioria por seixo ou brita, e agregados midos, designados por areias. De acordo com a norma brasileira de agregados para concreto NBR 7211/05, os agregados grados e midos so classificados quanto ao seu tamanho atravs do peneiramento do material. Vale ressaltar que a norma diz respeito apenas a agregados de origem natural, portanto no se aplica a agregados obtidos de forma industrial. Agregado mido: agregado cujos gros passam pela peneira com abertura de malha de 4,75 mm e ficam retidos na peneira com abertura de malha de 150 m, em ensaio realizado de acordo com a ABNT NBR NM 248, com peneiras definidas pela ABNT NBR NM ISO 3310-1 (ABNT NBR 7211/05). Agregado grado: agregado cujos gros passam pela peneira com abertura de malha de 75 mm e ficam retidos na peneira com abertura de malha de 4,75 mm, em ensaio realizado de acordo com a ABNT NBR NM 248, com peneiras definidas pela ABNT NBR NM ISO 3310-1 (ABNT NBR 7211/05).

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4.4

GUA O cimento Portland, para se transformar em agente ligante necessita ser hidratado pela

gua. Com o decorrer do tempo, os produtos da hidratao do origem a uma massa firme e dura, a pasta de cimento endurecida (NEVILLE, 1997). De acordo com MEHTA et al. (1994), em 1918 no Instituto Lewis da Universidade de Illinois, um extenso programa de ensaios conduzidos por Duff Abrams determinou que a resistncia do concreto possui relao com o fator gugua/cimento empregado. O aumento da relao gua/cimento aumenta a trabalhabilidade do concreto, porm, vale ressaltar que, de uma forma geral, podemos admitir que a resistncia do concreto inversamente proporcional relao gua/cimento por ter uma ntima ligao com a porosidade. Isso se deve a processos de evaporao da gua e vazios entre partculas no hidratadas no cimento, deixando vazios dentro do corpo rgido do concreto (poros capilares), reduzindo suas capacidades fsicas e mecnicas devido o enfraquecimento da matriz da pasta de cimento. NEVILLE (1997) cita que um dos materiais conhecidos feito a base de cimento com maior resistncia tinha uma relao de gua/cimento de 0,08 e que depois de adensado, apresentou resistncia de 345 MPa. Com a aplicao de uma presso de 340 MPa e temperatura de 250C foi possvel alcanar resistncias de 660 MPa compresso axial e 64 MPa por compresso diametral. Isso se deve a baixssima porosidade dessas misturas dada a baixa relao gua/cimento e excelente adensamento. Diminuir a relao gua/cimento visando reduzir a porosidade sempre uma opo, porm o mesmo se torna pouco trabalhvel e adensvel. Para isto, utilizam-se aditivos qumicos plastificantes para contornar estas dificuldades. Outro papel importante da gua sua aplicao na cura durante os primeiros estgios do endurecimento, qual seu objetivo manter o concreto saturado ou mais prximo possvel desta condio para promover a hidratao do cimento e controle da temperatura (NEVILLE, 1997). fundamental a qualidade da gua utilizada nestes estgios de confeco do concreto. Impurezas contidas na gua podem interferir com a pega do cimento, comprometer a resistncia do concreto ou provocar o aparecimento de manchas na sua superfcie e pode tambm, resultar em corroso de armadura. Apesar do uso de gua no potvel ser satisfatrio, em muitas especificaes a qualidade da gua indicada est assegurada nas especificaes que rege a qualidade da gua potvel (NEVILLE, 1997).

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5

O METACAULIM Obter concretos com o menor custo e com rgidas especificaes no seu desempenho e

caractersticas sem comprometer sua qualidade final ou elevar demasiadamente os custos parece um desafio quando no se tem os materiais e conhecimento tcnico necessrios. O extensivo uso do concreto convencional nas obras da nossa regio ilustra essa situao. Muitos construtores seja por falta de interesse ou at mesmo desconfiana desconhecem que podem produzir em seus canteiros um concreto de desempenho e propriedades superiores com simples adies minerais e aditivos qumicos. O Metacaulim HP uma destas adies que tem como objetivo suprir essas necessidades dos construtores. Largamente utilizado na Europa, sia e Estados Unidos, o Metacaulim uma adio mineral de alta eficcia para concretos e produtos a base de cimento Portland, podendo inclusive ser utilizado em argamassas para revestimento. O produto Metacaulim HP, ao contrrio de outras adies minerais, no um rejeito industrial que em muitos casos no possuem controle de produo especfico. Por se tratar de uma pozolana de alta eficincia, possui normatizao, se enquadrando na norma brasileira de materiais pozolnicos (NBR 12653/92) e americana ASTM C618.

5.1

VISO DE SUSTENTABILIDADE Os impactos ambientais gerados pela indstria e consumo humano vm se tornando

uma preocupao cada vez maior no mundo visto alguns acontecimentos negativos observados nos ltimos anos em relao ao clima e desastres ecolgicos, consequncia da degradao do meio em que vivemos. Processos industriais relacionados produo do cimento Portland tem significante relevncia, sendo considerado como um dos principais responsveis em colaborar para esta degradao visto a grande quantidade de gs liberada na atmosfera, principal responsvel por atacar a camada de oznio que reveste a terra e nos protege dos raios solares, agravando o efeito estufa. VARGAS et al. (2006) atenta que a produo do cimento gera poluio e utilizao de recursos no renovveis (argila e calcrio) e utilizao de grandes quantidades de energia durante os processos industriais da fabricao. Para cada tonelada de cimento Portland fabricada gerada aproximadamente a mesma quantidade de .

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De acordo com SILVA JR. et al. (2009), a produo do Metacaulim gera, durante a calcinao, vapor de gua e uma areia quartzosa, usada como agregado mido. Comparando os impactos ambientais produzidos pelos processos industriais dos dois produtos, fica evidente que os impactos gerados na fabricao do Metacaulim so de menores propores. Como uma adio mineral para concretos de cimento Portland, substituir parte do trao correspondente ao cimento pelo Metacaulim automaticamente gera uma reduo na demanda do cimento, amenizando os impactos ambientais.

5.2

BENEFCIOS O uso da adio mineral Metacaulim no proporciona somente reduo nos impactos

ambientais. Por se tratar de uma pozolana de alta eficincia, as melhorias no desempenho, durabilidade e outras caractersticas do concreto so bastante apreciveis. De acordo com o fabricante, o uso da adio aumenta a resistncia mecnica do concreto compresso e trao, reduz a porosidade e capilaridade, tornando o concreto menos permevel, inibindo a penetrao e ao de agentes agressivos que podem reagir com a pasta de cimento e armadura da estrutura como cloretos e sulfatos, inibe reaes lcali-agregado e proporciona melhorias na zona de transio pasta de cimento e agregado. As figuras 5 e 6 mostram uma anlise comparativa pela microscopia eletrnica entre a pasta de referncia com cimento puro (esquerda) e a pasta contendo 8% de adio de Metacaulim HP (direita) em substituio ao cimento, ambas aos 28 dias. As regies mais escuras representam porosidades ou interstcios.

Figura 5: Sem Metacaulim (Metacaulim do Brasil Ltda., 2010)

Figura 6: Com Metacaulim (Metacaulim do Brasil Ltda., 2010)

5.3

COMPOSIO Oriundo da caulinita, o Metacaulim uma classe de materiais pozolnicos obtidos da

calcinao, entre 700C e 800C (NASCIMENTO, 2009). O processo qumico onde a caulinita transformada em Metacaulim descrita quimicamente na equao abaixo:

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.2

+2

Fonte: NASCIMENTO, 2009.

A adio constituda basicamente de 51% slica

e 41% de alumina

na fase amorfa (vtrea), formando silicato de alumnio, que ao se posicionarem entre as partculas de cimento preenchendo os vazios (ao de micro-filler), proporcionam alta reatividade com o hidrxido de clcio presente no concreto, portanto podemos dizer

que a adio proporciona a pasta de cimento reaes qumicas pozolnicas. Anlises realizadas por HELENE (2004) indicam outros compostos em menores propores como , , , , , e . A tabela 04 apresenta uma

comparao desta anlise com as especificaes fornecidas pelo fabricante, mostrando pouca diferena entre os teores.Tabela 04 - Anlise dos compostos do Metacaulim

% de compostos em xidos Fabricante 51% HELENE 51,57% 41% 40,5% < 3% 2,8% < 1% < 0,4% < 0,1 % < 0,5% < 0,1% < 0,5% 0,08% 0,18% -

Fonte: HELENE (2004) e Metacaulim do Brasil Ltda.

5.4

CARACTERSTICAS FSICAS O Metacaulim HP um material pulverulento de cor branca, com peso especfico

aproximadamente duas vezes menor que o cimento. As figuras 7, 8 e 9 representa provetas de vidro preenchida at a marcao da sua capacidade mxima de 500 ml com o cimento utilizado no programa de experimento (CP II-F 32), a adio mineral Metacaulim HP e gua como referncia, respectivamente. A tabela 05 apresenta o valor da massa registrada pela balana de preciso e a tabela 06 apresenta a caracterizao fsica do MetacaulimHP fornecida pelo fabricante.

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Figura 7: CP II-F 32.

Figura 8: Metacaulim HP. Tabela 05 - Massa dos materiais.

Figura 9: gua.

Material CP II-F 32 MetacaulimHP gua

Massa 551,50 g 271,24 g 500,00 g

Tabela 06 - Caracterizao fsica do MetacaulimHP

Determinao Resultado 1,88 rea Especfica Blaine (m/g) 0,33 Densidade Aparente (g/cm) < 0,1 Resduo na peneira #200 (%) Finura < 2,0 Resduo na peneira #325 (%)Fonte: BARBOSA et al. (2006)

5.5

MECANISMO DE AO O hidrxido de clcio presente no cimento um composto fraco e solvel. Os

compostos a base de slica da adio ao reagir com o hidrxido de clcio formam produtos mais resistentes, estveis, insolveis e com capacidades cimentcias, permitindo que sobre menos do composto para ser lixiviado devido sua caracterstica de ser um composto altamente solvel ou reagir com sulfatos, responsvel que possam gerar reaes potencialmente danosas, fissurando o concreto devido sua ao expansiva. Esta reao dos compostos do Metacaulim com o hidrxido de clcio so conhecidas esquematicamente como ou Gelenita e descrita quimicamente como .2 +5 5 . .2 .5 .

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6

O CONCRETO Para compreendermos as melhorias nas propriedades do concreto, devemos entender

aspectos bsicos dos elementos que o compe, estruturas e propriedades destes elementos e como eles se relacionam. Isso fundamental para que atravs de estudos e pesquisas possamos desenvolver ferramentas capazes de exercer algum tipo de controle sobre as propriedades do material. Essa diversidade de elementos, propriedades e estruturas o que confere ao concreto sua caracterstica heterognea. Constitudo de diversas fases, das quais, algumas so visveis vista humana (macroestrutura) e outras so observadas apenas com o auxilio de um microscpio eletrnico (microestrutura). Na figura 10, possvel identificar facilmente duas fases do concreto que so as partculas de agregado, encontrados em diversas formas e tamanhos, e a pasta endurecida que funciona como meio ligante para o agregado. De acordo com MEHTA (1994) a nvel macroscpico, consequentemente, o concreto pode ser considerado como um material bifsico, consistindo de partculas de agregado dispersas em uma matriz de cimento.

Figura 10: Seo polida de um corpo-de-prova de concreto (MEHTA & MONTEIRO, 1994).

Essa disposio de agregados na pasta de cimento no homognea, assim como, a prpria matriz de cimento tambm no . A densidade da massa de pasta e a disperso dos corpos nela so influenciadas pela quantidade de gua utilizada na hidratao. Isso porque o volume de vazios capilares na pasta diminui quanto menor for a relao gua/cimento e a medida que o tempo passa e a pasta hidrata. A relao da hidratao da pasta com o agregado pode ser considerada uma terceira fase. Durante a hidratao, devido s dimenses do agregado grado, forma-se uma pelcula de gua com uma relao gua/cimento maior do que a da pasta na face do agregado. Essa

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fase conhecida como zona de transio. Apesar de delgada, de 10 a 50 m, e frgil, em relao a pasta ou o agregado, esta zona de fundamental importncia, pois exerce enorme influencia no futuro comportamento mecnico do concreto. Isso porque, ao contrario do agregado, a zona de transio e a pasta de cimento continuam a hidratar, ou seja, continuam a formar novos compostos medida que a gua reage com os diversos compostos contidos naquelas e nos agregados, alm de ambas, a pasta e a zona de transio, estarem sujeitas a influencia do tempo, temperatura e umidade ambiente. Alm destes fatores, a zona de transio tambm pode ser influenciada pela forma e estrutura fsica do agregado. Quanto maior o tamanho do agregado no concreto e mais elevada a proporo de partculas chatas e alongadas, maior ser a tendncia do filme de gua se acumular prximo a superfcie do agregado, enfraquecendo assim a zona de transio pasta-agregado (MEHTA & MONTEIRO, 1994). Este filme de gua espesso conhecido como exsudao interna. Esse acmulo de gua altera a relao gua/cimento e reduz drasticamente a resistncia da zona de transio, pois no momento em que a pasta esta hidratando, ocorre maior formao de cristais grandes, como o hidrxido de clcio e cavidades capilares ou vazios. A figura 11 exemplifica, respectivamente, uma boa hidratao, baixa relao gua/cimento, e uma hidratao ruim, alta relao gua/cimento ao romper o corpo de prova. A esquerda, podemos observar a ruptura do agregado ao meio devido boa hidratao que ocorreu devido a produo de uma zona de transio resistente aps 28 dias de hidratao. J a imagem da direita apresenta um concreto de baixa adeso entre o agregado e a pasta endurecida, evidenciado pelo fato do corpo de prova ter rompido na superfcie do agregado. Isso porque a exsudao interna aumentou a relao gua/cimento na zona de transio e favoreceu a produo de cristais grandes e estruturas porosas. O volume e tamanho dos vazios so importantes, pois a principal fora de coeso entre as estruturas da pasta de cimento so as foras de atrao de Van der Waals.

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Rompimento no agregado

Rompimento em torno dono agregado

fck = 45 MPa

fck = 25 MPaFigura 11: Ruptura de corpos de prova (TECNOSIL, 2010).

O cimento Portland tem como matria prima o clnquer, cujas principais composies qumicas minerais so , , e . Quando na presena da gua os compostos de

clcio passam a integrar a soluo sob diversas formas inicas, aps alguns minutos comeam a se formar os primeiros cristais conhecidos como entrigita e horas depois formam se os cristais de hidrxido de clcio e silicatos de clcio hidratados. Segundo MEHTA et al. (1994), numa boa hidratao da pasta de cimento Portland na elaborao de concretos, o volume de slidos ser constitudo 50% a 60 % de silicatos de clcio hidratado (representado simbolicamente por ), 20% a 25 % de hidrxido de

clcio, 15% a 20 % de sulfoaluminatos de clcio (entrigita), mais gros de clnquer no hidratado. A pasta endurecida ainda apresenta dois outros componentes: vazios e gua. O primeiro pode apresentar se sob forma de vazios capilares, ar incorporado e espao interlamelar no . A gua pode estar presente em cinco condies: gua capilar,

gua livre, gua absorvida, gua interlamelar e gua quimicamente combinada. O acrscimo de resistncia zona de transio ao longo dos dias e meses justifica-se pela lenta hidratao que a mesma sofre em relao pasta de cimento, hidratao essa que pode produzir cristalizaes menores entre os cristais de entrigita e o hidrxido de clcio o que aumenta a densidade, logo a resistncia, da zona de transio. (MEHTA & MONTEIRO, 1994).

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Devido porcentagem que representa na pasta hidratada, o

o produto

crucial na determinao das caractersticas da matriz uma vez que sua morfologia, fibras pouco cristalinas ou um reticulado cristalino, favorece a aglomerao do mesmo e aumenta a resistncia devido s foras de atrao de Wan der Waals. O Metacaulim por ser um composto a base de slica e alumina, ao reagir com a pasta, produzir um novo

melhorando assim a resistncia do concreto compresso e reduzindo a quantidade e tamanho dos poros na microestrutura.

6.1

PROPRIEDADES

6.1.1 Resistncia e Porosidade A resistncia dos materiais slidos inversamente proporcional a porosidade, por isso os pequenos cristais de so to importantes para esta propriedade. O silicato de

clcio hidratado reduz a porosidade e aumenta a resistncia, pois ele contribui com as foras de atrao entre as partculas e cria uma forte adeso entre os cristais de hidrxido, gros de clnquer no hidratados e o agregado grado e mido. A espessura dos capilares do concreto varia de acordo com a idade do concreto, ento, para alcanarmos a resistncia de acordo com a norma NBR 6118/04, necessrio um grau de hidratao adequado, o qual ir depender da relao gua/cimento, composio qumica do cimento, eventuais adies e da cura (NBR 5738/08). Atentando ao fato de que 1 cm de cimento produz 2 cm de produto de hidratao, atravs de clculos simples Powers demonstra o volume de vazios no solido. Adotando um volume de 100 cm de cimento e 200 cm de gua, ou seja, 300 cm de volume de pasta, aps a hidratao completa sero produzidos 200 cm de slidos, de forma que o volume de cimento hidratado a 7, 28 e 365 dias 50, 75 e 100 %, respectivamente, o volume calculado de slidos (cimento anidro mais produtos de hidratao) de 150, 175 e 200 cm. O volume de vazios capilares pode ser obtido pela diferena entre o volume total disponvel e o volume total de slidos. Este de 50, 42 e 33 %, respectivamente aos 7, 28 e 365 dias de hidratao. (MEHTA & MONTEIRO, 1994).

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Figura 12: Variao na porosidade capilar com relaes gua/cimento e graus de hidratao diferentes (MEHTA & MONTEIRO, 1994).

Aps a hidratao a pasta no dimensionalmente estvel, e quando exposta umidade ambiente inferior a 100%, a matriz comea a desidratar e sofrer retrao, o que pode ocasionar em fissuras. Essa secagem ocorre medida que as molculas de gua contidas na pasta, gua absorvida e gua capilar, so perdidas. A ausncia dessa gua nos capilares e nos espaos entre as microestruturas slidas acarreta numa menor presso hidrosttica e na perda da presso de desligamento respectivamente, o que causa as fissuras por retrao. O plano de cura do concreto nos dias seguintes visa manter a temperatura e a umidade no interior da pasta saturada, evitando assim a perda de gua para o ambiente ou o excesso de calor no interior da mesma. A cura mantm a gua incorporada na mistura at que os produtos de hidratao comecem a se formar (pega do cimento), ou seja, a cura adequada durante o tempo ideal (28 dias) garante no apenas as resistncias satisfatrias para o tipo de cimento utilizado, mas tambm resistncia mais alta como mostra a figura 10. Essa hidratao completa produz uma

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matriz com menos e menores poros, reduzindo tambm a permeabilidade do concreto (NEVILLE, 1997). A figura 13 ilustra esta situao em um concreto de diferentes dias de idade com uma relao gua/cimento igual a 0,50.

Figura 13: Influencia da cura mida sobre a resistncia do concreto (NEVILLE, 1997).

Existem vrios mtodos de cura que abrangem diversas situaes, desde estruturas com pequenas dimenses, pavimentos e/ou lajes extensas e corpos cilndricos. No caso deste trabalho ser utilizada a cura mida de acordo com a norma NBR 5738/08 para corpos cilndricos ou prismticos. Essas caractersticas e fatores abordados so indispensveis na elaborao de concretos de alto desempenho e vida til prolongada.

6.1.2 Permeabilidade A forma como decorre a hidratao e a cura do concreto exerce influencia direta sobre a porosidade da estrutura slida final e justamente atravs destes poros que ocorre o transporte de fluidos viscosos e ons em poros preenchidos com gua. Essa taxa de fluxo viscoso de fluidos o que define permeabilidade. Esta a propriedade que controla a taxa de fluxo de um fluido para o interior de um slido poroso, sendo esta influenciada pela taxa de fluxo do fluido, pela viscosidade do mesmo, pela presso, pela rea de superfcie em contato com o liquido e pela espessura da estrutura. A permeabilidade tambm esta relacionada com a dimenso dos agregados. Segundo MEHTA et al. (1994), quanto maior o agregado, maior ser o coeficiente de permeabilidade, isto porque partculas grandes de agregados favorecem a exsudao interna da pasta de cimento, produzindo assim uma zona de transio muito porosa e frgil. As microfissuras geradas na zona de transio apesar de muito pequenas, ainda sim so maiores que as da

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matriz do concreto, estabelecendo dessa forma interconexes que aumentam a permeabilidade do sistema. A quantidade e espessura dessas fissuras representam fatores, os quais intensificam a corroso pelo fato de promoverem o deslocamento dos agentes agressivos na direo da armadura. (CASCUDO, 1997). Por exemplo, a carbonatao: Esta comprovado que o processo de carbonatao ocorre preponderantemente ao longo das paredes da fissura e esta carbonatao, mais rpida que as demais, vai contribuir para a acelerao do aparecimento de clulas de corroso, devido s diferenas de pH e de acelerao decorrentes da carbonatao. (HELENE, 1997). Ou seja, as fissuras aumentam a permeabilidade da matriz de cimento o que ocasiona o inicio precoce da corroso, comprometendo ento a durabilidade da estrutura.

6.1.3 Durabilidade Atualmente a durabilidade um dos principais focos de estudos na rea dos materiais, incluindo o concreto que com o aquecimento da indstria da Engenharia Civil em Belm nos ltimos anos (O Liberal, Edio de 25/04/2010) aumentou ainda mais o seu consumo e produo. Tanto em obras residenciais quanto em obras onde o contato com a gua continuo como as de saneamento ou uma ponte, o concreto est exposto ao seu principal agente de deteriorao, a gua. por esse motivo que a durabilidade dele est intimamente ligada a duas importantes propriedades, a porosidade e a permeabilidade, assim quaisquer defeitos fsicos, como fissuras e/ou agentes agressivos a pasta alcalina veiculados pela gua contribuem de forma negativa para a durabilidade e consequentemente desempenho do concreto. De acordo com o comit 201 do ACI2 (1991), durabilidade do concreto de cimento Portland definida como a sua capacidade de resistir s intempries, ataques qumicos, abraso ou qualquer outro processo de deteriorao; isto , o concreto durvel conservar a sua forma original, qualidade e capacidade de utilizao quando exposto ao seu meioN.T. - American Concrete Institute. Guide to Durable Concrete: reported by ACI committee 201.2R. ACI Manual of Concrete Practice. Detroit, 1991. Part 1.2

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ambiente. (MEHTA & MONTEIRO, 1994). Assim, durabilidade o mesmo que uma vida longa til sem que haja necessidade de reparos ou intervenes devido a patologias desenvolvidas ao longo dos anos, porm nada impede que as estruturas necessitem de manuteno e superviso peridica uma vez que o meio ambiente pode prejudicar seu desempenho, ou seja, a manuteno da estrutura garante a vida til do material, mas nenhum material possui vida eterna. Dessa forma, pode-se afirmar tambm que a vida til de um material chega ao fim a partir do momento que suas propriedades encontram se comprometidas a tal ponto que a utilizao do mesmo passa a ser insegura ou invivel economicamente. A partir do momento em que as empresas investem na tecnologia dos materiais utilizados na execuo das obras elas garantem um produto de qualidade, economia em intervenes prematuras e a segurana dos usurios e consumidores, alm de estar dando um importante passo em direo a conscincia ecolgica e a sustentabilidade. O Metacaulim HP contribui para o prolongamento da vida til do concreto, pois ele reduz a porosidade, que por sua vez est associada permeabilidade do concreto que junto da gua so os principais veculos de deteriorao de estruturas porosas. A gua importante durante a hidratao do concreto, mas tambm um poderoso solvente capaz de penetrar nos finos poros do concreto endurecido e transportar agentes agressivos como ons e substncias cidas dissolvidas, alm da mesma por si s j ser um agente de deteriorao. No que diz respeito permeabilidade e a porosidade, a segunda a mais indicada quando o objetivo analisar e definir parmetros sobre a durabilidade do concreto. Isso porque a permeabilidade a medida do fluxo de um liquido sob presso em materiais saturados, em quanto que a porosidade est mais associada absoro capilar que mede o mesmo fluxo, porm em materiais no saturados que so as estruturas de concreto. Alm do fato de que a velocidade de absoro ser maior que a de permeabilidade, ou seja, esta propriedade pode exercer muito mais influencia no transporte de agentes agressivos atravs dos poros (HELENE, 2001). Assim, com base na grande diversidade de agentes agressivos e os ambientes onde os mesmos encontram se apresentamos duas tabelas. A Tabela 7 relaciona o nvel da agressividade ao risco de danos estruturais, assim quanto maior for o nvel e o risco maior ser a classe de agressividade. A tabela 8 relaciona a classe de agressividade do ambiente em funo das condies de exposio.

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Tabela 07 - Classes de agressividade ambiental.

Classe de agressividade Agressividade Risco de deteriorao da estrutura I Fraca Insignificante II Mdia Pequeno III Forte Grande IV Muito forte ElevadoFonte: ABNT NBR 6118/08. Tabela 08 - Classes de agressividade do ambiente em funo das condies de exposio. Micro-clima Interior das edificaes Exterior das edificaes Macro-clima mido ou ciclos2 de Umido ou ciclos4 de molhagem e Seco1 Seco3 molhagem e secagem secagem UR 65% UR 65% Rural I I I II Urbana I II I II Marinha II III III Industrial II III II III Especifico II III ou IV III III ou IV Respingos de mar IV Submersa 3m I Solo No agressivo, I mido e agressivo II, III ou IV Notas: 1. Salas, dormitrios ou ambientes com concreto revestido com argamassa e pintura. 2. Vestirios, banheiros, cozinhas, garagens, lavanderias. 3. Obras no interior do nordeste do pas, partes protegidas de chuva em ambientes predominante secos. 4. Incluindo ambientes quimicamente agressivos, tanques industriais, galvanoplastia, branqueamento em indstrias de celulose e papel, armazns de fertilizantes, indstrias qumicas. Fonte: HELENE, 2001.

Segundo HELENE (2001), devido aos diversos meios agressivos, para cada um deles desenvolveu-se um tipo de concreto com resistncia especifica quele meio, resistncia essa definida pelos tipos de materiais utilizados e dosagem adotada na elaborao do mesmo, ou seja, tais especificidades esto diretamente ligadas aos elementos que definem as propriedades do concreto, so eles: Tipo e consumo de cimento; tipo e consumo de adies; relao gua/cimento; natureza e .

do agregado.

Porm, no faria sentido um concreto de excelente qualidade sem algumas concepes de grande relevncia a serem adotadas em projeto e pelos usurios, como ressalta a NBR 6118/03: Prever drenagem eficiente;

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evitar formas arquitetnicas e estruturais inadequadas; garantir concreto de qualidade apropriada, particularmente nas regies superficiais dos elementos estruturais; garantir cobrimentos de concreto apropriados para proteo das armaduras; detalhar adequadamente as armaduras; prever espessuras de sacrifcio ou revestimentos protetores em regies sob condies de exposio ambiental muito agressiva; definir um plano de inspeo e manuteno preventiva. essencial que o concreto seja projetado para resistir aos mais diversos ambiente, ou seja, ele deve ter qualidade suficiente para combater tais agressividades do meio ambiente, porm algumas medidas devem ser adotadas j na fase de projeto. (SILVA JR., 2001) Existe no mercado cimento Portland adequado para diversos casos, dentre eles, s patologias abordadas neste trabalho, tais como, CP I e CP V sem adies, com propriedades capazes de reduzir a profundidade de carbonatao e os CP III e CP IV com adio extra de slica ativa e cinza de casca de arroz, que confere a eles a capacidade de reduzir a penetrao de cloretos. A adio do Metacaulim HP visa beneficiar estas caractersticas adquiridas durante a produo do cimento pois a qualidade final da espessura de cobrimento que confere proteo armadura da estrutura e uma boa proteo e evita o surgimento de possveis patologias precoces, garantindo economia em manutenes e tambm a durabilidade da estrutura. HELENE (2001) afirma que quaisquer medidas adotadas durante a elaborao do projeto, visando durabilidade da estrutura so mais convenientes, seguras e baratas, ou seja, muito mais vantajoso que recorrer a medidas protetoras adotadas posteriormente. A questo econmica crucial para as empresas em vista do mercado competitivo e cada vez mais exigente no que diz respeito qualidade da estrutura. O mtodo mais prtico e econmico de se combater a corroso o mtodo preventivo. (CASCUDO, 2001). O grfico na figura 14 mostra que o custo da interveno assemelha se ao de uma progresso geomtrica de razo 5, conhecida por lei dos 5 ou regra de Sitter. Ele representa a evoluo dos custos em funo da fase da vida da estrutura na qual a interveno feita.

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Figura 14: Custo relativo da interveno (HELENE, 2001).

Este grfico pode ser compreendido da seguinte forma: Fase de projeto: qualquer ao executada nesta fase visando melhorar a proteo e aumentar a durabilidade da estrutura gera um custo associado ao nmero 1 (um); fase de execuo: medidas tomadas aps o inicio da construo visando o mesmo nvel de proteo e durabilidade que o da fase de projeto, so associadas ao numero 5 (cinco), ou seja, um custo cinco vezes maior do que se tivesse sido adotada na fase de projeto. Tais medidas surtem o efeito desejado, porm sem a mesma eficcia e economia. fase de manuteno preventiva: esta fase prevista no decorrer da vida til da estrutura e consistem de medidas necessrias para assegurar a durabilidade da estrutura e podem custar at 25 vezes em relao a medidas tomadas na fase do projeto, porm ainda sim so 5 (cinco) vezes mais econmicas que estruturas, as quais j tenham apresentado problemas patolgicos. fase de manuteno corretiva: esta fase enquadra as estruturas com vida til comprometida, ou seja, j manifestam algum tipo de patologia. A correo de tais problemas corresponde a um custo 125 vezes maior do que se medidas adequadas tivessem sido adotadas na fase de projeto, lembrando se trata se do mesmo nvel de durabilidade para as quatro fases.

Com base nestes fatores fica evidente a necessidade de investir se cada vez mais em novos materiais, tecnologias e mtodos executivos. O fator econmico facilmente tambm justifica uma necessidade cada vez maior de se investir em projetos a fim de melhorar a qualidade das estruturas e garantir maior vida til as mesmas.

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Um dos modelos de vida til das estruturas mais conhecidos era o proposto por Tuutti em 1982, at que em 1993, Helene sugeriu que a vida til das estruturas pode ser dividida em trs etapas. A figura 15 vale se de uma das patologias mais importante e conhecida cientificamente, a corroso de armaduras, a qual abrange diversos mecanismos de deteriorao, para demonstrar o ciclo de vida til de uma estrutura.

Figura 15: Conceituao de vida til das estruturas de concreto tomando-se por referncia o fenmeno de corroso das armaduras (HELENE, 2001).

A primeira fase corresponde ao tempo decorrido at a despassivao da armadura, esse perodo denominado vida til de projeto. No momento que a carbonatao ou a frente de cloretos atingirem a armadura ser o marco final desta fase, porm no quer dizer que haver corroso expressiva, mas ainda sim tal limite deve ser adotado e justificar a vida til no projeto da estrutura respeitando a segurana; A segunda fase inicia a partir do surgimento das primeiras patologias, manchas na superfcie do concreto, fissuras ou destacamento de cobrimento. Este perodo chamado vida til de servio, pois a estrutura ainda capaz de desempenhar sua funo com qualidade, mas j um sinal da necessidade de futuras intervenes. A fase final de uma estrutura dar se no momento de sua ruptura ou colapso parcial ou total da mesma, por isso esta denomina se vida til ltima ou total. A estrutura j apresenta reduo significativa da seo e a aderncia da armadura j esta comprometida.

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Neste modelo ele tambm introduziu o conceito de vida til residual a qual esta associada ao perodo no qual a estrutura ainda capaz de desempenhar suas funes. Onde o inicio o final desde perodo pode variar de acordo com o momento em que a estrutura avaliada e as patologias que ela pode apresentar.

Segundo ANDRADE (1992), quando tratamos da despassivao da armadura, um fator importante a espessura mnima de cobrimento da armadura, pois a durabilidade do concreto armado proveniente da proteo que esse cobrimento oferece estrutura. Essa barreira confere armadura dois tipos de proteo contra corroses. Uma proteo fsica que protege o ao do ataque de agentes agressivos externos, oxignio e umidade (gua) (HELENE, 1993) e uma proteo qumica, pois a caracterstica alcalina do concreto, devido principalmente ao , produz uma camada passiva, como

uma pelcula, sobre a armadura que a protege por tempo indeterminado (ANDRADE, 1992). A principal funo desses cobrimento, passivao da armadura, proteger contra impactos mecnicos e fsicos, e simultaneamente garante a estabilidade qumica da pasta. (HELENE, 1997). O concreto de cobrimento tem a finalidade de proteger fisicamente a armadura e propiciar um meio alcalino elevado que evite a corroso por passivao do ao (HELENE, 1997). Vale ressaltar que o cobrimento ideal no se da atravs de um cobrimento muito espesso, nem muito fino, o que se deseja muita qualidade. Esta sim a verdadeira responsvel pela proteo do concreto e da armadura. Uma pesquisa coordenada por HELENE (2001) apresentou dois bacos provenientes de formulaes utilizadas na determinao do cobrimento para dois casos de despassivao j conhecidos, carbonatao em faces externa de componentes estruturais expostos intemprie e difuso de cloretos em faces externas de componentes estruturais expostos zona de respingos de mar. Os bacos apresentam como podemos mesclar combinaes de espessura de cobrimento e resistncia (qualidade) de concreto, a fim de obter se uma vida til especifica para os respectivos fenmenos. Quanto menor a espessura de cobrimento, melhor deve ser a qualidade do concreto, ou, para concretos de baixa qualidade, faz-se necessrio cobrimento mais espesso.

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O baco da figura 16 corresponde ao baco para obteno da espessura de cobrimento de armadura em funo do ambiente onde predomina o gs carbnico como agente agressor (zona urbana, industrial, marinha ou rural), do concreto (C10 a C50) e da vida til desejada (1 a 100 anos). Caso sejam utilizados cimentos Portland com escria de alto forno ou com pozolanas, as espessuras mnimas caractersticas de cobrimento de concreto armadura devem ser aumentadas em pelo menos 20% e 10% respectivamente. bacos similares so disponveis para outras condies de exposio.

Figura 16: baco para obteno da espessura de cobrimento s armaduras em funo do ambiente onde predomina o gs carbnico (HELENE, 2001).

O baco da figura 17 corresponde ao baco para obteno da espessura de cobrimento de armadura onde predomina um ambiente para estruturas expostas variao de mar e/ou respingos, a qual pode ser considerada uma das situaes mais severas para o concreto armado, do concreto (C10 a C50) e da vida til desejada (1 a 100 anos). Caso sejam utilizadas adies de 8% de slica ativa ou empregados cimentos Portland com teor de 12%, as

espessuras mnimas caractersticas de cobrimento de concreto armadura podem ser reduzidas em 20%. bacos similares so disponveis para outras condies de exposio.

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Figura 17: baco para obteno da espessura de cobrimento s armaduras em funo do ambiente onde predomina exposio zona de respingos de mar (HELENE, 2001).

Com base na analise de ambos os bacos, conclumos que a espessura mnima de cobrimento e a alta qualidade nas propriedades do concreto, aliadas, so fundamentais no combate as diversas patologias as quais as estruturas esto sujeitas. Conhecendo agora os conceitos bsicos da durabilidade e os elementos que a influenciam, podemos compreender melhor o ataque de alguns agentes agressivos e seus mecanismos.

6.1.4 Patologias A corroso se processa atravs da interao das estruturas de concreto com o meio ao qual elas esto expostas ou atravs da incorporao destes agentes agressivos a pasta de cimento. So diversos os meios de deteriorao e as patologias manifestadas pelas estruturas, e uma das mais encontradas a corroso de estruturas de concreto armado. Os estudos nessa rea fundamental para a compreenso desses problemas e desenvolvimento de

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procedimentos e tecnologias, como a aplicao de aditivos qumicos e adies minerais como o Metacaulim. Com base em dados de pesquisas realizadas por VELOSO (2002), podemos ter um parmetro do volume de recursos que so destinados a manuteno e recuperao de estruturas debilitadas devido corroso das armaduras. No Reino Unido, as pontes das grandes autopistas, devido s condies severas de corroso, tm os custos de recuperao estimados em mais de US$ 1 bilho. No Brasil, 20% a 58% dos problemas em pontes, viadutos e outras estruturas em ambientes marinhos e industriais so provocados por corroso das armaduras. E na Amaznia aproximadamente 60% dos casos de patologias em estruturas apontam a corroso das armaduras como principal causa (VELOSO, 2002). A corroso de armaduras marcada pela depreciao do ao, atravs de processos qumicos ou eletroqumicos provenientes da contaminao por agentes ativos encontrados no meio ambiente em que a estrutura se localiza. Dentre os processos de corroso do concreto armado, os pertinentes a este trabalho so a expanso por exposio a sulfatos, a despassivao da armadura por carbonatao e a despassivao devido ao elevado teor de cloretos por absoro capilar. Segundo HELENE (2001), a primeira patologia citada ocorre devido presena de fludos contaminados com sulfatos em contato com a estrutura, estes compostos reagem com a pasta de cimento hidratada e possibilitam reaes expansivas e deletrias. Vale ressaltar que esses agentes agressivos no esto apenas relacionados a guas martimas ou industriais, mas tambm aos solos midos, ou seja, qualquer fundao pode ou no estar sujeita a este problema. As caractersticas que evidenciam estas reaes so a perda de dureza e resistncia superficial do concreto, alm a reduo de pH nos poros o que pode acarretar na despassivao da armadura. Segundo MEHTA et al. (1994), alguns casos de expanso e fissurao por ataque de sulfatos so conhecidos. O primeiro caso, devido presena de hidrxido de clcio em contato com ons sulfato converte o monossulfato hidratado ( sulfatada ( abaixo: .3 . . . ) da pasta de cimento na sua forma altamente

), conhecida como entrigita, e que ocorre de acordo com a reao

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.

.

+2

+ 2 + 12

.3

.

O segundo caso ocorre mediante a presena de ctions na soluo de sulfato que podem ser de sdio ( ou magnsio ( 2 ), dessa forma o hidrxido de clcio e o

da pasta de cimento podem ser convertidos em gipsita devido ao ataque. As

reaes procedem da seguinte forma: + + 3 +3 .2 .3 +8 +2 +2 3 . .2 .2 + +3 +2 . +2

No ataque por sulfato de sdio a formao do hidrxido de sdio garante a alcalinidade da pasta e possibilita a estabilidade do (principal responsvel pela

resistncia do concreto). No outro caso, ataque por sulfato de magnsio, h formao de hidrxido de magnsio que pouco alcalino e compromete a estabilidade do que

passa a ser atacado pela soluo de sulfato. Portanto o ataque por sulfato de magnsio mais severo.

Figura 18: Ataque por sulfato no concreto ma Barrage, de Fort Peck, 1971 (MEHTA & MONTEIRO, 1994).

A segunda patologia, representada na figura 19, associada carbonatao, ocorre atravs da penetrao de gs carbnico por meio da difuso, reage com os compostos alcalinos e reduz o pH da pasta. Pelo fato de envolver gases, as estruturas sujeitas a esta patologia so as envolvidas em ciclos de molhagem e secagem ou as expostas umidade

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relativa (UR) ambiente que no intervalo de 60% a 98% tende a favorecer a despassivao deletria. Em ambientes de umidade favorvel o dixido de carbono ( poros da estrutura e formar o cido carbnico ( ) pode diluir se nos

), o qual pode reagir com diversos ) que reagir

componentes da pasta de cimento, formando assim o carbonato de clcio ( com o hidrxido de clcio ( o

). Estas reaes consomem os lcalis do concreto, como

, e reduz o pH da pasta, ou seja, compromete sua estabilidade. O meio cido que permite o avano do processo: + 2 + + 2 + 2 + 2 e sua

proporcionado pelo

O principal responsvel pela alcalinidade da pasta de cimento o

carbonatao provoca a reduo do pH do concreto de 12,5, aproximadamente, para valores na faixa de 8,5 a 9,0. Essa acidez compromete a pelcula de passivao que protege a armadura, o que torna a estrutura suscetvel corroso. (CASCUDO, 2001). Vale observar que a carbonatao no se processa profundidades ilimitadas do concreto. Existe uma frente que mede o progresso da reao conhecida como Frente de Carbonatao, a qual situa se entre as duas zonas de pH formadas com a carbonatao. A zona carbonatada possui um pH da ordem 9,0 enquanto que a zona no-carbonatada possui um pH da ordem de 12,0. Ou seja, a armadura ser passvel de corroso apenas se a frente de carbonatao a atingir e despassivar. Algumas substncias podem ser usadas para leitura da profundidade de carbonatao, como a fenolftalena que ao entrar em contato com o concreto identifica a zona no carbonatada num tom de vermelho e a zona carbonatada permanece incolor. (ANDRADE, 1992). Este fenmeno no observado externamente na estrutura at que o mesmo alcance a armadura, quando ento podem ocorre manchas, fissuras, destacamentos, perdas de seo e/ou aderncia, comprometendo assim partes da estrutura ou ela como um todo.

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Figura 19: Carbonatao em corpo de concreto armado (viga), (Construtora Geminiani Luigi, 2010).

A terceira patologia a despassivao por ons cloreto, representada na figura 20. Os ons podem estar presentes na estrutura de duas maneiras: ons cloro incorporado pasta de cimento durante sua elaborao (cloreto intrnseco), atravs de aceleradores de pega, gua de amassamento, agregados, entre outros, e o cloreto derivado do meio externo (cloreto extrnseco), comum em ambiente marinho, ou nvoa salina, entre outros. Segundo HELENE (1986), a incorporao de ons cloretos (on ) pode dar se de

forma involuntria atravs de aditivos aceleradores de pega que possuam o Cloreto de Clcio ( ) como base, agregados oriundos de regies prximas ao mar e gua contaminada, ou ) e cido Muritico utilizado comumente na

salobras contendo Cloreto de Sdio ( limpeza de pastilhas e pisos.

De acordo com CASCUDO (1997), os principais mecanismos de transporte responsveis pela concentrao inica dos cloretos e contaminao no concreto so: a absoro capilar, a difuso inica, a permeabilidade sob presso e a migrao inica. Esse deslocamento extremamente influenciado pela estrutura porosa do concreto endurecido, alm de outros fatores, como, elevadas temperaturas e fissuras favorecem a mobilidade desses ons cloreto, em quanto que cimentos com alta concentrao de incio da corroso. As estruturas de concreto sujeitas a esse agente so as prximas a regies litorneas, reservatrios de gua tratada, piscinas, dentre outros. Podemos ento afirmar que a primeira, regio litornea, enquadra se na orla de Belm e a ltima pode ser observada na maioria dos novos condminos construdos atualmente. As consequncias desta patologia so retardam o tempo de

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semelhantes as do caso anterior; manchas, fissuras, destacamentos, perdas de seo e/ou aderncia, comprometendo assim partes da estrutura ou ela como um todo.

Figura 20: Ataque por cloretos (Reparo em concreto, 2010).

7

PROGRAMA DE EXPERIMENTOS A parte experimental da pesquisa foi executada no laboratrio de materiais de

construo da Universidade da Amaznia - UNAMA campus Alcindo Cacela durante o perodo do segundo semestre do ano de 2010.

Figura 21: Laboratrio de materiais de construo.

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O experimento envolveu a confeco de corpos de prova cilndricos de concreto nas dimenses de 10 x 20 cm no trao de 1,00 : 1,59 : 2,59 : 0,52. Este trao apresentado servir de referncia para a anlise das mudanas proporcionadas pela adio mineral Metacaulim HP. Foram realizadas diferentes porcentagens de adio por substituio em massa de cimento de 6%, 10% e 14% pela adio mineral, sem alterao na proporo de areia, seixo e relao gua/cimento do trao. Foi empregado o uso de aditivo qumico superplastificante em diferentes dosagens, seguindo as recomendaes de dosagem de acordo com os manuais fornecidos pelo fabricante. Houve variao na quantidade de aditivo utilizado em cada trao devido a mudana na trabalhabilidade do concreto de acordo com o aumento do uso da adio mineral Metacaulim HP. Os traos utilizados esto representados na tabela 9.Tabela 09 - Traos utilizados no programa de experimento.

Trao cimento : adio : areia : seixo : a/c Aditivo 1,00 : 0,00 : 1,59 : 2,59 : 0,52 0,3% Controle 0,94 : 0,06 : 1,59 : 2,59 : 0,52 0,5% 06% de adio (Metacaulim HP) 0,90 : 0,10 : 1,59 : 2,59 : 0,52 0,7% 10% de adio (Metacaulim HP) 0,86 : 0,14 : 1,59 : 2,59 : 0,52 0,9% 14% de adio (Metacaulim HP)

7.1

MATERIAIS Os materiais empregados na confeco dos traos foram: Cimento: o cimento utilizado nos experimentos foi o cimento Portland composto de

filler (CP II-F 32) fabricado pela empresa Poty (grupo Votorantim). Adio mineral: a adio mineral empregada foi o Metacaulim HP branco, fabricado pela empresa Metacaulim do Brasil Ltda. Aditivo qumico: o aditivo qumico empregado (figura 22) foi o aditivo superplastificante de 3 gerao com base em policarboxilato Structuro 105, fabricado pela empresa Anchortec Ltda. Todos os teores da adio utilizadas nos traos esto de acordo com as recomendaes descritas no manual do fabricante que compreende o intervalo de 0,3% a 1,5% sobre a massa do cimento.

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Figura 22: Aditivo Superplastificante Structuro 105 da Anchortec Ltda.

Agregrado grado: foi utilizado como agregrado grado seixo rolado proveniente de jazidas de Ourm-PA. A caracterizao deste agregado est representada na tabela 10.Tabela 10 - Caracterizao do seixo rolado.

Peneiras (mm) Massa retida (g) % retida % retida acumulada Mtodo de ensaio 25 19 12,5 9,5 6,3 4,8 2,4 1,2 0,6 0,3 0,15 Fundo Total Massa especfica Massa unitria Mdulo de finura Dimetro nximo 0 0 387,34 1267,60 1342,29 751,82 0 0 0 0 0 1250,95 5000 0 0 7,75 25,35 26,85 15,04 0 0 0 0 0 25,02 100 0 0 7,75 33,10 59,94 74,98 74,98 74,98 74,98 74,98 74,98 100 1,55 Kg/dm 1,67 Kg/dm 4,83 19 mm

NBR NM 248

NBR NM 52 NBR NM 7251 NBR NM 248 NBR NM 248

Agregrado mido: foi utilizado como agregado mido areia fina. A caracterizao deste agregado est representada na tabela 11.

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Tabela 11 - Caracterizao da areia fina.

Peneiras (mm) Massa retida (g) % retida % retida acumulada Mtodo de ensaio 4,8 2,4 1,2 0,6 0,3 0,15 Fundo Total Massa especfica Massa unitria Mdulo de finura Dimetro mximo 3,13 14,21 38,67 128,0 715,09 41,02 59,88 1000 0,313 1,421 3,867 12,800 71,509 4,102 5,988 100 0,313 1,734 5,601 18,401 89,91 94,012 100 2,57 Kg/dm 1,65 Kg/dm 1,20 1,2 mm

NBR NM 248

NBR 9776 NBR NM 7251 NBR NM 248 NBR NM 248

7.2

PROCEDIMENTOS Os materiais foram misturados em uma betoneira do tipo planetria. Os agregados

grados (seixo rolado) foram adicionados na betoneira e saturados com parte da gua de amassamento do trao, seguido do cimento, areia e Metacaulim HP no caso dos traos que receberam diferentes teores da adio, e por fim o resto da gua de amassamento com o aditivo superplastificante foram adicionadas mistura. Aps a homogeneizao da mistura na betoneira, deu-se incio a modelagem corpos de prova cilndricos de dimenses 10 x 20 cm. 24 horas depois foi feito o desmolde e os corpos colocados em cura mida submersa. Os ensaios realizados nos corpos de prova de cada trao foram: Resistncia compresso aos 7 e 28 dias de idade; resistncia trao por compresso diametral aos 7 e 28 dias de idade; absoro de gua por capilaridade. A prensa utilizada no ensaio de resistncia compresso axial e trao por compresso diametral dos corpos de prova foi uma prensa hidrulica da marca EMIC modelo MUE100 com capacidade de 100 toneladas, representada nas figuras 23, 24 e 25.

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Figura 24: Prensa executando ensaio de resistncia compresso axial.

Figura 23: Prensa Hidrulica EMIC.

Figura 25: Prensa executando ensaio de resistncia trao por compresso diametral.

8

APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS

8.1 RESISTNCIA COMPRESSO AXIAL E TRAO POR COMPRESSO DIAMETRAL Resistncia compresso axial: os resultados do rompimento aos 7 e 28 dias de idade apresentados na tabela 12 e figura 26 representa a mdia dos valores obtidos da resistncia compresso axial dos corpos de prova fornecidos pelos relatrios de ensaio da prensa hidrulica (ANEXO A - Relatrios de ensaio do rompimento de corpos de prova compresso axial aos 7 e 28 dias de idade). Resistncia trao por compresso diametral: os resultados do rompimento aos 7 e 28 dias de idade apresentados na tabela 13 e figura 27 representa a mdia dos valores obtidos da resistncia trao por compresso diametral dos corpos de prova fornecidos pelos relatrios de ensaio da prensa hidrulica (ANEXO B - Relatrios de ensaio do rompimento de corpos de prova trao por compresso diametral aos 7 e 28 dias de idade).

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Tabela 12 - Resistncia compresso axial aos 7 e 28 dias de idade.

Trao Rompimento aos 7 dias Rompimento aos 28 dias Controle 26,34 MPa 31,88 MPa 6% de adio (Metacaulim HP) 30,48 MPa 33,10 MPa 10% de adio (Metacaulim HP) 34,66 MPa 37,74 MPa 14% de adio (Metacaulim HP) 36,63 MPa 43,20 MPa

Resistncia Compresso Axial50,00 45,00 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 43,20 34,66 36,63 30,48 26,34 37,74 31,88 33,10 Controle 6% Metacaulim 10% Metacaulim 14% Metacaulim 7 dias Idade do rompimento Figura 26: Resistncia compresso axial aos 7 e 28 dias de idade. Tabela 13 - Resistncia trao por compresso axial aos 7 e 28 dias de idade. 28 dias Resistncia (MPa)

Trao Rompimento aos 7 dias Rompimento aos 28 dias Controle 2,11 MPa 2,35 MPa 6% de adio (Metacaulim HP) 2,38 MPa 2,61 MPa 10% de adio (Metacaulim HP) 2,79 MPa 3,34 MPa 14% de adio (Metacaulim HP) 3,43 MPa 3,74 MPa

Trao por compresso diametral4 3,5 Resistncia (MPa) 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 7 dias Idade do rompimento Figura 27: Resistncia trao por compresso diametral aos 7 e 28 dias de idade. 28 dias 2,11 2,38 2,79 2,35 3,74 3,43 2,61 Controle 6% Metacaulim 10% Metacaulim 14% Metacaulim 3,34

55

8.2

ANLISE DOS RESULTADOS DE COMPRESSO AXIAL Diante os resultados apresentados do rompimento dos corpos de prova aos 7 e 28 dias

de idade compresso axial, aos 7 dias de idade percebe-se o aumento na resistncia de 16%, 32% e 39% para 6%, 10% e 14% de adio respectivamente quando comparados ao trao controle. A maior resistncia alcanada aos 7 dias de idade foi de 36,63 MPa, pertencente ao trao com 14% de adio enquanto que quando o trao controle alcanou a resistncia de 26 MPa, representando um aumento de 42% na resistncia. Aos 28 dias de idade, temos o aumento na resistncia de 4%, 19% e 36% para 6%, 10% e 14% de adio respectivamente quando comparados ao trao controle. A maior resistncia alcanada aos 28 dias foi de 43 MPa, pertencente ao trao com 14% de adio enquanto o trao controle alcanou a resistncia de 32 MPa, representando um aumento de 36% na resistncia. Nota-se que aos 7 dias, o salto no aumento da resistncia do concreto com 14% de adio de Metacaulim HP foi substancialmente menor quando comparado aos concretos de mesma idade com 6% e 10% de adio, representando um salto de apenas 7%. possvel que aos 7 dias de idade, o baixo teor de hidrxido de clcio e a abundncia da adio possa ter causado uma saturao do concreto, tornando indisponvel o composto para reagir com a adio, impedindo um aumento mais significativo na resistncia da matriz do concreto. A lenta formao de mais compostos hidratados de hidrxido de clcio para a reao com a adio, lenta reao do Metacaulim HP e saturao da adio nos primeiros 7 dias de idade podem ter causado retardo no surgimento de reaes pozolnicas, gerando um menor aumento na resistncia aos 7 dias com altos teores de adio. Aos 28 dias pode-se notar um aumento na resistncia pouco significativo no concreto com 6% de adio, representando apenas 4% de aumento quando comparado ao concreto controle enquanto os concretos que receberam 10% e 14% de adio tiveram aumento na resistncia mais significativo, reforando a concluso de que a medida que a idade do concreto avana e mais compostos se hidratam, principalmente o aumento da disponibilidade do hidrxido de clcio, o Metacaulim continua a manter suas propriedades reativas gerando mais compostos com capacidade cimentcia, elevando a resistncia com o passar do tempo.

56

8.3

ANLISE DOS RESULTADOS DA TRAO POR COMPRESSO DIAMETRAL O percentual de aumento da resistncia trao apesar de parecer bastante substancial

em termos percentuais, pouco significativo. Isto se deve a caracterstica do concreto ser pouco resistncia trao. O aumento da resistncia aos 7 dias de idade foram de 13%, 32% e 63% para os traos com 6%, 10% e 14% de adio respectivamente quando comparados ao trao controle. A maior resistncia alcanada aos 7 dias de idade foi de 3,43 MPa, pertencente ao trao com 14% de adio enquanto que quando o trao controle alcanou a resistncia de 2,11 MPa, representando um aumento de 63% na resistncia. O aumento da resistncia aos 28 dias de idade foram de 11%, 42% e 59% para os traos com 6%, 10% e 14% de adio respectivamente quando comparados ao trao controle. A maior resistncia alcanada aos 28 dias de idade foi de 3,74 MPa, pertencente ao trao com 14% de adio enquanto que quando o trao controle alcanou a resistncia de 2,35 MPa, representando um aumento de 59% na resistncia. No geral, podemos assumir que as resistncias trao aproximam-se dos 10% da resistncia apresentada compresso axial, acompanhando a curva de crescimento na resistncia compresso proporcionado pelos diferentes teores de adio.

8.4

ABSORO DE GUA POR CAPILARIDADE Os ensaios de absoro de gua por capilaridade foram executados com os corpos de

prova aos 28 dias de idade. Os dados obtidos no ensaio esto representados na tabela 14.

Figura 28: Ensaio de absoro de gua por capilaridade.

57

Tabela 14 - Resultados do ensaio de absoro de gua por capilaridade

Trao Controle 6% de adio 10% de adio 14% de adio

Peso seco Peso molhado Diferena Absoro 3388,79 g 3391,97 g 3,18 g 0,040 g/cm 3174,02 g 3176,80 g 2,78 g 0,035 g/cm 3349,16 g 3351,80 g 2,64 g 0,033 g/cm 3437,26