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CONCRETO LEVE AUTO ADENSÁVEL

EMBORRACHADO (CLAAE) Propriedades reológicas, mecânicas, microestruturais e acústicas

Ma. Andressa Fernanda Angelin Mestra em Tecnologia e Inovação

Doutoranda da Faculdade de Tecnologia FT/UNICAMP

Prof.ª Dr.ª Luísa Andréia Gachet Barbosa Orientadora

Limeira/SP 2015

1

2

A busca por materiais alternativos de menor massa específica,

que garantam a manutenção das propriedades mecânicas,

associado à facilidade de manuseio e aplicação em estruturas de concreto

armado, representa grande desafio na formulação e conhecimento do

desempenho de concretos leves auto adensáveis emborrachados

(CLAAE), que tem tecnologia pouco difundida em nível nacional, e

surge no cenário internacional como um material inovador e

alternativo ao concreto convencional.

INTRODUÇÃO

INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES

BASE TEÓRICA

3

CONCRETO LEVE

- Baixa densidade = Economia com infraestrutura

- Manutenção das propriedades mecânicas = Elementos estruturais

- Facilidade no transporte de peças = Maior produtividade

CONCRETO AUTO ADENSÁVEL

- Facilidade no manuseio e aplicação = Preencher espaços/ferragens

- Redução no tempo de adensamento = Custos mais baixos na operação

- Uso de adições minerais e plastificantes = Coesão e fluidez

CONCRETO EMBORRACHADO

- Aumento da tenacidade = Maior capacidade de amortecimento

- Descarte de pneus inservíveis = Ganho ambiental


ESTADO DA ARTE

CONCRETO AUTO ADENSÁVEL (CAA)

• Não necessita de vibração mecânica, agindo apenas pela ação da gravidade;

• Reduz o tempo de execução das obras, assim como ruídos e vibrações;

• Deve resistir ao fenômeno de segregação, ou seja, precisa apresentar tensões de

escoamento negativas e baixa viscosidade plástica (argila expandida);

• Faz-se necessário o uso de adições minerais e químicas, menor relação água/cimento

e menor teor de agregado graúdo, pois interferem diretamente nos parâmetros

reológicos;

• A mistura densa e coesa resulta em uma microestrutura mais compacta, aumenta as

propriedades mecânicas, térmicas e acústicas.

4 INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES

ESTADO DA ARTE

5

CONCRETO AUTO ADENSÁVEL (CAA)

• Devido ao teor elevado de argamassa, pode ocorrer:

• Maior tendência ao encolhimento de rachaduras;

• Menor absorção de energia.

SOLUÇÃO!

Agregados especiais, como a borracha, que absorvem melhor

as energias de ruptura.


ESTADO DA ARTE

CONCRETO LEVE AUTO ADENSÁVEL (CLAA)

• Utilização de agregados leves, como argila expandida;

• Uso conjunto de agregados leves e adições minerais, como a sílica ativa, maximiza a eficiência

estrutural e reduz custo com transporte, devido a sua baixa densidade;

• Argila expandida proporciona o “efeito de rolamento”, garantindo maior fluidez e coesão a

mistura;

• Usar duas granulometrias de argila expandida promove o melhor empacotamento dos grãos,

preenchendo, assim, os vazios existentes.

CUIDADO!

A argila expandida absorve muita água, o que interfere nas propriedades reológicas do CAA, ou seja,

deve ocorrer uma pré-saturação do mesmo.


ESTADO DA ARTE

CONCRETO AUTO ADENSÁVEL EMBORRACHADO (CAAE)

• O uso de pneus inservíveis em concretos traz ganhos ambientais, econômicos e de

desempenho;

• Há um aumento significativo da tenacidade, ductilidade e amortecimento, ou seja,

concretos emborrachados absorvem mais energia de ruptura que o convencional;

• Devido a superfície rugosa das partículas de borracha, há um aumento da coesão das

misturas;

• Materiais emborrachados são excelentes isolantes térmicos e acústicos.


ESTADO DA ARTE

CONCRETO AUTO ADENSÁVEL EMBORRACHADO (CAAE)

• Devem ser incorporados na granulometria e porcentagem ideal;

• Incorporações acima de 30% não são recomendadas;

• Observa-se uma diminuição na trabalhabilidade em concreto emborrachados,

acarretando no uso de aditivos superplastificantes;

• Há uma fraca ligação entre a superfície da borracha e a pasta de cimento, deixando o

concreto mais frágil;

• Observa-se uma diminuição quanto a resistência à compressão e rigidez, porém com

o uso de adições minerais, tais aspectos são melhorados.


OBJETIVO

O propósito deste estudo foi testar a teoria dos CLAAE, comparando

diferentes porcentagens de substituição da areia pelo pó de borracha,

analisando seus principais parâmetros reológicos e mecânicos.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

1. Buscando minimizar a queda da resistência mecânica, distribuições

granulométricas de argila expandida foram testadas;

2. Adições minerais de sílica ativa foram realizadas a fim de se obter maior coesão

nas misturas de concreto;

3. Ensaios especiais de microestrutura e desempenho acústico foram realizados.


MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental

10

Figura 1: Sílica ativa e cimento Portland CPV ARI.

Figura 2: Areia fina e pó de borracha.



11

Figura 3: Argila expandida - Tipo C15 e C05. Figura 4: Superplastificante

Techiflow.

Detalhe da estrutura porosa da argila expandida


• DOSAGEM DOS CONCRETOS - 1ª ETAPA

- Buscar a melhor distribuição granulométrica das argilas expandidas;

- Avaliar a resistência à compressão e a densidade;

- Utilizar o traço de melhor desempenho como referência.

• DOSAGEM DOS CONCRETOS - 2ª ETAPA

- Substituir a areia fina por pó de borracha em duas porcentagens distintas;

- Avaliar o desempenho reológico, mecânico, microestrutural e acústico.

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• DOSAGEM DOS CONCRETOS – 1ª ETAPA

13


Cimento Sílica ativa Areia fina C05 C15 Água SPA

T1 1

0,1

2,11

0,36 (55%) 0,21 (45%) 0,43

0,01

T2 0,43 (65%) 0,17 (35%) 0,008

T3 0,49 (75%) 0,12 (25%) 0,0075

Tabela 1: Dosagem dos concretos da 1ª etapa.

SPA: superplastificante


PRODUÇÃO E MOLDAGEM DOS CONCRETOS - Umedecimento das argilas expandidas;

- Moldagem de corpos-de-prova cilíndricos de 100 mm de diâmetro x 200 mm de altura;

- Cura úmida após a desforma.

SEQUÊNCIA DA MISTURA 1º argilas expandidas

2º areia fina

2 minutos

4º metade da água

5º cimento Portland

6º restante da água

3 minutos

7º sílica ativa

2 minutos

8º superplastificante

14


1ª ETAPA


15


Figura 5: Pré-umedecimento da argila expandida.

Figura 6: Materiais e moldes separados.

Figura 7: Moldes com concreto.


16


Figura 8: Corpos-de-prova de concreto após desforma.

Figura 9: Corpos-de-prova de concreto em cura úmida.

Prescrição: ABNT NBR 5738:2008 Temperatura: 23ºC (+/- 2ºC) e Umidade: 95%


• ENSAIOS NO ESTADO FRESCO (ABNT NBR 15823:2010)

17


Figura 10: Espalhamento.

Figura 11: Viscosidade. Figura 12: Habilidade

passante.

H1

H2

Es

co

am

en

to


• ENSAIOS NO ESTADO ENDURECIDO

18


Figura 13: Resistência à compressão.

Prescrição: ABNT NBR 6118:2014

Figura 14: Densidade.


Superfície seca Imerso Seco


RESULTADOS PARCIAIS E DISCUSSÕES 1ª ETAPA

19

Slump (mm)

ABNT NBR 15823:2010

(mm)

Funil “V” (s)

ABNT NBR 15823:2010

(s)

Caixa “L”

ABNT NBR 15823:2010

T1 560 > ou = 550

5 < ou = 9

0,86 > ou = 0,80

T2 570 5 0,87

T3 570 6 0,87

Tabela 2: Reologias dos concretos da 1ª etapa.

- Valores mínimos de auto adensibilidade foram atingidos em todos os traços;

- Todos os concretos apresentaram tempo de escoamento inferior a 9 segundos;

- A habilidade passante acima de 0,80 foi atingida por todos os concretos desenvolvidos na

1ª etapa, não sendo, também, observado o fenômeno de segregação.


20

Tabela 3: Densidade dos concretos da 1ª etapa.

ME, 28 dias (kg/m3)

T1 2081

T2 2087

T3 2132

43,1 40,8 41,5

45,6

58,4 60,3

0

10

20

30

40

50

60

70

T1 T2 T3

Res

istê

nci

a à

co

mp

ress

ão

(M

Pa

)

TRAÇO

7 dias

28 dias

- Nas primeiras idades há maior exigência da argamassa quanto à resistência;

- Aos 28 dias, os agregados interferem nos ganhos mecânicos e, granulometrias menores de argila expandida

são mais resistentes;

- O traço T1 apresentou menor densidade, porém, menor resistência aos 28 dias.


Figura 15: Resistência à compressão dos concretos da 1ª etapa.


• DOSAGEM DOS CONCRETOS – 2ª ETAPA

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Cimento Sílica ativa

Areia fina

Pó de borracha

C05 C15 Água SPA

B1 1

0,1

2,01 0,045 (5%) 0,49 (75%)

0,12 (25%)

0,43

0,01

B2 1,90 0,052 (10%)

Tabela 4: Dosagem dos concretos da 2ª etapa.

SPA: superplastificante


PRODUÇÃO E MOLDAGEM DOS CONCRETOS - Umedecimento das argilas expandidas; - Moldagem de corpos-de-prova cilíndricos de 100 mm de diâmetro x 200 mm de

altura e 59 mm de diâmetro x 50 mm de altura; - Cura úmida após a desforma.

SEQUÊNCIA DA MISTURA 1º argilas expandidas 2º areia fina

3º pó de borracha 2 minutos 4º metade da água 5º cimento Portland 6º restante da água 3 minutos 7º sílica ativa 2 minutos 8º superplastificante

22


2ª ETAPA


• ENSAIOS NO ESTADO ENDURECIDO

23


Figura 17: Absorção acústica. Figura 18: MEV e EDS.

Prescrição: ASTM E 2611

TUBO DE IMPEDÂNCIA

Figura 16: Resistência à tração por compressão diametral.



24

Slump (mm)

ABNT NBR 15823:2010

(mm)

Funil “V” (s)

ABNT NBR 15823:2010

(s)

Caixa “L”

ABNT NBR 15823:2010

B1 560 > ou = 550

4 < ou = 9

0,89 > ou = 0,80

B2 580 4 0,90

Tabela 5: Reologias dos concretos da 2ª etapa.

- Valores mínimos de auto adensibilidade foram atingidos em todos os traços;

- Todos os concretos apresentaram tempo de escoamento inferior a 9 segundos;

- A habilidade passante acima de 0,80 foi atingida por todos os concretos desenvolvidos na

2ª etapa, não sendo, também, observado o fenômeno de segregação;

- Houve a necessidade de mais SPA nas misturas com borracha, pois, as partículas de

borracha reduzem a fluidez da mistura, porém, há maior coesão.



25

41,5

28 24

60,3

34

28,2

0

10

20

30

40

50

60

70

Referência B1 B2

Res

istê

nci

a à

co

mp

ress

ão

(M

Pa

)

TRAÇO

7 dias

28 dias


Figura 19: Resistência à compressão dos concretos da 2ª etapa.

- B1 e B2 apresentaram valores

maiores que 20 MPa;

- Quando o pó de borracha é

adicionado a mistura de CLAA,

há uma queda brusca na

resistência à compressão;

- Além de serem pontos frágeis na

mistura, a incorporação da

borracha produz porosidade no

concreto, isso ocorre devido a sua

estrutura irregular.


26

2132

1882

1830

1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

Referência B1 B2

Den

sid

ad

e (k

g/m

3)

TRAÇO


Figura 20: Densidade dos concretos da 2ª etapa.

- Por apresentarem mais agregados

leves, B1 e B2 apresentaram

densidade menores que o concreto

de referência.


27

4,4

3,37

2,56

5,2

4,27

3,38

0

1

2

3

4

5

6

Referência B1 B2

Res

istê

nci

a à

tra

ção

po

r co

mp

ress

ão

d

iam

etra

l (M

Pa

)

TRAÇO

7 dias

28 dias

- Assim como os resultados obtidos

no ensaio de resistência à

compressão, os resultados à tração

nos CLAAE foram menores que os

CLAA, porém observou-se uma

queda mais amena, ou seja, os

resíduos de borracha tendem a

resistir melhor aos esforços de

tração.


Figura 21: Resistência à tração por compressão diametral dos concretos da 2ª etapa.


28


ITZ

EXPANDED CLAY

PASTE

C-S-H

Figura 22: MEV e EDS do CLAAE – Argila Expandida.

- Redução da ITZ;

- Poros não

interconectados devido as

bolhas de gases

originadas no processo de

fabricação da argila;

- Si + O representam

estabilidade térmica e

acústica do material.


29


PASTE

Figura 23: MEV e EDS do CLAAE – Pó de Borracha.

- Poros irregulares;

- Assim como a

presença de Si e O,

altos valores de C

indicam ganhos

acústicos.


30


Figura 24: Coeficiente de Absorção – CAA convencional.

Figura 25: Coeficiente de Absorção – CAA com argila expandida.

Figura 26: Coeficiente de Absorção – CAA com pó de borracha.

- CAA com agregados convencionais possuem

coeficiente de absorção menor que os CAA com

argila expandida ou com pó de borracha;

- O resíduo de borracha se mostrou mais eficiente

quanto a esta propriedades, fato atribuído a sua

estrutura química.


CONCLUSÕES

• Desenvolvimento experimental adequado;

• Nenhuma incompatibilidade entre os materiais de partida;

• Metodologia de dosagem eficiente;

• Concretos apresentaram coesão, consistência e trabalhabilidade;

• A resistência à compressão dos CLAA produzidos apresentaram resistência mecânica

maior que 20 MPa aos 28 dias, assim como os CLAAE, apesar de obterem valores

menores;

• Agregados leves melhoram as condições microestruturais dos concretos com a

diminuição da espessura da zona de transição;

• Resíduo de borracha apresenta maior absorção acústica que outros agregados.


PRÓXIMOS PASSOS

• Realizar outras substituições da areia fina pelo pó de borracha;

• Serão testados tratamentos do pó de borracha, de forma a minimizar a queda de resistência

mecânica.

• Testes de durabilidade serão realizados, assim como de módulo de elasticidade,

amortecimento e resistência ao impacto;

• Ensaios de Raio-X complementarão a análise microestrutural;

• Placas de concreto serão moldadas a fim de medir a perda de transmissão dos CLAAE;

• Os resultados serão tratados estatisticamente com o auxílio do software ANOVA.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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YUNG, W. H.; YUNG, L. C.; HUA, L. H. A study of the durability properties of waste tire rubber applied to self-

compacting concrete. Construction and Building Materials, v. 41, p. 665–672, 2013.

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Ma. Andressa Fernanda Angelin

Mestra em Tecnologia e Inovação

Doutoranda da Faculdade de Tecnologia FT/UNICAMP

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