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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA CURSO DE ENGENHARIA CIVIL RENILTON DO NASCIMENTO SILVA UM ESTUDO SOBRE O CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO Feira de Santana - BA 2010
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
RENILTON DO NASCIMENTO SILVA
UM ESTUDO SOBRE O CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO
Feira de Santana - BA
2010
ii
RENILTON DO NASCIMENTO SILVA
UM ESTUDO SOBRE O CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO
Monografia apresentada como requisito para obtenção de graduação em Engenharia Civil do Departamento de Tecnologia da Universidade Estadual de Feira de Santana. Orientador: Profº Elvio Antonino Guimarães
Feira de Santana - BA 2010
iii
TERMO DE APROVAÇÃO
Renilton do Nascimento Silva
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao corpo
docente do curso de graduação em Engenharia Civil do
Departamento de Tecnologia da Universidade Estadual de
Feira de Santana, como parte dos requisitos necessários à
obtenção de graduação em Engenharia Civil. Aprovada por:
Prof. Msc. Elvio Antonino Guimarães Orientador
Prof. Msc. Eduardo Antônio Lima Costa
Banca Examinadora
Prof. Msc. Antônio Freitas da Silva Filho Banca Examinadora
iv
Sem trabalho e estudo não há salvação. Salve-se! (Autor Desconhecido)
v
DEDICATÓRIA
Dedico esse trabalho aos meus pais, Nilton e Regina, a minha avó materna, Dona Dejanira, aos meu irmãos, aos meus sobrinhos lindos, e a minha noiva Monalisa, todos fonte da minha inspiração.
vi
AGRADECIMENTOS
À Deus, por me conceber a vida, podendo assim lutar pelos meus objetivos. Aos meus queridos pais, que dão todo o amor, atenção e suporte aos meus estudos. A minha irmã Magali que sempre acredita no meu potencial, e sempre está do meu lado em minha defesa. A minha amorosa noiva Monalisa, por me dar forças nos momentos de dificuldades, e por todo seu amor que sustenta nossa relação. Amo-te! A minha grande avó materna Dona Dejanira, por estar sempre presente em minha vida, ajudando a me educar conjuntamente com meus pais. Ao meu eterno padrinho Sr. Maneca (In memorian) e minha adorável madrinha Dona Dulce, por me tratarem como filho, me dando todo o amor e carinho. Aos meus inseparáveis amigos Valbert e Vinícius Mansur, por estarem presentes da infância até hoje, concretizando um grande laço de companheirismo. Ao meu amigo Engº Rafael Freitas, que busca o melhor para minha vida pessoal e profissional, sempre acreditando no meu caráter. Um abração. A todos os amigos da CSO Engenharia, em especial o Engº Paulo Roberto que iniciou comigo a vida acadêmica. Ao meu Orientador Profº Elvio Antonino Guimarães, que me conduziu para a elaboração deste trabalho. A todos os policiais militares, onde trabalhamos juntos em defesa da sociedade baiana. Um abraço em especial ao meu cunhado Cap José Luís. Aos amigos da UEFS, onde encontrei grandes e boas amizades que pretendo sustentar até o resto de minha vida.
Enfim, agradecer a todos que me apóiam e acreditam no meu sucesso.
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RESUMO
Nas últimas décadas, os grandes avanços na tecnologia do concreto, proporcionaram o
surgimento do concreto de alto desempenho (CAD), cujas características principais, são
a elevada resistência mecânica e excelente durabilidade, obtidas com utilização de
baixas relações água/cimento. São essas características que o diferenciam do concreto
convencional. O CAD é um material que vêm sendo bastante estudado e empregado em
diversos países, como Estados Unidos, França, Emirados Árabes, Malásia, entre outros.
Atribui-se o desenvolvimento desta tecnologia com a utilização de dois novos materiais
na dosagem dos concretos: as adições minerais (sílica ativa) e os aditivos
superplastificantes. Nesse sentido, esse trabalho visa contribuir na avaliação do
comportamento do CAD produzido a partir dos materiais disponíveis em qualquer
região. Partindo-se da hipótese que a quantidade de superplastificante adicionada à
mistura pode alterar a resistência a compressão do CAD, foram produzidos concretos
com três teores de superplastificantes. Os concretos foram produzidos com mesmo
traço, porém com diferentes relações água/cimento. No geral, os resultados obtidos
foram satisfatórios e dentro do esperado. Observou-se que aumento da resistência do
CAD é em função da diminuição da relação a/c e do aumento dos teores de
superplastificante.
Palavras-chave: concreto de alto desempenho; CAD; superplastificante; resistência à
compressão.
viii
ABSTRACT
In recent decades, great advances in concrete technology provided the advent of high
performance concrete (HPC), whose main features are their high mechanical strength
and excellent durability, obtained using low ratios of water/cement. It is these
characteristics that differentiate it from conventional concrete. The HPC is a material
that have been widely studied and employed in several countries like United States,
France, UAE, Malaysia, among others. Attributed to the development of this technology
with the use of two new materials in the dosage of concrete: the mineral additions (silica
fume) and superplasticizer additives. Thus, this work aims to contribute in the
performance evaluation of HPC produced from materials available in any region. Based
on the hypothesis that the amount of superplasticizer added to the mix can alter the
resistance to compression of HPC, were produced concrete with three levels of
superplasticizers. The concrete was produced with the same trait, but with different
ratios of water/cement. Overall, the results were satisfactory and as expected. It was
observed that increased resistance of the HPC is a function of lowering the ratio a/c and
increased levels of superplasticizer.
Keywords: high performance concrete; HPC; superplasticizers; compressive strenght.
ix
LISTA DE ABREVIATURAS
a/c Água/cimento
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
CAD Concreto de Alto Desempenho
CAE Polímero acrílico à base de éter
CP Corpo-de-prova
fck Resistência característica do concreto
NBR Norma Brasileira
SMF Formaldeído e melamina sulfonada
SNF Formaldeído e naftaleno sulfonado
x
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 - Classes diferentes de Concreto de Alto Desempenho. ................................. 9
Tabela 2.2 - Efeito do modo de adição dos superplastificantes SMF, SNF e CAE no
slump de misturas de concreto de cimento Portland. ...................................................... 21
Tabela 2.3 - Resistência à compressão do concreto de alto desempenho em função da
Relação água/cimento. .................................................................................................... 38
Tabela 3.1 - Exigências Físicas e Mecânicas. ................................................................. 38
Tabela 3.2 – Exigências Químicas. ................................................................................. 38
Tabela 3.3 – Porcentagem retida na peneira de 75m .................................................... 40
Tabela 3.4 - Limites da composição granulométrica do agregado graúdos. ................... 40
Tabela 3.5 – Tamanho das amostras e Diâmetro máximo do agregado graúdo. ............ 41
Tabela 3.6 – Limites da distribuição granulométrica do agregado miúdo. ..................... 43
Tabela 3.7 – Tamanho das amostras e módulo de finura do agregado. .......................... 44
Tabela 3.8 – Quantidades de materiais em massa........................................................... 46
Tabela 3.9 – Proporção de materiais em massa por dosagem......................................... 46
Tabela 4.1 – Resistência aos 28 dias da dosagem 1 (teor de aditivo de 0,5%) ............... 49
Tabela 4.2 - Resistência aos 28 dias da dosagem 2 (teor de aditivo de 1,5%) ............... 50
Tabela 4.3 - Resistência aos 28 dias da dosagem 3 (teor de aditivo de 2,0%) ............... 50
xi
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 – E-Tower, prédio da cidade de São Paulo construído com CAD. ................. 7
Figura 2.2 – Performance do CAD nos arranha-céus dos EUA. ...................................... 8
Figura 2.3 – Seção polida de um corpo-de-prova de concreto. ...................................... 10
Figura 2.4 – Microssílica vista por microscópio. ............................................................ 22
Figura 2.5 – Representação esquemática de duas pastas frescas de cimento com relação
a/c distintas...................................................................................................................... 25
Figura 2.6 - Interação dos fatores que influenciam a resistência do concreto ................ 31
Figura 3.1 - Balança GEHAKA nº 4881, com resolução de 0,01g ................................. 39
Figura 3.2 – Peneira LM 74 com fundo e tampa ............................................................ 39
Figura 3.3 – Limites de composição granulométrica 1 do agregado graúdo (9,5/25). ... 41
Figura 3.4 – Limites de composição granulométrica 2 do agregado graúdo (4,75/12,5).
......................................................................................................................................... 42
Figura 3.5 – Curva granulométrica do Agregado Miúdo em relação aos limites inferior e
superior da zona utilizável. ............................................................................................. 43
Figura 3.6 – Corpos-de-prova capeados com enxofre .................................................... 48
Figura 3.7 – Prensa hidráulica para o ensaio de compressão axial. ................................ 48
Figura 4.1 – Gráfico de Resistência à compressão x Relação a/c. .................................. 51
Figura 4.2 – Gráfico Teor de aditivo x Relação a/c. ....................................................... 52
xii
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 1
1.1 JUSTIFICATIVA ................................................................................................ 2
1.2 OBJETIVOS ........................................................................................................ 3
1.2.1 Objetivo Geral ................................................................................................... 3
1.2.2 Objetivo Específico ........................................................................................... 3
1.3 METODOLOGIA ................................................................................................ 3
1.4 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA .................................................................... 4
1.5 LIMITAÇÕES DA PESQUISA ........................................................................... 4
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................... 6
2.1 HISTÓRICO DO CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO ............................... 6
2.2 CONCEITO ......................................................................................................... 8
2.3 ESTRUTURA DO CONCRETO ....................................................................... 10
2.3.1 Agregado ......................................................................................................... 11
2.3.2 Pasta de Cimento ............................................................................................. 12
2.3.3 Zona de Transição ........................................................................................... 12
2.4 MATERIAIS CONSTITUINTES DO CAD ....................................................... 13
2.4.1 Cimento ........................................................................................................... 13
2.4.2 Agregados ....................................................................................................... 14
2.4.2.1 Agregado Graúdo ........................................................................................ 15
2.4.2.2 Agregado Miúdo.......................................................................................... 16
2.4.3 Aditivos ........................................................................................................... 16
2.4.3.1 Aditivos Redutores de Água ........................................................................ 17
2.4.3.2 Superplastificante ........................................................................................ 18
2.4.4 Adições Minerais ............................................................................................. 21
2.4.4.1 Sílica Ativa .................................................................................................. 22
2.5 RELAÇÃO ÁGUA/CIMENTO ......................................................................... 24
2.6 DOSAGEM DO CAD ........................................................................................ 26
2.7 COMPATIBILIDADE ENTRE CIMENTO PORTLAND E
SUPERPLASTIFICANTE .......................................................................................... 28
2.8 PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CAD ...................................................... 28
xiii
2.8.1 Concreto Fresco ............................................................................................... 29
2.8.2 Concreto Endurecido ....................................................................................... 29
2.8.2.1 Resistência à Compressão ............................................................................ 29
2.8.2.2 Fatores que Afetam ...................................................................................... 31
2.8.2.3 Durabilidade ................................................................................................ 35
2.8.2.4 Módulo de Deformação ............................................................................... 35
3 PROGRAMA EXPERIMENTAL ....................................................................... 37
3.1 SELEÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAS .................................... 37
3.1.1 Cimento ........................................................................................................... 37
3.1.2 Agregados Graúdos ......................................................................................... 40
3.1.3 Agregados Miúdos........................................................................................... 42
3.1.4 Aditivo Superplastificante ............................................................................... 44
3.2 PROPORCIONAMENTO DOS MATERIAIS ................................................... 44
3.3 PRODUÇÃO E PREPARO DOS CORPOS-DE-PROVA .................................. 46
3.4 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES................................................... 47
4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS ..................................... 49
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................... 53
5.1 CONCLUSÕES ................................................................................................. 53
5.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ............................................... 54
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 55
1
1 INTRODUÇÃO
Este trabalho apresenta em essência um estudo sobre a influência dos diferentes teores
de superplastificante na propriedade de resistência à compressão do concreto de alto
desempenho (CAD). Seu uso está bastante difundido, haja vista o grande interesse de se
obter um concreto com excelentes características, tais como: elevada resistência, boa
trabalhabilidade e grande durabilidade.
O concreto de alto desempenho é possível graças ao desenvolvimento de materiais
cimentícios, adições suplementares e superplastificantes de alta eficiência, adicionados
à sua mistura. O trabalho enfoca o uso de dois materiais usados na dosagem do CAD,
são eles: superplastificante (aditivo) e sílica ativa (adição mineral).
A tecnologia do concreto de alto desempenho tem evoluído intensamente nas últimas
décadas, principalmente no que diz respeito às formas de obtenção desse material.
Grandes vantagens econômicas e estruturais são obtidas com a utilização desse
concreto, tais como: redução das seções dos elementos de concreto (pilares), baixa
porosidade, baixa permeabilidade, elevada resistência ao desgaste e menor tempo e
custo de manutenção.
Segundo Price (2003), o CAD pode ser manipulado por diversas técnicas construtivas,
porém, deve ser dada atenção especial a fim de evitar atrasos no seu lançamento,
secagem e cura. O CAD também é caracterizado por ter um alto módulo de deformação
e resistência à tração, bem como menor retração durante a secagem. As principais
aplicações do CAD têm sido nos pilares de grandes edifícios, estruturas marítimas e de
grandes pontes.
Em contrapartida, o CAD ainda representa um pequeno volume no mercado de
concreto, os produtores de cimento não estão interessados em investir demais na
modificação dos seus processos de produção. Além disso, em um dado lugar, a seleção
de materiais no CAD será sempre limitada por considerações econômicas porque, com a
2
finalidade de permanecer tecnicamente competitivo com o concreto usual, os custos de
produção do CAD terão que ser tão baixos quanto possível (AÏTCIN, 2000).
1.1 JUSTIFICATIVA
As propriedades do concreto, tanto no estado fresco como no estado endurecido, podem
ser modificadas pela adição de certos materiais na dosagem, isso traz como
conseqüência o enorme crescimento da indústria de aditivos e adições minerais nos
últimos 40 anos. Em alguns países não é incomum o fato de que 70 a 80% de todo o
concreto produzido contenha um ou mais aditivos; assim é absolutamente importante
que os engenheiros civis estejam familiarizados acerca dos aditivos e adições
comumente empregados, juntamente com suas aplicações e limitações.
Em se tratando das propriedades do concreto, a resistência é umas das mais importantes.
A escolha de se abordar a resistência à compressão do concreto de alto desempenho se
dá ao fato de que é a propriedade imposta pelas normas técnicas. É geralmente
especificada em projetos.
O concreto em estudo será o concreto de alto desempenho, pois o mesmo se engloba nas
características acima comentadas, ou seja, uso de aditivos e adições na dosagem para se
conseguir melhoria de algumas propriedades, em especial a resistência. Os aditivos que
serão discutidos serão os superplastificantes, enquanto que as adições minerais serão as
sílicas ativas. Dessa forma, este trabalho se embasa em apresentar dados que verifiquem
a eficiência do superplastificante juntamente com a sílica ativa na dosagem do concreto
de alto desempenho.
O concreto de alto desempenho está evoluindo muito rapidamente, pois os engenheiros
civis sempre vêm buscando um concreto com propriedades melhoradas (resistência,
durabilidade, etc.), justificando assim o estudo mais aprofundado sobre essa nova
tecnologia do concreto.
3
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo Geral
Realizar um estudo sobre a propriedade de resistência à compressão do concreto de alto
desempenho.
1.2.2 Objetivo Específico
Estudar os efeitos dos teores de superplastificante na propriedade de resistência do
concreto de alto desempenho.
1.3 METODOLOGIA
Será apresentada uma revisão bibliográfica acerca do tema do trabalho, buscando
abordar de forma clara e objetiva os capítulos do trabalho.
Serão realizados ensaios de laboratórios de compressão de corpos-de-prova (CP)
cilíndricos de concreto, regidos pela norma NBR 5739/2007 da Associação Brasileira
de Normas Técnicas (ABNT), além de ser apresentada a caracterização dos materiais
componentes do concreto. Os resultados obtidos serão apresentados em tabelas
mostrando a resistência obtida para idade de 28 dias.
4
O fechamento do trabalho se dá através de uma conclusão, comentando os resultados
obtidos assim como discutindo toda a literatura apresentada na revisão bibliográfica.
1.4 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA
Este trabalho está dividido em 5 capítulos.
No capítulo 1 é feita uma introdução à monografia, destacando-se sua justificativa, seus
objetivos, estrutura e limitações.
No capítulo 2 é apresentada a revisão bibliográfica sobre concreto de alto desempenho,
iniciando-se com histórico e definições, seguindo com a estrutura do concreto e seus
materiais constituintes, assim como sua dosagem. Neste capítulo, também é feita a
revisão bibliográfica das principais propriedades do concreto endurecido, com ênfase na
resistência à compressão axial.
No capítulo 3 é apresentado o programa experimental da monografia, com a descrição
do planejamento e da metodologia empregada para a execução dos ensaios, iniciando
com a seleção e caracterização dos materiais empregados, seguida do método de
dosagem utilizado e ensaio de resistência a compressão.
No capítulo 4 são analisados e comentados os resultados do ensaios, utilizando a revisão
bibliográfica para verificar a confiabilidade dos resultados.
No capítulo 5 apresentam-se as considerações finais e conclusões baseadas nesta
monografia, assim como sugestões para futuras pesquisas.
1.5 LIMITAÇÕES DA PESQUISA
5
A pesquisa experimental que tem por objetivo estudar o comportamento do concreto
está sujeita a sofrer algum tipo de limitação. Primeiro, porque hoje em dia são escassos
os recursos financeiros e humanos destinados à pesquisa. Segundo porque são inúmeros
os fatores que influenciam as propriedades desse material, tais como: relação
água/cimento; consumo e tipo de cimento; traço; tipo e quantidade de adições minerais
e aditivos; granulometria e dimensão máxima característica do agregado graúdo e do
agregado miúdo; grau de hidratação do cimento; moldagem; tipo de cura, entre outros.
A variável dependente nesse trabalho foi a propriedade de resistência à compressão. Os
fatores controláveis considerados mais importantes em função da variável dependente, e
dentro das limitações de um trabalho final de curso foram a proporção de
superplastificante e a relação a/c. Essa escolha foi feita em virtude desses fatores
exercerem influência significativa no aumento da resistência à compressão.
A escolha do ensaio de resistência à compressão foi determinada pela sua importância e
relevância, e pela limitação do trabalho em função de disponibilidade de tempo e do uso
do laboratório.
6
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 HISTÓRICO DO CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO
O concreto de alto desempenho, inicialmente, surgiu em meados dos anos 60, na cidade
de Chicago nos Estados Unidos (EUA). Desde aquela época, até alguns anos atrás, o
CAD era chamado de concreto de alta resistência, pois sua produção só visava aumentar
a resistência à compreensão. No entanto, essa denominação deixou de ser usada, pois o
CAD além de aumentar a resistência do concreto, contribui com outras propriedades
que são agregadas a ele, tais como: durabilidade, baixa porosidade, etc.
Na cidade de Chicago, um grupo de projetistas e produtores de concreto propôs lançar o
concreto de alta resistência. Naquela época o concreto comumente usado pela indústria
da construção tinha uma resistência à compressão de apenas 15,0MPa a 30,0MPa. Nesse
período os produtores de concreto contavam apenas com aditivos redutores de água
baseados em lignossulfonatos (que variavam em composição e pureza) e de adições tipo
cinza volante, os quais eram utilizados na dosagem do CAD. Apesar desses
inconvenientes de não dispor de materiais inovadores para a dosagem do CAD, esses
tinham ganhos de resistência que variavam de 10,0MPa a 15,0MPa (AÏTCIN, 2000).
Nos últimos 20 anos, estudos intensivos sobre CAD têm sido realizados em diversos
países, com o intuito de fornecer aos engenheiros as informações necessárias sobre suas
propriedades, bem como dar subsídios para adaptação das normas de concreto às
características diferenciadas desse novo material (MENDES, 2002).
Aos poucos o CAD vem se tornando uma linha de pesquisa vasta na área de materiais,
atualmente a bibliografia sobre o tema é bastante ampla. Vários congressos, seminários,
encontros têm sido promovidos em vários países para divulgação e discussão de
trabalhos de diversos pesquisadores sobre o CAD.
7
No Brasil um dos principais prédios construídos com o CAD é o E-Tower, com fck de
projeto de 80,0MPa, sendo que alguns pilares atingiu-se 125,0MPA. Fica localizado na
cidade de São Paulo (Figura 2.1).
Figura 2.1 – E-Tower, prédio da cidade de São Paulo construído com CAD. Fonte: http://www.basf-cc.com.br/novo/imagens/projetos/id23/foto01.jpg. Acesso em
20/08/2009.
Na Bahia uma das principais aplicações do CAD, foi a construção do edifício Suarez
Trade Center, localizado na cidade de Salvador, onde os pilares centrais atingiram 60
MPa de resistência.
Atrelado ao aumento da resistência, o CAD incorporou vantagens no seu uso, reduzindo
os custos em termos de diminuição das peças concretadas e conseqüentemente o ganho
de espaço nas edificações. Na mesma cidade de Chicago, a resistência à compressão do
concreto usado em edifícios, cresceu progressivamente durante um período de 10 anos,
passando de 15,0MPa a 30,0MPa para 45,0MPa a 60,0MPa (AÏTCIN, 2000). A Figura
2.2 mostra a altura de edifícios nos EUA construídos com CAD.
8
Figura 2.2 – Performance do CAD nos arranha-céus dos EUA. Fonte: Aïtcin (2000)
2.2 CONCEITO
O CAD é o tipo de concreto que têm resistência à compressão maior que 40,0MPa
(embora ainda não exista um consenso na literatura técnica). Na dosagem do CAD,
procura-se atingir uma baixa relação água/cimento, o que irá resultar na sua alta
resistência característica. Na obtenção de concretos de alto desempenho, sempre são
utilizados aditivos e adições. Algumas características são alcançadas pelo CAD, tais
como: alta resistência à compressão, baixa permeabilidade, menor consumo de água,
menor consumo de cimento, menor consumo de agregados, entre outras. É quase
impossível, na prática, conseguir CAD sem a utilização das adições minerais,
especialmente nas faixas de resistência acima de 40,0MPa. Essa discussão liga-se às
peculiaridades do concreto. O CAD em geral tem como característica essencial a baixa
relação água cimento, entre 0,25, e no máximo em torno de 0,40, o que exige a
utilização de aditivos superplastificantes, para propiciar aumento da resistência e
trabalhabilidade ao concreto (MEHTA, 1994).
9
Os concretos de alto desempenho contêm os seguintes materiais: agregados comuns,
cimento Portland comum, adição mineral (sílica ativa, fumo de sílica, cinza volante,
escória granulada de alto forno), geralmente entre 5% a 15% da massa de cimento, e
sempre um superplastificante. O teor de superplastificante é alto, 5 L a 15 L por m³ de
concreto. Segundo Neville (1997), esse teor de aditivo permite a redução do teor de
água de 45 L/m³ a 75 L/m³ de concreto. O autor considera concretos de alto
desempenho aqueles cuja relação água/cimento seja inferior a 0,35.
O emprego de aditivos como superplastificantes, combina-se às vantagens da sílica ativa
para propiciar concretos cujas características vão além da elevada resistência; na
verdade, o CAD pode agregar durabilidade, esbeltez e menor custo às obras, que são
motivos suficientes para que se descubram as vantagens técnicas do material,
contribuindo na economia e racionalidade das obras.
As vantagens do CAD com relação ao concreto convencional são evidentes. As
estruturas de concreto produzidas com concreto convencional têm área em torno de duas
vezes maior que a das estruturas, executadas com CAD. Ou seja, a opção gera ganhos
econômicos significativos.
Aïtcin (2000) classifica os concretos de alto desempenho pelos seus devidos valores
conforme Tabela 2.1:
Tabela 2.1 - Classes diferentes de Concreto de Alto Desempenho. Fonte: Aïtcin (2000)
Classe do Concreto Resistência à Compressão (MPa)
Classe I 50 – 75 MPa
Classe II 75 – 100 MPa
Classe III 100 – 125 MPa
Classe IV 125 – 150 MPa
Classe V Maior que 150 MPa
10
2.3 ESTRUTURA DO CONCRETO
O concreto é um compósito que consiste essencialmente de um meio aglomerante,
dentro do qual estão mergulhadas partículas ou fragmentos de agregados. O meio
aglomerante é formado por uma mistura de cimento e água. Após o endurecimento do
concreto sua estrutura fica dividida em três fases: agregado, pasta de cimento e zona de
transição. Barata (1998) afirma que o CAD se diferencia do concreto convencional pela
microestrutura densa, homogênea e pouco cristalina.
Na Figura 2.3, observa-se que apenas duas fases do concreto são facilmente
distinguidas, os agregados de tamanho e forma variados, e o meio ligante, composto de
uma massa contínua da pasta endurecida. Mehta (1994) comenta que a nível
macroscópico, o concreto pode ser considerado como um material bifásico, consistindo
de partículas de agregado dispersas em uma matriz de cimento.
Figura 2.3 – Seção polida de um corpo-de-prova de concreto. Fonte: Mehta (1994)
11
2.3.1 Agregado
A fase agregado é predominantemente responsável pela massa unitária, módulo de
deformação (que afeta a retração), resistência à abrasão, durabilidade e estabilidade
dimensional do concreto endurecido.
O agregado não tem influência direta sobre a resistência do concreto (concretos usuais),
tem apenas papel secundário, em alguns casos onde se tem agregados porosos e fracos,
a sua porosidade e composição mineralógica afetam na resistência à compressão,
dureza, módulo de deformação, que por sua vez influenciam várias propriedades do
concreto endurecido contendo o agregado (MEHTA, 1994).
Comparando concretos preparados com agregados diferentes, pode-se observar através
dos ensaios que a influência sobre a resistência do concreto é qualitativamente igual,
quaisquer que sejam as proporções da mistura. É possível que a influência do agregado
na resistência do concreto seja devida não somente a resistência mecânica do agregado,
mas também, e muito significativamente, à sua absorção e a características da aderência.
Quando a zona de transição entre a pasta e o agregado é melhorada, a transferência de
tensões se torna mais eficaz. No entanto, as propriedades mecânicas dos agregados
tornam-no mais frágil, limitando a resistência do concreto. Durante o processo de
britagem, os agregados são microfissurados. O número de microfissuras será maior nas
partículas maiores, conseqüentemente, na prática, é comum usar partículas menores (10
a 14 mm de diâmetro nominal) para o CAD, pois possuem menores fissuras internas,
dando maior resistência ao concreto (PRICE, 2003).
12
2.3.2 Pasta de cimento
Esta fase é o resultado da reação química dos minerais do cimento com a água. Sua
importância na dosagem do concreto é, principalmente, agir como substância
aglomerante.
A pasta de cimento tem influência nas propriedades do concreto, como, resistência,
estabilidade dimensional e durabilidade, onde são influenciadas não somente pela
proporção da pasta, mas também dos aspectos microestruturais (tipo, quantidade e
distribuição de sólidos e vazios) (MEHTA, 1994).
Segundo Price (2003), a resistência da pasta de cimento é em função da relação a/c,
sendo também limitada pela porosidade. A fim de melhorar a resistência da pasta, os
poros devem ser minimizados.
2.3.3 Zona de transição
Localiza-se no contato das partículas de agregado graúdo com a pasta de cimento.
Apesar de ser constituída dos mesmos elementos da matriz da pasta de cimento, possui
estrutura e propriedades diferentes, sendo mais frágil, pois é nessa fase em que ocorre a
ruptura do concreto (MEHTA, 1994). Esta fase é caracterizada por uma alta porosidade.
Quando se analisa as fraturas do concreto, observa-se que a falha ocorre na própria
pasta ou, mais freqüentemente, na interface entre a pasta e o agregado. Se a zona de
transição é fraca, a resistência do concreto será baixa (PRICE, 2003).
13
2.4 MATERIAIS CONSTITUINTES DO CAD
Aïtcin (2000) afirma que a seleção dos materiais é um problema porque os cimentos e
os agregados disponíveis apresentam grande variedade de composição e propriedades, e
não existe uma sistemática clara que permita escolher facilmente os materiais
constituintes, além da diversidade de aditivos químicos e adições minerais disponíveis
no mercado.
2.4.1 Cimento
Segundo Aïtcin (2000), a composição do cimento é oriunda da queima de uma mistura
bem proporcionada de matérias-primas contendo os quatro óxidos principais – CaO,
SiO2, Al2O3 e Fe2O3 – que produz o clínquer, um dos principais ingredientes básicos
exigidos para fabricar o cimento Portland. Para o autor, a primeira escolha a ser feita
quando se vai produzir um concreto de alto desempenho é, definitivamente, a do
cimento, ainda quando um ou dois materiais cimentícios suplementares venham a ser
usados, porque o desempenho do cimento em termos de reologia e de resistência torna-
se um item crítico à medida que a resistência à compressão almejada aumenta.
A escolha do cimento mais adequado para produção de CAD é extremamente
importante, uma vez que este material influência tanto a resistência da pasta quanto a
aderência pasta-agregado. No entanto, para a seleção final do cimento mais adequado,
além se suas propriedades mecânicas, outra três características devem ser levadas em
consideração: sua finura, sua composição química e sua compatibilidade com os
aditivos.
Em termos de finura, quanto maior for a superfície específica, em contato com a água,
mais rapidamente ocorrerá a hidratação do cimento, aumentando-se sua resistência à
compressão, principalmente nas primeiras idades. Por outro lado, quanto mais fino o
cimento, maior a dosagem de superplastificante necessária para alcançar a mesma
14
trabalhabilidade, uma vez que o desempenho do aditivo é influenciado diretamente pela
finura do cimento (AÏTCIN, 2000).
Em relação à composição química, Mendes (2002) apud Aitcin e Mehta (1990),
recomendam, preferencialmente, o cimento Portland comum e aqueles com maior teor
de C3S e C2S, compostos que contribuem para a resistência do concreto. No entanto,
Barata apud Mehta (1996) acrescenta que elevados teores desses compostos podem
incompatibilizar o uso do cimento com determinado superplastificante.
2.4.2 Agregados
Diferentemente dos concretos convencionais, a seleção de agregados particularmente
resistentes é necessário. A seleção do agregado graúdo é importantíssima para a
produção do concreto de alto desempenho. Segundo Price (2003), a seleção dos
agregados é muito mais crítica para o CAD do que para os concretos convencionais.
Geralmente, verifica-se apenas se as exigências de desempenho para as normas de
agregado estão sendo atendidas. No concreto de alto desempenho, a pasta de cimento e
a zona de transição podem ser tão resistentes do que os agregados graúdos, caso estes
não forem suficientemente resistentes, tornando-se o elo mais fraco dentro do concreto.
Segundo Bauer (2000), nos concretos de alto desempenho (fck da ordem de 50,0 a 70,0
MPa), a resistência dos grãos do agregado pode ser insuficiente, rompendo-se o
concreto por fratura dos grãos, mesmo com agregado graúdo provindo de granito.
Nestes casos, é preciso dar atenção especial à escolha do agregado.
A resistência, o tamanho e a forma dos agregados devem ser compatíveis com a matriz,
sendo fundamental, no caso de CAD, que estes fatores sejam bem avaliados, evitando-
se os efeitos indesejáveis de problemas na zona de transição.
15
Segundo Neville (1997), as dimensões ideais dos agregados graúdos situam-se entre
10,0 mm e 19,0 mm. Quanto menor o agregado, menor a superfície capaz de reter água
durante a exsudação do concreto fresco, o que propicia uma zona de transição de menor
espessura e conseqüentemente mais resistente. As areias quartzosas bem graduadas, por
sua vez, são as mais recomendadas também para a produção do CAD.
Os agregados usados para fazer um concreto de alto desempenho são areia natural e
brita. Se o concreto de alto desempenho é feito com brita, o seu processamento leva as
partículas individuais contendo a concentração mínima possível dos elementos fracos
(AÏTCIN, 2000).
2.4.2.1 Agregado graúdo
A forma dos agregados graúdos deve ser equidimensional (não alongadas) e, a
classificação deve ser uniforme, não havendo muita separação em frações finas e
grossas. A máxima dimensão do agregado graúdo variando de 10 a 14 mm é geralmente
selecionada, embora agregados até 20 mm podem ser utilizados se forem resistentes e
desprovidos de muitas fraturas (PRICE apud AÏTCIN e MEHTA, 1990).
Aïtcin (2000) recomenda que a seleção do agregado graúdo seja feita após um exame
cuidadoso da mineralogia e da petrografia, para assegurar que as partículas são
resistentes o suficiente para evitar a ruptura precoce no CAD.
Para os agregados graúdos, é imprescindível a observação de alguns fatores que são
extremamente relevantes na escolha, pois suas propriedades mecânicas influenciam
diretamente as propriedades do CAD. Petrucci (1980) chama a atenção para a absorção
do agregado graúdo, pois está diretamente relacionada com a sua porosidade. Neville
(1997) acrescenta que a porosidade e a permeabilidade do agregado exercem influência
na resistência e na durabilidade do concreto..
16
No entanto, para Guimarães (2002), é sempre cabível a consideração de que, para
qualquer que seja o agregado graúdo, existirá um valor crítico da relação água/
aglomerante, abaixo do qual, qualquer redução adicional deste fator não resultará em
aumento significativo da resistência à compressão. A partir deste ponto, o agregado
graúdo passa a constituir o elo mais vulnerável do concreto.
2.4.2.2 Agregado miúdo
Os agregados miúdos para o CAD devem ser selecionados, no intuito de reduzir a
demanda de água. A granulometria ótima do agregado miúdo está mais associada a
quantidade de água que absorverá na mistura do que suas próprias características físicas.
Sempre que possível as partículas de agregado devem ser arredondadas. O material
pulverulento contendo siltes e argilas deve ser mantido tão baixo quanto possível.
Aceita-se na prática utilizar um agregado miúdo com alta dimensão característica, o que
seria normal para o concreto estrutural convencional (PRICE apud AÏTCIN, 1998).
Para Aïtcin (2000), sempre que possível, o agregado miúdo selecionado deverá ter um
módulo de finura de 2,7 a 3,0. Devido a uma razoável quantidade de material fino na
mistura não há necessidade da areia ser tão fina do ponto de vista de segregação e
trabalhabilidade. Então o uso de areias mais grossas leva a um pequeno decréscimo na
quantidade de água na mistura, o que é vantajoso tanto do ponto de vista da resistência,
como do ponto de vista econômico.
2.4.3 Aditivos
São produtos químicos adicionados na dosagem do concreto, com o objetivo de
melhorar determinadas características físicas e econômicas do concreto. São
adicionados a mistura do concreto em teores não maiores que 5,0% em relação à massa
17
do cimento. Apesar de serem onerosos, os aditivos podem trazer economia nas dosagens
de concreto, seja na redução do teor de cimento, na melhoria da durabilidade, ou na
redução das peças de concreto, etc.
Segundo Neville (1997), atualmente em muitos países um concreto sem aditivos é
considerado uma exceção, sendo usado de forma crescente. Além de tornarem possível
o uso de uma grande variedade de componentes na mistura.
A compreensão de que as propriedades importantes do concreto, tanto no estado fresco
quanto no endurecido, podem ser modificadas com vantagem pela aplicação de aditivos,
deram tal impulso à indústria de aditivos que dentro dos 20 anos após o início do
desenvolvimento da indústria nos anos 40, aproximadamente mais de 200 produtos
diferentes foram comercializados em alguns países da Europa. Atualmente, a maior
parte do concreto produzido em alguns países contém um ou mais aditivos (MEHTA,
1994).
Neville (1997) ressalta que o uso dos aditivos não é a solução para a falta de qualidade
dos outros ingredientes do concreto, para proporções não adequadas da mistura, ou para
despreparo da mão-de-obra para transporte, lançamento e adensamento.
2.4.3.1 Aditivos redutores de água
Tipo de aditivo, que tem a finalidade de reduzir a relação água/cimento, aumentando a
resistência e trabalhabilidade do concreto. Devido a reações químicas, os redutores de
água melhoram o processo de hidratação do cimento, fazendo com que o mesmo se
distribua mais uniformemente no concreto, contribuindo com uma resistência maior.
Segundo Neville (1997), esses aditivos reduzem o teor de água da mistura, geralmente
entre 5,0% e 10,0%, às vezes até 15,0% em concretos com elevada trabalhabilidade.
18
2.4.3.2 Superplastificante
Os superplastificantes são aditivos redutores de água especiais com efeitos mais
intensos do que os comuns. Seu uso é considerado um dos mais importantes avanços na
tecnologia do concreto, pois tem permitido, entre outros, a produção de concretos de
alta resistência, duráveis e de concretos fluidos.
Mehta (1994) define os superplastificantes como sendo aditivos redutores de água de
alta eficiência por serem capazes de reduzir o teor de água de 3 a 4 vezes em um dado
traço de concreto, quando comparados a aditivos redutores de água normais. Foram
desenvolvidos nos anos 70 e têm já ampla aceitação na indústria da construção em
concreto.
Já Neville (1997) define superplastificantes como sendo polímeros orgânicos
hidrossolúveis obtidos sinteticamente, usando um processo complexo de polimerização
para obtenção de moléculas longas de elevada massa molecular.
Mais eficazes que os redutores de água comuns, os superplastificantes podem reduzir o
teor de água da mistura do concreto de 25,0% a 35,0%, bem como podem aumentar a
resistência em poucas idades de 50,0% a 75,0%.
Na mistura seu principal efeito é melhorar a distribuição das partículas de cimento,
conseqüentemente melhora a hidratação, resultando no aumento da resistência do
concreto para uma mesma relação água/cimento. Segundo Neville (1997), quando os
superplastificantes são usados para reduzir o teor de água da mistura, a dosagem é de 5
a 20 l/m³ de concreto.
O aumento da sistência é geralmente proporcional à diminuição na relação
água/cimento. Com consumos de cimento maiores e relações água/cimento muito
menores do que 0,45 é possível atingir taxas ainda maiores de desenvolvimento da
resistência (MEHTA, 1994).
19
Segundo Collepardi et al. (1999) e Tobori (2005), os superplastificantes podem ser
utilizados no concreto para três propósitos específicos e/ou combinações entre eles:
aumentar a trabalhabilidade numa determinada mistura, a fim de melhorar
algumas características do concreto;
reduzir a quantidade de água, para um mesmo consumo de cimento e
trabalhabilidade, a fim de reduzir a relação a/c, aumentando a resistência e
melhorando a durabilidade;
reduzir tanto a quantidade de água quanto de cimento, mantendo a mesma
trabalhabilidade e resistência, a fim de evitar fissuras, retração e tensões
térmicas causadas pelo calor de hidratação do cimento.
Os tipos de superplastificantes mais comuns são: base de lignossulfonatos, base de
malamina, base de naftaleno e base de policarboxilatos. Segundo Price (2003), todos
têm sido utilizados com sucesso, individualmente ou em combinação. A dosagem dos
superplastificantes pode ser muito elevada (até 3% da massa de cimento), a fim de
alcançar a necessária funcionalidade.
No mercado já existem os chamados superplastificantes de nova geração. São à base de
policarboxilatos e éteres. Estes superplastificantes prolongam a trabalhabilidade do
concreto, proporcionando o desuso de procedimentos antigos de avaliação de
trabalhabilidade. Por exemplo, lançamento de apenas uma parte da dosagem, adições de
superplastificantes comuns até obter a trabalhabilidade desejada.
Dentre os superplastificantes, os lignosulfonatos são os mais conhecidos, produzindo
concretos com resistência à compressão de cerca de 50,0 a 60,0MPa. Inicialmente, esse
produto era quase sempre usado para fluidificar o concreto comum no canteiro de obras
imediatamente antes do lançamento. Uma das principais vantagens desses produtos,
além da sua eficiência em fluidificar traços de concreto, era que eles podiam ser usados
em dosagens muito mais altas do que os redutores de água anteriores, porque são
produtos que não contêm impurezas (AÏTCIN, 2000).
20
À medida que o uso dos superplastificantes foi se tornando mais comum, percebeu-se
que estes poderiam ser utilizados para reduzir a quantidade de água da mistura para um
nível jamais experimentado. Esses superplastificantes são tão eficazes que hoje em dia é
possível fazer o concreto fluido, tendo a relação água/cimento menor do que 0,30.
O mecanismo de ação dos superplastificantes para Bauer (2000) ocorre da seguinte
maneira: o aditivo é absorvido pelas partículas de cimento, fazendo com que as mesmas
se tornem negativamente carregadas e mutuamente repulsivas. Devido a este efeito, as
partículas de cimento são mais bem dispersas e a mistura, consequentemente, torna-se
mais fluida.
A escolha de um superplastificante bom e eficiente é crítica quando se faz concreto de
alto desempenho, pois nem todos os tipos e marcas desses aditivos reagem da mesma
forma com um determinado cimento. Problemas de compatibilidade podem algumas
vezes ser enfrentados quando se usa o cimento e um superplastificante que estão cada
um isoladamente atendendo às suas respectivas normas de recebimento (AÏTCIN,
2000).
Descreve ainda que a dosagem de superplastificante mais eficiente pode ser encontrada
rapidamente usando-se “tripla tentativa de teor de água”: usam-se as relações a/c menor,
maior e intermediária, compatíveis com as exigências de resistência para fazer três
traços com igual quantidade de material cimentício, mas diferentes quantidades de água.
Esses traços experimentais são ensaiados quanto à resistência e perda de abatimento.
Neville (1997) ressalta que a concentração de sólidos nos superplastificantes comerciais
varia, de modo que a comparação do desempenho deveria ser feita com base na
quantidade de sólidos e não na da massa total.
O momento de colocação e a maneira como o aditivo é adicionado à mistura é
fundamental para sua eficiência, e também para melhoria da consistência. O
superplastificante age mais efetivamente se for adicionado alguns minutos depois após a
colocação da água de amassamento (MENDES apud HSU et al, 1999). A adição de
superplastificante (parcialmente ou totalmente) na água de amassamento reduz sua
eficiência, possivelmente devido à absorção pelos agregados durante a mistura
21
(AÏTCIN, 2000). Embora alguns fabricantes de superplastificantes orientem adicioná-
los à água de amassamento.
O retardo da adição do superplastificante em 1 (um) minuto após o contato do cimento
com a água de amassamento leva a uma mistura com abatimento cerca de 100%
superior ao da mistura cuja colocação foi imediata, conforme mostra a Tabela 2.2. Em
suma, a escolha dos superplastificantes é determinada, principalmente, em função do
desempenho, compatibilidade com o cimento e dosagem (COLLEPARDI et al, 1999).
Tabela 2.2 - Efeito do modo de adição dos superplastificantes SMF, SNF e CAE no slump de misturas de concreto de cimento Portland.
Fonte: Collepardi (1999) ADITIVOS CONCRETOS
TIPO DE ADITIVO
DOSAGEM (% TEOR DE SÓLIDOS)
MODO DE ADIÇÃO RELAÇÃO A/C SLUMP (mm)
SMF 0,50 IMEDIATA 0,41 100
SMF 0,50 RETARDADA 0,41 215
SNF 0,48 IMEDIATA 0,40 100
SNF 0,48 RETARDADA 0,40 230
CAE 0,30 IMEDIATA 0,30 230
CAE 0,30 RETARDADA 0,39 235
2.4.4 Adições minerais
São materiais silicosos finamente moídos, adicionados ao concreto em quantidades
relativamente grandes, geralmente na faixa de 20,0 a 100,0% da massa de cimento
Portland (MEHTA, 1994).
Os benefícios derivados do emprego de adições minerais no concreto incluem melhora
da resistência à fissuração térmica devido ao calor de hidratação mais baixo, aumento
das resistências e da impermeabilidade por refinamento dos poros, e uma durabilidade
maior ataques químicos (expansão álcali-agregado).
22
2.4.4.1 Sílica ativa
A sílica ativa (ou microssílica) é um subproduto de fornos a arco e de indução das
indústrias de silício metálico e ligas de ferro-silício. Comparando ao cimento Portland
comum e as cinzas volantes, a sílica ativa apresenta distribuição granulométrica das
partículas duas ordens de grandeza mais finas. Com isso, devido ao pequeno diâmetro
de suas partículas (1,0 micrômetro) possui grande superfície específica (Figura 2.4), o
que justifica alta demanda de água e exigência de plastificante; ainda que, melhora a
trabalhabilidade por reduzir o tamanho e volume de vazios no concreto (MEHTA,
1994).
Figura 2.4 – Sílica ativa vista por microscópio. Fonte: Mehta (1994)
Sua adição associada à massa de cimento faz com que se obtenha aumento de
desempenho do concreto. Tem partícula de dimensão média cem vezes menor que a do
grão de cimento. A sílica ativa preenche os vazios da zona de transição do material
cimentício/agregado, ao mesmo tempo que reage com a água e a portlandita disponível,
aumentando a resistência do concreto (TÉCHNE, 2002).
Price (2003), afirma que o papel das adições é muito mais significativo no CAD do que
os concretos convencionais. Para produzir concretos de alto desempenho em níveis
muito baixos de relação a/c (normalmente inferior a 0,30), sem necessidade de um
elevado teor de cimento, é necessário o uso de superplastificantes.
23
A sílica ativa é um pó extremamente fino, ocupando vazios não preenchidos pelo
cimento, permitindo assim a obtenção de concretos extremamente resistentes e duráveis.
Conjuntamente com um agente redutor de água adicionados à mistura do concreto, a
sílica ativa é capaz de produzir resistência elevada no concreto, tanto nas primeiras
idades quanto nas idades posteriores. O ganho de resistência nas primeiras idades é
devido a uma ligeira aceleração na hidratação do cimento Portland; o ganho de
resistência nas idades finais é devido principalmente a reação pozolânica.
Devido a sua finura, as partículas de sílica ativa podem preencher os vazios entre as
partículas maiores do cimento, quando elas estão bem defloculadas na presença de uma
dosagem adequada de superplastificante (AÏTCIN, 2000). A adição de sílica ativa reduz
também, drasticamente, tanto a exsudação interna como superficial da mistura. Além
disso, as partículas de sílica ativa têm um efeito fluidificante sobre traços com relação
água/cimento muito baixa.
A sílica ativa é quase indispensável ao CAD, uma vez que tem aproximadamente três
vezes mais eficiência cimentícia do que o cimento Portland. Isto facilita a obtenção de
alta resistência sem excessiva quantidade de cimento. Para ser eficaz, deve ser sempre
usada em conjunto com um superplastificante. É normalmente adicionada à mistura
proporções de 5,0 a 10,0% da massa do cimento (PRICE, 2003).
A combinação desses diferentes modos de ação da sílica ativa no concreto resulta numa
microestrutura muito densa, aumentando assim a resistência à compressão do concreto.
Além disso, como a sílica ativa reduz a porosidade do concreto, a permeabilidade é
reduzida. É válido observar que os fatores de eficiência da sílica ativa relacionados à
permeabilidade do concreto são maiores do que para a resistência à compressão.
Em compostos cimentícios, a sílica ativa atua de duas maneiras. A primeira é a reação
química conhecida como reação pozolânica. A hidratação do cimento Portland produz
muitos compostos, entre eles o silicato de cálcio hidratado (C-S-H) e o hidróxido de
cálcio (CaOH). O gel de C-S-H é bem conhecido como sendo a fonte de resistência no
concreto.
24
Quando a sílica ativa é adicionada no concreto fresco, ela reage quimicamente com o
CaOH para produzir uma quantidade adicional de C-S-H, inclusive com características
superiores, do ponto de vista de adesividade, àquele produzido pela simples hidratação
do cimento Portland, aumentando a resistência à compressão e a resistência química. A
zona de interface da pasta e do agregado é aumentada, resultando em altas resistências à
compressão (MEHTA, 1994).
A segunda função da sílica ativa é o efeito fíler. Como a sílica ativa de Fe-Si é cerca de
100 a 150 vezes menor que uma partícula de cimento, ela poderá preencher vazios
criados pela água livre na matriz. Essa função, chamada empacotamento, refina a
microestrutura do concreto, criando uma estrutura porosa muito mais densa (NEVILLE,
1997).
Embora Isaia e Helene (1995), comentam que o uso de elevadas quantidades de sílica
ativa é questionado, haja vista que podem possibilitar a despassivação da armadura do
concreto devido a queda de reserva alcalina.
2.5 RELAÇÃO ÁGUA/CIMENTO
É a relação entre a quantidade de água usada na mistura do concreto com a massa de
cimento. A resistência à compressão, do concreto, depende do fator água/cimento, que,
por sua vez, depende da distribuição granulométrica do agregado. A distribuição
granulométrica deverá ser tal que permita uma mistura de máxima compacidade,
compatível com a peça a concretar (BAUER, 2000).
A relação água/cimento determina a porosidade da pasta de cimento endurecida em
qualquer estágio de hidratação. Sendo assim, tanto o grau de adensamento como a
relação água/cimento influenciam no volume de vazios do concreto (Figura 2.5).
Segundo Neville (1997), misturas com relação água/cimento muito baixa e um teor de
cimento muito alto, exibem uma redução de resistência quando se usam agregados com
25
grande tamanho. Assim, as idades mais avançadas, nesse tipo de mistura, uma relação
água/cimento menor pode não resultar uma resistência alta.
Figura 2.5 – Representação esquemática de duas pastas frescas de cimento com relação a/c distintas.
Fonte: Aïtcin (2000)
Para relações água/cimento abaixo de 0,30, aumentos desproporcionalmente elevados
na resistência à compressão podem ser conseguidos para pequenas reduções na relação
água/cimento. O fenômeno é atribuído, principalmente, à melhora significativa da
resistência na zona de transição obtida para relações água/cimento muito baixas. Uma
das explicações é que o tamanho dos cristais de hidróxido de cálcio diminui com a
redução das relações água/cimento (MEHTA, 1994).
A baixa relação água/cimento é necessária para produzir o CAD, além de que
geralmente melhora a durabilidade do concreto. Quando dosado com sílica, constatam-
se reduções significativas na permeabilidade e na infiltração de cloretos (PRICE, 2003).
O aumento da resistência é obtido, principalmente pela redução drástica da porosidade
da pasta de cimento hidratada. Essa redução de porosidade é obtida pela adição de mais
cimento ao mesmo tempo em que se reduz a quantidade de água de mistura através do
uso de superplastificantes e pela substituição de uma parte do cimento por um volume
igual de material cimentício suplementar (por exemplo, a sílica ativa).
26
2.6 DOSAGEM DO CAD
Segundo Neville (1997), ainda não foi desenvolvido um procedimento sistematizado de
aplicação geral à dosagem de concreto de alto desempenho. As razões para isso incluem
o fato de que até agora foram construídas poucas estruturas com concreto de alto
desempenho (em relação aos concretos convencionais) e cada estrutura envolve
materiais específicos e especialmente selecionados.
Segundo Lintz et al. (2005), a dosagem do CAD é um pouco mais complicada do que a
do concreto convencional. Embora o CAD utilize os mesmos componentes básicos,
podendo entrar mais alguns complementares: superplastificantes, sílica ativa e
eventualmente aditivos retardadores de pega.
O CAD exige condições de produção e execução rigorosas, que deveriam ser padrão
também para concretos convencionais, o que pouco ocorre, na prática. Conhecer as
características de aditivos e adições ajuda a entender porque tanta preocupação. A sílica
ativa propicia maior compacidade ao concreto, melhorando a aderência entre a pasta e
os agregados graúdos devido à sua extrema finura, com diâmetro médio em torno de 19
mm. O excesso de impurezas na água pode provocar problemas na resistência, assim como
o uso inadequado de aditivos (PRICE, 2003)
A seleção dos materiais que vão ser usados na mistura deve ser bem cuidadosa, haja
vista que os ingredientes adicionados de forma inadequada levam a perder o objetivo da
dosagem, que é obter o concreto de alto desempenho. O concreto de alto desempenho
deve ser produzido, transportado e lançado da mesma forma que o concreto usual.
Quando as qualidades do cimento e do superplastificante estão sobre controle, os
demais parâmetros críticos que devem ser verificados são a granulometria e a forma do
agregado graúdo, assim como a granulometria da areia e seu teor de umidade. Os
materiais cimentícios também deverão ser cuidadosamente controlados com a mesma
atenção dispensada aos outros materiais mencionados. Qualquer falta de qualidade num
dos insumos usados causará problemas, pois, no preparo do concreto de alto
desempenho a margem de segurança não é grande.
27
Dois pontos são importantes a serem levados em consideração. Em primeiro lugar, com
concreto de alto desempenho a resistência muitas vezes é necessária após 28 dias de
idade; isso deve ser levado em conta na consideração do critério de resistência. Em
segundo lugar, o que se necessita em um concreto de alto desempenho é um elevado
módulo de deformação. Para esse fim, é essencial que se use um agregado com elevado
módulo de deformação, mas também é importante que se escolha um material
cimentício que resulte uma aderência particularmente boa entre as partículas de
agregado graúdo e a matriz (MENDES, 2002).
Os especialistas recomendam que o CAD seja produzido em centrais de concreto, pois
exige controle rigoroso da massa dos materiais. Se a central estiver fora do canteiro, a
mistura pode ser feita com todos os componentes exceto o superplastificante, que deve
ser adicionado na última hora por ter efeito por tempo limitado. Por isso, deve-se
dedicar especial atenção ao tempo de transporte desde a saída da usina até o local de
aplicação (TÉCHNE, 2002).
As vantagens técnicas e econômicas do CAD não diminuem o fato de que esse tipo de
concreto precisa de cuidados bastante precisos e requer projetos específicos para sua
dosagem. Exige, além do controle da qualidade do cimento, dos agregados e da
dosagem dos aditivos; acompanhamento da execução na obra em que será utilizado.
Como a necessidade de baixa relação água/cimento e o elevado consumo de cimento
tenderiam a produzir uma mistura desuniforme, caso não fossem empregados aditivos
redutores de água, esse balanceamento necessita de alguns cuidados prévios. Os
superplastificantes, à base de lignossulfonatos, naftalenos sulfonados ou melamina, são
a alternativa mais recente para reduzir em mais de 30% a quantidade de água
(BARATA, 1998).
O traço do CAD varia em função das especificações, da resistência, do tipo de
armaduras, da dimensão dos agregados, entre outros detalhes. A qualidade do produto
entregue às obras exige, por isso, controle bastante preciso dos seus componentes e
ensaios laboratoriais, haja vista que cada obra exige um traço específico que irá
depender da sua aplicabilidade.
28
Segundo Price (2003), para uma boa dosagem de CAD é necessário manter uma
consistente e baixa relação a/c juntamente com uma mistura eficaz. O controle rigoroso
de todas as fontes de água na mistura é crítica. Estes incluem:
1- água adicionada à mistura;
2- partículas de sílica em suspensão na água da mistura;
3- umidade dos agregados, pois interferem na relação a/c;
4- outras fontes de água (transporte).
2.7 COMPATIBILIDADE ENTRE CIMENTO PORTLAND E
SUPERPLASTIFICANTE
Quando se usa um teor elevado de superplastificante para conseguir uma relação
água/cimento muito baixa ou se não for possível a redosagem do superplastificante, é
importante estabelecer uma combinação compatível de cimento e superplastificante
(NEVILLE, 1997).
Embora seja importante a compatibilidade entre o cimento e o aditivo também nos
concretos correntes, nos concretos de alto desempenho, o teor muito baixo de água
intensifica as consequências da falta de compatibilidade devido à disputa pela água para
molhagem superficial pelos vários materiais e para o início da hidratação. Conforme o
tipo de cimento adotado, há influência significativa na resistência, principalmente nas
primeiras idades.
2.8 PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CAD
Este item descreverá algumas propriedades do CAD, porém com maior ênfase na
resistência à compressão.
29
2.8.1 Concreto fresco
Price (2003) comenta que no CAD, é normal a produção de elevada trabalhabilidade.
Slump de 200 mm são comuns. Em relação ao adensamento, verificou-se que muitas
vezes os CAD’s possuem maiores dificuldades de se adensarem do que os concretos
convencionais.
Como o teor de material cimentício do CAD é alto (em torno de 500 kg/m³), o calor de
hidratação do concreto também é. É fato que, quando o calor de hidratação aumenta a
resistência do concreto diminui. Dessa forma, se o CAD é utilizado em grandes
volumes, é necessário precauções quanto aos efeitos térmicos (PRICE apud
BAMFORTH e PRICE, 1995).
2.8.2 Concreto endurecido
Aïtcin (2000) afirma que as diferenças entre o comportamento mecânico do concreto de
alto desempenho e do concreto usual resultam de suas diferentes microestruturas. O
CAD não necessariamente se comporta como um concreto mais resistente, porém na
maioria dos casos isso acontece.
2.8.2.1 Resistência à compressão
Resistência é a capacidade de o material resistir à tensão sem ruptura. A resistência é a
propriedade mais importante do concreto, por isso é sempre especificada em projetos de
estruturais. O concreto possui melhor resistência à compressão do que aos outros tipos
de esforços (tração, flexão) (MEHTA, 1994).
30
Através dos dados da resistência, muitas outras propriedades do concreto, como o
módulo de deformação, estanqueidade, impermeabilidade podem ser deduzidas. Apesar
do concreto, na prática estar submetido a vários tipos de esforços, o esforço de
compressão uniaxial é o mais importante, além de ser mais fácil de ensaiá-lo no
laboratório. A resistência à compressão aos 28 dias determinado através de um ensaio
padrão de compressão uniaxial, é aceita universalmente como índice geral da resistência
do concreto. No Brasil, o ensaio é realizado de acordo com a NBR 5739/1997.
O CAD é, obviamente, caracterizado por uma elevada resistência à compressão. Outra
característica é que o ganho de resistência após os 28dias é freqüentemente pequeno. O
aumento de resistência irá depender da dosagem dos materiais cimentícios do concreto
(PRICE, 2003).
A determinação da resistência à compressão pode ser uma medida de qualidade do
concreto, visto que está relacionada com a estrutura interna do material. Assim,
conhecendo-se o seu valor é possível obter uma estimativa do desempenho do concreto
tanto em termos mecânicos como, indiretamente, a sua durabilidade. Por exemplo, o
valor do módulo de deformação e da resistência à compressão (NEVILLE, 1997).
No entanto, segundo Mehta (1994), a resistência à compressão está sujeita também a
uma combinação de vários outros fatores, internos e externos, que podem afetar o
resultado obtido dos ensaios, conforme ilustrado na Figura 2.6.
31
Figura 2.6 - Interação dos fatores que influenciam a resistência do concreto Fonte: Mehta (1994)
2.8.2.2 Fatores que afetam
A resistência inicial à compressão do CAD pode demorar mais a desenvolver-se do que
nos concretos convencionais devido ao tempo de início da reação de hidratação do
cimento, que é um pouco mais demorada devido ao uso de superplastificantes. Como
acontece em alguns casos, até mesmo a associação de plastificantes e retardadores, para
viabilizar todo o processo de elaboração, transporte e lançamento contribui para que tal
tempo se estenda. No entanto, a partir do momento em que se inicia a hidratação do
cimento, a reação desenvolve-se rapidamente, sendo que resistências de 30,0MPa
podem ser obtidas em até 24 horas, se os traços forem elaborados de forma satisfatória
(MEHTA, 1994)
A obtenção de resistências maiores nas primeiras horas torna-se muito difícil devido à
perda rápida de abatimento. Para obtenção de dados comparativos, a data de 28 dias é a
mais indicada para que testemunhos sejam ensaiados (AÏTCIN, 2000).
32
Para tanto, devem ser bem observadas as condições de cura, com sua devida influência
nas amostras a serem ensaiadas. Corpos-de-prova submetidos a tempo demasiado de
cura de imersão em tanques com água podem ter a penetração de certa quantidade de
líquido em seu interior, que propiciem uma hidratação adicional, gerando um aumento
de resistência à compressão nas regiões afetadas.
Em contrapartida, Guimarães (2002) afirma que corpos de prova curados ao meio
ambiente podem apresentar decréscimo de resistência, principalmente aqueles com
sílica ativa, devido à secagem da camada externa que resulta em um gradiente de
tensões que pode afetar os valores da resistência. Para Mehta (1994), os fatores que
afetam a resistência à compressão são:
Características e proporção dos materiais
- Relação água/cimento
Abrams enunciou, no início do século XX, a agora conhecida como Lei de Abrams,
relacionando a resistência à compressão à relação a/c. A lei versa que para um mesmo
grau de hidratação, a resistência da pasta depende essencialmente da relação a/c. Desta
forma, para o CAD também funciona a relação de que quanto menor relação a/c, maior
a resistência, como mostra a Tabela 2.3.
Tabela 2.3 – Resistência à compressão do concreto de alto desempenho em função da relação água/cimento. Fonte: Aïctin (2000)
Relação a/c Faixa de resistência à compressão máxima
MPA
0,40 – 0,35 50 – 75
0,35 – 0,30 75 – 100
0,30 – 0,25 100 – 125
0,25 – 0,20 >125
33
- Ar Incorporado
Dependendo da quantidade de ar incorporado à mistura, poderá obter-se um aumento ou
diminuição da resistência. Em geral, o CAD sempre tem certa quantidade de ar
aprisionado, em torno de 0,5% a 2,5%, ou pode-se incorporar algum.
- Tipo de cimento
Conforme o tipo de cimento adotado, há influência significativa na resistência,
principalmente nas primeiras idades.
- Agregados
Embora sejam usados os agregados comuns em concretos de resistência muito alta, a
resistência dos próprios agregados pode ser crítica. O critério da resistência do agregado
é válido quando é necessária uma resistência elevada do concreto. No entanto, a
resistência das partículas de agregado não é importante se o que se deseja do concreto
de alto desempenho é uma alta resistência às primeiras idades. Em geral se usa agregado
de boa qualidade.
Segundo Neville (1997), para assegurar boa aderência entre as partículas de agregado
graúdo e a matriz, essas partículas devem ser aproximadamente equidimensionais. Além
de que, são essenciais a limpeza, a ausência de pó aderente e a uniformidade
granulométrica do agregado. O agregado miúdo deve ser arredondado e ter
granulometria uniforme, mas um pouco grossa, porque as misturas ricas usadas em
concreto de alto desempenho têm um valor elevado de partículas finas.
A resistência, o tamanho e a forma dos agregados devem ser compatíveis com a matriz,
sendo fundamental, no caso de CAD, que estes fatores sejam bem avaliados, evitando-
se os efeitos indesejáveis de problemas na interface matriz-agregado.
34
- Água de amassamento e aditivos
O excesso de impurezas na água pode provocar problemas na resistência, assim como o
uso inadequado de aditivos.
Condições de Cura
Entende-se pelo termo cura, como um conjunto de procedimentos que visa promover a
hidratação do cimento, com controle do tempo, temperatura e condições de umidade,
após o lançamento do concreto. Desta forma, percebe-se a influência do processo de
cura adequado na resistência, evitando-se efeitos de retração por secagem com aumento
excessivo da temperatura.
Há uma grande importância do controle da temperatura nas primeiras 24 a 48 horas após
o lançamento, para evitar tais efeitos. No entanto, cabe ressalvar que a elevação da
temperatura não é função do teor de cimento, o que poderia levar a uma consideração
errônea do problema, mas, sim, da quantidade de cimento que está sendo hidratada.
Como no caso do CAD, o fator a/c é muito baixo, a falta de água torna um fator
limitante na quantidade de cimento que é hidratada.
Parâmetros de Ensaio
Nos procedimentos de ensaio de resistência à compressão, os parâmetros essenciais para
determinação da resistência do concreto são: as dimensões do corpo de prova, idade do
corpo de prova e modalidade de aplicação de carga, isto é, se a taxa de carregamento é
constante ou trata-se de um carregamento cíclico. Como já foi dito, no Brasil, os
métodos de ensaio definidos pela ABNT para realização de tais testes estão
regulamentados através da NBR 5739/2007.
35
2.8.2.3 Durabilidade
É a propriedade que faz com que o concreto tenha a capacidade de resistir a ações do
intemperismo, como ataques físicos (ex. abrasão), químicos e a qualquer outro processo
de deterioração, durante sua vida útil para a qual foi projetado com um mínimo de
manutenção possível (MEHTA, 1994).
A durabilidade do concreto é largamente controlada pela sua permeabilidade. À medida
que se reduz a permeabilidade, o concreto se torna mais resistente a ambientes
agressivos. Isso ocorre de maneira mais acentuada quando se acrescenta adições
minerais, pois a um refinamento da estrutura dos poros da matriz e da zona de transição
(AÏTCIN, 2000).
Não existe qualquer método padronizado de medir a durabilidade do concreto em geral.
A durabilidade está relacionada com o desempenho a longo prazo de um determinado
material, num determinado ambiente, sob determinadas condições de serviço. Então,
para Aïtcin (2000), o que está faltando no CAD são casos de obras bem documentados
do seu uso, com sucesso ou insucesso, pois o mesmo ainda é novo no mercado.
Atualmente, o que se propõe para uma melhor durabilidade dos concretos, é a tentativa
de aumentar a resistência aos ataques químicos externos. Isso é conseguido reduzindo a
porosidade e a permeabilidade do concreto para reduzir ou diminuir a velocidade da
penetração dos agentes agressivos.
2.8.2.4 Módulo de deformação
O módulo de deformação ou de elasticidade constitui uma das propriedades mais
importantes, devido à necessidade da determinação das deformações dos elementos
estruturais existentes nos projetos. Tal conhecimento só é possível devido à avaliação da
rigidez, traduzida através do módulo de deformação.
36
Atualmente, ainda é extremamente difícil a determinação de um valor para o módulo de
deformação. Segundo Aïtcin (2000), o que o concreto de alto desempenho ganhou em
qualidade, perdeu em simplicidade para determinação do valor desta propriedade que,
dependendo do tipo de obra e do volume de concreto utilizado, caberia um estudo
específico para a situação, avaliando-se o real módulo de deformação, com todos os
materiais a serem utilizados.
Desta forma, acredita-se poder otimizar o projeto em termos de modelo estrutural
adotado e, consequentemente, custo para execução e futura manutenção. A princípio,
sabe-se que o diagrama tensão versus deformação do concreto apresenta um
comportamento não linear, devido a uma fissuração progressiva e de outros diversos
fatores, dentre eles, os principais citados são exsudação, resistência da zona de transição
e procedimentos de cura. Mesmo assim, é necessária uma estimativa do módulo de
deformação do material para que seja viabilizado o conhecimento de tensões induzidas
pelas deformações associadas aos efeitos ambientais para calcular as tensões, momentos
e deformações em elementos estruturais (PRICE, 2003).
37
3 PROGRAMA EXPERIMENTAL
A obtenção de misturas de CAD está associada à redução da relação água/cimento e,
geralmente, à incorporação de aditivos como os superplastificantes, e adições minerais
como a sílica ativa, a cinza volante, a cinza de casca de arroz, entre outras. O programa
experimental foi definido com o objetivo de avaliar a influência dos teores de
superplastificantes sobre a propriedade de resistência do concreto, sempre utilizando a
sílica ativa na mistura.
O desenvolvimento do programa experimental foi realizado no Laboratório de Materiais
de Construção do Departamento de Tecnologia da Universidade Estadual de Feira de
Santana. O programa experimental foi dividido em quatro etapas: seleção e
caracterização dos materiais, definição dos traços unitários, produção e preparo das
amostras e ensaio de compressão axial.
3.1 SELEÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAS
A seleção dos materiais utilizados nesta pesquisa foi realizada de acordo com a
disponibilidade dos mesmos na região. Os materiais foram utilizados de maneira como
são fornecidos comercialmente, sem alterações em suas características iniciais, com
exceção dos agregados que foram lavados para redução de pó.
3.1.1 Cimento
O cimento utilizado foi o cimento Portland CP II Z 32 (NBR 11578, 1991) disponível
comercialmente em Feira de Santana. Esse tipo de cimento é constituído de 76 a 94% de
38
clínquer mais gesso, de 0 a 10% de material carbonático e de 6 a 14% de pozolana. Este
produto tem as especificações técnicas descritas nas Tabela 3.1 e 3.2.
Tabela 3.1 - Exigências Físicas e Mecânicas.
Finura Tempo de pega Expansibilidade Resistência à compressão
(MPa)
Resíduo na peneira 75mm (%)
Área específica
m²/kg Início
(h) Fim (h)
A frio (mm)
A quente (mm) 1 dia 3 dias 7 dias 28 dias
≤12,0 ≥260 ≥1 ≤ 10 ≤5 ≤5 - ≥10 ≥20 ≥32
Tabela 3.2 – Exigências Químicas. Resíduo
Insolúvel (%) Perda ao fogo (%) MgO(%) SO3 (%) CO2 (%) S (%)
≤16,0 ≤6,5 ≤6,5 ≤4,0 ≤5 -
O ensaio de finura foi realizado conforme os procedimentos da NBR 11579/1991 -
Cimento Portland – Determinação da finura por meio da peneira 75m (nº 200).
Segundo a NBR, a expressão para o cálculo de finura é:
100
M
CRF
Onde F é o índice de finura do cimento, em porcentagem, R é o resíduo de cimento na
peneira de 75m (#200), em gramas, C é o fator de correção da peneira utilizada no
ensaio, devendo estar compreendido no intervalo 1,00±0,20 g, e M a massa de cimento
em gramas. A finura do cimento é determinada pelo índice de finura, que é o material
retido na peneira #200, e este ensaio não necessita de repetição.
A execução do ensaio foi através do procedimento manual, e foram utilizados os
seguintes aparelhos e equipamentos:
39
-Balança GEHAKA nº 4881, com resolução de 0,01g.
-Peneira com fundo e tampa LM nº 74, com malha metálica de 75m.
-Pincel com cerdas de náilon.
-Bastão de tubo de PVC.
-Flanela limpa e seca.
-Cronômetro.
-Vidro relógio.
Figura 3.1 - Balança GEHAKA nº 4881, com resolução de 0,01g
Figura 3.2 – Peneira LM 74 com fundo e tampa
A tabela 3.3 mostra a finura determinada pelo ensaio, observando que o resultado
atendeu a exigência mínima de finura pelo fabricante.
40
Tabela 3.3 – Porcentagem retida na peneira de 75m
Massa inicial (g) 50,00
Massa Final (g) 0,37
Porcentagem retida (%) 0,73
Finura (%) 1,75
3.1.2 Agregados graúdos
O agregado graúdo foi lavado e seco e depois submetido ao ensaio de peneiramento
conforme a NBR NM 248/2003 em seguida classificado de acordo os limites da
composição granulométrica conforme a NBR 7211/2009 mostrada na Tabela 3.4.
Tabela 3.4 - Limites da composição granulométrica do agregado graúdos. Fonte: NBR 7211/2009
41
Tabela 3.5 – Tamanho das amostras e Diâmetro máximo do agregado graúdo. Amostras
Massa 1 5220,38g
Massa 2 5350,08g
Dmáx 19mm
As amostras da tabela 3.5 foram colhidas de acordo com a NBR NM 26/2001, e o
agregado graúdo se comportou como mostram as Figuras 3.3 e 3.4, não se encaixando
nas zonas granulométricas.
Figura 3.3 – Limites de composição granulométrica 1 do agregado graúdo (9,5/25).
2,4 4,8 6,3 9,5 12,5 19,0 25,4 37,5
42
Figura 3.4 – Limites de composição granulométrica 2 do agregado graúdo (4,75/12,5).
O agregado coletado para ensaio não se encaixa em nenhum dos dois limites de
composição granulométrica das Figuras 3.3 e 3.4. Sendo que se aproxima da zona
granulométrica 9,5/25 da norma NBR NM 26/2001, explicitado na Figura 3.3.
3.1.3 Agregados miúdos
A areia lavada armazenada nos silos do Laboratório de Materiais de Construção da
Universidade Estadual de Feira de Santana foi cessada, seca e utilizada na dosagem do
concreto. O agregado miúdo pode se situar na zona ótima ou na zona utilizável
conforme consta na Tabela 3.6 da norma NBR 7211/2009.
2,4 4,8 6,3 9,5 12,5 19,0 25,4 37,5
43
Tabela 3.6 – Limites da distribuição granulométrica do agregado miúdo. Fonte: Fonte: NBR 7211/2009
As amostras do agregado miúdo foram coletadas de acordo com a NBR NM 26:2001, e
o agregado se encaixou na zona utilizável, exceto por um ponto como demonstra a
Figura 3.5.
Figura 3.5 – Curva granulométrica do Agregado Miúdo em relação aos limites inferior e superior da zona utilizável.
Fonte: NBR 7211/2009
fundo
0,15 0,3 0,6 1,18 2,4 4,75 6,3 9,5
44
Analisando os dados mostrados na Tabela 3.7, onde foi apresentado o Módulo de Finura
(MF) do agregado miúdo se confirmou que a curva do agregado miúdo usado no
experimento se aproxima do limite da Zona Utilizável, além de que o módulo de finura
encontrado está no limite de 2,7 a 3,0, proposto por Aïtcin (2000).
Tabela 3.7 – Tamanho das amostras e módulo de finura do agregado miúdo. Amostras
Massa 1 359,80
Massa 2 363,80g
MF 2,96
3.1.4 Aditivo superplastificante
O superplastificante utilizado é composto de uma resina melamina-formaldeído, incolor
e isenta de cloretos; contendo 38% de teor de sólidos e densidade de 1,12 g/cm³, onde
esses dados foram fornecidos pelo fabricante.
3.2 PROPORCIONAMENTO DOS MATERIAIS
Para obter um traço único, que foi utilizado durante todo o experimento escolheu-se o
Método do IPT juntamente com as recomendações do fabricante do aditivo
superplastificante e de toda a literatura explorada na revisão bibliográfica. Inicialmente
foram fixados alguns parâmetros, válidos para a dosagem do CAD. São eles:
abatimento: ≥ 150mm
aditivo: acrescentado em três teores distintos (proporção mínima, máxima e um
fora dos limites determinados pelo fabricante)
adição: 10% de sílica ativa sobre a massa de cimento
45
água: iniciando com relação a/c de 0,30.
resistência: ≥ 40,0MPa
Foi escolhido o traço intermediário 1:5, pois além de ser o mais usual tentou-se
beneficiar os requisitos de trabalhabilidade e economia. Em seguida utilizou-se a
fórmula de teor de argamassa proposta pelo IPT para definir o traço unitário do
concreto.
10011
ma
:Sendo
teor de amassaarg %5151,0sec a
0,5m
,Logo 06,20,51
151,0
aa
seSabe também :que
94,2 bbam
Portanto o traço unitário em massa, que será utilizado nas quatro misturas é:
1 : 2,06 : 2,94 :0,3 : 0,1 : x*
(* 0,005 de superplastificante para a Dosagem 1, 0,015 para a Dosagem 2 e 0,020 para a
Dosagem 3).
Para obter a quantidade de cada material em massa basta multiplicar os valores do traço
unitário pela quantidade desejada, tendo como base a massa de cimento. Foi escolhido
uma massa inicial de 9 kg, pois é o valor adequado para preencher 12 corpos-de-prova,
conforme mostra a Tabela 3.8.
46
Tabela 3.8 – Quantidades de materiais em massa. Material Traço unitário Massa (kg)
Cimento 1 9,00
Areia 2,06 18,54
Brita (zona granulométrica 9,5/25
NBR 7211/2009) 2,94 26,46
Massa total 54,00
Foram realizadas três dosagens, variando apenas os teores de superplastificante. Cada
betonada moldava-se 12 corpos-de-prova. A tabela 3.9 mostra a quantidade de material
para cada dosagem.
Tabela 3.9 – Proporção de materiais em massa por dosagem.
Material Dosagem 1
kg
Dosagem 2
kg
Dosagem 3
kg
Cimento 9,00 9,00 9,00
Areia 18,54 18,54 18,54
Brita (zona granulométrica
9,5/25 NBR 7211/2009) 26,46 26,46 26,46
Água
Sílica ativa
3,42
0,90
3,25
0,900
3,15
0,900
Aditivo 0,045 (0,5%) 0,135 (1,5%) 0,180 (2,0%)
3.3 PRODUÇÃO E PREPARO DOS CORPOS-DE-PROVA
A mistura dos concretos do experimento foi realizada em betoneira de eixo inclinado,
com capacidade para 320 litros e imprimada com argamassa de cimento, a fim de evitar
que a água da mistura fosse absorvida pelas paredes internas, anteriormente secas.
47
A ordem de colocação dos materiais na betoneira em movimento foi mantida constante
para todas as misturas.
1. 100% da brita mais aproximadamente 25% da água misturada com aditivo
2. 100% do cimento e 100% da sílica ativa
3. Mistura por 1 minuto
4. 100% da areia mais 25% da água com aditivo
5. Mistura por 2 minutos
6. 50% da água com aditivo
7. Adição de água até obter uma boa trabalhabilidade (abatimento ≥ 150mm)
Encerrado o período de mistura, foi realizado o ensaio de consistência pelo abatimento
do tronco de cone (NBR NM 67/1998).
Os CP’s foram moldados de acordo com a NBR 5738/2008, em formas cilíndricas de
diâmetro de 100 mm e altura de 200 m; adensados mecanicamente, utilizando vibrador
de imersão elétrico. Após moldagem os CP’s foram mantidos ao ambiente do
laboratório por aproximadamente 24 horas. Após as 24 horas, os CP’s foram retirados
das formas e colocados em câmara úmida até a data da ruptura.
3.4 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES
A execução desse ensaio obedeceu às prescrições da NBR 5739/2007. Antes do início
do ensaio os CP’s foram submetidos ao capeamento com enxofre, que tem por
finalidade regularizar a base dos CP’s (Figura 3.6).
48
Figura 3.6 – Corpos-de-prova capeados com enxofre
O corpo-de-prova é colocado de forma centralizada em uma prensa hidráulica. A carga
de ensaio deve ser aplicada continuamente e sem choques, com velocidade de
carregamento de 0,3 MPa/s a 0,8 MPa/s (Figura 3.7). A resistência à compressão deve
ser obtida, dividindo-se a carga da ruptura pela área da seção transversal do corpo-de-
prova, devendo o resultado ser expresso com aproximação de 0,1 MPa (NBR
5739/2007).
Figura 3.7 – Prensa hidráulica para o ensaio de compressão axial.
49
4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS
As Tabelas 4.1, 4.2 e 4.3, apresentam o resumo dos resultados obtidos através dos
ensaios de compressão axial, com suas respectivas médias e abatimentos, além de
mostrarem os desvios padrão e coeficientes de variação.
Tabela 4.1 – Resistência aos 28 dias da dosagem 1 (teor de aditivo de 0,5%) DOSAGEM 1
abatimento = 150 mm – relação a/c = 0,38
CP Carga (tf) fc28 (MPa) 01 38,8 49,4 02 39,6 50,5 03 38,5 49,1 04 38,1 48,5 05 37,8 48,2 06 39,5 50,2 07 41,2 52,5 08 40,2 51,2 09 42,1 53,6 10 39,8 50,6 11 38,2 48,7 12 37,9 48,2
MÉDIA DESVIO PADRÃO
COEFICIENTE DE VARIAÇÃO
50,1 1,73
3,46
50
Tabela 4.2 - Resistência aos 28 dias da dosagem 2 (teor de aditivo de 1,5%) DOSAGEM 2
abatimento = 170 mm – relação a/c = 0,36
CP Carga (tf) fc28 (MPa) 01 45,8 58,3 02 46,6 59,3 03 47,2 60,1 04 46,5 59,2 05 49,4 62,9 06 44,5 56,7 07 47,2 60,1 08 48,5 61,7 09 46,2 58,9 10 46,6 59,3 11 48,0 61,1 12 48,8 62,1
MÉDIA DESVIO PADRÃO
COEFICIENTE DE VARIAÇÃO
60,0 1,75
2,91
Tabela 4.3 - Resistência aos 28 dias da dosagem 3 (teor de aditivo de 2,0%)
DOSAGEM 3 abatimento = 200 mm – relação a/c = 0,35
CP Carga (tf) fc28 (MPa) 01 58,6 74,7 02 57,6 73,3 03 59,6 75,9 04 58,1 74,0 05 58,6 74,7 06 54,6 69,5 07 56,3 71,7 08 59,7 76,0 09 54,3 69,1 10 59,6 75,9 11 57,8 73,6 12 59,6 75,9
MÉDIA DESVIO PADRÃO
COEFICIENTE DE VARIAÇÃO
73,7 2,42
3,29
51
De acordo com a análise dos resultados, verifica-se a influência dos superplastificantes
na propriedade de resistência e trabalhabilidade do concreto de alto desempenho. À
medida que o teor de superplastificante foi aumentado o CAD teve sua trabalhabilidade
(verificada pelo abatimento) e resistência também aumentadas (Figura 4.1 e 4.2).
A média da resistência foi de 50,1 MPa para dosagem 1, 60,0 MPa para a dosagem 2 e
73,7 MPa para a dosagem 3; além de que a relação a/c foi diminuindo de 0,38 para 0,36
e para 0,35 respectivamente. Os coeficientes de variação foram baixos, corroborando na
confiabilidade dos resultados.
Figura 4.1 – Gráfico de Resistência à compressão x Relação a/c.
52
Figura 4.2 – Gráfico Teor de aditivo x Relação a/c.
53
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Este trabalho teve como objetivo principal produzir concretos de alto desempenho com
três diferentes teores de superplastificantes. Para isto foram estudadas algumas
propriedades desse concreto: trabalhabilidade, resistência à compressão, com ênfase na
segunda, por se tratar de uma propriedade fundamental do concreto. Procurou-se ainda
avaliar a influência dos superplastificantes na propriedade de resistência do CAD.
As conclusões apresentadas podem servir como base para um melhor entendimento do
comportamento do CAD produzido com proporções diferentes de aditivos
superplastificantes
5.1 CONCLUSÕES
Após a realização dos ensaios de resistência à compressão axial, concluiu-se que os
resultados foram satisfatórios e dentro do esperado pelo trabalho.
O fato de se adicionar aditivos superplastificantes conjuntamente com sílica ativa, faz
com que o concreto tenha sua resistência melhorada, assim como sua trabalhabilidade.
Percebe-se também que a utilização do superplastificante diminui a relação a/c da
mistura, fator esse preponderante para o aumento da resistência.
A não obtenção de resistências maiores pode ser explicadas pelo não cumprimento da
seleção rigorosa dos materiais constituintes. Além também das condições de preparo,
moldagem e cura dos CP’s que foram bastante limitadas.
No entanto apesar das limitações, foi obtido um concreto com resistências acima de 40
MPa e com relações a/c menores que 0,40, podendo ser classificado como CAD de
Classe 1, proposto por Aitcin (2000). Pela definição de outros autores o concreto obtido
54
pode ser classificado como um concreto de alta resistência já que a definição de alto
desempenho abrange outras propriedades além da resistência a compressão.
5.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Realizar um estudo sobre permeabilidade e durabilidade do concreto de alto
desempenho em função dos teores de aditivos superplastificantes.
Estudar a relação custo/benefício da utilização do concreto de alto desempenho.
Estudar a resistência à compressão do concreto de alto desempenho em função dos
teores de sílica ativa.
Estudar a possibilidade da utilização de outros tipos de aditivos para obtenção do
concreto de alto desempenho.
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REFERÊNCIAS
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