( PDF ) Caracterização do cimento aluminoso e sua aplicação em concretos de alta resistência (CAR)

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MARCOS RAEDER FILHO

CARACTERIZAÇÃO DO CIMENTO ALUMINOSO E SUA APLICAÇÃO EM

CONCRETOS DE ALTA RESISTÊNCIA (CAR)

Dissertação apresentada ao corpo docente do

Programa de Pós-Graduação em Construção Civil

da Universidade Federal do Paraná, como parte

dos requisitos para a obtenção do grau de Mestre

em Construção Civil.

Orientador: Prof. Dr. Vladimir Antonio Paulon

CURITIBA

2005

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TERMO DE APROVAÇÃO

MARCOS RAEDER FILHO

CARACTERIZAÇÃO DO CIMENTO ALUMINOSO E SUA APLICAÇÃO EM

CONCRETOS DE ALTA RESISTÊNCIA (CAR)

Dissertação aprovada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre no

Programa de Pós-Graduação em Construção Civil da Universidade Federal do Paraná,

pela seguinte banca examinadora:

Orientador: Prof. Dr. Vladimir Antonio Paulon

Departamento de Construção Civil, UNICAMP

Co-orientador: Prof. MSc. José Marques Filho

Departamento de Construção Civil, UFPR

Prof. Dr. André Luiz Bortolacci Geyer

Universidade Federal de Goiás

Prof. Dr. Marcos Antonio Marino

Departamento de Construção Civil, UFPR

MSc. Patrícia Hommerding Pedrozo

Instituto de Tecnologia, LACTEC

Curitiba, 30 de junho de 2005

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Ao Único Deus

Aos meus pais, Marcos e Regina

Aos meus irmãos, David e Laylah

Ao meu grande amigo Paulon

iii

AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar agradeço àquele que, embora detenha em suas mãos todo o

conhecimento, toda a sabedoria e os mais diversos mistérios da ciência, com imenso amor

e misericórdia se faz presente a cada dia nas coisas mais simples da vida. Ao meu Deus

toda a honra.

Agradeço ao meu amigo Vladimir Antonio Paulon não só pela orientação

extremamente competente desde a graduação, além da crescente amizade e interesse

demonstrados durante todo esse período, mas pelo exemplo de vida, tornando-se um

referencial na minha busca constante pelo sucesso acadêmico e profissional.

Ao meu co-orientador José Marques Filho, agradeço por sua amizade, excelente

orientação, disponibilidade mesmo nos momentos adversos e, acima de tudo, pelo

incentivo freqüente durante o decorrer de todo esse trabalho.

Com muito amor e carinho, aos meus pais e irmãos, que mesmo distantes, têm me

sustentado e apoiado em todos os sentidos.

À Patrícia Pedrozo, por ter sido minha orientadora e amiga em diversos momentos

no transcorrer dessa dissertação, se dispondo a ensinar e discutir o trabalho de maneira

enriquecedora, além de proporcionar todos os recursos necessários para a aquisição de

materiais e desenvolvimento do programa experimental.

Ao Sandro Mendes, pela amizade criada e por sua infinita disposição em me

orientar e auxiliar na execução dos ensaios experimentais, além de me incentivar e ajudar

muito na realização das análises estatísticas.

Agradeço à Lafarge Aluminates pela doação dos materiais necessários à realização

da pesquisa, à Vânia Dantas pelo atendimento prestativo em todas as horas, e em especial

ao Engenheiro Leandro Sampaio, por ter se tornado um verdadeiro amigo durante esse

período, e pelo incansável empenho e vontade demonstrados em informar, orientar e

discutir resultados referentes ao material analisado.

À Professora Denise Dal Molin e todo o pessoal do NORIE, que de maneira muito

gentil se dispuseram e contribuíram significativamente nas análises e conclusões finais.

Ao Professor Paulo Chamecki e ao Instituto de Tecnologia para o

Desenvolvimento (LACTEC) por possibilitarem a execução dos ensaios de laboratório, e

de quaisquer outros recursos disponíveis no Laboratório de Materiais e Estruturas

(LAME).

Aos meus amigos e colegas de trabalho, Betina, Regiane, Waleska, Altair e Tiago,

pelos momentos que passamos durante o transcorrer de todo esse trabalho. Agradeço a

vocês pela grande amizade, carinho e ajuda incondicional que demonstraram, pelo

incentivo nas horas mais difíceis, sem os quais nada disso teria sido realizado, e sem os

quais nada disso tem valor.

Aos meus amigos do Laboratório de Materiais e Estruturas, Alan, Anísio, Amauri,

Edmílton, Eustáquio, Fabiano, Marcelo e Zorzi, por todo o apoio no desenvolvimento dos

ensaios de laboratório.

Ao Prof. José Manoel e todo o pessoal do Laboratório de Minerais e Rochas

(LAMIR), Ana Lúcia, Luciane e Rodrigo, pela colaboração com a análise petrográfica e

caracterização química dos materiais.

Agradeço muito ao meu tio Welinton, por investir no meu conhecimento e

formação durante toda a vida, além de ter sido o primeiro contato, exemplo e motivo de

meu interesse pelo estudo da engenharia.

Aos meus tios Rui e Nata, ao meu primo e grande amigo Gustavo, e à minha avó

Glória, agradeço pelo sustento, amizade, e amor, além do exemplo de determinação.

Agradeço à minha família em Curitiba, a família Carreiro, Tia Valdete, Tia

Valdinéia, Tio Moacir, Gustavo, Bruno, Filipe e Hugo, e a todos aqueles que por ela

passaram, pelo carinho e imenso amor. Aos meus amigos e irmãos, Marcos Liebich, Eder

Costa, Rodrigo Amato e Viviane Benítez pela grande amizade que formamos, e pela

companhia em diversos momentos. A todos vocês, agradeço por fazerem parte da minha

vida.

“[...] todas as coisas começam nele,

e nele encontram seu propósito.”

Deus não joga dados – Albert Einstein

SUMÁRIO

RESUMO...........................................................................................................................xii

ABSTRACT .................................................................................................................... xiii

1 INTRODUÇÃO ..............................................................................................................1

1. 1 Considerações Iniciais............................................................................................................. 1

1. 2 Relevância e Justificativa ........................................................................................................ 3

1. 3 Objetivos.................................................................................................................................. 6

1. 4 Método..................................................................................................................................... 7

1. 5 Limitações ............................................................................................................................... 7

1. 6 Estrutura do trabalho ............................................................................................................... 8

2 CONCRETO DE ALTA RESISTÊNCIA (CAR)........................................................9

2. 1 Definição ................................................................................................................................. 9

2. 2 Histórico e Aplicações........................................................................................................... 11

2. 3 Utilizações ............................................................................................................................. 12

2. 4 Estrutura do Concreto............................................................................................................ 16

2. 4. 1 Agregados.............................................................................................................................17

2. 4. 2 Pasta de Cimento Hidratada...............................................................................................17

2. 4. 2. 1 Porosidade .......................................................................................................................20

2. 4. 2. 2 Diminuição do tamanho dos grãos dos produtos da hidratação ......................................23

2. 4. 2. 3 Heterogeneidades ............................................................................................................23

2. 4. 3 Zona de Transição................................................................................................................24

2. 4. 4 Seleção dos Materiais...........................................................................................................26

2. 4. 4. 1 Cimento ...........................................................................................................................27

2. 4. 4. 2 Agregados........................................................................................................................29

2. 4. 4. 2. 1. Agregado Graúdo................................................................................................30

2. 4. 4. 2. 2. Agregado Miúdo..................................................................................................32

2. 4. 4. 3 Água ................................................................................................................................32

2. 4. 4. 4 Adições Minerais.............................................................................................................32

2. 4. 4. 5 Aditivos Superplastificantes............................................................................................36

2. 4. 5 Propriedades do Concreto...................................................................................................39

2. 4. 5. 1 Propriedades do Concreto de Alta Resistência no Estado Fresco ...................................39

2. 4. 5. 2 Propriedades do Concreto de Alta Resistência no Estado Endurecido............................42

2. 4. 5. 2. 1 Resistência à compressão.....................................................................................43

2. 4. 5. 2. 2 Resistência à tração..............................................................................................45

3 CIMENTOS ALUMINOSOS EM CAR.....................................................................47

3. 1 Introdução.............................................................................................................................. 47

3. 2 Hidratação e Resistência........................................................................................................ 49

3. 3 Resistência a Ataques Químicos ........................................................................................... 59

3. 4 Propriedades Refratárias........................................................................................................ 63

3. 5 Resistência à abrasão e impacto ............................................................................................ 66

3. 6 Trabalhabilidade do Concreto de Cimentos Aluminosos...................................................... 67

vii

3. 7 Durabilidade .......................................................................................................................... 69

3. 8 Outras Aplicações.................................................................................................................. 72

4 PROGRAMA EXPERIMENTAL ..............................................................................75

4. 1 Planejamento dos Ensaios ..................................................................................................... 76

4. 1. 1 Ensaios Mecânicos ...............................................................................................................76

4. 1. 2 Ensaios da Microestrutura..................................................................................................80

4. 2 Caracterização dos Materiais................................................................................................. 81

4. 2. 1 Cimento.................................................................................................................................81

4. 2. 2 Sílica Ativa............................................................................................................................83

4. 2. 3 Agregados.............................................................................................................................85

4. 2. 4 Água .......................................................................................................................................89

4. 2. 5 Aditivos..................................................................................................................................89

4. 3 Proporcionamento dos Materiais........................................................................................... 91

4. 3. 1 Produção e preparo dos corpos de prova............................................................................93

4. 3. 2 Cura e armazenamento ........................................................................................................94

4. 4 Metodologia para execução dos ensaios................................................................................. 95

4. 4. 1 Ensaios Mecânicos ................................................................................................................95

4. 4. 2 Ensaios de Microestrutura...................................................................................................97

5 ANÁLISE DOS RESULTADOS..................................................................................98

5. 1 Considerações Iniciais............................................................................................................ 98

5. 2 Compatibilidade entre Cimento e Aditivos ............................................................................ 99

5. 3 Resistência à Compressão Axial ........................................................................................ 108

5. 3. 1 Efeito dos fatores relação água/aglomerante, teor de adição e idade na resistência à

compressão .....................................................................................................................................113

5. 3. 2 Efeito das adições de sílica ativa em função da relação água/aglomerante ..................118

5. 4 Resistência à Tração por Compressão Diametral................................................................ 119

5. 5 Análise da Microestrutura do Concreto............................................................................... 122

6 CONCLUSÃO..............................................................................................................127

6. 1 Considerações Iniciais......................................................................................................... 127

6. 1. 1 Com relação à Compatibilidade entre cimento, aditivos e sílica ativa..........................128

6. 1. 2 Com relação à Resistência à Compressão........................................................................129

6. 1. 3 Com relação à Resistência à Tração por Compressão Diametral .................................130

6. 2 Sugestões para futuros trabalhos ......................................................................................... 131

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................132

ANEXO A........................................................................................................................143

ANEXO B........................................................................................................................147

ANEXO C........................................................................................................................152

ANEXO D........................................................................................................................155

viii

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 2. 1 – INFLUÊNCIA DA RELAÇÃO A/C E IDADE SOBRE RESISTÊNCIA E

PERMEABILIDADE...................................................................................................................................21

FIGURA 3. 1 – COMPOSIÇÃO DO CIMENTO ALUMINOSO EM COMPARAÇÃO AO CIMENTO

PORTLAND ................................................................................................................................................48

FIGURA 3. 2 – TEMPO DE PEGA PARA MISTURAS CONTENDO CIMENTO PORTLAND E

CIMENTO ALUMINOSO ..........................................................................................................................51

FIGURA 3. 3 – ESTRUTURA DO ALUMINATO MONOCALCICO (CA)............................................51

FIGURA 3. 4 – MICROGRAFIA DOS CRISTAIS PSEUDOHEXAGONAIS DO CA............................52

FIGURA 3. 5 – MICROGRAFIA DAS FASE HEXAGONAL E CÙBICA..............................................53

FIGURA 3. 6 – ESCOAMENTO DO AR ATRAVÉS DO CONCRETO..................................................55

FIGURA 3. 7 – DESENVOLVIMENTO DA RESISTÊNCIA PARA CONCRETOS DE CIMENTOS

ALUMINOSOS............................................................................................................................................56

FIGURA 4. 1 – REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DO PROJETO FATORIAL FRACIONADO ..............78

FIGURA 4. 2 – DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DO CIMENTO ALUMINOSO......................82

FIGURA 4. 3 – MICROGRAFIA DA SÍLICA ATIVA .............................................................................84

FIGURA 4. 4 – DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DA SÍLICA ATIVA.......................................85

FIGURA 4. 5 – DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DO AGREGADO MIÚDO............................86

FIGURA 4. 6 – DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DO AGREGADO GRAÚDO ........................88

FIGURA 4. 7 – DIFRATOGRAMA DE RAIOS-X DO AGREGADO GRAÚDO ...................................88

FIGURA 5. 1 – ÁREA EM FUNÇÃO DO TEMPO DE HIDRATAÇÃO (A/C = 0,23) .........................100

FIGURA 5. 2 – ÁREA EM FUNÇÃO DO TEMPO DE HIDRATAÇÃO (A/C = 0,23) .........................101

FIGURA 5. 3 – ÁREA EM FUNÇÃO DO TEMPO DE HIDRATAÇÃO (A/C = 0,23) .........................101

FIGURA 5. 4 – ÁREA EM FUNÇÃO DO TEMPO DE HIDRATAÇÃO (A/C = 0,23) .........................101

FIGURA 5. 5 – ÁREA EM FUNÇÃO DO TEMPO DE HIDRATAÇÃO (A/C = 0,37) .........................102

FIGURA 5. 6 – ÁREA EM FUNÇÃO DO TEMPO DE HIDRATAÇÃO (A/C = 0,37) .........................102

FIGURA 5. 7 – ÁREA EM FUNÇÃO DO TEMPO DE HIDRATAÇÃO (A/C = 0,37) .........................102

FIGURA 5. 8 – ÁREA EM FUNÇÃO DO TEMPO DE HIDRATAÇÃO (A/C = 0,37) .........................103

FIGURA 5. 9 – TEMPO DE ESCOAMENTO EM FUNÇÃO DO TEOR DE ADITIVO A...................104

FIGURA 5. 10 – TEMPO DE ESCOAMENTO EM FUNÇÃO DO TEOR DE ADITIVO B.................105

FIGURA 5. 11 – PONTO DE SATURAÇÃO DO ADITIVO A – A/AGL 0,35......................................106

FIGURA 5. 11 – PONTO DE SATURAÇÃO DO ADITIVO A – A/AGL 0,25......................................107

FIGURA 5. 12 – EFEITO DA INTERAÇÃO ENTRE FATORES ANALISADOS NA RESISTÊNCIA À

COMPRESSÃO DE CONCRETO COM A/AGL 0,23 .............................................................................113

FIGURA 5. 13 – EFEITO DA INTERAÇÃO ENTRE FATORES NA RESISTÊNCIA À

COMPRESSÃO DE CONCRETO COM A/AGL 0,25 .............................................................................114

FIGURA 5. 14 – EFEITO DA INTERAÇÃO ENTRE FATORES ANALISADOS NA RESISTÊNCIA À

COMPRESSÃO DE CONCRETO COM A/AGL 0,28 .............................................................................114

FIGURA 5. 15 – EFEITO DA INTERAÇÃO ENTRE FATORES ANALISADOS NA RESISTÊNCIA À

COMPRESSÃO DE CONCRETO COM A/AGL 0,32 .............................................................................114

FIGURA 5. 16 – EFEITO DA INTERAÇÃO ENTRE FATORES ANALISADOS NA RESISTÊNCIA À

COMPRESSÃO DE CONCRETO COM A/AGL 0,37 .............................................................................115

FIGURA 5. 17 – LEI DE COMPORTAMENTO GERAL DO EFEITO ISOLADO DA RELAÇÃO

ÁGUA/AGLOMERANTE SOBRE A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO. ............................................115

FIGURA 5. 18 – LEI DE COMPORTAMENTO GERAL DO EFEITO ISOLADO DA IDADE SOBRE

A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO.......................................................................................................116

FIGURA 5. 19 – LEI DE COMPORTAMENTO GERAL DO EFEITO ISOLADO DO TEOR DE

ADIÇÃO SOBRE A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO.........................................................................116

FIGURA 5. 20 – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO EM FUNÇÃO DA INTERAÇÃO ENTRE O TEOR

DE ADIÇÃO E A RELAÇÃO ÁGUA/AGLOMERANTE.......................................................................118

FIGURA 5. 21 – EQUIPAMENTO UTILIZADO PARA ENSAIO DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR

COMPRESSÃO DIAMETRAL.................................................................................................................121

FIGURA 5. 22 – MICROGRAFIA DE CONCRETO COM RELAÇÃO A/AGL 0,23 SEM ADIÇÃO DE

SÍLICA ATIVA – (a) AUMENTO DE 100x (b) AUMENTO DE 150x...................................................123

FIGURA 5. 23 – MICROGRAFIA DE CONCRETO (PORO) COM RELAÇÃO A/AGL 0,23 SEM

ADIÇÃO DE SÍLICA ATIVA – AUMENTO DE 3000x .........................................................................123

FIGURA 5. 25 – MICROGRAFIA DE CONCRETO COM RELAÇÃO A/AGL 0,28 e 10% DE ADIÇÃO

DE SÍLICA ATIVA – (a) AUMENTO DE 3000x (b) AUMENTO DE 1500x.........................................124

FIGURA 5. 27 – MICROGRAFIA DE CONCRETO COM RELAÇÃO A/AGL 0,28 E 10% DE

ADIÇÃO DE SÌLICA ATIVA – (a) AUMENTO DE 1500x (b) AUMENTO DE 100x ..........................124

FIGURA 1. C – IMAGEM MICROGRÁFICA EM LUZ POLARIZADA..............................................154

FIGURA 1. D – MICROGRAFIA E EDS - CONCRETO (A/AGL 0,23; TEOR DE SÍLICA 0%).........156

FIGURA 2. D – MICROGRAFIA E EDS - CONCRETO (A/AGL 0,23; TEOR DE SÍLICA 0%).........156

FIGURA 3. D – MICROGRAFIA E EDS - CONCRETO (A/AGL 0,28; TEOR DE SÍLICA 10%).......157

FIGURA 4. D – MICROGRAFIA E EDS - CONCRETO (A/AGL 0,28; TEOR DE SÍLICA 10%).......157

FIGURA 5. D – MICROGRAFIA E EDS - CONCRETO (A/AGL 0,28; TEOR DE SÍLICA 10%).......158

FIGURA 6. D – MICROGRAFIA E EDS - CONCRETO (A/AGL 0,28; TEOR DE SÍLICA 10%).......158

FIGURA 7. D – EDS - CONCRETO (A/AGL 0,28; TEOR DE SÍLICA 10%) .......................................159

FIGURA 8. D – MICROGRAFIA E EDS - CONCRETO (A/AGL 0,28; TEOR DE SÍLICA 10%).......159

FIGURA 9. D – MICROGRAFIA E EDS - CONCRETO (A/AGL 0,28; TEOR DE SÍLICA 10%).......160

FIGURA 12. D – MICROGRAFIA E EDS - CONCRETO (A/AGL 0,32; TEOR DE SÍLICA 15%).....160

FIGURA 13. D – MICROGRAFIA E EDS - CONCRETO (A/AGL 0,37; TEOR DE SÍLICA 0%).......161

FIGURA 14. D – MICROGRAFIA E EDS - CONCRETO (A/AGL 0,37; TEOR DE SÍLICA 20%).....161

LISTA DE QUADROS E TABELAS

TABELA 2. 1 – CONSUMO DE MATERIAIS - EXECUÇÂO DE PAVIMENTO DE CONCRETO.....13

TABELA 4. 1 – PLANEJAMENTO DOS ENSAIOS – PROJETO FATORIAL CRUZADO ..................79

TABELA 4. 2 – ALEATORIZAÇÃO DA ORDEM DE EXECUÇÃO DOS TRAÇOS............................80

TABELA 4. 3 – CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS DO CIMENTO ALUMINOSO...........................81

TABELA 4. 4 – CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DO CIMENTO ALUMINOSO ...................................81

TABELA 4. 5 – CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DO CIMENTO ALUMINOSO...............................82

TABELA 4. 6 – CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA SÍLICA ATIVA ....................................................83

TABELA 4. 7 – CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DA SÍLICA ATIVA ...............................................83

TABELA 4. 8 – GRANULOMETRIA DO AGREGADO MIÚDO...........................................................85

TABELA 4. 9 – CARACTERIZAÇÃO DO AGREGADO MIÚDO .........................................................85

TABELA 4. 10 – GRANULOMETRIA DO AGREGADO GRAÚDO .....................................................86

TABELA 4. 11 – CARACTERIZAÇÃO DO AGREGADO GRAÚDO....................................................87

TABELA 4. 12 – CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DO AGREGADO GRAÚDO ...............................87

TABELA 4. 13 – CARACTERÍZAÇÃO CRISTALOGRÁFICA DO AGREGADO GRAÚDO..............88

TABELA 4. 14 – CARACTERÍSTICAS DOS ADITIVOS SUPERPLASTIFICANTES .........................90

TABELA 4. 15 – TRAÇOS DE CONCRETO EM MASSA ......................................................................92

TABELA 5. 1 – MÉDIA, DESVIO PADRÃO E COEFICIENTE DE VARIAÇÃO – RESISTÊNCIA À

COMPRESSÃO .........................................................................................................................................108

TABELA 5. 2 – MÉDIA, DESVIO PADRÃO E COEFICIENTE DE VARIAÇÃO – RESISTÊNCIA À

COMPRESSÃO .........................................................................................................................................109

TABELA 5. 3 – ANÁLISE DE VARIÂNCIA (ANOVA) – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO...........111

TABELA 5. 4 – PARÂMETROS ESTIMADOS PARA AS VARIÁVEIS DE CONTROLE.................111

TABELA 5. 5 – VALORES OBTIDOS - RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO CONCRETO ..........112

TABELA 5. 6 – VALORES PREVISTOS - RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO CONCRETO ......112

TABELA 5. 7 – MÉDIA, DESVIO PADRÃO E COEFICIENTE DE VARIAÇÃO – RESISTÊNCIA À

TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL.......................................................................................119

TABELA 5. 8 – MÉDIA, DESVIO PADRÃO E COEFICIENTE DE VARIAÇÃO – RESISTÊNCIA À

TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL.......................................................................................120

QUADRO 1. A – TRAÇOS DE CONCRETO CARACTERÌSTICAS DA PRODUÇÃO E CONSUMO

DE MATERIAIS POR M

DE CONCRETO – 1ª REPETIÇÃO...............................................................144

QUADRO 2. A – TRAÇOS DE CONCRETO – 1ª REPETIÇÃO............................................................144

QUADRO 3. A – TRAÇOS DE CONCRETO – 1ª REPETIÇÃO............................................................145

QUADRO 4. A – TRAÇOS DE CONCRETO – 2ª REPETIÇÃO............................................................145

QUADRO 5. A – TRAÇOS DE CONCRETO – 2ª REPETIÇÃO............................................................146

QUADRO 6. A – TRAÇOS DE CONCRETO – 2ª REPETIÇÃO............................................................146

QUADRO 1. B – ENSAIOS DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL (MPa).............................148

QUADRO 2. B – ENSAIOS DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL (MPa).............................149

QUADRO 3. B – ENSAIOS DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL

(MPa)..........................................................................................................................................................150

QUADRO 4. B –ENSAIOS DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL

(MPa)..........................................................................................................................................................151

QUADRO 1. C – MINERALOGIA DA ROCHA ....................................................................................153

RESUMO

A disseminação de princípios relacionados à ciência dos materiais proporcionou

um desenvolvimento tecnológico significativo do concreto nas últimas décadas. O

desempenho mecânico, além da durabilidade são algumas das propriedades que mais

evoluíram nesse período, resultando num produto com características singulares,

denominado concreto de alta resistência (CAR). A utilização desse material é interessante

ao permitir a redução de deformações, permeabilidade, seções de peças estruturais,

custos, além de proporcionar maior velocidade de execução de obras, construção de vãos

maiores em elementos estruturais, entre diversas outras características.

A busca por um produto cada vez mais adequado em relação ao constante

progresso da engenharia de materiais tem direcionado alguns estudos relacionados à

utilização dos cimentos aluminosos como constituintes do concreto. O cimento aluminoso

foi inicialmente desenvolvido na França, cujo objetivo era aumentar a durabilidade de

estruturas de concreto sujeitas ao ataque por sulfatos. Contudo, devido a algumas

propriedades distintas em relação ao cimento Portland, como alta resistência inicial,

resistência à abrasão, desenvolvimento da resistência sob condições de baixa temperatura,

propriedades refratárias, entre outras, estenderam sua aplicação a diversas áreas da

construção. Entretanto, no Brasil não há um número razoável de estudos ou pesquisas

publicadas relacionados à utilização do cimento aluminoso em aplicações estruturais ou

quaisquer outras áreas da construção civil.

Sendo assim, esse trabalho tem como objetivo principal a contribuição ao estudo

do comportamento mecânico do concreto de alta resistência contendo cimentos

aluminosos, mais especificamente, alguns dos fatores que influenciam a resistência à

compressão e resistência à tração, como a adição de sílica ativa, relação água/aglomerante

e o grau de hidratação. Para uma melhor compreensão do comportamento mecânico do

concreto realiza-se uma investigação em sua microestrutura. Além disso, através de

ensaios de compatibilidade, são analisados os efeitos de alguns dos principais aditivos

superplastificantes comumente utilizados na produção de concreto de alta resistência com

cimento Portland na reologia de misturas contendo cimentos aluminosos.

xii

ABSTRACT

The dissemination of some principles related to the science of materials provided

significant technological development of the concrete in the last past years. The

mechanical performance, beyond the durability of such material, is some of the properties

that had more evolved in this period, resulting in a product with singular characteristics,

called High-Strength Concrete. The use of this material is interesting when allowing the

reduction of deformations, permeability, sections of structural members, costs, besides

providing a greater execution speed, and diverse other characteristics.

The search for a better product related to the constant progress of the engineering

of materials has directed studies related to the use of calcium-aluminate cements as

constituents of concrete. The calcium-aluminate cement was originally developed in

France, whose objective was to provide improve durability of concrete in sulphate bearing

environments. However, due some unique properties comparing to Portland cements, as

high initial resistance, abrasion resistance, rapid hardening under very cold climatic

conditions, refractory properties, among others, extended the range of application to many

other areas around the world. However, in Brazil there are not a reasonable number of

studies or research published relating the use of the calcium-aluminate cements in

structural applications or any other areas of civil engineering.

Therefore, this work has as main objective the contribution to study the mechanical

behavior of high-strength concrete using calcium-aluminate cements, more specifically,

some of the factors that can influence the compressive strength and tensile splitting

strength, as the use of silica fume, water/binder relation and age. For a better

understanding of the mechanical behavior of concrete, a research on its microstructure is

performed. Moreover, through compatibility assays, the effect of some of main

superplasticizers admixtures frequently used to produce high-strength concretes using

Portland cement are analyzed on the rheology of mixtures containing calcium-aluminate

cements.

xiii

1 INTRODUÇÃO

1. 1 Considerações Iniciais

O desenvolvimento tecnológico aliado à evolução do conhecimento humano impõe

aos materiais estruturais a necessidade de uma superação constante no seu desempenho

mecânico e durabilidade. Segundo MEHTA (1999), a aplicação dos princípios da Ciência

dos Materiais à tecnologia de produção do concreto oferece a expectativa de um produto

consideravelmente superior em relação à resistência, elasticidade e tenacidade, quando

comparável ao disponível atualmente.

A maioria dos projetistas cerca de cinqüenta anos atrás estava satisfeita com

projetos estruturais baseados em concretos com resistência à compressão limitada em

20 MPa devido principalmente ao conhecimento da época e, portanto, economia e

segurança proporcionadas. Além disso, acreditava-se que a aplicação do concreto estaria

restrita principalmente às estruturas horizontais, fundações, pisos ou como elementos de

proteção contra o fogo. (AÏTCIN, 2000).

Entretanto, com o intuito de atender às necessidades do setor de construção de

edifícios com grande altura no final dos anos 60, o concreto de alta resistência

(40 a 50 MPa) passou a ser utilizado comercialmente em quantidades significativas na

maioria das estruturas (FREEDMAN, 1971). Com a evolução dos aditivos redutores de

água, concretos com resistência à compressão acima de 60 MPa já eram produzidos

comercialmente (MEHTA, 1999; PHELAN, 1998).

Segundo diversos autores (AÏTCIN e NEVILLE, 1993; DAL MOLIN, 1995;

HELENE e HARTMANN, 2003), o concreto de alta resistência foi inicialmente

desenvolvido para ser utilizado como elemento estrutural em pontes e edifícios com

grandes alturas. Em tais edifícios o aumento da capacidade de carregamento permite a

execução de pilares e vigas de menores dimensões, resultando em maior área útil aos

pavimentos, principalmente nos andares inferiores sobrecarregados, reduzindo a carga

permanente da estrutura e a carga nas fundações. Dessa forma, além da viabilidade

técnica, as estruturas mais esbeltas geram aumento da área rentável. Como elemento

estrutural em pontes, a aplicação do concreto de alta resistência gera um aumento

significativo na relação entre resistência à compressão e peso, volume e custo. Além

disso, segundo CARPENTER (apud DAL MOLIN, 1995), através da utilização desse

material é possível obter maior módulo de deformação, propriedade interessante quando

deflexões controlam o projeto; maior resistência à tração, principal parâmetro de controle

no projeto de elementos estruturais de concreto protendido; e execução de vãos maiores.

Outras vantagens da utilização de concreto de alta resistência são:

• baixa permeabilidade, porosidade e, consequentemente, maior durabilidade aos

ambientes agressivos sujeitos à ação da erosão, abrasão e ataques químicos;

• redução de deformações instantâneas devido ao maior módulo de deformação;

• redução de deformações a longo prazo e fluência;

• material disponível;

• vantagens econômicas, ecológicas e energéticas, quando são utilizados resíduos

industriais como adição ao concreto;

• redução de reações de expansão quando utilizadas determinadas adições minerais.

Além disso, a utilização do concreto de alta resistência na construção permite

maior velocidade de execução das obras, o que resulta em aumento do fluxo de caixa.

Esse aumento é de extrema importância em uma era de altas taxas de juros.

Atualmente, a aplicação do concreto de alta resistência está estendida a diversos

tipos de estruturas, e não somente a edifícios altos e pontes. As principais aplicações são:

plataformas marítimas (ALAEJOS e CÁNOVAS, 1992; AÏTCIN, 2000; MEHTA e

MONTEIRO, 1994), pavimentos rodoviários (MOORE, 1999; BALBO, 1999), reatores

nucleares (DE LARRARD et al., 1990), túneis submarinos (ALAEJOS e CÁNOVAS,

1992), reparos e recuperação de estruturas (CHORINSKY, 1999), pré-moldados

(SCRIVENER, 2001), entre outros.

1. 2 Relevância e Justificativa

O constante desenvolvimento mundial requer que os materiais de construção e,

dessa forma, o concreto, sejam cada vez mais aproveitados e aperfeiçoados para

acompanhar tal progresso . Uma forma de buscar um produto melhor e mais adequado é a

utilização dos cimentos aluminosos como constituintes do concreto. De acordo com

NEVILLE (1998) o cimento aluminoso possui diversas propriedades singulares quando

comparado ao cimento Portland, como altas resistências iniciais, desenvolvimento da

resistência mesmo sob condições de baixas temperaturas, e durabilidade superior ao

ataque por sulfatos.

O cimento aluminoso foi desenvolvido na França no começo do século XX como

uma alternativa ao problema de ataque das estruturas de concreto por águas sulfatadas. A

comercialização desse material cresceu durante a Primeira Guerra Mundial, levando ao

uso substancial em estruturas de concreto expostas ao mar e fundações em solos com alto

teor de sulfatos. Contudo, a alta reatividade e versatilidade dos cimentos aluminosos

permitiram o emprego desse material em diversas outras aplicações.

Algumas dessas aplicações são as escavações de túneis, construção de minas na

África do Sul, Canadá e Austrália, entre outras, graças à alta taxa de evolução da

resistência. Em outros países, principalmente no Reino Unido, os danos causados pela

Segunda Guerra originaram um crescimento acelerado na construção civil da época. Os

processos de cura a vapor para concreto pré-moldado de cimento Portland não tinham

sido bem desenvolvidos e, conseqüentemente, o rápido endurecimento do concreto de

cimento aluminoso proporcionou sua utilização em diversas estruturas pré-moldadas e

protendidas. Além dessas aplicações, a alta taxa de evolução de calor durante a hidratação

estendeu a utilização do cimento aluminoso a concretagens em clima frio, levando a

várias aplicações no Ártico (SCRIVENER, 2001).

Em alguns países como a África do Sul, onde alguns efluentes são extremamente

agressivos devido a fatores hidráulicos ou descargas industriais com baixo pH, canais de

concreto com cimentos aluminosos estão sendo produzidos. A escolha desse material dá-

se pelo fato de apresentar uma alta capacidade de neutralização ácida, resistindo melhor

ao ataque sulfúrico biológico que canais produzidos com cimento Portland.

(ALEXANDER e FOURIE, 2001; GOYNS, 2001).

Além disso, segundo SCRIVENER (2001) a alta resistência à abrasão e impacto

devido à natureza da zona de transição entre a pasta e agregado permitiu a utilização do

concreto contendo cimentos aluminosos em estruturas hidráulicas sujeitas ao desgaste,

como vertedouros, comportas deslizantes e linhas de túneis de limpeza na França, Suécia,

Peru, entre diversos outros países.

As propriedades mecânicas, comportamento durante a cura e calor inicial das

misturas de cimentos aluminosos são características singulares decisivas em aplicações

refratárias (NORTON-BERRY; GHANBARI AHARI; LEE, 2001). O concreto de

cimento Portland exposto a altas temperaturas, de acordo com MEHTA e MONTEIRO

(1994), forma óxido de cálcio livre através da decomposição do hidróxido de cálcio, o que

causa a deterioração do concreto aquecido ao ser exposto à umidade ou à água.

Entretanto, o cimento aluminoso não produz hidróxido de cálcio durante a hidratação.

NEVILLE (1997) comenta que até cerca de 500°C, os concretos de cimento aluminoso

perdem resistência em proporção maior do que aqueles contendo cimento Portland; a

partir desse valor até 800°C, os dois são comparáveis, mas acima de cerca de 1000°C, o

cimento aluminoso tem um desempenho consideravelmente melhor.

A despeito das diversas aplicações para o concreto de cimentos aluminosos, alguns

acontecimentos envolvendo a utilização desse material geraram um clima de incerteza

quanto à sua utilização. Dessa forma, mudanças nas normas foram feitas para prevenir

efetivamente o uso desse material em aplicações estruturais (ANDIÓN; GARCÉS;

CASES, 2001).

O processo de degradação identificado e mais conhecido que sofrem os cimentos

aluminosos é o chamado de conversão dos hidratos hexagonais de aluminato de cálcio

para a forma cúbica. Esta conversão é usualmente seguida de uma perda de resistência.

Segundo diversos autores (ANDIÓN e GARCÉS, 2001; SCRIVENER, 2001), o

conhecimento insuficiente, a falta de entendimento sobre a química e comportamento

cristalográfico a longo prazo desse tipo de cimento e, principalmente, a falta de prática de

regras adequadas à utilização, além da atenção a parâmetros como relação água/cimento e

conteúdo de cimento, que são importantes para o concreto de cimento Portland e se

tornam críticos quando o cimento aluminoso é utilizado, levaram a casualidades fatais

envolvendo a utilização desses materiais.

Tais acontecimentos ilustram a importância do conhecimento sobre o

comportamento dos concretos contendo cimentos aluminosos a idades mais avançadas.

Com este fim, um estudo foi desenvolvido pela Concrete Society no Reino Unido

readmitindo a utilização dos cimentos aluminosos na construção civil. Suas descobertas

foram publicadas em 1997, e suas conclusões reafirmaram que qualquer projeto estrutural

deve ser baseado na resistência após o processo de conversão, e alguns parâmetros

relacionados ao consumo de cimento e relação água/cimento devem ser observados.

Após quase um século de experiência, as aplicações dos cimentos aluminosos são

cada vez mais diversas. O custo desse material significa que não é um substituto para o

cimento Portland em aplicações onde este último apresente desempenho favorável.

Todavia, onde seu custo seja justificado por suas propriedades distintas, isto estenderá o

campo de aplicações de materiais cimentícios em geral (SCRIVENER, 2001).

Segundo SCRIVENER et al. (1999), uma visão mais abrangente das propriedades

do concreto e dos materiais cimentícios indicará ambientes alternativos onde o concreto

poderá competir com outros tipos de materiais na busca de um produto que proporcione

altos níveis de desempenho. No Brasil não há um número razoável de pesquisas e estudos

publicados que criem uma diretriz segura para a produção e emprego dos cimentos

aluminosos em aplicações estruturais. Conforme observa DAL MOLIN (1995), não

devem ser importadas soluções sem a perfeita adaptação à realidade brasileira. Sendo

assim, impõe-se que sejam desenvolvidas pesquisas relacionadas à aplicação dos

cimentos aluminosos utilizando materiais e técnicas nacionais.

1. 3 Objetivos

O objetivo principal desse estudo consiste na análise do cimento aluminoso quanto

à sua aplicação em concretos de alta resistência para elementos estruturais.

Serão realizados ensaios laboratoriais para determinar algumas propriedades

básicas do material, a saber: resistência à compressão axial e resistência à tração por

compressão diametral. Através da realização de ensaios verificar-se-á a influência da

idade, relação água/aglomerante e teor de sílica ativa em tais propriedades.

Além disso, ao considerar as aplicações do cimento aluminoso em concreto é

necessário discutir características principais de trabalhabilidade desse material. Segundo

SCRIVENER (2001), os tipos clássicos de superplastificantes utilizados em misturas

contendo cimento Portland (lignossulfatos e polinaftalenos sulfonados) têm somente um

efeito modesto quando aplicados conjuntamente com cimentos aluminosos. Porém,

efeitos melhores na trabalhabilidade e reologia do concreto podem ser esperados ao serem

utilizados aditivos superplastificantes à base de policarboxilatos. Ainda de acordo com o

referido autor, a compatibilidade entre uma reologia adequada e tempo de pega normal

pode ser atingida através de teores adequados de tais aditivos, além do ajuste do tempo de

adição e tempo de mistura.

Não há literatura disponível no país que discuta a compatibilidade entre cimentos

aluminosos e aditivos. Portanto, tem-se como objetivo secundário analisar os efeitos de

alguns dos principais aditivos superplastificantes comumente utilizados em concreto de

cimento Portland na reologia de misturas contendo cimentos aluminosos. Tais efeitos

serão observados através da realização de ensaios de compatibilidade entre cimentos

aluminosos e aditivos. Outro objetivo é fornecer parâmetros para o melhor entendimento

em relação ao comportamento mecânico de concretos contendo cimentos aluminosos e,

dessa forma, contribuir para sua utilização com maior segurança e discernimento.

1. 4 Método

Tendo sido escolhido o tema da pesquisa, ou seja, o estudo dos cimentos

aluminosos e sua aplicação em concretos de alta resistência, como forma de abordagem

optou-se primeiramente pela análise de compatibilidade entre cimentos aluminosos e

aditivos e adições comumente empregadas na produção de concretos de alta resistência

com cimento Portland. Definido o aditivo que apresentou melhor desempenho, foram

investigados os efeitos das adições, grau de hidratação, e relação água/aglomerante nas

propriedades das misturas de concreto com cimentos aluminosos.

O programa experimental foi desenvolvido com base em um projeto de

experimento. Após a coleta de dados, os mesmos foram submetidos à análise estatística,

sendo em seguida interpretados e discutidos conforme será apresentado no decorrer desse

estudo.

1. 5 Limitações

As propriedades mecânicas dos concretos estão relacionadas a diversas fontes de

variabilidade. As principais são: relação água/aglomerante, tipo e teor de adição, tipos e

teores de aditivos, grau de hidratação, tipo e consumo de cimento, tipo e dimensão

máxima característica do agregado graúdo, módulo de finura do agregado miúdo, entre

muitos outros.

DAL MOLIN (1995) comenta que à medida em que o número de variáveis a serem

analisadas em um programa experimental aumenta, o número de combinações cresce

muito rapidamente, inviabilizando sua execução. Tendo em vista os diversos fatores que

influenciam as propriedades do concreto e a incapacidade de abordá-los simultaneamente

em um único programa experimental, além da limitação de recursos e tempo, fez-se

necessário estabelecer limites ao programa desenvolvido. Sendo assim, foram analisados

apenas alguns dos fatores que influenciam as propriedades mecânicas do concreto. Os

fatores escolhidos foram: relação água/aglomerante, idade de hidratação e teor de sílica

ativa.

1. 6 Estrutura do trabalho

A estrutura do trabalho é composta por seis capítulos, conforme descrito a seguir.

O Capítulo 1 apresenta o assunto no qual se insere o tema desse estudo, a

relevância do mesmo, além dos objetivos a serem atingidos. Também estão descritos o

método e as limitações do trabalho em questão.

Em seguida, nos capítulos 2 e 3, a revisão bibliográfica é apresentada. No Capítulo

2 estão abordados aspectos relacionados ao concreto de alta resistência. Partindo-se da

definição, histórico e aplicações desse material, são descritas as características de cada um

de seus materiais constituintes, além das propriedades do concreto de alta resistência no

estado fresco e endurecido. Já o Capítulo 3 discorre sobre a utilização dos cimentos

aluminosos em concretos desde o início de seu desenvolvimento no começo do século XX

até as mais diversas aplicações da era atual. Neste capítulo são descritas algumas de suas

propriedades singulares como reações de hidratação, desenvolvimento da resistência,

resistência aos ataques químicos, abrasão e impacto, trabalhabilidade, propriedades

refratárias, além de durabilidade dos concretos de cimentos aluminosos.

No Capítulo 4 o programa experimental é discutido, onde são apresentadas todas as

etapas relacionadas aos ensaios, desde a caracterização dos materiais utilizados, variáveis

adotadas, planejamento, procedimentos, bem como as justificativas para as decisões

tomadas.

A apresentação dos resultados obtidos através dos ensaios mecânicos e de

microestrutura, além da análise estatística e discussão de tais resultados, é apresentada no

Capítulo 5. Nesse capítulo os argumentos são embasados na revisão bibliográfica, com

considerações sobre os resultados fundamentados em análise estatística. O Capítulo 6 é

constituído das conclusões finais do trabalho e sugestões para pesquisas futuras.

2 CONCRETO DE ALTA RESISTÊNCIA (CAR)

2. 1 Definição

O Comitê 363 do ACI (1991, 1998) define como Concreto de Alta Resistência

aquele cuja resistência à compressão aos 28 dias é superior a 41 MPa (6000 psi). Todavia,

o comitê reconhece que a definição para esta classe varia de acordo com as regiões. Em

alguns locais, concretos com resistência à compressão igual a 62 MPa (9000 psi) são

produzidos comercialmente, logo, é considerado de alta resistência o concreto que

apresente resistência à compressão na faixa entre 83 e 103 MPa (12000 a 15000 psi). Já

em locais onde o limite máximo de resistência à compressão de concreto comercializado

se situa por volta de 34 MPa (5000 psi), concretos de 62 MPa podem ser considerados de

alta resistência. NAWY (1996) comenta que o conceito de concreto de alta resistência é

relativo, pois uma resistência considerada normal ou convencional para uns, pode ser

definida como alta para outros.

De acordo com SHAH (1981), quando utilizados agregados normais, são

considerados concretos de alta resistência aqueles cuja resistência à compressão é maior

que 41 MPa. O autor justifica tal definição utilizando os seguintes argumentos:

1) A produção de concreto com resistência superior a 41 MPa requer maior rigor

no controle de qualidade e na seleção e dosagem dos materiais constituintes

(cimento, aditivos plastificantes e superplastificantes, adições minerais, tipo e

tamanho dos agregados). Dessa forma, distingue-se este tipo de concreto,

denominando-o de alta resistência.

2) Estudos experimentais apresentam diversas diferenças na microestrutura e

propriedades de concretos com resistência superior a cerca de 41 MPa, quando

comparados a concretos de resistência inferior a esse limite. Portanto, faz-se

necessária a diferenciação dessa classe, visto que as normas utilizadas para o

dimensionamento de estruturas deverão ser ajustadas e adequadas para

aplicação em concretos de alta resistência.

AÏTCIN (2000) define concreto de alta resistência ou concreto de alto

desempenho, essencialmente o concreto com relação água/aglomerante abaixo de 0,4. O

autor sugere este valor como o limite entre concretos convencionais e concretos de alta

resistência devido ao fato de ser muito difícil produzir concreto com boa trabalhabilidade

e lançamento adequado utilizando tal relação e materiais convencionais sem a utilização

de aditivos superfluidificantes. Além disso, este valor está próximo do sugerido por

POWERS (apud AÏTCIN, 2000) para assegurar completa hidratação do cimento Portland,

e concretos com tal relação começam a apresentar retração autógena. Contudo, a

diferença de valores de relação água/aglomerante não se apresenta somente na alteração

da resistência à compressão, mas também na diferença em sua microestrutura e

desempenho em todos os sentidos (NEVILLE, 2000).

AÏTCIN (2000) ainda sugere uma divisão para concretos com resistência superior a

50 MPa, dividindo a faixa de alta resistência em cinco classes correspondentes a

incrementos de 25 MPa. A classe I representa concretos com resistência à compressão

entre 50 e 75 MPa, a classe II é composta por concretos com resistência à compressão

entre 75 e 100 MPa, a classe III entre 100 e 125 MPa, já a classe IV entre 125 e 150 MPa

e a classe V para concretos com resistência superior a 150 MPa.

Entretanto, após a publicação com definições do concreto de alta resistência pelo

Comitê 363 do ACI (1991, 1998), diversos estudos foram realizados e publicados, e o

conhecimento sobre este material se desenvolveu. Tal desenvolvimento, assim como a

publicação do Código Modelo do CEB (1991), da norma norueguesa (NS 3473, 1992) e

normas francesas (BAEL e BPEL, apud PLISKIN, 1992), proporcionou a publicação em

1992 pela ABNT da norma NBR 8953. Esta norma classifica os concretos em Classes I e

II. A primeira classe considera concretos com resistência até 50 MPa, e a segunda classe

compreende concretos com resistência superior a 50 MPa. Dessa forma, tal valor pode ser

considerado como o limite entre concreto convencional e concreto de alta resistência no

Brasil.

A despeito das diversas definições para concretos de alta resistência, será adotada a

definição colocada pela NBR 8953 (1992), que estabelece concretos de alta resistência

aqueles cuja resistência à compressão é igual ou superior a 50 MPa

2. 2 Histórico e Aplicações

O espírito pioneiro de um pequeno grupo de projetistas e produtores de concreto

permitiu o “lançamento” do concreto de alta resistência na metade dos anos 60. Durante

essa época grande parte dos projetistas estava satisfeita em projetar estruturas baseadas

em concretos com resistência à compressão entre 15 e 20 MPa, devido ao conhecimento,

economia e segurança proporcionados. Além disso, a aplicação do concreto estava restrita

à execução de estruturas horizontais, fundações, pisos e elementos de proteção contra o

fogo (AÏTCIN, 2000).

Entretanto, no começo dos anos 60, na região de Chicago, concretos de alta

resistência (40 a 50 MPa) começaram a ser utilizados comercialmente em quantidades

significativas na maioria das estruturas (FREEDMAN, 1971). Contudo, o avanço da

resistência à compressão de concretos utilizados nas altas edificações parou por volta dos

60 MPa, devido às limitações técnicas dos aditivos redutores de água da época (BLICK,

PETERSEN e WINTER, 1974).

O advento dos aditivos superfluidificantes no final dos anos 60, início dos anos 70,

permitiu a quebra no limite da resistência, e concretos com resistência à compressão

acima de 60 MPa passaram a ser produzidos comercialmente (MEHTA, 1999; PHELAN,

1998).

AÏTCIN (2000) comenta que os constantes avanços na tecnologia do concreto

continuam a surpreender a comunidade relacionada a tal material através dos resultados

apresentados a cada ano. BACHE (1981) apresentou um estudo onde foi produzido

micro-concreto com relação água/aglomerante igual a 0,16. Nesse trabalho foi utilizado

agregado bauxita, alta dosagem de superplastificante e um cimento ultrafino, além de

procedimentos de cura específicos. Foram atingidos valores de resistência à compressão

iguais a 280 MPa. Os resultados do estudo foram obtidos em laboratório, com materiais e

técnicas específicas, contudo, mostram que os avanços em tecnologia do concreto são

constantes na busca de um melhor aperfeiçoamento de suas propriedades. Segundo

AÏTCIN e MEHTA (1993), concretos com resistência na faixa de 90 até 120 MPa estão

sendo produzidos comercialmente com técnicas rotineiras que já fazem parte do campo da

construção de edifícios altos e pontes.

2. 3 Utilizações

As principais aplicações do concreto de alta resistência na construção civil

encontram campo na execução de edifícios de grande altura e pontes (AÏTCIN e

NEVILLE, 1993; DAL MOLIN, 1995; HELENE e HARTMANN, 2003). Isto ocorre em

função das diversas vantagens que este material oferece em relação a outros materiais

estruturais, como o aço, ou mesmo concreto convencional (WEBB, 1993; MEHTA,

1999). Um exemplo é relatado por MORENO (1998), onde estudos comprovaram que o

aumento de 3,1 vezes no preço resulta em acréscimo de 4,7 vezes na capacidade de

carregamento em edifícios de pavimentos múltiplos.

O aumento da capacidade de carregamento permite a execução de pilares e vigas

de menores dimensões, gerando maior área útil para os pavimentos, principalmente nos

andares inferiores e sobrecarregados, reduzindo a carga permanente da estrutura e

fundações (DAL MOLIN, 1995). Além da viabilidade técnica, as estruturas mais esbeltas

geram aumento da área rentável. Outras vantagens já mencionadas da utilização de

concreto de alta resistência em estruturas são a baixa permeabilidade e porosidade

proporcionadas e, consequentemente, maior durabilidade a ambientes agressivos, a

redução das deformações instantâneas e deformações a longo prazo, a disponibilidade de

matéria prima, além de vantagens econômicas, ecológicas e energéticas e redução de

reações expansivas, quando são utilizados resíduos industriais em sua produção.

A utilização do concreto de alta resistência na construção de edifícios permite

maior velocidade de execução de obras, resultando num aumento do fluxo de caixa, o que

tem significativa importância em uma era cercada por altas taxas de juros. Sua aplicação

em indústrias de concreto pré-fabricado e protendido também proporciona maior

velocidade de execução e rápida troca de moldes. Logo, o concreto de alta resistência gera

maior produtividade, além de menor perda de produtos durante o manuseio e transporte.

Quanto à durabilidade, o concreto de alta resistência encontrou aplicação em ambientes

extremamente agressivos graças à baixa permeabilidade (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

DAL MOLIN e WOLF (1990) desenvolveram um estudo sobre a viabilidade da

utilização de concretos de alta resistência em edifícios altos no Brasil. Tal estudo foi

realizado em um edifício com 15 pavimentos, comparando a execução com concreto

convencional (fck = 21 MPa) e concreto de alta resistência (fck = 60 MPa). Os resultados

estão apresentados na Tabela 2. 1. Observa-se que o consumo de materiais é muito menor

para o concreto de alta resistência. Sendo assim, os autores realizaram avaliações de custo

para os materiais e mão-de-obra e concluíram que houve redução de 12% no custo final

da estrutura de concreto de alta resistência em relação ao convencional.

TABELA 2. 1 – CONSUMO DE MATERIAIS - EXECUÇÂO DE PAVIMENTO DE CONCRETO

CONCRETO (m

) ARMADURA (kg) FÔRMAS (m

)

fck 21 fck 60 % fck 21 fck 60 % fck 21 fck 60 %

PILARES 13,2 6,8 -49 2981 1192 -60 137 93 -32

VIGAS 14,9 12,1 -19 1623 1623 - 180 149 -17

LAJES 27,0 26,1 -3 994 994 - 281 281 -

TOTAL 55,1 45,0 -18 5598 3809 -32 598 523 -12

FONTE: DAL MOLIN e WOLF (1990)

Outro exemplo recente da aplicação do concreto de alta resistência em edifícios de

grande altura é a construção das Torres Petronas em Kuala Lumpur, na Malásia

(GARZÓN, 2004). Atualmente tais torres detêm o título de edifício mais alto do mundo,

ao atingir 451,9 metros de altura, com área igual a 213.750 m

, cada uma. A resistência à

compressão do concreto utilizado atingiu valores acima dos 80 MPa aos 56 dias de

hidratação, e tal material mostrou ser o mais adequado à execução dos pilares e núcleo da

estrutura pois permitiu uma redução considerável das deflexões laterais, atenuando as

oscilações devido ao vento com maior eficiência ao ser comparado a uma estrutura

correspondente utilizando o aço como elemento estrutural.

Além da aplicação do concreto de alta resistência em edifícios, a utilização em

pontes está cada vez mais comum, proporcionando maior resistência à compressão por

unidade de peso, volume e custo; maior módulo de deformação, característica

fundamental quando deflexões controlam o projeto; maior resistência à tração, principal

parâmetro de controle em elementos estruturais de concreto protendido; além da execução

de vãos com maiores dimensões (CARPENTER apud DAL MOLIN, 1995).

Entretanto, esse material não encontra campo apenas na execução de edifícios ou

pontes. Sua aplicação está estendida a diversos tipos de estruturas, como por exemplo:

plataformas marítimas (ALAEJOS e CÁNOVAS, 1992; AÏTCIN, 2000; ROSIGNOLO e

AGNESINI, 2002), pavimentos rodoviários (MOORE, 1999; BALBO, 1999), reatores

nucleares (DE LARRARD et al, 1990), túneis submarinos (ALAEJOS e CÁNOVAS,

1992), reparos e recuperação de estruturas (CHORINSKY, 1990), pré-moldados

(AMARAL FILHO, 1988; ROSSIGNOLO, 2004; ROSSIGNOLO et al., 2003).

AÏTCIN (2000) apresenta algumas das características e importância da utilização

de concreto de alta resistência para o proprietário, o projetista, o empreiteiro, o produtor e

o ambiente.

1) Para o proprietário: O objetivo principal do proprietário é o maior retorno possível do

investimento durante o tempo de vida do empreendimento. Na maioria dos casos os

materiais estruturais são de pouco interesse para o proprietário, contanto que satisfaçam

os requisitos funcionais a um preço aceitável. Enquanto os proprietários se preocupam

com o acabamento, os materiais estruturais são deixados em segundo plano.

Todavia, a decisão do proprietário pode influenciar significativamente a escolha

final do material estrutural. Aumentando a resistência à compressão de 60 a 75 MPa na

plataforma marítima TROLL, que foi projetada para uma profundidade de água de 300

metros, foi possível obter redução de aproximadamente 5000 m

de concreto e economia

de US$ 77 milhões. Dentro do mercado de competividade da indústria de construção entre

o aço, concreto convencional e concreto de alta resistência, as soluções obtidas pela

utilização do concreto de alta resistência prevalecem quando oferecem ao proprietário o

melhor retorno do investimento sob tais circunstâncias.

2) Para o projetista: A escolha de um projetista para o material estrutural utilizado pode

ser influenciada por diversos parâmetros, como por exemplo: requisitos funcionais do

proprietário, requisitos estéticos do arquiteto, normas de construção, entre outros.

Entretanto, a escolha final é normalmente baseada na percepção técnica e econômica do

mercado de construção no qual o empreendimento está inserido (SMITH e RAD, 1989).

Portanto, a alternativa para a utilização do concreto de alta resistência não é só devido ao

desempenho mecânico, mas pode ser especificado um elevado módulo de elasticidade,

alta durabilidade, ou uma combinação de tais fatores.

Em 1960, a utilização de concreto de alta resistência no edifício Water Tower

Place em Chicago resultou em menor peso próprio e maior área útil para aluguéis nos

pavimentos inferiores. Já a escolha de concreto de alta resistência para Two Union Square

em Seattle foi baseada em maior módulo de elasticidade do que resistência, embora tais

propriedades estejam relacionadas o objetivo foi uma maior resistência ao vento. Já a

execução de diversas plataformas marítimas foi realizada utilizando esse material por

apresentar maior durabilidade ao ambiente agressivo (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

3) Para o empreiteiro: A redução do custo pode influenciar o proprietário na escolha do

material e mão de obra. Ao proporcionar a construção de elementos estruturais mais

esbeltos, a utilização do concreto de alta resistência permite uma diminuição do custo e

redução do tempo de execução de fôrmas, além do tempo de concretagem.

4) Para o produtor: A utilização de concreto como material estrutural abrange os diversos

centros urbanos e não requer técnicas agressivas de marketing, pois suas características e

propriedades são conhecidas. A competição no mercado da construção é quase

exclusivamente baseada no preço unitário, ao invés de qualidade do material. Logo, a

utilização de concreto de alta resistência resulta em maior velocidade de execução,

aumento de área útil e, conseqüentemente, maior velocidade de retorno do investimento.

5) Para o ambiente: A utilização do concreto de alta resistência requer maior consumo de

energia em comparação ao concreto convencional. Entretanto, os recentes

desenvolvimentos nessa área têm levado a um material mais ecológico quando seus

componentes são utilizados em seu máximo potencial na produção de um material com

um ciclo de vida maior. Sendo assim, sua produção resulta em menores danos ao meio

ambiente.

2. 4 Estrutura do Concreto

O conhecimento da estrutura e das propriedades de cada material presente na

constituição do concreto, assim como das relações estrutura-propriedade, constitui a

essência da moderna ciência dos materiais. O progresso no campo dos materiais resultou

principalmente a partir do reconhecimento de que as propriedades de um material têm

origem em sua estrutura interna e, portanto, podem ser modificadas através de alterações

adequadas em tal estrutura. Sendo assim, o conhecimento da estrutura e propriedades dos

constituintes da mistura, além da interação entre os constituintes, é de extrema

importância quando se pretende elevar a resistência do concreto (MEHTA e MONTEIRO,

1994; DAL MOLIN, 1995).

Quanto ao concreto, suas propriedades mecânicas estão relacionadas às

propriedades da zona de transição, que representa a região interfacial entre as partículas

de agregado graúdo e a pasta (PAULON, 1991).

2. 4. 1 Agregados

A produção de concreto convencional não requer a seleção de agregados

particularmente resistentes, desde que sejam cumpridas as normas e exigências de

desempenho estabelecidas nas mesmas. Todavia, caso as outras fases da mistura sejam

mais resistentes, o agregado, principalmente o graúdo, será o elo fraco da estrutura. Dessa

forma, tanto a litologia quanto a granulometria dos agregados pode influenciar a

resistência final do concreto (AÏTCIN e NEVILLE, 1993; AÏTCIN, 2000).

Logo, com o incremento da resistência do concreto, através da otimização da pasta

de cimento e zona de transição, o agregado passa a ter uma influência maior na limitação

da resistência à compressão (AÏTCIN e MEHTA, 1990; GONÇALVES et al., 1994,

GIACCIO et al., 1992). Os agregados também exercem influência significativa em outras

propriedades, como o módulo de deformação, a estabilidade dimensional e a massa

específica do concreto (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

2. 4. 2 Pasta de Cimento Hidratada

Segundo AÏTCIN (2000), a pasta de cimento hidratada pode ser considerada como

um material cristalino de uma única fase, onde os princípios fundamentais que governam

o comportamento dos materiais frágeis, como a cerâmica, podem ser aplicados de forma

conveniente para controlar a microestrutura e suas propriedades no concreto.

A composição química do cimento Portland é formada basicamente por quatro

componentes principais:

• Silicato tricálcico (C

• Silicato dicálcico (C

• Aluminato tricálcico (C

• Ferroaluminato tetracálcico (C

AF)

Quando o cimento é disperso na água, as reações químicas dão origem aos

primeiros cristais aciculares de sulfoaluminato de cálcio hidratado, denominados de

etringita. Em seguida ocorre a formação de cristais prismáticos de cálcio e pequenos

cristais fibrilares de silicatos de cálcio hidratado preenchem os vazios antes ocupados por

água e partículas de cimento em dissolução. Posteriormente, a proporção de alumina-

sulfato pode determinar a formação do monossulfato hidratado através da decomposição

da etringita (NEVILLE, 1997).

A resistência da pasta de cimento hidratado é influenciada pelo teor de C

S e C

quando ocorre a formação do C-S-H, que representa na opinião de MEHTA e

MONTEIRO (1994), 50 a 60% do volume de sólidos de uma pasta de cimento Portland

completamente hidratada. Tal resistência é determinada pelas forças de atração de Van

der Waals, onde o grau de ação aderente depende da extensão e natureza das superfícies

envolvidas.

Os cristais de hidróxido de cálcio representam 20 a 25% do volume de sólidos na

pasta de cimento hidratada e pouco contribuem para a resistência mecânica da mesma,

pois possuem área específica consideravelmente menor que o C-S-H. Além disso, o

aumento da quantidade de cristais de hidróxido de cálcio na pasta diminui a durabilidade

do concreto aos ataques químicos de soluções ácidas, por apresentarem maior

solubilidade em relação ao C-S-H (MEHTA e MONTEIRO, 1994). De acordo com

PETRUCCI (1980), os cristais de hidróxido de cálcio são extremamente instáveis

quimicamente e podem se dissolver na água absorvida da umidade presente no ar.

Já os sulfoaluminatos de cálcio ocupam de 15 a 20% do volume de sólidos da pasta

endurecida, e pouco contribuem para as resistências finais. Além disso, a presença do

monossulfato hidratado torna o concreto vulnerável ao ataque por sulfatos, e a expansão

devida à formação de sulfoaluminato de cálcio a partir do C

A pode ocasionar a

desagregação da pasta endurecida (NEVILLE, 1997).

Alguns grãos de clínquer não hidratado também podem estar presentes na mistura,

o que dependerá da distribuição do tamanho das partículas de cimento anidro e do grau de

hidratação. O C

AF presente é o composto de menor contribuição para a resistência da

pasta de cimento hidratada (DAL MOLIN, 1995).

Segundo DAL MOLIN (1995), o incremento da resistência da pasta de cimento

pode ser obtido através de:

a) Aumento das proporções de silicato de cálcio na composição do cimento,

principalmente do C

S, que gera menor quantidade de hidróxido de cálcio –

Ca(OH)

;

S + 6H Æ C

+ 3Ca(OH)

S + 4H Æ C

+ Ca(OH)

b) Diminuição da concentração de Ca(OH)

através da adição de material pozolânico,

que o transforma em C-S-H adicional;

c) Redução do espaço disponível para o crescimento dos cristais, que desenvolvem

maiores forças de Van der Waals com o aumento da área específica. Ou seja,

redução da proporção de água em relação às partículas de cimento anidro (redução

da relação água/cimento);

d) Redução das proporções de C

A e C

AF, o que não é possível devido a fatores

econômicos.

A resistência da pasta de cimento hidratada não é influenciada somente por sua

composição química. A resistência de vazios, poros e falhas têm uma considerável

influência em suas propriedades (NEVILLE, 1997). Segundo NEVILLE e BROOKS

(1987), a resistência da pasta depende principalmente da estrutura física dos produtos de

hidratação e de suas proporções volumétricas. Estudos de MEHTA e AÏTCIN (1990b)

confirmam as conclusões apresentadas por NEVILLE e BROOKS (1987) ao relacionar a

resistência da pasta hidratada e sua porosidade, além de apresentar as influências geradas

pelo tamanho dos grãos e a heterogeneidade do sistema.

Portanto, a melhoria da resistência das pastas de cimento hidratado requer análise

nos três níveis a seguir (NIELSEN, 1993):

2. 4. 2. 1 Porosidade

A hidratação dos compostos de silicatos anidros dá origem a diferentes produtos

hidratados que preencherão o espaço originalmente ocupado pela água. Durante esse

processo os espaços não preenchidos pelos componentes sólidos da pasta entre as

partículas de cimento são denominados de vazios e poros capilares.

Para NEVILLE (1997), os produtos da hidratação ocupam mais do que o dobro do

volume da fase sólida inicial (cimento), e o volume do sistema capilar é reduzido com a

evolução da hidratação. Sendo assim, a taxa da velocidade de hidratação do cimento não é

significativa, contudo o tipo de cimento influenciará o grau de hidratação. Estudos de

GLASSER (1992) apresentam pastas maduras de cimento formando um sistema

interligado de capilares, principais responsáveis pela permeabilidade da pasta de cimento.

Entretanto, a concentração de sólidos aumenta com o grau de hidratação e,

conseqüentemente, os capilares podem ser bloqueados pelo gel e segmentados. A

ausência de continuidade é devido a uma relação água/cimento adequada e um período de

cura úmida suficientemente longo.

Por se cristalizarem fora, no espaço preenchido pela água que envolve as

partículas, os produtos iniciais de hidratação são denominados “produtos externos”. Já os

produtos das reações do estado sólido, formados dentro dos limites originais das

partículas de cimento em hidratação, são chamados de “produtos internos”, e são mais

compactos e cristalinos. A resistência da pasta é derivada principalmente das forças de

atração de Van der Waals, portanto, quanto mais compactos e menos cristalinos forem os

produtos da hidratação, maior será a resistência (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

O caminho de ruptura em uma pasta é através dos produtos externos e não dos

internos. Logo, é de extrema importância para o incremento da resistência da pasta uma

microestrutura similar à dos produtos internos, eliminando os externos (AÏTCIN, 2000).

DAL MOLIN (1995) relata a dificuldade em quantificar a porosidade da pasta de

cimento endurecida, sendo necessário utilizar a relação água/cimento como parâmetro

prático para a estimativa do volume total de vazios e poros capilares e, portanto, da

resistência da pasta. A Figura 2. 1 apresenta a influência da relação água/cimento e da

idade na porosidade e resistência à compressão das pastas, evidenciando a eficiência do

aumento da resistência através da redução da relação água/cimento.

FIGURA 2. 1 – INFLUÊNCIA DA RELAÇÃO A/C E IDADE SOBRE RESISTÊNCIA E PERMEABILIDADE

(MEHTA e MONTEIRO,1994)

Além dos vazios capilares, podem existir poros de ar e poros de gel, ou ainda

espaço interlamelar no C-S-H. Este último apresenta tamanho muito pequeno para poder

influenciar significativamente a resistência e permeabilidade da pasta, todavia, seus

efeitos podem ser notados na retração por secagem e fluência. Já os poros de ar

apresentam forma geralmente esférica e podem ser gerados por aditivos incorporadores de

ar, ou o ar pode ser aprisionado na pasta durante o processo de mistura. Estes poros

apresentam dimensões muito maiores que os vazios capilares e podem reduzir a

resistência ao aumentar a permeabilidade da pasta (MEHTA e MONTEIRO, 1994). A

concentração de tensões e ruptura subseqüente sob ação de cargas começa nos poros

capilares de maiores dimensões e nas microfissuras presentes (AÏTCIN, 2000).

A porosidade da fase do cimento hidratado é afetada principalmente pelas

seguintes variáveis: relação do volume de água disponível, do volume da fase do silicato

não hidratado e da quantidade de ar incorporado na mistura. Com base em tais

parâmetros, FERÉT (apud AÏTCIN, 2000) desenvolveu a seguinte expressão:

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

awc

Onde:

’ = resistência à compressão da pasta de cimento;

w, c, a = volume de água, cimento e ar, respectivamente;

k = constante relacionada ao tipo de cimento.

Na pasta de cimento hidratada o volume do ar incorporado é usualmente inferior a

1 ou 2% do volume total, portanto, tal parcela pode ser desconsiderada, e a expressão

escrita da seguinte forma:

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

É possível observar que a relação água/cimento deve ser reduzida quando se

pretende elevar a resistência da mistura. A redução dessa relação permite uma

aproximação maior das partículas de cimento. Conseqüentemente, diminui-se a

porosidade capilar e os espaços livres para o desenvolvimento de produtos externos. Em

pastas com baixa relação água/cimento, a água menos disponível torna-se saturada

rapidamente por íons responsáveis pela formação de produtos externos. Nesse caso há

uma aproximação das partículas de cimento, portanto, tais produtos têm uma distância

menor a cobrir para o desenvolvimento de ligações iniciais entre as partículas de cimento.

Além disso, o movimento da umidade torna-se lento, favorecendo a formação de produtos

internos durante a hidratação.

Conclui-se que a redução efetiva da porosidade de uma pasta de cimento requer,

tanto quanto possível, redução da quantidade de ar incorporado e da relação água/cimento

o suficiente para permitir o manuseio adequado do concreto durante as operações de

transporte e lançamento (AÏTCIN, 2000).

2. 4. 2. 2 Diminuição do tamanho dos grãos dos produtos da hidratação

A redução da relação água/cimento favorece a formação de produtos internos

caracterizados por uma textura fina. As pastas com relação água/cimento reduzida não

contêm grandes pilhas de plaquetas hexagonais de óxido de cálcio, ou longas agulhas de

etringita, ou ainda longos filamentos de C-S-H, característicos de misturas com elevada

relação água/cimento (AÏTCIN, 2000).

2. 4. 2. 3 Heterogeneidades

As heterogeneidades microestruturais, de acordo com AÏTCIN (2000), em

materiais multifase como o concreto, originarão perda de resistência. Portanto, é

fundamental uma consolidação adequada do sistema.

2. 4. 3 Zona de Transição

A zona de transição, não obstante constituída dos mesmos elementos que a pasta de

cimento, apresenta microestrutura que difere da matriz da pasta (SHAH, LI e LANGE,

1992). É caracterizada por uma pasta mais porosa com proporção elevada de cristais de

hidróxido de cálcio e ruptura mais heterogênea em relação à matriz. Para PAULON

(1991) a espessura da zona de transição é diretamente proporcional ao tamanho do

agregado graúdo, e é influenciada pelo tamanho e forma das partículas de agregado

miúdo. No concreto convencional, a espessura média está entre 0,05 a 0,1 mm, e é

formada por poros de dimensões elevadas e grandes cristais dos produtos de hidratação,

responsáveis pelas heterogeneidades estruturais que afetam a resistência do concreto

(NEVILLE, 1997). MONTEIRO (1985) ainda afirma que tais diferenças estruturais

decorrem dos efeitos de superfície produzidos pelo agregado, criando um filme de água

que impede a distribuição homogênea da mesma no concreto fresco, formando locais com

relação água/cimento mais elevada. A água que se acumula próxima ao agregado facilita a

difusão dos íons e reduz as restrições geométricas da pasta de cimento, aumentando o

espaço disponível para o desenvolvimento dos cristais. (PAULON, 1991).

As significativas diferenças microestruturais entre a pasta de cimento hidratada na

zona de transição e na massa da pasta são de elevada importância na determinação das

características de resistência do concreto através da teoria do elo mais fraco de Wei Bull.

Essa teoria sugere que quando o concreto é submetido a uma determinada tensão, as

fissuras se iniciam na zona de transição. A formação das fissuras está relacionada a

diversos fatores, como a distribuição granulométrica e o tamanho do agregado, teor de

cimento, relação água/cimento, entre outros. No concreto convencional, as tensões de

tração induzidas pelas deformações na retração térmica e na secagem são elevadas o

suficiente para causar o microfissuramento na zona de transição. Finalmente, a resistência

à ruptura do elemento sob carga é controlada pela propagação e reunião de uma parte do

sistema de microfissuras na pasta de cimento hidratada (AÏTCIN, 2000).

Conforme já discutido, a causa da adesão entre produtos de hidratação e partículas

de agregado são as forças de atração de Van der Waals. Logo, a resistência é dependente

do volume e das dimensões dos vazios presentes, que são maiores na zona de transição

quando comparados à matriz de argamassa, mesmo em concretos de baixa relação

água/cimento (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

Aliada à elevada porosidade e número de cristais orientados de hidróxido de cálcio,

a zona de transição é considerada a parte mais fraca do material granular coesivo que

constitui o concreto endurecido, o que foi provado por diversos pesquisadores

(MONTEIRO, 1985; JENNINGS, 1988a; PAULON, 1991). Os cristais de hidróxido de

cálcio de elevadas dimensões possuem menor capacidade de adesão, devido à sua menor

superfície específica e conseqüentemente menos força de atração de Van der Waals e,

além disso, servem como pontos de clivagem preferencial devido à estrutura orientada.

DAL MOLIN (1995) comparou a microestrutura de um concreto convencional e

um concreto de alta resistência e concluiu que a zona de transição no concreto de alta

resistência tem estrutura densa, onde as partículas de C-S-H estão intimamente próximas.

Também é possível observar a presença de poucos poros capilares, além de pouca

presença de hidróxido de cálcio. Já a zona de transição do concreto convencional

apresenta um grande número de cristais de hidróxido de cálcio orientados, com planos de

clivagem definidos, assim como uma porosidade elevada. Dessa forma, a interface é

enfraquecida a tal ponto que se torna o elo fraco e fator limitante da resistência do

material.

Conclui-se, dessa forma, que o aumento da resistência pode ser realizado através

de mudanças nas características da zona de transição. Isto pode ser realizado através da

dosagem adequada dos materiais, de forma a reduzir a quantidade de água retida pelos

agregados paralela à redução de suas partículas, redução da relação água/cimento. Além

disso, deve ser realizado um adensamento adequado que diminua ou evite a exsudação, e

a utilização de aditivos e adições ao concreto que contribuam para o proporcionamento

ideal de materiais à mistura (AÏTCIN, 2000).

2. 4. 4 Seleção dos Materiais

A escolha dos materiais a serem utilizados na produção de concretos de alta

resistência requer um cuidado distinto para cada um de seus constituintes. O desempenho

e a qualidade de cada material são cruciais ao elevar-se a resistência. Entretanto, alguns

desses exercem maior influência sobre os aspectos econômicos do concreto de alta

resistência (AÏTCIN, 2000). Tais constituintes determinam a competitividade do concreto

de alta resistência frente a outros materiais estruturais como o aço, ou mesmo o concreto

convencional.

A dificuldade para seleção dos materiais utilizados na produção de concretos de

alta resistência repousa no fato de existirem diversas variações de composição e

propriedades dos cimentos e agregados. Outro motivo para MEHTA e AÏTCIN (1990b) é

a inexistência de uma diretriz para os tipos de cimento e agregado mais adequados ao uso

em concretos de alta resistência. Não bastassem as variações de materiais, diversos

aditivos e adições são simultaneamente empregados na produção do concreto de alta

resistência, não existindo regras simples para a escolha dos materiais mais adequados.

AÏTCIN (2000) define a seleção dos materiais e a otimização do concreto de alta

resistência como “mais uma arte do que uma ciência”. Isto demonstra a complexidade

desse processo. De qualquer forma, algumas propriedades e características dos

constituintes, de maneira geral, afetam beneficamente o comportamento das misturas e

permitem a otimização das propriedades mecânicas do concreto endurecido. Serão

apresentadas a seguir algumas considerações em relação aos materiais utilizados na

produção de concreto de alta resistência.

A seleção dos materiais tem dois objetivos fundamentais: o máximo rendimento de

todos os componentes da mistura para alcançar a maior resistência ao menor custo e

consistência adequada através de materiais que demandem o menor consumo de água

possível.

2. 4. 4. 1 Cimento

De acordo com HOWARD e LEATHAM (1989), não há critério científico para

especificação do cimento mais adequado na produção de concreto de alta resistência. O

melhor cimento será aquele que apresentar menor variabilidade em termos de resistência à

compressão, segundo o comitê 363 do ACI (1991).

Para MEHTA e AÏTCIN (1990a), a produção de concreto de alta resistência pode

ser realizada utilizando qualquer tipo de cimento. Embora seja preferível o uso de

materiais com elevados teores de C

S e C

S em sua composição.

GJORV (1992) ressalta a importância da necessidade de água e trabalhabilidade da

mistura, onde os parâmetros de controle são a granulometria do cimento e a proporção de

Segundo AÏTCIN (2000), é possível produzir concretos com resistência à

compressão axial até 50 MPa com quaisquer tipos de cimento, entretanto, muitos deles

não podem ser utilizados à medida em que a resistência é aumentada. O fato é que a

primeira escolha a ser realizada quando se pretende produzir concreto de alta resistência é

a do cimento, mesmo quando outros materiais cimentícios suplementares forem

utilizados. Isto porque o desempenho do cimento, em termos de reologia e resistência,

torna-se um item cada vez mais crítico, proporcional ao aumento da resistência à

compressão.

A revisão das propriedades relevantes dos materiais constituintes do concreto de

alta resistência permite observar que a fase silicato representa um papel fundamental no

desenvolvimento da resistência. Já a fase intersticial influencia as características

reológicas dos traços com relação água/aglomerante muito baixa. Sendo assim, o

desempenho final do cimento na produção do concreto de alta resistência será

determinado através da maneira pela qual o comportamento reológico e o

desenvolvimento da resistência podem ser simultaneamente otimizados (AÏTCIN, 2000).

Sendo a reologia de um determinado cimento influenciada pelo controle de C

através da formação de etringita, quanto mais cúbico for o C

A desse cimento, mais fácil

será controlá-la (VERNET e NOWORYTA apud AÏTCIN, 2000). O objetivo de obter-se

um clínquer com o C

A cúbico resulta que a maioria dos álcalis deve ser combinada na

forma de sulfatos de álcalis na zona de clinquerização, tornando o grau de sulfatação de

um clínquer parâmetro fundamental no controle da reologia de um determinado cimento a

ser utilizado na produção de concreto de alta resistência.

De qualquer forma, na opinião de MEHTA e AÏTCIN (1990b), quanto menor o

teor de C

A do cimento, maior o controle da reologia do material. Portanto, para a

produção de concreto de alta resistência deve ser utilizado um cimento com o menor teor

possível de C

A, além de conter certa quantidade de sulfatos solúveis, não apenas a

quantidade adequada de SO

, com o objetivo de controlar rápida e eficientemente a

formação da etringita. Em relação à resistência, esse material deve ser finamente moído e

conter uma quantidade adequada de C

Quanto à compatibilidade entre cimento e aditivos incorporados ao sistema, é

importante considerar-se a compatibilidade química, influenciada pelas composições

químicas do cimento e do aditivo. Em geral, quanto maior a finura do cimento, menor

será a eficiência do aditivo devido à diminuição da concentração específica das moléculas

adsorvidas na superfície dos grãos de cimento (BUCHER, 1988).

A composição química do cimento influenciará o comportamento da mistura em

relação à consistência inicial e a perda de abatimento com o tempo. COLLEPARDI

(1984) atribui as diferenças de comportamento ao conteúdo de C

A, gesso e álcalis, assim

como à forma do sulfato de cálcio utilizado como regulador de pega do cimento. Segundo

o autor, quanto maior o conteúdo de álcalis, maior a velocidade das reações e,

conseqüentemente, maior a perda de resistência. Da mesma forma, a presença de

superplastificante acelera as reações entre o C

A e o gesso. Cimentos contendo maior

quantidade de aluminato tricálcico C

A, perdem mais rapidamente a consistência inicial

na presença de superplastificantes (ACI 212, 2001).

O consumo de cimento no concreto influencia a taxa de perda de abatimento com o

tempo, que é menor quanto mais elevado for o consumo (MAILVAGANAM, 1979). A

consistência inicial também é influenciada pelo consumo de cimento. ALAEJOS e

CÁNOVAS (1992) comentam que em casos onde a produção de concretos requer

utilização de relações água/cimento muito baixas e a água de amassamento é insuficiente

para permitir que se atinja a trabalhabilidade desejada, pode ser necessário aumentar o

consumo de cimento além do ideal, para assim elevar-se o teor água e manter-se a mesma

relação água/cimento. Entretanto, além dos problemas econômicos, pois o custo da

estrutura aumenta, a elevação do consumo de cimento pode gerar fissuração, causada pela

retração do concreto e elevada liberação de calor durante a hidratação do cimento.

Durante a hidratação, o cimento libera grande quantidade de calor, influenciando a

pega e o endurecimento do concreto. O calor de hidratação depende da sua composição

química, cimentos com elevado teor de C

S apresentam baixa liberação de calor e

conseqüente endurecimento lento (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

Quanto à finura do cimento, a dimensão das partículas determina a velocidade da

reação de hidratação. Segundo NAWA et al. (1991), quanto maior a superfície específica

das partículas, mais fase silicato entrará em contato com a água e mais reativo será o

cimento, desenvolvendo C-S-H com maior velocidade na superfície das fases silicato.

2. 4. 4. 2 Agregados

As propriedades do concreto são influenciadas enormemente pela qualidade dos

agregados utilizados em sua produção, visto que aproximadamente ¾ do volume de

concreto, de acordo com GJORV (1994), é ocupado pelos agregados. A seleção desses

materiais deve ser cuidadosamente realizada, pois com o aumento da resistência à

compressão projetada a qualidade dos agregados será o fator limitante para obtenção de

trabalhabilidade e alta resistência. Sendo assim, a ruptura será iniciada sob uma alta

tensão, sendo a fase esqueleto granular o elo fraco da corrente na mistura (AÏTCIN e

NEVILLE, 1993).

2. 4. 4. 2. 1. Agregado Graúdo

a) Dimensão Máxima Característica (DMC): A dimensão máxima característica dos

agregados graúdos utilizados na produção de concretos de alta resistência é cercada por

diversas controvérsias. De acordo com GJORV (1992), a DMC mais adequada para a

produção de concreto de alta resistência é a faixa entre 10 a 14 mm, assim como para

ALAEJOS e CÀNOVAS (1992). Entretanto, outros pesquisadores apontam como limite

máximo utilizado com sucesso, valores iguais a 19 mm (MEHTA e MONTEIRO, 1994;

ACI 363, 1991) ou até 25 mm (ACI 363, 1991; FIP/CEB, 1990). Já DE LARRARD e

BELLOC (1992) apresentaram resultados experimentais com concretos de alta resistência

produzidos utilizando agregados de DMC igual a 20 mm e resistência à compressão de até

122 MPa.

De qualquer forma, é recomendável a utilização de agregados com menor DMC

para a produção de um concreto de alta resistência. Pois, segundo JENNINGS (1988a), o

processo de diminuição da dimensão dos agregados pode gerar falhas microestruturais,

com probabilidade maior de remanescerem em agregados de maiores dimensões. Além

disso, a maior área superficial de contato pasta/agregado gera maior superfície de

aderência do agregado à pasta. Finalmente, quanto menor a dimensão do agregado, menor

será sua superfície capaz de reter água durante a exsudação do concreto fresco,

diminuindo a espessura da zona de transição e, conseqüentemente, aumentando a

resistência do concreto (PAULON, 1991; AÏTCIN, 2000).

b) Granulometria: Segundo DAL MOLIN (1995), a distribuição granulométrica altera a

demanda de água da mistura, e conseqüentemente, a trabalhabilidade do concreto. Para a

produção de concretos de alta resistência, um dos parâmetros mais importantes é a baixa

relação água/aglomerante. Logo, a necessidade de água solicitada pela mistura deve ser a

menor possível.

De acordo com ALVES (2000), agregados de granulometria contínua, com

ausência de deficiência ou excesso de qualquer fração do agregado, geram um

empacotamento mais adequado dos grãos, podendo alterar as frações volumétricas do

agregado, diminuindo-se a quantidade de pasta necessária e o consumo de cimento. A

fração volumétrica está relacionada ao módulo de deformação do concreto.

c) Propriedades elásticas: Ao contrário dos concretos convencionais, os concretos de alta

resistência podem apresentar um comportamento de um material compósito com uma

transferência demasiadamente eficiente de tensões entre os agregados e a pasta

(BAALBAKI et al., 1991). Nesses casos, a zona de transição é tão forte que as

propriedades elásticas do agregado assumem um papel extremamente importante no

desempenho mecânico do concreto de alta resistência.

Um método de avaliação do potencial de utilização do agregado em concreto de

alta resistência baseado nas propriedades elásticas dos materiais foi desenvolvido por

AÏTCIN e MEHTA (1990), e consiste na análise da forma da curva de histerese durante o

ensaio do módulo de deformação do concreto. Neste ensaio, curvas largas de histerese

indicam fragilidade na zona de transição ou nas partículas de agregado; curvas estreitas e

deformações residuais nulas ou quase nulas são indicações de agregados resistentes e sem

defeitos internos com possibilidade de formar zonas de transição mais fortes.

d) Resistência: Conforme já discutido, no concreto de alta resistência a pasta de cimento

hidratada e a zona de transição podem ser tão resistentes que, caso os agregados não

sejam suficientemente resistentes, tornar-se-ão o fator limitante da capacidade resistente

de todo o sistema.

e) Forma e textura superficial: A aderência entre o agregado e a pasta de cimento exerce

influência significativa na resistência do concreto. Portanto, a forma e a textura superficial

são parâmetros relevantes no comportamento mecânico da mistura.

Segundo JENNINGS (1988a), agregados angulares como a pedra britada,

proporcionam resistências mais elevadas que partículas arredondadas e lisas. Todavia, de

acordo com o comitê 363 do ACI (1991), agregados angulares podem aumentar o

consumo de água da mistura e reduzir a trabalhabilidade, caso a angulosidade seja muito

acentuada. Já as partículas lamelares devem ser evitadas, pois são frágeis e, além disso,

são ásperas e produzem misturas que requerem maiores teores de água e aditivos.

2. 4. 4. 2. 2. Agregado Miúdo

A produção de concreto de alta resistência requer uma quantidade de água muito

baixa devido à sua influência sobre a resistência. É necessária uma seleção adequada dos

agregados miúdos, pois tais materiais estão diretamente relacionados ao consumo de água

na mistura (AÏTCIN, 2000).

Os agregados miúdos utilizados devem estar livres de impurezas orgânicas, argila

ou outros materiais deletérios e não apresentar quantidade excessiva de finos (NAWY,

1996). A quantidade de partículas finas em concreto de alta resistência é normalmente

alta devido ao alto teor de cimento e materiais cimentícios, portanto, não existe a

necessidade da utilização de uma areia fina do ponto de vista da trabalhabilidade e

segregação. Além disso, a utilização de uma areia mais grossa é recomendada (módulo de

finura maior) ao possuir menor superfície específica e gerar um pequeno decréscimo na

quantidade de água da mistura necessária para atingir determinada trabalhabilidade

(AÏTCIN, 2000; PETERMAN e CARRASQUILLO, 1986; HOWARD e LEATHAM

1989; ACI 363, 1991; GJORV, 1992; entre outros).

2. 4. 4. 3 Água

Segundo NEVILLE (2000), a água não é apenas um líquido usado na produção de

concreto, porém envolve todo o desempenho desse material. Para a produção de concreto

de alta resistência os requisitos de qualidade estabelecidos para a água são os mesmos

exigidos na produção de concreto convencional.

2. 4. 4. 4 Adições Minerais

As adições minerais são, em sua grande parte, provenientes de subprodutos

industriais que podem formar uma grande variedade de sistemas cimentícios. O emprego

no concreto é apoiado no fato de propiciarem aumento da resistência e durabilidade ao

influenciar a porosidade e permeabilidade do sistema, além de diminuição do consumo de

energia e conseqüente conservação dos recursos naturais (PHELAN, 2000).

A resistência do concreto nas primeiras idades pode ser aumentada devido a uma

pequena aceleração na hidratação do cimento Portland gerada pelas adições minerais. Já o

ganho de resistência nas idades finais é devido principalmente à reação pozolânica que

resulta em refinamento dos poros e substituição do hidróxido de cálcio por um

constituinte mais forte, o silicato de cálcio hidratado (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

De acordo com DAL MOLIN (1995), as adições pozolânicas são mais efetivas no

aumento da resistência, pois, além do efeito químico, atuam fisicamente densificando a

matriz e a zona de transição. O emprego deste material pode aumentar o custo da mistura,

portanto o seu uso deve ser baseado em argumentos além dos econômicos (AÏTCIN e

NEVILLE, 1993). Os principais materiais cimentícios utilizados na produção de concreto

de alta resistência são: a sílica ativa, a cinza volante, a escória de alto-forno e as argilas

calcinadas (metacaulim). Suas vantagens e principais características serão descritas a

seguir:

a) Sílica ativa: A utilização da sílica ativa gera efeitos benéficos na microestrutura e nas

propriedades mecânicas do concreto devido ao efeito químico causado pelas reações

pozolânicas produzidas e o efeito físico, chamado de efeito fíler, ocasionado pela finura

elevada do material. Este material é um subproduto da fabricação do silício metálico, das

ligas de ferro-silício, dentre outras ligas de silício (AÏTCIN, 2000).

O efeito químico (pozolânico) é gerado pelas reações químicas entre a sílica e os

cristais de hidróxido de cálcio formados durante a reação de hidratação do cimento. Tais

cristais ao reagirem com a sílica ativa formam silicatos de cálcio hidratados, contribuindo

para o aumento da resistência consideravelmente (ALVES, 2000).

Já o efeito fíler consiste no preenchimento dos vazios entre as partículas de

agregado e produtos de hidratação do cimento pelas minúsculas partículas de sílica ativa,

que poderiam ser preenchidos por água ou mesmo pelo ar. O tamanho reduzido de tais

partículas diminui a exsudação interna e superficial da mistura, gerando zonas de

transição com porosidade reduzida em comparação a concretos sem adições (AÏTCIN,

2000).

Devido à elevada superfície específica, a sílica ativa apresenta enorme capacidade

de absorção e, conseqüentemente, maior demanda de água no concreto. NAWY (1996)

comenta que para teores de adição de 16% em relação ao peso de cimento, o aumento da

demanda de água pode chegar a 40%. Portanto, é indispensável a utilização de aditivos

redutores de água.

O teor de sílica ativa comumente utilizado na produção de concreto paira entre 5 a

10% do peso do cimento, proporcionando incrementos de até 30% na resistência do

mesmo. De acordo com ALAEJOS e CÁNOVAS (1992), o teor pode ser estendido para

15 a 20%, aumentando ainda mais os valores da resistência, assim como o custo do

produto final. Todavia, AÏTCIN (2000) discorda ao comentar que os ganhos de resistência

não são muito significativos para valores acima dos 10% sobre a massa de cimento. Além

do custo da sílica adicional, deverá ser empregado um teor maior de aditivo

superplastificante para dispersá-la, portanto o retorno em termos de $/MPa é cada vez

menor e menos atrativo.

b) Cinza volante: Este material é constituído pela cinza obtida através da precipitação

mecânica ou eletrostática dos gases de exaustão durante a combustão do carvão

pulverizado (NEVILLE, 1997). Segundo AÏTCIN (2000), existem diversos tipos de

cinzas volantes, entretanto, a ASTM as classifica em duas categorias relacionadas à sua

composição química: Classe F (baixo teor de cálcio) e Classe C (alto teor de cálcio).

A utilização da cinza volante na produção do concreto é justificada pela ação

pozolânica, porém, com efeitos menores aos da sílica ativa. O seu efeito pozolânico gera

aumento da resistência do concreto em idades mais avançadas (AÏTCIN e NEVILLE,

1993). De acordo com ALAEJOS e CÁNOVAS (1992), o teor ideal de utilização desse

material está entre 15 a 25% em relação ao peso de cimento. Todavia, dosagens tão baixas

como 10% e tão altas como 30% também são registradas (MEHTA e AÏTCIN, 1990;

MALHOTRA, 2002). Os referidos autores concluem que quanto mais alta for a

resistência pretendida, mais baixa será a dosagem, pois este material não é tão reativo

como a sílica ativa em traços de alta resistência.

c) Escória de alto-forno: O subproduto da manufatura do ferro-gusa em alto-forno

constitui essa adição mineral. Atualmente, a utilização da escória de alto-forno está

limitada à produção de concretos de até 125 MPa, juntamente com a adição de sílica

ativa. Espera-se que seu uso se estenda a concretos com resistências superiores através do

desenvolvimento de novas pesquisas (AÏTCIN, 2000).

A escória de alto-forno possui um caráter mineralógico e reatividade semelhante à

cinza volante com alto teor de cálcio. Quando comparada à cinza volante de baixo teor de

cálcio, que normalmente não apresenta contribuição para a resistência até cerca de quatro

semanas de hidratação, a contribuição da escória de alto-forno e da cinza volante de alto

teor de cálcio é notada já aos 7 dias de hidratação (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

Em relação ao teor utilizado, a literatura apresenta aplicações que variam de 15 a

30% e que são influenciadas pelas condições climáticas (AÏTCIN, 2000).

d) Argilas Calcinadas: A utilização da argila calcinada em concreto, de acordo com

BARATA (1998), diminui a exsudação, pois as partículas finas desse material, assim

como a sílica ativa, proporcionam um empacotamento mais adequado dos grãos,

reduzindo dessa forma os canais ascendentes de água. Já a resistência do concreto

apresenta comportamentos distintos, influenciados pelas características físicas e

composição mineral do tipo de material empregado. Segundo o referido autor, quando a

adição for extremamente fina e constituída basicamente por caulinita termicamente

ativada, a taxa de desenvolvimento da resistência nas primeiras idades é alta, o que resulta

em uma elevada liberação de calor. Sendo assim, esse material está associado à produção

de concretos de alta resistência inicial e alto desempenho, e os teores comumente

utilizados variam entre 10 a 20%. Porém, se o material apresentar teor elevado de fases

pozolanicamente inertes como o quartzo e a mica, e granulometria não tão fina, as reações

pozolânicas serão mais lentas e, consequentemente, a taxa de liberação de calor e o

desenvolvimento da resistência serão mais baixas. Devido a tais características esses

materiais são geralmente aplicados em estruturas de concreto-massa.

2. 4. 4. 5 Aditivos Superplastificantes

A justificativa para o uso dos aditivos na produção de concreto está no fato do que

esse material tem como função principal a mudança das propriedades do concreto,

tornando-o mais adequado ao manuseio, gerando economia e reduzindo o gasto

energético (NAWY, 1996). A utilização desse material engloba três diferentes propósitos:

• Aumentar a trabalhabilidade sem mudar qualquer componente da mistura;

• Reduzir a demanda de água, diminuindo dessa forma a relação água/cimento e

aumentando a resistência e durabilidade da mistura;

• Reduzir o consumo de água e cimento e, por conseguinte, o calor de hidratação

responsável pela formação de fissuras, retração e tensões térmicas.

Os aditivos superplastificantes foram inicialmente classificados em quatro

categorias distintas, em função de sua composição química (CEMENT AND

CONCRETE ASSOCIATION, 1978; MALHOTRA, 1984; RIXON e MAILVAGANAM,

1986):

• condensados de formaldeído melanina sulfonados (SMF);

• condensados de formaldeído naftaleno sulfonados (SNF);

• lignossulfatos modificados (MLS);

• copolímeros.

Entretanto, atualmente existe uma nova categoria constituída pelos

superplastificantes à base de policarboxilatos. Em sua maioria, os estudos sobre aditivos

superplastificantes estiveram voltados aos produtos à base de melanina sulfonada ou

naftaleno sulfonado (RAMACHANDRAN, 1983; COLLEPARDI, 1994; HEWLET e

RIXON, 1992; apud DAL MOLIN, 1995). Para BUCHER (1988) este fato justifica-se

pelo desempenho de tais materiais, que se caracterizam por possuírem grande eficiência

como redutores de água, além de mínimas ações secundárias ou efeitos colaterais

indesejáveis.

COLLEPARDI et al. (1999) define o desenvolvimento dos aditivos

superplastificantes como um dos principais passos ns produção e desenvolvimento de

concretos de alta resistência, pois esses materiais atuam no concreto dispersando as

partículas de cimento que tendem a flocular quando em contato com a água de

amassamento. Na opinião de DAL MOLIN (1995), a obtenção de concreto de alta

resistência está vinculada à utilização de aditivos superplastificantes, pois para aumentar a

resistência de um determinado concreto é possível reduzir-se a relação água/cimento das

seguintes formas:

a) redução da quantidade de água de amassamento, que pode gerar perda de

trabalhabilidade e, conseqüentemente, dificuldades com manuseio (lançamento e

adensamento) e queda no desempenho mecânico;

b) aumento do consumo de cimento, que resulta em custo maior, excesso de finos e maior

calor de hidratação liberado, gerando maiores retrações, fissuras, fluência, entre outros;

c) utilização de aditivos redutores de água, que podem proporcionar incrementos na

resistência quando os teores forem determinados adequadamente.

O desempenho dos aditivos é função de diversas variáveis, como sua natureza e

quantidade empregada, composição e superfície específica do cimento, natureza e

proporcionamento dos agregados, compatibilidade entre materiais e adições, relação

água/cimento, condições de cura, entre diversos outros (MAILVAGANAM, 1999).

Quando utilizados em concreto de alta resistência, vários aspectos dos aditivos

superplastificantes devem ser considerados com relação aos efeitos gerados sobre a

mistura em estado fresco ou endurecido. No estado fresco, os principais aspectos que

podem ser influenciados são:

a) Consistência: os aditivos superplastificantes alteram a consistência do concreto ao

reduzir o consumo de água da mistura. Deve ser tomado cuidado devido à taxa

relativamente alta de perda de consistência e trabalhabilidade com o tempo, efeito

relacionado à formação de sulfoaluminato de cálcio hidratado, ou etringita, que precipita

incorporando um grande volume de água livre, resultando na reversão da consistência

original. Alguns dos fatores que influenciam este fenômeno são: tipo de aditivo e

cimento, dosagem, temperatura, umidade, consistência inicial do concreto, momento de

colocação do aditivo na mistura, procedimentos de mistura, compatibilidade com outros

aditivos presentes no sistema, entre outros (MAILVAGANAM, 1979; 1999).

b) Exsudação e segregação: RAMACHANDRAN e MALHOTRA (1984) afirmam que a

utilização de aditivo superplastificante como redutor de água em concretos de alta

resistência inibe a ocorrência de segregação ou exsudação. Entretanto, para

YAMAMOTO e KOBAYASHI (1986), quando o tempo de início de pega do concreto é

retardado devido a baixas temperaturas ou altas dosagens de aditivos retardadores de

pega, pode haver aumento considerável na água exsudada.

Para o concreto no estado endurecido não há mudança significativa na morfologia

das pastas de cimento hidratado com superplastificante, embora se saiba que ocorra a

formação de uma estrutura mais densa através da presença de partículas menores de

cimento hidratado conforme já discutido (RAMACHANDRAN e MALHOTRA, 1984).

A redução do consumo de água provocada pela utilização do superplastificante

proporciona melhoria das propriedades mecânicas e da durabilidade do concreto devido à

diminuição da porosidade. Segundo HEWLETT e RIXOM (1977), reduzindo-se o teor de

água em 25 a 35% é possível obter aumento de 50 a 75% da resistência à compressão para

idade de um dia de hidratação. Tal efeito dos superplastificantes na resistência das

primeiras idades é comprovado em diversos outros trabalhos (GIAMUSSO, 1988; ACI

212, 2001; AÏTCIN, 2000) que justificam a melhoria das propriedades mecânicas nas

primeiras idades ao fato do superplastificante aumentar a área de contato entre a água e as

partículas de cimento.

Em relação a concretos de referência, a fissuração e fluência de concretos com

superplastificantes não apresentam diferenças (RAMACHANDRAN e MALHOTRA,

1984). Segundo estudos de diversos autores, a adição do superplastificante, quando

mantida a mesma relação água/cimento, não altera a retração, permeabilidade, resistência

aos ataques químicos, resistência mecânica ou módulo de deformação (PERENCHIO,

1979; MALHOTRA e MALANKA, 1979; MALHOTRA, 1989; YAMAMOTO e

KOBAYASHI, 1986; entre outros).

De acordo com DAL MOLIN (1995), as diversas opiniões relacionadas à

influência dos superplastificantes nas propriedades do concreto endurecido ocorrem,

dentre outras razões, devido às diferentes características dos materiais (aditivo, cimento,

adições), dosagens e metodologias dos experimentos e ensaios.

O teor de aditivo superplastificante comumente utilizado varia de 0,8 a 2,0% de

sólidos sob a massa de material cimentante, sendo a parte sólida do aditivo em torno de

30 a 40% geralmente (MEHTA e AÏTCIN, 1990b).

2. 4. 5 Propriedades do Concreto

2. 4. 5. 1 Propriedades do Concreto de Alta Resistência no Estado Fresco

As propriedades do concreto de alta resistência no estado fresco devem ser

controladas, segundo AÏTCIN (2000), devido a duas razões principais. Primeiramente, o

concreto de alta resistência, assim como o convencional, deve ser lançado facilmente.

Portanto a primeira razão está relacionada à trabalhabilidade da mistura. A segunda razão

correlaciona as propriedades do concreto endurecido ao controle no estado fresco, ou seja,

o controle enquanto fresco resultará num concreto endurecido com propriedades

controladas.

Enquanto fresco, os principais problemas que podem surgir são: perda de

abatimento, retardamento de pega, que atrasará o desenvolvimento da resistência, e

segregação elevada da mistura. Tais problemas ocorrem por diversos fatores que podem

ser drasticamente reduzidos quando algumas propriedades forem controladas, como a

massa específica, o abatimento, a trabalhabilidade e o teor de ar incorporado (ALVES,

2000).

a) Massa específica: corresponde à massa de uma unidade de volume do concreto fresco

adensado de acordo com a normalização brasileira, considerando o volume de ar

aprisionado ou incorporado (NBR NM 47/2002).

Em relação ao concreto usual, a massa específica do concreto de alta resistência é

um pouco maior, quando utilizados os mesmos materiais. Para o concreto de alta

resistência esses valores estão entre 2400 kg/m

para traços com ar incorporado e

2500 kg/m

para traços sem ar incorporado, e a obtenção desses valores através de ensaios

elimina a necessidade de medições freqüentes do teor de ar, que tomam mais tempo, pois

quando tais valores permanecem constantes o teor de ar também é constante. Dessa

forma, a medida da massa específica, quando utilizada em conjunto com outros ensaios de

determinação das propriedades do concreto, permite a confirmação de modificações no

concreto fresco e a obtenção de um diagnóstico rápido do problema (AÏTCIN, 2000).

b) Trabalhabilidade: definida pela ASTM C125 (1993) como a propriedade que determina

o esforço necessário para a manipulação de uma quantidade determinada de concreto no

estado fresco com perda mínima de homogeneidade. A trabalhabilidade é composta por

dois fatores principais: a fluidez (facilidade de mobilidade) e a coesão (resistência à

exsudação e segregação).

O esforço necessário para o lançamento do concreto, de acordo com MEHTA e

MONTEIRO (1994), é determinado principalmente pelo esforço para o início e

manutenção do fluxo, dependendo assim das características reológicas do cimento e do

atrito entre as partículas do agregado e entre o concreto e a fôrma. Já o esforço necessário

ao adensamento é influenciado pela facilidade de eliminação dos vazios sem perda de

trabalhabilidade, que é um índice simultâneo de capacidade de retenção da água (oposto

de exsudação) e retenção do agregado graúdo na massa de concreto fresco (oposto de

segregação).

Diversos são os fatores que afetam a trabalhabilidade do concreto fresco, contudo,

podem ser agrupados em duas categorias principais: fatores relacionados ao esqueleto dos

agregados, e fatores relacionados ao comportamento da pasta de cimento hidratada.

Os principais fatores relacionados ao esqueleto dos agregados que afetam a

trabalhabilidade são a quantidade total de agregado na mistura, as proporções relativas

entre agregado graúdo e miúdo, assim como a respectiva granulometria e a forma das

partículas.

A relação água/cimento é um dos principais fatores que determinam o

comportamento reológico da pasta de cimento, principalmente no concreto convencional.

Quando a relação água/cimento é alta, as partículas de cimento e material cimentício estão

afastadas, logo, suas interações durante a hidratação não afetam a trabalhabilidade

significativamente. À medida que essa distância é reduzida, com a redução da relação

água/cimento, a água, antes o fator principal na reologia da pasta de cimento, não

desempenha mais o papel chave (NEVILLE, 2000). Nesse caso, o cimento e as partículas

cimentícias interagem fisicamente (AÏTCIN, JOLICOEUR e MACGREGOR, 1994;

HUYNTH, 1996). Dessa forma, o superplastificante irá interagir com as partículas de

cimento em hidratação, criando um sistema mais complexo de parâmetros que

influenciam a reologia e trabalhabilidade do concreto de alta resistência. Segundo

TAGNIT-HAMOU e AÏTCIN (1993), o teor de sulfato do cimento e a sua velocidade de

dissolução são muito importantes e influenciam a trabalhabilidade em concretos de alta

resistência.

De acordo com MEHTA e MONTEIRO (1994), em condições normais, o volume

dos produtos de hidratação é pequeno durante a primeira meia hora após a adição da água

ao cimento, e a perda de abatimento é mínima. Após esse período inicial o concreto

começa a perder abatimento a uma taxa que é função da hidratação, temperatura,

composição do cimento e aditivos presentes.

A utilização dos aditivos superplastificantes no concreto de alta resistência resulta

em diversos problemas de incompatibilidade, que são acentuados na medida em que se

diminui a relação água/cimento à procura de resistências cada vez mais altas (AÏTCIN e

NEVILLE, 1993). Algumas vezes tais aditivos são descartados não por criarem

dificuldades em atingir a resistência pré-estipulada, mas por gerarem problemas de

elevada perda de abatimento com o tempo (MAILVAGANAM, 1999).

AÏTCIN (2000) ainda comenta que do ponto de vista prático podem ser

adicionados materiais cimentícios suplementares em substituição à parte do cimento, ou

alguma incorporação de ar, que poderá contribuir para a trabalhabilidade, mesmo que

resulte em perda de resistência. Segundo o autor, foi possível produzir um concreto com

resistência à compressão aos 91 dias igual a 100 MPa e teor de ar incorporado de 4,5%.

Portanto, futuramente, a incorporação de ar deverá ser utilizada freqüentemente para

melhoria da trabalhabilidade em misturas com relação água/cimento muito baixa.

c) ar incorporado: o teor de ar incorporado pode influenciar a resistência do concreto ao

determinar sua porosidade. Em concretos de alta resistência sem ar incorporado não é

essencial determinar freqüentemente o teor de ar incorporado, mas é recomendável que

seja feita a medição conjunta com a verificação da massa unitária de tempos em tempos

(AÏTCIN, 2000).

Concretos de alta resistência geralmente apresentam teores entre 1 a 3% de ar

aprisionado, valores que aumentam à medida em que a relação água/cimento é reduzida.

Dessa forma, quando a resistência é a propriedade principal estipulada para o concreto de

alta resistência sem ar incorporado, deve-se manter a quantidade de ar aprisionado tão

baixa quanto possível para evitar qualquer perda dessa propriedade. Já em concretos de

alta resistência com ar incorporado é possível obter teores na faixa de 4 a 5 % de ar,

melhorando consideravelmente a trabalhabilidade da mistura, seu lançamento,

adensamento e acabamento. Nesses casos, quando a resistência não é um ponto crítico, a

redução da mesma é compensada pela melhoria da trabalhabilidade (AÏTCIN, 2000).

2. 4. 5. 2 Propriedades do Concreto de Alta Resistência no Estado Endurecido

Diversas são as propriedades mecânicas do concreto influenciadas pelo aumento da

resistência, contudo serão discutidas apenas aquelas relacionadas ao programa

experimental do estudo em questão.

2. 4. 5. 2. 1 Resistência à compressão

A resistência à compressão é a principal propriedade mecânica do concreto, pois

além de estar relacionada à estrutura interna do material, proporcionando uma estimativa

do desempenho do concreto, indica de forma indireta sua durabilidade (DAL MOLIN,

1995). Esta propriedade aumenta de forma inversamente proporcional à relação

água/cimento, entretanto, a diferença em relação ao concreto convencional está no fato de

que esta lei é valida até ser atingida a resistência de ruptura do agregado graúdo. Nesse

caso, quando esse material não é resistente o suficiente, em comparação à resistência da

pasta de cimento hidratado, torna-se o elo fraco da estrutura, e a resistência à compressão

do concreto não aumentará significativamente com a diminuição da relação água/cimento

(AÏTCIN, 2000). Tal redução pode ser realizada diminuindo-se o consumo de água

através da utilização de aditivo superplastificante, ou ainda aumentando o consumo de

aglomerantes, possibilitando controle sobre a resistência inicial de determinado concreto

de alta resistência quando se projeta a sua composição (ROUGERON e AÏTCIN, 1994).

Segundo DAL MOLIN (1995), um aspecto importante na tecnologia do concreto é

a evolução da resistência com a idade. AÏTCIN (2000) comenta que duas a três horas

adicionais de cura a 20°C podem fazer uma grande diferença na resistência à compressão

inicial do concreto de alta resistência. Para CARRASQUILLO (1981), a velocidade de

evolução da resistência em concretos sem adições minerais é maior em concretos de alta

resistência nas primeiras idades.

A velocidade maior da taxa de desenvolvimento da resistência em concretos de alta

resistência é atribuída, na opinião de DE LARRARD e MALIER (1992) à proximidade

inicial das partículas de cimento do concreto fresco devido à baixa relação água/cimento

da mistura. O comitê 363 do ACI justifica esse comportamento ao calor de hidratação

gerado devido ao elevado consumo de cimento na produção de concretos de alta

resistência.

Uma equação para previsão da resistência do concreto de alta resistência (acima de

50 MPa), até os 28 dias de idade, é apresentada nas normas francesas BAEL e BPEL

(apud FOURÉ e TRINH, 1988) e transcrita a seguir:

95,040,1

ccj

Onde:

j = idade, em dias;

= resistência à compressão, em MPa, aos j dias de idade;

c28

= resistência à compressão, em MPa, aos 28 dias de idade.

As condições de cura também podem gerar variações na resistência à compressão

do concreto. MALHOTRA et al. (1990) constatou que a resistência à compressão de

concretos com 182 e 365 dias submetidos à cura úmida, era maior que para os mesmos

traços submetidos à cura ao ar, e que tal diferença diminui ao adicionar-se sílica ativa.

Foi constatado por DE LARRARD (apud AÏTCIN, 2000) um pequeno decréscimo

da resistência em corpos de prova de concretos com sílica ativa após um longo período de

cura ao ar. Tal perda de resistência é mencionada na literatura como “regressão da

resistência”, e ocorre ocasionalmente quando o concreto é exposto a condições severas de

secagem ao ar. Portanto, os autores apontam para a necessidade de cura inicial adequada

em água para o concreto de alta resistência, e quando se fizer necessário, revestimento dos

elementos estruturais com película impermeável ou pintura. Tais medidas podem inibir a

retração por secagem e a formação de tensões de tração.

Os resultados obtidos para concretos de alta resistência submetidos a ensaios de

resistência à compressão axial também podem ser influenciados pela capacidade

resistente do material utilizado para capeamento. A resistência não será prejudicada

quando materiais adequados forem utilizados e possibilitarem uma distribuição de tensões

uniforme em toda a seção transversal dos corpos de prova.

2. 4. 5. 2. 2 Resistência à tração

Os valores para a resistência à tração do concreto podem ser obtidos através de três

diferentes ensaios: tração por compressão diametral, tração na flexão e tração direta, cujos

resultados são influenciados pelo tamanho e forma dos corpos de prova (DAL MOLIN,

1995). A taxa de crescimento para a resistência à tração é alta nas primeiras idades em

relação ao concreto convencional. Contudo, segundo DE LARRARD e MALIER (1992),

o valor máximo da resistência à tração é atingido por volta dos 14 dias de hidratação.

A resistência à tração do concreto é usualmente determinada indiretamente através

de relações entre módulo de ruptura e resistência à tração por compressão diametral.

Porém, em concretos de alta resistência tais propriedades podem variar dentro de um

vasto intervalo para os mesmos valores da resistência à compressão (AÏTCIN, 2000).

Logo, existem diversas equações empíricas que relacionam resistência à tração e

resistência à compressão. Em sua grande maioria, são expressas da seguinte forma:

= a + bf

Onde:

= resistência à tração, em MPa, aos j dias de idade;

= resistência à compressão, em MPa, aos j dias de idade;

n = coeficiente que varia de 0,5 a 1,0;

a,b = coeficientes que variam com os materiais, e nível de resistência considerado.

A norma brasileira NBR 6118 (2003) relaciona resistência à tração e resistência à

compressão da seguinte forma:

3/2

3,0

ckmtk

ff =

mctctk

,inf,

7,0=

mctctk

,sup,

3,1

Observa-se que o quociente da relação entre a resistência à tração e compressão

diminui à medida em que a resistência à compressão aumenta (ACI 363, 1991; FIB/CEB,

1990). Todavia, tais valores não representam a realidade em concretos de alta resistência

Embora não esteja relacionado ao programa experimental em questão, em relação

ao módulo de deformação do concreto, é fundamental ao projetista o conhecimento de tal

propriedade para o cálculo das deformações dos diferentes elementos estruturais do

sistema. A determinação direta do módulo de deformação é obtida através da

determinação simultânea da carga aplicada e da deformação axial gerada por essa carga,

tornando esse processo experimental complexo. Dessa forma, os valores são usualmente

determinados utilizando abordagens teóricas ou empíricas. As relações empíricas

correlacionam o módulo de deformação com a resistência à compressão (DAL MOLIN,

1995).

A abordagem teórica é baseada em modelos que representam o comportamento

elástico do concreto (ILLSTON, DINWOODIE e SMITH, 1987). Já a abordagem

empírica associa o módulo de deformação à resistência à compressão. Entretanto, a

despeito das diversas equações para a obtenção do módulo de deformação, tais equações

têm validade comprovada para o concreto convencional apenas. Ao elevar-se a resistência

para valores acima de 50 MPa, as equações mostram-se inadequadas, superestimando os

valores calculados do módulo de deformação (CARRASQUILLO et al., 1981; ACI 363,

1991).

3 CIMENTOS ALUMINOSOS EM CAR

3. 1 Introdução

Com o crescente desenvolvimento mundial, o concreto deverá ser cada vez mais

aproveitado e aperfeiçoado para acompanhar tal progresso. Uma forma de buscar um

produto melhor e mais adequado é a utilização dos cimentos aluminosos como

constituintes do concreto. O cimento aluminoso possui diversas propriedades singulares

quando comparado ao cimento Portland, como altas resistências nas primeiras idades,

endurecimento mesmo sob condições de baixas temperaturas, e durabilidade superior ao

ataque por sulfato (NEVILLE, 1998). Além disso, devido à sua versatilidade, o cimento

aluminoso pode ser utilizado como a única fase hidráulica no concreto, ou ainda

constituindo uma mistura de materiais cimentícios (SCRIVENER, 2001).

O cimento aluminoso foi desenvolvido na França no começo do século XX como

uma alternativa ao problema de ataque de estruturas de concreto por águas sulfatadas. A

sua comercialização teve sucesso após a patente de Bied em 1908, e durante o auge da

primeira guerra mundial, o que levou ao uso substancial desse material em estruturas de

concreto maciço exposto ao mar e fundações em solos com alto teor de sulfatos, relata

SCRIVENER (2001).

A resistência requerida para estas aplicações era muito modesta (por volta dos 10 a

20 MPa) e ocasionalmente alguns problemas ocorriam, entretanto, grande parte dos

problemas sérios estava relacionada à perda de água necessária para a hidratação devido

às altas temperaturas atingidas (por volta dos 100ºC no concreto) e uma estrutura porosa

altamente conectada. A maioria dos problemas era identificada antes da solicitação e uso

das estruturas (SCRIVENER, 2001).

De acordo com as definições da ASTM C219, o cimento de aluminato de cálcio, ou

cimento aluminoso, é o produto obtido da moagem do clínquer de aluminato de cálcio. O

clínquer é um produto parcialmente ou completamente fundido, consistindo de aluminatos

de cálcio hidráulicos. Dessa forma, ao contrário do cimento Portland, onde o C

S e o C

são os principais compostos cimentantes, no cimento aluminoso o aluminato monocálcico

(abreviado como CA) é o principal constituinte cimentante, com C

, C

AS, 2C

S e F

como constituintes menores.

Este material contém grande quantidade de alumina, cerca de 40% de alumina e

cal, 15% de óxidos férrico e ferroso e 5% de sílica. Além disso, podem estar presentes

pequenas proporções de TiO

, MgO e álcalis (NEVILLE, 1997). As matérias primas são

geralmente o calcário e a bauxita. Tipicamente, comentam MEHTA e MONTEIRO

(1994), a análise química do cimento aluminoso corresponde a aproximadamente 40% de

e alguns cimentos contêm teores ainda maiores de alumina (50 a 80%); por isso o

cimento é também denominado cimento com alto teor de alumina ou high alumina cement

(HAC).

Através do diagrama ternário do sistema CaO-SiO

-Al

(Figura 3. 1), observa-se

que o cimento aluminoso ocupa uma escala muito diferente e mais abrangente que o

cimento Portland. Contudo, é constituído principalmente por uma fase de aluminato de

cálcio (aluminato monocálcico CaAl

) como constituinte reativo (SCRIVENER, 2001).

FIGURA 3. 1 – COMPOSIÇÃO DO CIMENTO ALUMINOSO EM COMPARAÇÃO AO CIMENTO

PORTLAND (SCRIVENER, 2001)

Existem várias tentativas para classificação dos diferentes tipos de cimentos

aluminosos, mas essencialmente há dois grandes grupos.

O primeiro grupo contém teor de Al

aproximadamente entre 35 a 50%, e

consiste de aluminatos de cálcio relativamente impuros, que também contém silício e

ferro, conduzindo à presença de segundas fases como o C

AF s.s. e C

AS. O segundo

grupo inclui cimentos brancos contendo teor de alumina acima de 80%, onde há

relativamente maior pureza e produtos refratários. Embora esses últimos sejam

produzidos pela sinterização a altas temperaturas, não são realmente produtos em

equilíbrio, contendo reações intermediárias, fases secundárias, e algumas vezes até fases

deliberadamente incorporadas, como o α-Al

, adicionado após a queima. Entretanto, a

fase que domina o comportamento da hidratação desses diversos materiais é o aluminato

monocálcico, CaAl

. Essa é a fase predominante presente em todos os tipos de

cimentos que fazem parte desses dois grupos (MOHAMED e SHARP, 2001).

3. 2 Hidratação e Resistência

As propriedades do cimento aluminoso são dependentes das características de

hidratação do cimento e da microestrutura da pasta endurecida, assim como no cimento

Portland (TAHER; CHANDLER; ANDERSON, 1996).

Uma característica do cimento aluminoso é a elevada taxa de ganho da resistência

nas primeiras idades, principalmente devido à reatividade do composto CA (GU;

BEAUDOIN; QUINN; MYERS, 1997).

De acordo com NEVILLE (1997), a resistência do concreto contendo cimentos

aluminosos em 24 horas de hidratação pode superar valores de resistência aos sete dias

para concretos contendo cimento Portland comum. Além disso, cerca de 80% da

resistência final é atingida em 24 horas de hidratação. O aumento da resistência ocorre

devido à rapidez de hidratação, que resulta em um desprendimento elevado de calor de

hidratação. A taxa de liberação de calor do cimento aluminoso recentemente hidratado

pode ser tão elevada quanto 9 cal/g por hora, valor aproximadamente três vezes maior do

que a taxa para cimentos Portland de alta resistência inicial.

NEVILLE (1997) comenta que concretos contendo cimento aluminoso e agregado

de clínquer de cimento aluminoso com relação água/cimento igual a 0,5 podem atingir

resistências de aproximadamente 100 MPa em 24 horas e 120 MPa em 28 dias, a

temperaturas moderadas. Esses valores de resistência são atingidos graças às propriedades

cimentantes do agregado. Já em condições de cura abaixo de zero, a taxa de ganho de

resistência também é maior do que em concretos contendo cimento Portland,

conseqüentemente, o material é bastante interessante para aplicações em climas frios.

Todavia, apesar da alta resistência inicial desenvolvida, o endurecimento rápido

não é acompanhado por uma pega rápida. O cimento aluminoso tem pega lenta, porém o

fim de pega segue o início de pega com um intervalo de tempo muito menor em

comparação ao cimento Portland (NEVILLE, 1997).

Em relação a misturas contendo cimento Portland conjuntamente com cimento

aluminoso, pode ocorrer pega instantânea devido à reação entre a cal do cimento Portland

e o aluminato de cálcio presente no cimento aluminoso. Alem disso, o gesso do cimento

Portland também pode reagir com os aluminatos de cálcio hidratados. Tais misturas

formam a base de muitas argamassas e outros sistemas de reparos quando é necessária

pega rápida, como em casos de vazamentos, ou serviços executados entre intervalos de

marés, contudo a resistência final é muito baixa (NEVILLE, 1997). Segundo

SCRIVENER (2001), a taxa de desenvolvimento da resistência pode ser aumentada

através da utilização de aditivos ou adição de sulfato de cálcio.

Na Figura 3. 2 são mostrados os dados típicos para o tempo de pega, entretanto

tais valores variam em função do tipo de cimento analisado. Para valores baixos de teor

de cimento Portland, a pega acelerada ocorre devido à formação de C

A hidratado pela

adição de cal do cimento Portland ou aluminato de cálcio do cimento aluminoso. Já

quando o teor de cimento aluminoso é baixo, o gesso do cimento Portland reagirá com os

aluminatos de cálcio hidratados e, como conseqüência, o cimento Portland, quando a pega

não for retardada, exibirá pega instantânea.

FIGURA 3. 2 – TEMPO DE PEGA PARA MISTURAS CONTENDO CIMENTO PORTLAND E CIMENTO

ALUMINOSO (NEVILLE, 1997)

O CA, principal componente no cimento aluminoso, usualmente totaliza 50 a 60%

em massa. Sua estrutura típica está apresentada na Figura 3. 3, e uma micrografia dos

cristais de CA como ocorrem em uma fase de aglutinação é apresentada na Figura 3. 4.

FIGURA 3. 3 – ESTRUTURA DO ALUMINATO MONOCALCICO (CA), MOSTRANDO OS ATOMOS DE Ca

E O AlO

TETRAÉDRICO (PÖLLMANN, 2001).

FIGURA 3. 4 – MICROGRAFIA DOS CRISTAIS PSEUDOHEXAGONAIS DO CA (PÖLLMANN, 2001).

A hidratação do CA, que tem maior velocidade de endurecimento, resulta na

formação de CAH

, pequena quantidade de C

e gel de alumina (Al

aquoso). A

composição dos produtos de hidratação mostra uma dependência tempo-temperatura; o

produto de hidratação de baixa temperatura (CAH

) é termodinamicamente instável,

especialmente em condições quente e úmida de armazenamento nas quais se forma um

componente mais estável, C

. Portanto, em um armazenamento prolongado, as fases

hexagonais do CAH

e C

tendem a se transformar em fases cúbicas de C

(SCRIVENER; CABIRON; LETOURNEX, 1999).

Essa transformação é denominada conversão do cimento aluminoso e, devido ao

fato do sistema cristalino do primeiro composto ser pseudo-hexagonal, e do segundo,

cúbico, refere-se à conversão como uma mudança da forma hexagonal para a cúbica

(NEVILLE, 1997).

Segundo ANDIÓN et al. (2001), a resistência do concreto é determinada pela

forma física das fases constituintes do material, onde a conversão é puramente

relacionada a uma reação química que inicia tais mudanças físicas. Em particular,

pequenos cristais formados imediatamente após a conversão são menos prováveis para

iniciar a propagação de fissuras do que cristais maiores que podem se formar em seguida,

devido à recristalização. O tamanho dos cristais em um dado momento no tempo é

obviamente relacionado de forma direta ao grau de porosidade. Na figura 3. 5 é possível

observar, respectivamente, as fases hexagonal e cúbica mencionadas.

FIGURA 3. 5 – MICROGRAFIA DAS FASE HEXAGONAL E CÙBICA (ANDIÓN et al., 2001)

De acordo com NEVILLE (1997), quando o cimento aluminoso é submetido a

altas temperaturas somente pode existir a forma cúbica de aluminato de cálcio hidratado.

Já à temperatura ambiente, as duas formas podem estar presentes, no entanto os cristais

hexagonais se converterão lentamente para a forma cúbica de forma espontânea. A reação

de conversão para o CAH

é apresentada a seguir:

3CAH

Æ C

+ 2AH

+ 18H

A razão para a lenta formação das fases estáveis é a sua alta simetria (cúbica) e

complexa estrutura cristalina.

SCRIVENER (2001) comenta que a temperaturas baixas, em torno de 27ºC, o

primeiro hidrato a se formar é o CAH

CA + 10H Æ CAH

Para altas temperaturas predomina a formação de C

e, como a relação C/A

desta fase é mais alta do que de CA, hidrato de alumina também se forma:

2CA + 11H Æ C

+ AH

A reação de CAH

para C

e hidrato de alumina, também ocorre como parte

do processo de conversão e libera água:

2CAH

Æ C

+ AH

+ 9H

As fases estáveis C

e AH

se formarão eventualmente a altas temperaturas:

3CA + 12H Æ C

+ 2AH

Novamente, a quantidade de água reagindo com cada mole de CA é menor e isso

significa que a conversão do C

(e CAH

) para C

e AH

libera água:

3 C

Æ 2C

+ AH

+ 9H

Finalmente:

3CAH

Æ C

+ 2AH

+ 18H

A conversão somente ocorrerá na presença de água, concluiu NEVILLE (1997),

pois se incidem re-dissoluções e precipitações, e o grau de conversão pode ser avaliado

pela relação entre a fração de compostos cúbicos e as frações totais dos compostos

cúbicos e hexagonais, em porcentagem, conforme apresentado a seguir:

100

CAH de massa AHC de massa

AHC de massa

1063

Caso a determinação da massa dos compostos não seja realizada em condições

livres da presença de CO

há risco de decomposição do C

em AH

. Dessa forma, o

grau de conversão será obtido em função desse último componente, com diferença não

significativa entre os resultados obtidos (NEVILLE, 1997). O grau de conversão será, em

porcentagem, igual a:

100

CAH de massa AH de massa

AH de massa

103

O principal interesse no conhecimento e estudo da conversão reside no fato desta

reação ocasionar perda de resistência no concreto de cimento aluminoso. Tal perda de

resistência pode ser explicada devido à densificação dos compostos hidratados dos

aluminatos. Os valores de densidade típicos para o CAH

e C

são, respectivamente,

1,72 e 2,53 g/cm

. Portanto, considerando que as dimensões totais dos corpos são

constantes (como por exemplo a pasta de cimento depois da pega), a conversão, com a

concomitante liberação de água, resulta em aumento da porosidade da pasta (NEVILLE,

1997). Este fenômeno pode ser ilustrado pela medida da permeabilidade ao ar do concreto

de cimento aluminoso convertido comparado ao não convertido, mostrado na Figura 3. 6.

FIGURA 3. 6 – ESCOAMENTO DO AR ATRAVÉS DO CONCRETO: (a) CONCRETO DE CIMENTO

ALUMINOSO NÃO CONVERTIDO; (b) CONCRETO DE CIMENTO ALUMINOSO CONVERTIDO; (c)

CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND (NEVILLE, 1997).

Durante o processo de hidratação, a pasta de cimento aluminoso pode apresentar

mais de 50% de redução no volume de sólidos, aumentando a porosidade e, dessa forma,

causando redução na resistência. Uma porosidade de 5% pode reduzir em mais de 30% a

resistência, e uma redução de 50% é causada por uma porosidade da ordem de 8%. Tal

valor pode ser atingido no processo de conversão e hidratação do cimento aluminoso

mediante condições específicas (NEVILLE, 1997). A diminuição da resistência do

concreto pode ser influenciada pela temperatura, relação água/cimento e teor de cimento

(MEHTA e MONTEIRO, 1994). Segundo NEVILLE (1997), a resistência do concreto de

cimento aluminoso convertido é mais sensível a variações da relação água/cimento do que

antes da conversão, e a perda de resistência é menor em condições de baixa umidade.

Entretanto, durante a conversão, a água liberada na hidratação pode reagir com

cimento remanescente que não reagiu para formar futuros hidratos, que ao preencher

espaços, diminuirão a porosidade e aumentarão a resistência. Além disso, para misturas

com baixa relação água/cimento (abaixo de 0,4), a resistência irá diminuir para um

mínimo antes de aumentar, o que pode ser observado na Figura 3. 7. Para altas relações

água/cimento (acima de 0,7) grãos de cimentos anidros insuficientes permanecem depois

da reação inicial (para hidratos metaestáveis), mas mesmo neste caso o decréscimo de

resistência estabiliza a um mínimo. Quando há altas temperaturas durante a hidratação

inicial (o que é comum devido à evolução substancial do calor) os hidratos estáveis se

formam rapidamente e o concreto já está “convertido” quando entra em solicitação. Neste

caso não há subseqüente redução da resistência (SCRIVENER, 2001).

FIGURA 3. 7 – DESENVOLVIMENTO DA RESISTÊNCIA PARA CONCRETOS DE CIMENTOS

ALUMINOSOS (SCRIVENER, 2001).

Sendo a conversão uma característica inevitável da hidratação do cimento

aluminoso, é importante em termos práticos para a utilização de concretos de cimento

aluminosos, a capacidade de predeterminar seu impacto na resistência. A determinação

atual é imergir o concreto em água a 38ºC imediatamente após a moldagem e testar a

resistência após cinco dias. Entretanto, devido à rápida hidratação do cimento aluminoso,

o calor gerado durante o endurecimento (antes da utilização) da massa de concreto pode

levar a temperaturas internas bem acima dos 38ºC. Sob essas condições, a relevância da

cura isotérmica a 38ºC é questionável. A reação de conversão depende de dois parâmetros

principais: temperatura e disponibilidade de água (FRYDA et al., 2001).

A comparação do efeito da conversão das propriedades mecânicas dos materiais de

cimentos aluminosos foi estudada por LAMOUR et al. (2001). Destes estudos pode-se

inferir que as propriedades elásticas, resistência à propagação de fissuras e ductilidade são

menos afetadas pela conversão do que a resistência à compressão e à tração. Além disso

concluiu-se que as amostras de argamassa são mais afetadas do que as de concreto, muito

provavelmente por conterem maior quantidade de cimento.

Segundo LAMOUR et al. (2001) o módulo de elasticidade não é afetado pela

conversão porque esta propriedade reflete uma rigidez média do agregado e da matriz, e a

rigidez dos agregados permanece a mesma depois da conversão. O valor do módulo de

elasticidade após a conversão é aproximadamente o que se esperaria da relação da

resistência à compressão quando ambas as equações do ACI e do código CEB são

utilizadas. Para concretos de cimento Portland foi descoberto empiricamente que a relação

entre a resistência à tração e resistência à compressão segue a relação:

ft = 0.3 (f’c)

2/3

O cálculo desta quantidade pelos autores resultou em valores próximos à unidade

para amostras convertidas e não convertidas. O coeficiente de Poisson é ligeiramente mais

baixo nas amostras convertidas, devido ao aumento do conteúdo de vácuo. Entretanto,

muitos estudos mostram que esta relação é largamente estável até fissuras maiores se

formarem (LAMOUR et al., 2001).

Desde o final dos anos 70 muitos esforços foram tomados para descobrir como

evitar a conversão. Estudos extensivos foram realizados com adições minerais (sílica,

escória, argilas calcinadas) e adição de calcários finos. Tais materiais modificam as

reações de hidratação, levando à formação de C

ASH

e C

A.Cc.Hx. Estas fases são

estáveis dentro de certos intervalos de temperatura e dentro de tais intervalos não se

transformarão em C

. De qualquer forma, se o concreto está sujeito a temperaturas

acima de 50ºC, o C

poderá se formar. Por outro lado se a temperatura de hidratação é

inicialmente baixa, a conversão do CAH

para C

pode ainda ocorrer em longo

prazo. Conseqüentemente é errado pensar em termos de prevenção global da conversão.

Não obstante estas misturas podem ter propriedades interessantes a curto e longo prazo,

em relação ao desenvolvimento da resistência e durabilidade, é importante que existam

métodos que relacionem sua resistência a altas idades em situações de utilização (FRYDA

et al., 2001).

Ainda em relação ao uso estrutural do concreto de cimento aluminoso, mesmo

quando este apresente resistência adequada, devido ao aumento da porosidade provocada

pela conversão o material estará mais vulnerável ao ataque químico em ambientes

agressivos. A água que percola no concreto pode conter hidróxidos de sódio ou potássio,

que irão acelerar a reação de conversão e provocar a decomposição dos produtos da

hidratação. Na presença de CO

são formados carbonato de cálcio e o hidróxido alcalino

se regenerará atacando novamente a pasta hidratada. As reações estão apresentadas a

seguir:

KCO

+ CaO.Al

.aq Æ CaCO

+ K

O.Al

+ K

O.Al

+ aq Æ K

+ Al

.3H

Como os álcalis são apenas um portador, a reação global pode ser escrita da

seguinte forma:

+ CaO.Al

.aq Æ CaCO

+ Al

.3H

Dessa forma, observa-se que o cimento aluminoso sofre carbonatação, porém de

maneira distinta do cimento Portland.

Em relação à cura, HOLTERHOFF JR. (2001) comenta que a temperatura ótima

para concretos de cimentos aluminosos é aproximadamente 22ºC. Se o concreto for

curado acima de 30ºC, poderá ocorrer decréscimo da resistência. Segundo o referido

autor, um concreto que desenvolve 48 MPa de resistência depois de 24 horas, se curado

apropriadamente pode apenas desenvolver metade ou ainda valores menores quando

curado a temperaturas acima de 30ºC. A cura fria pode conduzir a concretos que

apresentem boas resistências iniciais, mas lentamente mais baixas nos meses e anos a

seguir.

Os efeitos da temperatura, umidade, tipo de agregados e idade na resistência à

compressão de concretos de cimentos aluminosos têm sido objeto de estudo por mais de

40 anos. Entretanto, segundo FRYDA et al. (2001), do ponto de vista do projeto, a

resistência à compressão não é parâmetro suficiente para caracterização do concreto de

cimento aluminoso e suas aplicações atuais. Outros parâmetros mecânicos como

propriedades elásticas, dureza, ductilidade ou resistência à tração, são necessários para

caracterizar o desempenho mecânico desse material. Em termos de durabilidade, o

controle da fissuração é a chave para garantir um bom desempenho em ambientes

agressivos.

3. 3 Resistência a Ataques Químicos

Uma das características que distinguem o cimento aluminoso dos cimentos

Portland é que não há formação de hidróxido de cálcio como produto de hidratação.

Dessa forma, concretos contendo tal tipo de cimento apresentam excelente resistência aos

ambientes ácidos (ácidos diluídos, pH de 4,0 a 6,0), água do mar e águas sulfatadas

(SCRIVENER; CABIRON; LETOURNEX, 1999).

Segundo NEVILLE (1997), o cimento aluminoso resiste à ação do CO

dissolvido

em água, mas não é ácido-resistente. Pode suportar soluções ácidas diluídas, como em

efluentes industriais, contudo, não resiste à ação de soluções contendo ácidos clorídricos,

fluorídricos ou nítricos. O cimento aluminoso também é atacado pelos álcalis cáusticos

mesmo em soluções diluídas.

De fato, o cimento aluminoso foi desenvolvido inicialmente na França para resistir

à ação dos sulfatos em estruturas de concreto, e é muito satisfatório sob esse aspecto. Esta

resistência é alcançada, de acordo com NEVILLE (1998), devido não só à ausência de

Ca(OH)

no cimento aluminoso hidratado como também à influência protetora do gel de

alumina relativamente inerte formado durante a hidratação.

A utilização do cimento aluminoso em redes de esgotos sujeitas à ação dos sulfatos

data antes de 1950, segundo estudos de SCRIVENER (2001), com muitos exemplos de

bom desempenho na Austrália, Malásia, África do Sul e Egito.

As redes de esgoto, principalmente em regiões de climas quentes podem sofrer

corrosão bacteriológica. Sob certas condições, o ácido sulfúrico é produzido nas

canalizações pela bactéria “thiobacillus”, atacando a pasta de cimento e quaisquer

agregados solúveis em ácidos, como a dolomita e o calcário. Em seguida ocorre a

corrosão da armadura, resultando no colapso da estrutura. Tal ataque é mais severo no

nível de superfície das águas servidas, onde os produtos de corrosão são continuamente

removidos pelo fluxo através dos canais (ALEXANDER e FOURIE, 2001).

Estudos de DUNSTER e HOLTON (2001) mostram que estruturas maciças de

concreto com cimento aluminoso freqüentemente exibem um efeito de “superfície de

densificação”, o que contribui significativamente para o desempenho geral em condições

agressivas de solos com sulfatos e condições marinhas.

Segundo ALEXANDER e FOURIE (2001), canais de concreto produzidos com

cimentos aluminosos resistem ao ataque sulfúrico biológico melhor que canais produzidos

com cimento Portland. Os autores sugerem que uma das razões para que o cimento

aluminoso tenha um desempenho maior em ambientes ácidos é porque esse material tem

uma alta capacidade de neutralização ácida em comparação com o cimento Portland.

Sendo assim, na presença de cimento aluminoso, a atividade da bactéria é reduzida, além

da presença de hidrato de alumina, que bloqueia os poros e reduz o grau de degradação.

Em países como a África do Sul, onde grande parte da população está sujeita ao

saneamento inadequado, além da crescente urbanização e dos recursos limitados, tem sido

desenvolvido um novo conceito para a fabricação de canais de esgotos de concreto.

Nesses locais, onde alguns efluentes são extremamente agressivos devido a fatores

hidráulicos ou descargas industriais com baixo pH, o uso de um material de revestimento

inerte pode ser a única alternativa viável. Este revestimento é formado por uma camada

de sacrifício contendo cimento aluminoso e agregado dolomítico, e cobre um canal

convencional de concreto de cimento Portland. No substrato de cimento aluminoso,

menos ácido é produzido pela bactéria e, dessa forma, o pH é mais alto, resultando em

menor potencial para corrosão (GOYNS, 2001).

Já em relação à carbonatação, há um consenso geral de que o cimento portland

comum é mais resistente do que os cimentos aluminosos, do ponto de vista dos diferentes

efeitos de suas fases hidratadas e conteúdo de álcalis dos cimentos (GAZTAÑAGA;

GOÑI; GUERRERO, 2001).

Entretanto, alguns estudos comparativos têm sido realizados para amostras

equivalentes de cimento Portland e cimentos aluminosos. SNOLCZYC (apud AÏTCIN,

2000) apontou que o material residual não carbonatado é independente do tipo de cimento

e da relação água/cimento, atingindo valores por volta de 25 a 30% do total de CaO

contido no cimento. GAZTAÑAGA et al. (apud AÏTCIN, 2000) estudou a influência do

conteúdo de álcalis na carbonatação de dois tipos de cimento Portland e de pastas de

cimento aluminoso (relação água/cimento igual a 0,4). A carbonatação foi realizada

depois da cura por 28 dias, em exposição natural à atmosfera laboratorial (40 a 50% UR)

por 800 dias. Os resultados mostraram que a pasta de cimento aluminoso carbonatada

apresentou a mais baixa taxa, 31% do CaO residual não carbonatado contra 37 e 43% para

o cimento Portland com alto e baixo conteúdo de álcalis, respectivamente.

Dessa forma, a visão tradicional que o concreto de cimento aluminoso é mais

vulnerável que o concreto de cimento Portland quanto à corrosão da armadura pela

carbonatação não é mais apoiada pela experiência de campo acumulada ou análises

teóricas (GAZTAÑAGA; GOÑI; GUERRERO, 2001).

Conforme mencionado, o processo de degradação identificado e mais conhecido

que sofrem os cimentos aluminosos é o chamado de conversão dos hidratos hexagonais de

aluminato de cálcio para a forma cúbica. Em adição a esse processo, o concreto de

cimento aluminoso pode sofrer carbonatação devido à reação com o CO

atmosférico e a

transformação de fase denominada “hidrólise alcalina” ocorre conduzindo à destruição

completa do concreto (DUNSTER e HOLTON, 2001).

ANDRADE et al. (2001) relata a ocorrência de alguns casos de degradação de

estruturas de concreto contendo cimentos aluminosos registrados na Espanha há muitos

anos, embora a preocupação social só tenha ocorrido em 1990 quando uma edificação

entrou em colapso causando uma fatalidade. Principalmente nas regiões da Espanha

Mediterrânea, há mais de um milhão de “flats” construídos com cimentos aluminosos

antes de 1975. Após o acidente em 1990, um programa detalhado de inspeção e reparo foi

realizado pelas autoridades locais, minimizando o risco de futuras falhas. Paralelo a este

programa, a pesquisa tecnológica se desenvolveu nesse país, cujo tema principal foram os

mecanismos de degradação dos materiais produzidos com cimento aluminoso.

Segundo os autores, enquanto a carbonatação dos cimentos Portland usualmente

leva à despassivação do aço da armadura e conseqüente corrosão, em concretos de

cimentos aluminosos esta circunstância nem sempre acontece e o aço pode manter-se

passivo. Este comportamento está associado ao pH da solução e ao conteúdo de álcalis do

cimento. Além disso, considerando o conteúdo de álcalis, devido ao uso de agregados de

granito ou feldspato das regiões mediterrâneas, alguns desses concretos podem conter

grandes quantidades de álcalis do que aqueles simplesmente liberados pelo cimento,

resultando em casos de hidrólise alcalina.

Além disso, de acordo com ANDRADE et al. (2001) a alcalinidade da solução

porosa de argamassas de cimentos aluminosos medidas através do indicador de

fenolftaleína é função do grau de saturação de água dos poros. Assim ele torna-se alcalino

em condições úmidas, e neutro quando seco. Este efeito não foi verificado em materiais

produzidos com cimento Portland. Os diferentes regimes de carbonatação empregados

conduziram à formação de diferentes fases cristalinas que evoluem diferentemente

quando submetidas a ciclos de molhagem e secagem. Esta divergência confirma a

complexidade e diversidade dos processos que podem se desenvolver durante a

carbonatação das pastas de cimento aluminoso.

O comportamento das fases de alumínio hidratado formadas dos cimentos

aluminosos pode conduzir a diferentes fases finais estáveis que dependem principalmente

dos seguintes fatores:

• pH da solução aquosa de poros;

• temperatura;

• grau de saturação dos poros;

• concentração ou pressão parcial do CO

na atmosfera.

Apesar das diversas propriedades apresentadas, a aplicação do cimento aluminoso

na maioria dos países se restringe à execução de revestimentos refratários moldados em

fornos de alta temperatura (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

3. 4 Propriedades Refratárias

O uso de cimento Portland para concreto exposto a altas temperaturas está limitado

a aproximadamente 500°C, porque a altas temperaturas o óxido de cálcio livre, formado

na decomposição do hidróxido de cálcio, causaria a deterioração do concreto aquecido ao

ser exposto à umidade ou à água (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

O cimento aluminoso, além de não produzir nenhum hidróxido de cálcio na

hidratação, endurece rapidamente sob temperaturas normais de cura. Até cerca de 500°C

os concretos de cimento aluminoso apresentam redução na resistência em proporção

maior do que aqueles contendo cimento Portland; a partir desse valor até 800°C, os dois

são comparáveis, mas acima de cerca de 1000°C, o cimento aluminoso tem um

desempenho significativamente maior (NEVILLE, 1997).

Segundo estudos de NEVILLE (1997) em concretos contendo cimentos

aluminosos e diferentes agregados submetidos a intervalos de temperatura até 1100°C, a

resistência mínima varia entre 5% e 26% do valor original. Porém, quando utilizados

determinados agregados, entre 700 e 1000°C ocorre aumento na resistência devido a uma

força de coesão, denominada pega cerâmica. Tal força surge devido a reações sólidas

entre o cimento e o agregado miúdo, e aumenta em função da temperatura e com a

evolução das reações no material.

Devido a tal força, concretos de cimentos aluminosos resistem a temperaturas

elevadas, suportando temperaturas iguais a 1350ºC, quando utilizado agregado britado de

tijolos refratários. Com a adição de alguns agregados especiais, como alumina fundida ou

carborundum, temperaturas de 1600°C podem ser atingidas. Já concretos preparados com

cimento especial de aluminato de cálcio branco e agregados de alumina fundida, podem

resistir a temperaturas de 1800°C durantes períodos prolongados (NEVILLE, 1997).

Propriedades mecânicas, comportamento durante a cura e calor inicial das misturas

de cimentos aluminosos são características decisivas em aplicações refratárias. O primeiro

aquecimento após a cura conduz a mudanças irreversíveis, em particular a conversão e

decomposição dos hidratos. Tais mudanças são geralmente acompanhadas por uma perda

de resistência. A resistência é recuperada, entretanto, quando a temperatura torna-se alta o

suficiente para permitir a sinterização. As propriedades de alta temperatura dos cimentos

aluminosos dependem de numerosos parâmetros como a composição química, tamanho

das partículas, homogeneidade e porosidade (NORTON-BERRY; GHANBARI AHARI;

LEE, 2001).

Segundo NEVILLE (1997), concretos refratários de cimentos aluminosos têm uma

boa resistência ao ataque por ácidos, como por exemplo os ácidos presentes em gases

resultantes de combustão, sendo, de fato, a resistência química aumentada pela queima

até 900 a 1000°C. Tais concretos podem ser levados à temperatura de serviço tão logo

tenham endurecido, não necessitando de aquecimento prévio. Enquanto os revestimentos

com tijolos refratários se dilatam com o calor e necessitam de juntas de dilatação,

concretos de cimentos aluminosos podem ser executados monoliticamente, ou com juntas

de topo a cada um ou dois metros nas formas e dimensões pretendidas. A perda de água

no primeiro aquecimento resulta numa contração aproximadamente igual à dilatação

térmica durante o aquecimento, de modo que as variações dimensionais resultantes são

muito pequenas, dependendo do tipo de agregado. Além disso é possível a execução de

revestimentos refratários com jateamento de argamassa de cimento aluminoso.

Refratários são materiais que mantêm o desempenho quando submetidos a altas

temperaturas e são utilizados em processos de fabricação de metais, vidro, cimento, entre

outros. Tradicionalmente, quase todos os refratários têm a forma de tijolos, que são

colocados um a um, manualmente. Este processo tem um alto custo em relação à mão de

obra e tempo de execução. Em revestimentos monolíticos, as propriedades cimentantes do

aluminato de cálcio são utilizadas para produzir um concreto que desenvolva a resistência

mesmo quando sujeito a uma temperatura ambiente. Durante o primeiro aquecimento, a

água combinada com os hidratos se evapora e novas fases anidros se formam, o que

proporciona alta resistência à temperatura graças à pega cerâmica já mencionada. Devido

à diversidade das condições de serviço (temperatura, abrasão, ataque químico, etc.) há

uma grande variedade de concretos refratários, o que indica o grande poder de adaptação

dos cimentos aluminosos. Sendo assim, sistemas formados por concreto de cimentos

aluminosos são utilizados em quase todas as aplicações refratárias, como em instalações

para fabricação de aço e ferro, instalações petroquímicas, instalações de refino não ferroso

e fundição, além de industrias de fabricação de cimento Portland e outros minerais

(TOUZO; BELL; SCRIVENER; PARR, 2001).

Não há um consenso mundial na temperatura mínima que um material pode

suportar para ser qualificado como refratário, mas a norma francesa AFNOR NF B 40-

001 considera que o cone pirométrico equivalente deve ser ao menos 1500ºC. Na

fabricação do aço, cimento, e vidro, as temperaturas variam entre 1300°C a 1900ºC

(BOCH; MASSE; LEQUEX, 2001).

3. 5 Resistência à abrasão e impacto

O concreto de cimento aluminoso foi utilizado na construção de minas

primeiramente na África do Sul, cerca de 25 anos atrás, apresentando excelente

desempenho até tais minas serem fechadas no ano de 2000. Foram obtidas resistências de

77 MPa aos sete dias de hidratação e esse valores chegaram a 90 MPa aos 28 dias de

hidratação. Desde então a aplicação foi estendida a outras áreas de mineração no Canadá

e Austrália (SCRIVENER, 2001).

Testes recentes mostraram que a resistência ao impacto e à abrasão não são

propriedades diretamente proporcionais à resistência à compressão. SCRIVENER (2001)

relata que a excelente resistência à abrasão, mesmo quando presente baixa resistência à

compressão, foi confirmada por estudos de comparação entre concreto convencional e de

alta resistência contendo cimentos aluminosos e concreto de alta resistência utilizando

cimento Portland. Para resistências comparáveis (130 MPa) o concreto de alta resistência

produzido com cimento aluminoso apresentou resistência à abrasão duas vezes maior que

o concreto de cimento Portland. Já o concreto convencional apresentou praticamente a

mesma resistência à abrasão que o de mais alta resistência.

Segundo SCRIVENER (2001) a alta resistência à abrasão e impacto do concreto de

cimentos aluminosos ocorre devido à natureza da zona de transição entre a pasta e o

agregado. Normalmente a dificuldade de acomodação dos grãos de cimento contra a

superfície de agregado leva a uma alta porosidade na zona de transição. Por conseqüência

da alta mobilidade dos íons, durante a hidratação inicial, esta porosidade pode ser

preenchida por produtos de hidratação. Tal propriedade dos concretos de cimentos

aluminosos tem levado à sua utilização em estruturas hidráulicas sujeitas ao desgaste,

como vertedouros, comportas deslizantes e linhas de túneis de limpeza na França, Suécia,

Peru, entre outros países.

3. 6 Trabalhabilidade do Concreto de Cimentos Aluminosos

Ao considerar as aplicações do cimento aluminoso em concreto é necessário

discutir as características principais da trabalhabilidade desse material. De acordo com

SCRIVENER (2001) caso a mineralogia do cimento não seja adequadamente controlada

durante o processo de fabricação, poderá ocorrer um rápido enrijecimento e conseqüente

perda de trabalhabilidade no concreto. De qualquer forma, para equivalentes relações

água/cimento, concretos produzidos com boa qualidade de cimentos aluminosos têm

características de plasticidade comparáveis aos produzidos com cimento Portland.

Entretanto, existem dois pontos importantes que diferenciam a reologia do concreto de

cimento aluminoso do concreto de cimento Portland:

1) Os concretos de cimentos aluminosos tendem a ser mais tixotrópicos, parecendo

ser mais rígidos antes de serem vibrados, mas rapidamente fluidificados durante a

vibração;

2) Os tipos clássicos de superplastificantes para cimento Portland (lignossulfatos e

polinaftalenos sulfonados) têm somente um efeito modesto nos concretos de cimentos

aluminosos.

Conseqüentemente, para relações água/cimento inferiores a 0,4 é recomendável

maior consumo de cimento (acima de 400 kg/m

) de forma a garantir um bom lançamento

e resistência adequada. Uma “nova geração” de superplastificantes (chamados de PCP’s –

poly carboxylate polyox – policarboxilatos) está sendo desenvolvida para melhoria da

reologia do concreto de cimento aluminoso. Todavia, se usados incorretamente, esses

aditivos podem retardar significativamente o tempo de pega da mistura. De qualquer

forma, a compatibilidade entre uma reologia adequada e tempo de pega normal pode ser

atingida, mesmo usando policarboxilatos em combinação com outras adições ou

ajustando o tempo de adição do aditivo no processo de mistura, além do tempo de mistura

(SCRIVENER, 2001).

A hidratação do cimento aluminoso, segundo CHATERJEE (2001), é dependente

da dissolução e precipitação. Sendo assim, a taxa de dissolução dos íons Ca

e Al

, junto

com os íons H

e OH

(pH), influenciam a hidratação e o endurecimento. De acordo com

o referido autor a utilização de aditivos químicos para controlar a taxa e seqüência da

reação de hidratação é extremamente importante.

Esses aditivos modificam as propriedades de argamassas e concretos baseados em

cimentos aluminosos tipicamente alterando a precipitação dos hidratos. Na literatura

estudos das variações em concentrações iônicas que ocorrem durante a hidratação de

sistemas de cimentos aluminosos com aditivos têm proporcionado informação a respeito

da forma com que algumas adições afetam a hidratação (COX; SHARP, 2001).

Além dos policarboxilatos, devido à finura das partículas do cimento aluminoso,

outros aditivos são freqüentemente recomendados para dispersão, retardamento e

aceleração:

• Fosfatos, como sódio tripolifosfato e sódio hexametafosfato, oxicarbolatos como o

ácido cítrico, além de gluconato de sódio, entre outros, como dispersantes;

• Boratos, silicofluoretos, citrato de sódio trissódico, além de outros tipos, como

retardadores de pega;

• Sais de Lítio, hidróxido de cálcio, aluminatos, entre outros, como aceleradores de

pega, especialmente em ambientes sujeitos a baixas temperaturas.

Outro aditivo redutor de água mais eficiente tem sido estudado para misturas de

cimentos aluminosos, segundo COLLEPARDI et al. (2001). Este aditivo químico é um

éster acrílico copolímero (CAE – Copolymer Acrylic Ester) que demonstrou ser muito

mais eficiente que os aditivos de naftaleno ou melanina, freqüentemente utilizados para

misturas de cimento Portland.

As adições podem interferir na hidratação do cimento de diversas formas, e podem

ter efeitos dramáticos nas propriedades de produtos baseados em cimentos, com sério

potencial prático e conseqüências financeiras. A ação dos aceleradores e retardadores para

os cimentos aluminosos tem sido considerada com respeito à dissolução dos cimentos

anidros, e os processos de nucleação e precipitação para os produtos de hidratação

principais, C

, CAH

, e C

e AH

. A maior parte deste trabalho tem focado a

ação do Lítio, que é um excelente acelerador e capaz de causar pega instantânea, além do

Citrato, que é um grande retardador (AMATHIEU; BIER; SCRIVENER, 2001).

3. 7 Durabilidade

Conforme mencionado, um número considerável de falhas e defeitos foram

detectados na última década, muito dos quais relacionados à utilização dos cimentos

aluminosos, mostrando a necessidade de investigação das mudanças nas propriedades e

comportamento desse material (ANDIÓN et al., 2001).

Alguns colapsos devido a perdas graduais de resistência associadas ao concreto

contendo cimentos aluminosos ajudaram na limitação do uso deste cimento em aplicações

estruturais (DING; FU; BEAUDOIN, 1997).

Todavia, as evidentes vantagens dos cimentos aluminosos, especialmente o

desenvolvimento inicial da resistência, além dos danos causados pela Segunda Guerra

originaram um crescimento acelerado da construção civil durante essa época. Os

processos de cura a vapor para concreto pré-moldado de cimento Portland não tinham

sido bem desenvolvidos. Dessa forma, o rápido endurecimento proporcionou o uso do

concreto de cimento aluminoso em diversas estruturas de concretos pré-moldados e

protendidos em muitos países, principalmente no Reino Unido (SCRIVENER, 2001).

Entretanto, segundo ANDIÓN et al. (2001), o conhecimento insuficiente da

química e do comportamento cristalográfico a longo prazo desse tipo de cimento e

conseqüente falta de prática de regras adequadas à utilização, levaram a casualidades

fatais na segunda metade dos anos 70 no Reino Unido, Alemanha, França, Espanha, entre

outros países. Entre os principais erros na utilização do cimento aluminoso estava a

aplicação das mesmas práticas de construção utilizadas para o cimento Portland. Além

desses, a falta de atenção adequada a parâmetros como relação água/cimento e conteúdo

de cimento, que são importantes para o concreto de cimento Portland e se tornam críticos

para concretos de cimentos aluminosos.

Sabendo dos problemas ocasionados pelas altas relações água/cimento, decidiu-se

manter o limite máximo de 0,4. Já o limite mínimo para consumo de cimento foi

estabelecido em 400 kg/m

. Porém, a baixa relação água/cimento implicava em

dificuldades para o lançamento e trabalhabilidade e, dessa forma, nem sempre tal limite

era respeitado, gerando então maior porosidade. Conseqüentemente, em 1973 e 1974 três

construções entraram em colapso. Em dois casos as maiores falhas foram identificadas

como erros de projeto, e a perda de resistência gerada pela conversão foi indicada como

uma causa de possível contribuição. De fato, em uma das construções, as vigas originais

foram utilizadas na reconstrução. No terceiro caso um ataque por sulfato foi identificado

como a maior causa de degradação, facilitada pela alta porosidade do concreto devido à

utilização de uma relação água/cimento alta (SCRIVENER, 2001).

Em seguida, comenta SCRIVNER (2001), foram realizadas inspeções em todas as

edificações semelhantes com vigas em concreto de cimento aluminoso. Das 1022 (mil e

vinte e duas) edificações inspecionadas, 38 (trinta e oito) foram identificadas com

problemas de perda de protensão, e destas, apenas uma tinha sido causada por perda de

resistência devido à conversão do cimento aluminoso. Segundo o referido autor, estima-se

que haja de 30.000 (trinta mil) a 50.000 (cinqüenta mil) edificações contendo cimentos

aluminosos no Reino Unido e todas continuam a apresentar desempenho satisfatório.

Entretanto, como nas vigas de concreto de cimento Portland da mesma idade, a

carbonatação em muitos casos já atingiu a profundidade da armadura. Todavia, a

condição interna de muitas é tal que apresentam umidade relativamente baixa e riscos

insignificantes de corrosão do aço.

A durabilidade do aço e do concreto governa a permanência da vida útil da

estrutura. Dessa forma, esforços de pesquisa em corrosões a longo prazo do aço em

estruturas de concreto em relação à durabilidade geral têm sido concentrados em concreto

ou argamassas com cimento Portland. Pouca informação sobre objetivos similares para

concreto de cimento aluminoso aparece na literatura técnica especializada. Conforme já

discutido, a composição química e o comportamento de concretos de cimentos

aluminosos diferem substancialmente do concreto de cimento Portland convencional.

Portanto, é necessário estudar a durabilidade específica das estruturas de cimentos

aluminosos não somente do ponto de vista do efeito da idade, parâmetros ambientais e

penetração de agentes agressivos no concreto, mas também em relação às conseqüências

da alteração do concreto ao ataque da corrosão da armadura (ANDIÓN et al., 2001).

ANDIÓN et al. (2001) concluíram que as armaduras não se tornam mais corroídas

devido à carbonatação do cobrimento de concreto de cimento aluminoso, além disso, em

alguns casos a carbonatação parece inibir a corrosão do aço. E os resultados de seus

estudos mostram que, quando comparados a argamassas de cimento Portland, uma

quantidade maior de produtos de corrosão é necessária para fissurar argamassas de

cimentos aluminosos. Isto se aplica para ambas as condições: convertidos e não

convertidos.

Os acontecimentos relatados geraram um clima de incerteza quanto ao concreto de

cimento aluminoso, e mudanças nas normas foram feitas para prevenir efetivamente a

utilização desse material em aplicações estruturais. Tais acontecimentos ilustram a

importância do bom entendimento do comportamento destes materiais a idades mais

avançadas. Com este fim, um estudo foi desenvolvido pela Concrete Society, no Reino

Unido, readmitindo a utilização do cimento aluminoso na construção. Suas descobertas

foram publicadas em 1997, e suas conclusões reafirmaram que qualquer projeto deve ser

baseado na resistência após o processo de conversão. Além disso, deve ser respeitado o

limite para relação água/cimento e consumo de cimento.

3. 8 Outras Aplicações

As interações químicas entre os cimentos aluminosos e polímeros são responsáveis

por materiais de características únicas de processo, comportamento mecânico e

durabilidade. De acordo com TOUZO et al. (2001), a alta reatividade dos cimentos

aluminosos permite que este material seja empregado em diversas aplicações. Esta

possibilidade foi provada pela inovação de cimentos MDF (Macro Defect Free) de alta

resistência à flexão, nos anos 80. Embora muitos cimentos hidráulicos possam ser

utilizados na fabricação dos cimentos MDF, o cimento aluminoso tem atraído a atenção

devido às propriedades mecânicas superiores, atingindo resistências à flexão de 150 a

200 MPa. Resistências tão altas quanto 230 a 330 MPa foram atingidas

subseqüentemente.

Quanto ao rápido endurecimento do concreto de cimento aluminoso, esta

propriedade proporciona algumas aplicações especiais. Entre as quais está a utilização em

um método de pré-escavação. Neste processo um arco de túnel de concreto temporário é

estabilizado antes da escavação do furo do túnel. A vantagem deste método é a

diminuição do risco de desabamento, proporcionando segurança e melhores condições de

trabalho, além de uma alta produtividade. Além disso, as qualidades de endurecimento

rápido observadas a temperaturas normais têm valores particulares em condições de clima

muito frio. Tais valores são influenciados pela alta taxa de evolução do calor durante a

hidratação, mesmo a temperaturas por volta de 0ºC. O concreto de cimento aluminoso

pode desenvolver resistência de 20 a 30 MPa ou mais em 16 horas. Isto tem levado a

diversas aplicações no Ártico, como injeção em cabos de tirantes e outros trabalhos gerais

de concretagem. Além disso, a boa tolerância ao choque permite o uso desse material em

instalações de gás (SCRIVENER, 2001).

As propriedades refratárias do cimento aluminoso são de extrema importância na

concepção das Fire Training Facilities (FTFs), que são edificações especiais, paredes, ou

pavimentos de superfície plana projetados para resistir à deterioração quando expostos ao

calor e contato direto com o fogo. As estruturas são preparadas para utilização com vários

materiais inflamáveis, como madeira, mobília, óleos e pinturas, ou até mesmo gasolina.

Os materiais são queimados com o propósito de treinar novos recrutas pelo Corpo de

Bombeiros. A estrutura é planejada para resistir aos materiais inflamáveis, simulando um

incêndio convencional. Dessa forma, o cimento aluminoso é o material normalmente

escolhido como aglomerante para tal aplicação, pois suporta satisfatoriamente as

condições de serviço requeridas (HOLTERHOFF JR., 2001).

Outro recente uso dos cimentos aluminosos é como precursor da formação de

etringita. Os cimentos aluminosos são virtualmente livres de sulfato e a necessidade de

sulfato para a formação de etringita é atingida pela aglutinação de partículas de cimento

com anidrita ou gipsita, ou ambos. Produtos baseados em etringita têm um vasto campo

de aplicação. Formulações contendo água próximo do mínimo requerido asseguram

plasticidade e são largamente utilizados em pavimentos, sistemas de reparo, além, de

suporte do teto para minas (SATO; PUSHPALAL; MAEDA, 2001).

A produção de etringita, segundo SCRIVENER (2001), pode também ser

controlada para compensar a retração e evitar fissuração. Além disso, a etringita pode

combinar água livre, sendo 47% do peso da fórmula da etringita devido à água

combinada, que é 50% maior do que a combinada no C-S-H. Isto significa que mesmo

com alta relação água/cimento (0,5 a 0,7), a água adicionada na mistura é combinada em

hidratos e a quantidade de água livre cai rapidamente.

A etringita está associada a problemas de durabilidade, através do fenômeno de

ataque externo por sulfatos e a expansão que ocorre muito ocasionalmente em concretos

de cimento Portland sujeitos a temperaturas elevadas (acima de 70ºC) durante a cura. Em

ambos os casos a degradação resulta da formação de etringita dentro de uma massa sólida

sobre condições particulares de concentração de solução e distribuição de poros (a

recristalização de etringita secundária em poros e vazios, que ocorre em quase todos os

concretos de cimento Portland expostos à umidade não é prejudicial). Providenciando

todo o sulfato de cálcio reagente durante o período inicial de reação, nenhuma expansão

prejudicial irá ocorrer, comenta SCRIVENER (2001). Além disso, materiais contendo

grandes quantidades de etringita, segundo o referido autor, podem apresentar um

decréscimo na resistência devido à liberação de água. Em sistemas altamente porosos com

etringita como quase o único hidrato, a queda na resistência será grande.

Segundo COLLEPARDI et al. (2001), misturas de cimentos reforçados com fibras

são caracterizadas por ter uma relação água/cimento muito baixa, presença de adições,

superplastificantes e agregados finos, sendo utilizados na produção de argamassas de alto

desempenho (alta resistência e alta energia de fratura). Tais misturas são conhecidas como

“Reactive Powder Concretes” (RPC) e são interessantes para aplicações práticas em áreas

não usuais relacionadas à edificação e engenharia civil. Estas novas áreas incluem:

• Engenharia Química (utilização do RPC para compartimentos impermeáveis de

gases ou líquidos utilizados em instalações químicas);

• Engenharia Ambiental (construção de sistemas impermeáveis para eliminação ou

contato com produtos nucleares);

• Engenharia Mecânica (produção de moldes resistentes ao impacto ou abrasão

utilizados na fabricação de peças automotivas metálicas ou poliméricas).

Acima de todas as vantagens dos cimentos aluminosos está a flexibilidade de

utilização com uma variedade de outros tipos de cimentos, minerais e aditivos, de forma a

obter materiais com propriedades distintas. Após quase um século de experiência, as

aplicações dos cimentos aluminosos são cada vez mais diversas. O custo desse material

significa que não é um substituto para o cimento Portland em aplicações onde este último

obtenha desempenho favorável. Ao contrário, onde seu custo seja justificado por suas

propriedades especiais isto estenderá o campo de aplicações de materiais cimentícios em

geral (SCRIVENER, 2001).

4 PROGRAMA EXPERIMENTAL

O método científico utilizado nesse trabalho é o Método Experimental. Este

método conduzirá os procedimentos sistemáticos para a descrição e explicação do estudo.

O método experimental, segundo GOODE e HATT (1981), desempenha a função de

descobrir conexões causais e atingir a demonstrabilidade e, dessa forma, comprovar os

princípios tecnológicos ou científicos. De acordo com FACHIN (2003), o método

experimental é a análise de dados que conduzam a respostas para hipóteses em relações

de causa e efeito, logo, demonstrou ser o mais adequado ao estudo em questão.

A experimentação é o processo de observação que se dá em um meio

especialmente criado para estudar os objetos da pesquisa. Permite isolar as variáveis

independentes e dependentes, as quais podem ser estudadas num meio-ambiente

controlado. As respostas são obtidas em situações onde se pode manipular o

comportamento de forma direta, precisa e sistemática, sendo possível isolar variáveis,

como no caso de experimentos em laboratório (CERVO, 2002).

O Programa Experimental foi desenvolvido com o objetivo de caracterizar o

comportamento mecânico do concreto de alta resistência contendo cimentos aluminosos

através da análise dos efeitos dos fatores controláveis estabelecidos em suas propriedades.

Com o intuito de obter parâmetros de caracterização mecânica do concreto de alta

resistência, para representação adequada do fenômeno em estudo, foram definidas as

seguintes variáveis de resposta:

• Resistência à Compressão

• Resistência à Tração por Compressão Diametral

As propriedades de um material têm origem na sua estrutura interna. Dessa forma,

para auxiliar na compreensão e estudo da microestrutura do concreto e seus materiais

constituintes, foi realizada análise microestrutural através de microscopia óptica, análise

de fases por difração de raios-X e fluorescência de raios-X, além de análise petrográfica.

4. 1 Planejamento dos Ensaios

4. 1. 1 Ensaios Mecânicos

Diversos são os fatores que influenciam as propriedades de um determinado

material, como o concreto, e seus efeitos são interligados. O aumento do número de

fatores controláveis implica em maior número de ensaios, e conseqüentemente, maiores

custos e dificuldades na realização do planejamento experimental. Portanto, os seguintes

fatores controláveis foram definidos para o estudo em questão:

a) Relação água/aglomerante: 0,23 ; 0,25 ; 0,28 ; 0,32 ; 0,37. É sabido que a resistência

do concreto é função inversa da relação água/cimento. Com o intuito de observar tal

efeito da relação água/aglomerante na resistência à compressão e resistência à tração por

compressão diametral, tal faixa de valores foi estabelecida.

b) Idade: 3, 7, 28 e 63 dias. Tais valores foram escolhidos por serem idades comumente

utilizadas em estudos de caracterização mecânica do concreto.

c) Adições (Sílica Ativa): 0%, 5%, 10%, 15% e 20%. De acordo com DAL MOLIN

(1995), os teores usuais para utilização de sílica ativa em concretos de alta resistência

abrangem a faixa de 8 a 15%. Segundo KULAKOWSKI (2002), os teores ótimos usuais

comumente utilizados em concreto se situam por volta de 10% em relação ao peso de

cimento. O intervalo de 0 a 20% de adição foi estabelecido para melhor representar a

influência desse material nas propriedades dos concretos de alta resistência com cimentos

aluminosos. Os valores expressos foram adotados a fim de obter valores de referência

(0%) e valores extremos de adição (20%). Os níveis intermediários foram estabelecidos

por eqüidistância dos extremos e do valor central.

Após a definição dos fatores controláveis, o tamanho ótimo da amostra foi

estabelecido, e verificada a normalidade de distribuição. Segundo DAL MOLIN (1995),

03 (três) exemplares para cada ensaio realizado fornecem resultados com confiabilidade

para concretos de alta resistência. De acordo com NANNI (apud DAL MOLIN, 1995),

esse valor pode ser determinado através da equação apresentada a seguir. Todavia, devido

ao alto custo do material, limitações de recursos, além da opção pela realização de duas

repetições, foram adotados 02 (dois) exemplares.

CVz

Onde:

Er – erro relativo admitido da estimativa, fixado em 10%;

CV – coeficiente de variação da amostra;

– valor tabelado igual a 1,96 para um nível

= 5% de significância.

Diante do elevado número de corpos de prova necessários para os ensaios de

caracterização, optou-se pelo emprego de uma estratégia de fracionamento de projeto,

descrita por MONTGOMERY (1986).

Segundo RIBEIRO e CATEN (2001a), a utilização do Projeto Fatorial Cruzado

permite, com maior eficiência, analisar os efeitos de um ou mais fatores controláveis,

além dos efeitos das interações entre tais fatores. Este método permite a tomada de

observações em determinados pontos do espaço amostral, com conseqüente obtenção das

informações mais relevantes ao estudo. Além disso, a utilização do Projeto de

Experimentos permite a quantificação e minimização dos efeitos de fatores não

controláveis (erros experimentais), e a redução da quantidade de ensaios necessários

(RIBEIRO; CATEN, 2001b)

O método de fracionamento, de acordo com MONTGOMERY (1986), é baseado

em observações (ensaios) de determinados pontos do espaço amostral. Sendo assim, são

obtidas informações relevantes através de um número menor de ensaios, ao passo que o

comportamento das variáveis controláveis é mantido. O referido autor define tal método

utilizado no estudo como Projeto Fatorial Fracionado somado a pontos axiais e centrais.

Tais pontos, quando balanceados de forma adequada, permitem a avaliação dos efeitos

produzidos nas variáveis de resposta através da mudança de nível dos fatores

controláveis.

Na Figura 4. 1 cada ponto formando o cubo e a estrela identifica uma betonada,

que por sua vez representa uma distinta mistura de concreto correspondente a uma

determinada combinação de fatores controláveis (relação água/aglomerante x teor de

adição). Dessa forma, o método de fracionamento proposto por MONTGOMERY (1986)

e adotado para o estudo em questão, permitiu a redução do número de corpos de prova de

400 para 144.

FIGURA 4. 1 – REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DO PROJETO FATORIAL FRACIONADO

A Tabela 4. 1 apresenta o planejamento dos ensaios, realizados com duas

repetições de acordo com o mencionado anteriormente. Os espaços marcados com “XX”

referem-se às misturas efetivamente executadas. Já os espaços em branco referem-se às

que não foram executadas, entretanto, determinadas através de um modelo matemático. O

comportamento dos resultados foi analisado através de análise estatística utilizando

Regressão Múltipla Não Linear.

TABELA 4. 1 – PLANEJAMENTO DOS ENSAIOS – PROJETO FATORIAL CRUZADO

RELAÇÃO ÁGUA/AGLOMERANTE

TEOR DE

ADIÇÃO (%)

0.23 0.25 0.28 0.32 0.37

yy xx yy

xx xx

xx xx xx

xx xx

yy xx yy

Observa-se na Tabela 4. 1 que, a princípio, as misturas formadas pela combinação

das extremidades não seriam executadas (“YY”). Dessa forma, não seria possível

identificar de maneira adequada as interações entre a relação água/aglomerante e o teor de

adição no modelo matemático desenvolvido. Através da execução de tais misturas é

possível comparar de maneira mais adequada o valor observado com o previsto em

modelo.

A aleatorização para a execução dos traços é de significativa importância ao

minimizar os efeitos de variáveis como umidade relativa e temperatura que, embora

interfiram nos resultados, não podem ser controladas. A execução das misturas foi

realizada de acordo com a forma da Figura 4. 1, sendo primeiramente executados os

traços correspondentes aos pontos do cubo e em seguida aos pontos da estrela.

Finalmente, foram executados os traços que correspondem aos espaços marcados com

“YY”. A matriz experimental, com a ordem de execução dos traços está apresentada na

Tabela 4. 2.

TABELA 4. 2 – ALEATORIZAÇÃO DA ORDEM DE EXECUÇÃO DOS TRAÇOS

FIGURA TRAÇOS DATA MOLDAGEM

32SA15(1); 25SA5(1); 08/04/2005

CUBO

25SA15(1); 32SA15(1) 11/04/2005

23SA10(1); 28SA20(1); 11/04/2005

ESTRELA

28SA0(1); 28SA10(1); 37SA10(1) 12/04/2005

25SA5(2); 32SA15(2) 12/04/2005

CUBO

25SA15(2); 32SA5(2) 13/04/2005

37SA10(2) 13/04/2005

ESTRELA

23SA10(2); 28SA20(2); 28SA0(2); 28SA10(2) 18/04/2005

37SA20(1) 18/04/2005

23SA0(1); 23SA20(1); 37SA0(1); 37SA20(2) 19/04/2005

EXTREMIDADES

23SA0(2); 37SA0(2); 23SA20(2) 26/04/2005

Em relação à nomenclatura utilizada para os traços produzidos, os dois primeiros

números referem-se à relação água/aglomerante, os dois últimos ao teor de adição de

sílica ativa utilizado. Já o número ente parênteses representa o número da repetição.

Sendo assim, como exemplo, o traço 25SA15(1) refere-se à mistura com relação

água/aglomerante igual a 0,25, adição de 15% de sílica ativa, e é correspondente aos

traços executados durante a primeira repetição.

4. 1. 2 Ensaios de Microestrutura

Conforme já discutido, as propriedades de um material têm origem na sua estrutura

interna. Com o objetivo de orientar e verificar de maneira extremamente simplificada o

comportamento da microestrutura dos concretos de cimentos aluminosos e relacioná-lo ao

comportamento mecânico, foram realizados algumas análises através de microscopia

eletrônica de varredura (MEV) por elétrons secundários.

4. 2 Caracterização dos Materiais

4. 2. 1 Cimento

O cimento utilizado nesse estudo foi o Fondu Lafarge, produto classificado como

CAC 40, conforme descreve a norma NBR 13847 (1997), e cujas características

mecânicas e físicas estão descritas nas tabelas a seguir.

TABELA 4. 3 – CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS DO CIMENTO ALUMINOSO

CARACTERÍSTICA VALORES OBTIDOS (MPa)

Resistência à Compressão – 6 horas 47,0

Resistência à Compressão – 24 horas 67.0

FONTE: Dados fornecidos pelo fabricante

TABELA 4. 4 – CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DO CIMENTO ALUMINOSO

CARACTERÍSTICA VALORES OBTIDOS

* Resíduo na peneira ABNT 170 (%) 2,3

Resíduo na peneira ABNT 200 (%) 3,0

Resíduo na peneira ABNT 325 (%) 13,0

* Fluidez a 15 min (%) 80

Área Específica BET (m

/kg) 322,3

* Tempo de Início de Pega (min) 156

Massa Específica (g/cm

) 3,19

FONTE: Análise realizada no Laboratório de Materiais e Estruturas – LAME/LACTEC

NOTA: * Dados fornecidos pelo fabricante

A caracterização química do cimento está apresentada na Tabela 4. 5 e foi

determinada por espectroscopia de fluorescência de raios-X realizada no Laboratório de

Minerais e Rochas (LAMIR), da Universidade Federal do Paraná. A superfície específica

foi obtida através de análise por adsorção de nitrogênio Já a distribuição granulométrica

do cimento foi determinada através do granulômetro à Laser no Departamento de

Química do Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento (LACTEC), e está

apresentada na Figura 4. 2, onde as abscissas correspondem ao tamanho médio das

partículas (em µm), e as ordenadas referem-se à porcentagem de material.

TABELA 4. 5 – CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DO CIMENTO ALUMINOSO

CARACTERÍSTICA VALORES OBTIDOS (%) ERRO ABSOLUTO

Perda ao Fogo 0,56 -

44,09 0,2

CaO 34,56 0,1

11,71 0,07

SiO

6,75 0,09

TiO

1,96 0,03

Sr 0,23 0,003

0,13 0,009

Na << -

Mg << -

S << -

K << -

Mn << -

NOTA: << Abaixo do Limite de Detecção.

FIGURA 4. 2 – DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DO CIMENTO ALUMINOSO

4. 2. 2 Sílica Ativa

A sílica ativa empregada é um material do tipo não densificado, cujas

características físicas e químicas encontram-se descritas nas Tabelas 4. 6 e 4. 7.

TABELA 4. 6 – CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA SÍLICA ATIVA

CARACTERÍSTICA VALORES OBTIDOS

Massa Específica (g/cm

) 2,07

Superfície Específica (m

/kg) 20000

Diâmetro equivalente a 10% de massa acumulada (µm) 4,42

Diâmetro equivalente a 90% de massa acumulada (µm) 20,80

Diâmetro Médio das Partículas (µm) 12,40

FONTE: Análise realizada no Laboratório de Materiais e Estruturas – LAME/LACTEC

TABELA 4. 7 – CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DA SÍLICA ATIVA

COMPOSIÇÃO TEOR OBTIDO (%)

Perda ao Fogo 3,35

SiO

93,54

0,07<LL

0,05<LL

CaO 0,01<LL

O 0,80<LL

O 0,12<LL

MgO 0,53

MnO 0,02

TiO

0,04

0,09

FONTE: Análise por espectroscopia de fluorescência de raios-X, realizada no Laboratório de Minerais e Rochas –

LAMIR/UFPR

Assim como para o cimento aluminoso caracterização química da sílica ativa foi

determinada por espectroscopia de fluorescência de raios-X realizada no Laboratório de

Minerais e Rochas (LAMIR), da Universidade Federal do Paraná. A superfície específica

foi obtida através de análise por adsorção de nitrogênio

A Figura 4. 3 apresenta micrografias de microscopia eletrônica de varredura por

elétrons secundários obtidas para a sílica ativa.

(a) (b)

FIGURA 4. 3 – MICROGRAFIA DA SÍLICA ATIVA - (a) AUMENTO DE 1.500x (b) AUMENTO DE 8.000x

A distribuição granulométrica da sílica ativa foi determinada através do

granulômetro à Laser no Departamento de Química do Instituto de Tecnologia para o

Desenvolvimento (LACTEC), e está apresentada na Figura 4. 4.

FIGURA 4. 4 – DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DA SÍLICA ATIVA

4. 2. 3 Agregados

O agregado miúdo empregado é de origem quartzosa e suas características

encontram-se nas Tabelas 4. 8 e 4. 9. A distribuição granulométrica do material está

apresentada na Figura 4. 5.

TABELA 4. 8 – GRANULOMETRIA DO AGREGADO MIÚDO (NBR NM 248/2003)

ABERTURA DA PENEIRA (mm) % MÉDIA RETIDA % MÉDIA ACUMULADA

4,8

2,52 2,52

2,4

12,75 15,27

1,2

16,21 31,48

0,6

14,42 45,90

0,3

17,08 62,98

0,15

23,68 86,67

< 0,15

13,30 100,00

FONTE: Análise realizada no Laboratório de Materiais e Estruturas – LAME/LACTEC

TABELA 4. 9 – CARACTERIZAÇÃO DO AGREGADO MIÚDO

CARACTERÍSTICA RESULTADOS MÉTODO DE ENSAIO

LIMITES

NBR 7211/83

Dimensão Máxima Característica (mm) 4,8 NBR NM 248/2003 -

Módulo de Finura 2,45 NBR NM 248/2003 -

Graduação (Zona) 3 NBR NM 248/2003 3 (média)

Massa Específica SSS (g/cm

) 2,63 NBR 9776/87 -

Massa Específica Seca (g/cm

) 2,61 NBR 9776/87 -

Massa Unitária Solta (g/cm

) 1,51 NBR 7251/82 -

Absorção (%) 0,42 NBR 9777/87 -

Material Pulverulento (%) 2,48 NBR 7219/87 0,5 a 3,0 %

FONTE: Análise realizada no Laboratório de Materiais e Estruturas – LAME/LACTEC

100

12,5

9,5

0,15

Abertura Peneira (mm)

(%) Passante Acumulada

FIGURA 4. 5 – DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DO AGREGADO MIÚDO

Quanto ao agregado graúdo, este material foi selecionado dentre os disponíveis no

mercado local, sendo derivado de uma rocha ígnea classificada como um álcali feldspato

riolito. No anexo C é descrita a análise petrográfica do agregado graúdo. A Tabela 4. 10

apresenta a composição granulométrica do agregado graúdo, sua distribuição

granulométrica é apresentada na Figura 4. 6, e o difratograma de raios-X na Figura 4. 7.

Já nas tabelas 4. 11, 4. 12 e 4. 13 encontram-se as características físicas, químicas, e

caracterização cristalográfica desse material, respectivamente.

TABELA 4. 10 – GRANULOMETRIA DO AGREGADO GRAÚDO (NBR NM 248/2003)

ABERTURA DA PENEIRA (mm) % MÉDIA RETIDA % MÉDIA ACUMULADA

25,0

- -

19,0

2,48 2,48

12,5

47,66 50,14

9,5

34,68 84,82

6,3

14,07 98,88

4,8

0,77 99,65

< 4,8

0,09 99,75

FONTE: Análise realizada no Laboratório de Materiais e Estruturas – LAME/LACTEC

TABELA 4. 11 – CARACTERIZAÇÃO DO AGREGADO GRAÚDO

CARACTERÍSTICA RESULTADOS

MÉTODO DE

ENSAIO

LIMITES

NBR 7211/83

Dimensão Máxima Característica (mm) 19,00 NBR NM 248/2003 -

Módulo de Finura 6,58 NBR NM 248/2003 -

Absorção (%) 0,26 NBR 9937/87 -

Massa Específica SSS (g/cm

) 2,61 NBR 9937/87 -

Massa Específica Seca (g/cm

) 2,60 NBR 9937/87 -

Massa Unitária Solta (g/cm

) 1,35 NBR 7251/82 -

Massa Unitária Compactada (g/cm

) 1,47 NBR 7810/83 -

Material Pulverulento (%) 0,40 NBR 7219/87 ≤ 3,0 %

Abrasão Los Angeles (%)

Índice de Forma

2,45

NBR NM 51/2001

NBR 7809/82

≤ 50 %

FONTE: Análise realizada no Laboratório de Materiais e Estruturas – LAME/LACTEC

TABELA 4. 12 – CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DO AGREGADO GRAÚDO

COMPOSIÇÃO TEOR OBTIDO (%)

Perda ao Fogo 0,85

SiO

74,25

12,56

1,96

CaO 0,33

O 5,02

O 5,03

MgO 0,07

MnO 0,03

TiO

0,09

0,01

FONTE: Análise por espectroscopia de fluorescência de raios X, realizada no Laboratório de Minerais e

Rochas – LAMIR/UFPR

100

12,5

6,3

4,8

2,4

0,6

0,1

< 0.15

Abertura Peneira (mm)

(%) Passante Acumulada

FIGURA 4. 6 – DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DO AGREGADO GRAÚDO

Position [°2Theta]

10 20 30 40 50 60

Counts

100

400

900

16505A.CAF

FIGURA 4. 7 – DIFRATOGRAMA DE RAIOS-X DO AGREGADO GRAÚDO

TABELA 4. 13 – CARACTERÍZAÇÃO CRISTALOGRÁFICA DO AGREGADO GRAÚDO

MINERAL FÓRMULA QUÍMICA

Quartzo SiO

Ortoclásio K(Al,Fe)Si

Albita NaAlSi

Sericita (K

0.727

0.170

0.011

)(Al

0.933

0.016

0.011

)

(Si

0.782

0.221

0.005

)

(OH)

Caolinita Al

(OH)

(Si

)

Aegirina NaFe +3Si

4. 2. 4 Água

A água utilizada na produção do concreto foi proveniente da rede pública de

abastecimento.

4. 2. 5 Aditivos

De acordo com SCRIVENER (2001), conforme mencionado no item 3.6, concretos

produzidos com cimentos aluminosos tendem a ser mais tixotrópicos e, dessa forma,

parecem ter maior rigidez antes do adensamento da mistura. Entretanto, tais materiais têm

características de plasticidade e trabalhabilidade comparáveis a concretos produzidos com

cimento Portland. O autor comenta que os tipos clássicos de superplastificantes utilizados

para concretos de cimento Portland (lignossulfatos e polinaftalenos sulfonados) não

apresentam efeitos significativos em misturas de cimento aluminoso. Já os chamados

aditivos superplastificantes de terceira geração (policarboxilatos) proporcionam melhores

resultados, porém seu desempenho é influenciado por diversos fatores como tempo de

mistura, momento da adição do aditivo no processo de mistura, teor de aditivo, entre

outros, podendo reduzir significativamente o tempo de pega do concreto correspondente.

Devido aos diversos fatores que influenciam o comportamento de um aditivo

redutor de água, faz-se necessária a realização de estudos prévios para verificação da

compatibilidade entre esses materiais, o cimento aluminoso e a sílica ativa. Entretanto,

segundo AÏTCIN (2000), algumas combinações podem produzir ótimos resultados em

pastas e não apresentarem bom desempenho quando aplicadas em concreto devido às

diferentes condições de mistura.

A despeito dos diversos tipos de aditivos mencionados no item 3.6, foram

selecionados cinco tipos distintos de aditivos superplastificantes comumente utilizados na

produção de concretos de alta resistência contendo cimento Portland para análise de

compatibilidade com cimentos aluminosos. Dentre tais aditivos, três são compostos à base

de policarboxilatos e os outros dois compostos à base de polinaftalenos sulfonados.

De acordo com AÏTCIN (2000) são usualmente utilizados dois métodos de análise

da compatibilidade e avaliação dos aditivos quanto ao seu poder fluidificante e alterações

de fluidez de pastas de cimento com o tempo, a saber o método do cone de “mini slump”

ou miniabatimento, desenvolvido por KANTRO (1980), e o método do funil de Marsh

(NBR 7682/83). Segundo o referido autor, o método de miniabatimento requer uma

quantidade menor de material, entretanto, a pasta é avaliada em comportamento estático.

Já através do método do funil de Marsh a pasta é analisada em condições dinâmicas.

AÏTCIN (2000) comenta que o uso simultâneo de ambos os métodos é interessante

ao permitir a análise de diferentes parâmetros reológicos predominantes em cada um

deles. Sendo assim, primeiramente foi realizado o ensaio de miniabatimento utilizando os

cinco aditivos superplastificantes, cujas características estão apresentadas na Tabela 4. 14.

TABELA 4. 14 – CARACTERÍSTICAS DOS ADITIVOS SUPERPLASTIFICANTES

ADITIVO-COMPOSIÇÃO TEOR DE SÓLIDOS (%) MASSA ESPECÍFICA (g/cm

)

A - Policarboxilato 32,0 1,08

B - Policarboxilato 30,0 1,09

C - Policarboxilato 30,0 1,05

D – Polinafaleno Sulfonado 38,0 1,20

E – Polinafaleno Sulfonado 42,0 1,20

FONTE: Dados fornecidos pelos respectivos fabricantes

Para o ensaio de miniabatimento foram determinadas duas relações água/cimento -

0,23 e 0,37 – referentes aos limites da faixa de valores estabelecidos para a produção das

misturas de concreto, além de quatro teores diferentes de aditivo (em % de sólidos) iguais

a 0,1 ; 0,2 ; 0,3 e 0,4 (em relação ao peso de cimento). A partir dos resultados obtidos no

ensaio de miniabatimento foram selecionados os dois aditivos que apresentaram melhor

desempenho (A e B) para análise através do método do funil de Marsh.

Segundo AÏTCIN (2000), o ensaio do funil de Marsh é realizado com relação

água/cimento ou água/aglomerante igual a 0,35. Entretanto, outros valores podem ser

tomados com o objetivo de analisar o material sob condições similares às da pasta do

concreto de alta resistência. Para o estudo em questão optou-se pela utilização de duas

relações água/aglomerante iguais a 0,25 e 0,35., além de dois teores de adição em relação

ao peso de cimento iguais a 0 e 10%.

Finalmente, concluiu-se que o aditivo A, a base de policarboxilatos, com teor de

sólidos igual a 32% e massa específica 1,08 g/cm

, apresentou melhor desempenho, sendo

então selecionado para a execução das misturas de concreto.

4. 3 Proporcionamento dos Materiais

A obtenção das funções e conseqüente proporcionamento dos materiais

constituintes do concreto foi realizada com base no método proposto por AÏTCIN (2000).

ALVES (2000) ao analisar diversos procedimentos de dosagem para concretos de alta

resistência concluiu que tal método apresenta consumo de cimento inferior quando

comparado a outros métodos de dosagem. Estudos de MENDES (2002) concluem que

esse método apresenta o segundo menor consumo de cimento ao ser comparado com

outros métodos para a produção de concreto de alta resistência, além de considerar

características específicas dos agregados no cálculo da quantidade de materiais, como por

exemplo a forma do agregado graúdo para estimativa da demanda desse material por m

de concreto.

De acordo com AÏTCIN (2000), uma dificuldade na dosagem de concretos de alta

resistência é a determinação do teor de água a ser utilizado para obtenção da

trabalhabilidade adequada. A trabalhabilidade é influenciada por diversos fatores, como

quantidade de água inicial na mistura, tipo e reatividade do cimento, teor de aditivo e

adições, além da compatibilidade entre cimentos e aditivos. O autor sugere uma

abordagem simplificada, na qual o teor de água da mistura é relacionado ao ponto de

saturação do aditivo superplastificante presente no sistema. Para o estudo em questão

optou-se por uma adequação do método proposto por AÏTCIN (2000). Conforme

mencionado em 3.7, na produção de concretos contendo cimentos aluminosos o limite

para relação água/cimento deve ser respeitado (abaixo de 0,4), além do consumo mínimo

de cimento (400 kg/m

). Caso fossem adotados os valores sugeridos pelo referido autor,

não seria possível atender ao consumo mínimo de cimento estabelecido, portanto, as

misturas foram realizadas com teores de água variando entre 140 e 145 kg/m

. Além

disso, na determinação dos traços foi considerada a parcela de água presente no aditivo

como constituinte na água total da mistura e, consequentemente, manteve-se fixa a

relação água/aglomerante previamente estabelecida. Os traços obtidos, em massa,

encontram-se na Tabela 4. 15, e estão detalhados no ANEXO A.

TABELA 4. 15 – TRAÇOS DE CONCRETO EM MASSA

Traço a/agl

Teor

Sílica

(%)

Cimento

Agregado

Miúdo

Agregado

Graúdo

Abatimento

(mm)

(%)

Massa

Específica

(kg/m

)

23SA0 (1)

23SA0 (2)

0,23

1,00

2,00

1,59

200

210

1,0

2464,5

2483,6

23SA10 (1)

23SA10 (2)

0,23

1,00

1,82

1,85

1,26

1,25

255

265

0,4

0,3

2491,8

2493,8

23SA20 (1)

23SA20 (2)

0,23

1,00

2,50

2,52

1,90

250

245

1,1

0,4

2421,2

2468,3

25SA5 (1)

25SA5 (2)

0,25

1,00

1,88

1,89

1,45

1,39

220

230

1,0

2487,3

2484,8

25SA15 (1)

25SA15 (2)

0,25

1,00

2,10

1,52

250

255

0,3

0,4

2531,2

2493,7

28SA0 (1)

28SA0 (2)

0,28

1,00

2,01

2,00

1,60

220

1,3

0,9

2464,5

2477,2

28SA10 (1)

28SA10 (2)

0,28

1,00

2,22

1,80

1,75

225

250

0,6

0,7

2485,3

2477,2

28SA20 (1)

28SA20 (2)

0,28

1,00

2,50

1,92

1,91

235

265

0,3

0,4

2473,6

2461,9

32SA5 (1)

32SA5 (2)

0,32

1,00

2,32

1,91

220

230

0,4

0,5

2497,1

2456,8

32SA15 (1)

32SA15 (2)

0,32

1,00

2,58

2,60

2,15

2,08

220

230

1,0

1,1

2477,1

2459,4

37SA0 (1)

37SA0 (2)

0,37

1,00

2,00

1,60

1,59

220

230

1,0

2459,4

2484,9

37SA10 (1)

37SA10 (2)

0,37

1,00

2,84

2,83

2,45

2,49

220

210

1,1

1,0

2459,4

2477,2

37SA20 (1)

37SA20 (2)

0,37

1,00

2,41

1,77

1,83

265

230

0,5

1,3

2426,3

2436,5

4. 3. 1 Produção e preparo dos corpos de prova

Através dos ensaios de funil de Marsh foram obtidos os pontos de saturação do

aditivo para as pastas com relações água/aglomerante iguais a 0,25 e 0,35. AÏTCIN

(2000) define como ponto de saturação de um aditivo aquele a partir do qual qualquer

aumento na dosagem de superplastificante não produz efeito na reologia da pasta.

Segundo o referido autor, a dosagem de superplastificante correspondente a esse ponto é

chamada de dosagem de saturação. Para o estudo em questão devido à falta de

conhecimento do comportamento das misturas de concreto contendo cimentos

aluminosos, não foi estabelecido o abatimento do tronco de cone para controle da

trabalhabilidade, entretanto, optou-se pela dosagem de saturação na produção de todas as

misturas de concreto. Para os traços de concreto com relações água/aglomerante iguais a

0,23; 0,25 e 0,28 foi tomado o valor obtido através do ensaio de funil de Marsh com

relação água/aglomerante igual a 0,25. Já para os traços de concreto com relações iguais a

0,32 e 0,37, foi utilizado o valor obtido para relação água/aglomerante igual a 0,35. A

produção do concreto seguiu os critérios de aleatorização expostos no item 4.1.

A execução das misturas foi realizada em betoneira de eixo inclinado, após

imprimação da mesma com material equivalente a 10% do traço de concreto

correspondente. Após alguns estudos prévios de dosagem foi estabelecida a seguinte

ordem de colocação dos materiais na betoneira:

• 100% do agregado graúdo;

• 30% de água;

• Mistura por 1 minuto;

• 100% de cimento, 70% de água e aditivo;

• Mistura por 9 minutos;

• 100% de agregado miúdo e 100% da sílica ativa;

• Mistura por 10 minutos.

Transcorrido o período de mistura, para análise das características do concreto

fresco, foram realizados os seguintes ensaios,cujos resultados estão apresentados no

ANEXO A:

• Abatimento do tronco de cone (NBR NM 67, 1998);

• Determinação do teor de ar incorporado (NBR NM 47, 2002);

• Determinação da massa específica no estado fresco (NBR 9833, 1987).

Conforme observado por outros pesquisadores (AGUADO e OLIVEIRA apud

LOPES, 1999; MENDES, 2002), o tempo de mistura para o concreto de alta resistência é

superior ao tempo de mistura de concretos convencionais. Devido ao comportamento

tixotrópico esse material requer maior energia de amassamento.

Foram moldados corpos de prova cilíndricos (10 cm x 20 cm) para os ensaios de

resistência à compressão axial e tração por compressão diametral, seguindo os critérios

estabelecidos pela NBR 5738 (2003). O processo de adensamento adotado foi o

mecânico, através do vibrador de imersão, com agulha de 25 mm.

4. 3. 2 Cura e armazenamento

Os corpos de prova foram cobertos com filme de PVC após a moldagem, com o

intuito de evitar a perda de água superficial, e foram mantidos em ambiente de laboratório

durante as primeiras 24 horas de hidratação. Após esse período foram armazenados em

câmara úmida com umidade relativa de aproximadamente 95% e temperatura de 22 ± 2ºC

até a data de ensaio.

4. 4 Metodologia para execução dos ensaios

4. 4. 1 Ensaios Mecânicos

Os ensaios de resistência à compressão foram realizados segundo as orientações

contidas na norma técnica NBR 5739 (1994). A execução dos ensaios para determinação

da resistência à tração por compressão diametral seguiu as prescrições estabelecidas na

norma NBR 7222 (1994).

Conforme já mencionado, os resultados obtidos para concretos de alta resistência

submetidos a ensaios de resistência à compressão axial podem ser influenciados pela

capacidade resistente do material utilizado para capeamento, todavia tais valores não são

prejudicados quando um material adequado é utilizado. Este material é ideal quando

possui resistência e propriedades semelhantes ao concreto, pois dessa forma não há

tendência ao fendimento, sendo possível obter uma distribuição de tensões uniforme em

toda a seção transversal do corpo de prova. Segundo BICKLEY et al. (apud AÏTCIN,

2000), é fundamental que os ensaios com concreto de alta resistência sejam executados

adequadamente e ofereçam segurança quanto aos resultados obtidos, caso contrário, a

especificação desse material é desnecessária.

A influência do material de capeamento é muito maior em concretos de alta

resistência, onde existe maior influência do coeficiente de Poisson do material utilizado.

Estudos de NEVILLE (1997) comprovam que para concretos com resistência igual a

48 MPa, o capeamento de alta resistência resulta em valores 7 a 11% mais altos do que

com capeamentos mais fracos, e em concretos com resistência igual a 69 MPa, tais

valores podem chegar a 17%.

Segundo PETERMAN e CARRASQUILLO (1986), o capeamento deve ser feito

com compostos de resistência mais alta, pois os convencionais de enxofre não suportam

resistências superiores a 70 MPa. Em concreto convencional esses compostos apresentam

resistência suficiente para assegurar com que a ruptura ocorra primeiramente no concreto,

quando submetido ao ensaio de resistência à compressão.

Atualmente, estão sendo utilizados compostos de capeamento com resistência à

compressão na faixa de 60 a 70 MPa. Tais valores ainda são considerados baixos quando

comparados aos obtidos para resistência à compressão de concretos de alta resistência.

Todavia, são obtidos em condições de ensaio que diferem significativamente das

condições reais de trabalho dos compostos de capeamento, com 2 a 3 mm de espessura

(NEVILLE, 1997). Neste caso, o composto de capeamento é comprimido em um estado

confinado, e segundo LESSARD e AÏTCIN (1992), materiais nessa situação exibem

resistência à compressão aparente muito maior do que os não confinados. Dessa forma, os

compostos de capeamento de alta resistência podem ser utilizados em ensaios para

concreto de alta resistência com resistência à compressão superior a 70 MPa.

Quando a Resistência à Compressão ou Módulo de Deformação do material de

capeamento forem menores que os do concreto, as cargas aplicadas através do

capeamento não serão transmitidas uniformemente, gerando grande variabilidade nos

resultados. Para evitar tais dispersões nos resultados, diversas soluções alternativas têm

sido apresentadas como soluções viáveis: anel metálico preenchido com um disco de

poliuretano ou neoprene (CARRASQUILLO e CARRASQUILLO, 1988); planificação

dos topos com serra (FIP/CEB, 1990); utilização de calços como berço, sistema de

capeamento confinado, proposto por JONHSON e MIRZA (1995) e MIRZA e JONHSON

(1996); método da Caixa de Areia (BOULAY e DE LARRARD, 1993; BOULAY, 1996);

entre outros.

Os corpos de prova utilizados nos ensaios de caracterização mecânica nesse

trabalho inicialmente deveriam ter seus topos planificados com serra, entretanto, durante a

fase de estudos de dosagem foi observado alto desvio padrão para os ensaios mecânicos.

Sendo assim, optou-se pelo capeamento com fina camada de enxofre após a planificação

dos topos, reduzindo, dessa forma, a dispersão dos resultados.

4. 4. 2 Ensaios de Microestrutura

Segundo SARKAR (1992), as técnicas de caracterização que podem ser usadas

para o estudo da microestrutura são divididas em dois grandes grupos, a saber:

• Técnicas de observação direta por microscopia óptica ou microscopia eletrônica;

• Técnicas de interpretação indireta, que incluem a porosimetria de mercúrio, análise

por difração de raios-X e métodos térmicos.

Com o objetivo de verificar simplificadamente o comportamento das fases

(agregado, matriz e zona de transição) do concreto de alta resistência com cimentos

aluminosos e distintos teores de adição e relação água/aglomerante foi realizada análise

através de microscopia eletrônica de varredura (MEV) por elétrons secundários. No

preparo das amostras foram utilizados os corpos de prova submetidos aos ensaios

mecânicos. Tais amostras foram preparadas com o uso de acetona e fina película de ouro,

visando uma qualidade adequada da imagem. Os ensaios de microestrutura foram

realizados no Núcleo Orientado para Inovação da Edificação (NORIE) da Universidade

Federal do Rio Grande do Sul.

5 ANÁLISE DOS RESULTADOS

5. 1 Considerações Iniciais

O conjunto de métodos científicos para a coleta, organização, análise e

apresentação de dados, além da obtenção de conclusões válidas que dêem suporte à

tomada de decisões baseadas em tais análises, constitui a disciplina Estatística. Os

conceitos estatísticos são fundamentais ao planejamento, execução e análise de um

programa experimental.

Segundo RIBEIRO e CATEN (2001), o uso de um projeto de experimentos

baseado em conceitos estatísticos proporciona a estruturação dos ensaios, na qual os

objetivos preestabelecidos pelo pesquisador são atingidos de maneira eficiente. Além

disso, esse método pode contribuir em outros aspectos, como:

• redução do tempo de coleta de dados;

• redução do custo de coleta de dados;

• organização e consolidação dos dados;

• agilidade no processamento dos dados;

• maior quantidade de informações extraídas dos dados;

• precisão na análise dos dados;

• apresentação adequada dos resultados.

Serão analisados nesse trabalho os ensaios de resistência à compressão e

resistência à tração por compressão diametral, anteriormente descritos no Capítulo 4. Para

cada ensaio é realizada uma análise estatística de todos os traços produzidos. O objetivo

para o emprego de análises estatísticas no tratamento de dados é verificar o efeito dos

diferentes teores de adição, relação água/aglomerante e idade nas propriedades do

concreto, e se tais diferenças encontradas são significativas para cada propriedade

analisada. Como ferramenta para a análise estatística foi empregada regressão múltipla

não linear, cujos resultados foram apresentados através de análises de variância

(ANOVA), modelos matemáticos e gráficos das curvas dos modelos obtidos.

A análise de variância, de acordo com RIBEIRO e CATEN (2001), verifica a

significância entre as médias dos grupos através da relação de variabilidade das médias

entre os diversos grupos e da variabilidade das observações dentro dos mesmos. Segundo

os autores, a hipótese de nulidade é a de que as médias são todas iguais. Todas as

hipóteses para o estudo em questão foram testadas com um nível de confiança de 95%, ou

seja, existem apenas 5% de probabilidade de erro.

5. 2 Compatibilidade entre Cimento e Aditivos

A análise da compatibilidade entre o cimento aluminoso, os aditivos

superplastificantes e a sílica ativa é de extrema importância, pois são diversos os fatores

que influenciam o comportamento desses materiais. Nesse trabalho foram utilizados dois

métodos de verificação da compatibilidade, o método do cone de miniabatimento

(KANTRO, 1980) e o método do funil de Marsh (NBR 7682/83), conforme discutido no

item 4.2. Segundo AÏTCIN (2000), o uso simultâneo de ambos os métodos permite a

análise de diferentes parâmetros reológicos predominantes em cada um deles.

O critério para verificação da compatibilidade entre cimento e aditivos do método

do cone de miniabatimento é baseado na perda de abatimento em função do tempo de

hidratação da pasta. Misturas que são caracterizadas por uma alta taxa de perda de

abatimento em função do tempo são ditas incompatíveis ou têm menor eficiência. Além

disso, é possível comparar o desempenho de diferentes aditivos ao analisar-se a área de

espalhamento da pasta de cimento em função do tempo de hidratação.

O ensaio de miniabatimento foi realizado utilizando os cinco aditivos

superplastificantes, cujas características estão apresentadas na Tabela 4. 14. Para esse

ensaio foram utilizadas duas relações água/cimento (0,23 e 0,37), que representam os

extremos da faixa de valores estabelecidos para a produção das misturas de concreto.

Dessa forma, optou-se por não utilizar adição de sílica ativa na realização desse ensaio.

Além disso, foram estabelecidos para análise quatro teores diferentes de aditivo (em % de

sólidos) iguais a 0,1; 0,2; 0,3 e 0,4, todos em relação ao peso de cimento.

Os aditivos D e E (polinaftalenos sulfonados) mostraram ser incompatíveis com o

cimento aluminoso ou de menor eficiência em relação aos outros tipos, dentro da faixa de

teores analisados. Para tais materiais, ao serem realizados os ensaios utilizando as duas

relações água/cimento e os quatro teores estabelecidos, não houve espalhamento da pasta

de cimento.

Quando utilizados os aditivos A, B e C (policarboxilatos), houve espalhamento da

pasta, a qual apresentou, em geral, perda reduzida de abatimento em função do tempo. Tal

efeito pode ser observado nas figuras apresentadas a seguir.

Ensaio de Miniabatimento (Kantro) -Teor de aditivo 0,1%

100

150

200

250

300

10 30 60 90

Tempo de Hidratação (min)

Área de Espalhamento (cm

)

Aditivo A Aditivo B Aditivo C

FIGURA 5. 1 – ÁREA EM FUNÇÃO DO TEMPO DE HIDRATAÇÃO (A/C = 0,23)

100

Ensaio de Miniabatmento (Kantro) - Teor de aditivo 0,2%

100

150

200

250

300

10 30 60 90

Tempo de Hidratação (min)

Área de Espalhamento (cm

)

Aditivo A Aditivo B Aditivo C

FIGURA 5. 2 – ÁREA EM FUNÇÃO DO TEMPO DE HIDRATAÇÃO (A/C = 0,23)

Ensaio de Miniabatimento (Kantro) - Teor de aditivo 0,3%

100

150

200

250

300

10 30 60 90

Tempo de Hidratação (min)

Área de Espalhamento (cm

)

Aditivo A Aditivo B Aditivo C

FIGURA 5. 3 – ÁREA EM FUNÇÃO DO TEMPO DE HIDRATAÇÃO (A/C = 0,23)

Ensaio de Miniabatimento (Kantro) - Teor de aditivo 0,4%

100

150

200

250

300

10 30 60 90

Tempo de Hidratação (min)

Área de Espalhamento (cm2)

Aditivo A Aditivo B Aditivo C

FIGURA 5. 4 – ÁREA EM FUNÇÃO DO TEMPO DE HIDRATAÇÃO (A/C = 0,23)

101

Ensaio de Miniabatimento (Kantro) -Teor de aditivo 0,1%

100

150

200

250

300

350

400

10 30 60 90

Tempo de Hidratação (min)

Área de Espalhamento (cm

)

Aditivo A Aditivo B Aditivo C

FIGURA 5. 5 – ÁREA EM FUNÇÃO DO TEMPO DE HIDRATAÇÃO (A/C = 0,37)

Ensaio de Miniabatmento (Kantro) - Teor de aditivo 0,2%

100

150

200

250

300

350

400

10 30 60 90

Tempo de Hidratação (min)

Área de Espalhamento (cm

)

Aditivo A Aditivo B Aditivo C

FIGURA 5. 6 – ÁREA EM FUNÇÃO DO TEMPO DE HIDRATAÇÃO (A/C = 0,37)

Ensaio de Miniabatimento (Kantro) - Teor de aditivo 0,3%

100

150

200

250

300

350

400

10 30 60 90

Tempo de Hidratação (min)

Área de Espalhamento (cm

)

Aditivo A Aditivo B Aditivo C

FIGURA 5. 7 – ÁREA EM FUNÇÃO DO TEMPO DE HIDRATAÇÃO (A/C = 0,37)

102

Ensaio de Miniabatimento (Kantro) - Teor de aditivo 0,4%

100

150

200

250

300

350

400

10 30 60 90

Tempo de Hidratação (min)

Área de Espalhamento (cm

)

Aditivo A Aditivo B Aditivo C

FIGURA 5. 8 – ÁREA EM FUNÇÃO DO TEMPO DE HIDRATAÇÃO (A/C = 0,37)

A partir dos resultados obtidos é possível observar que os aditivos A e B

apresentaram melhor desempenho em relação ao aditivo C, proporcionando maior área de

espalhamento em função do tempo de hidratação. Portanto, foram selecionados para

análise através do método do funil de Marsh.

AÏTCIN (2000) recomenda a realização do ensaio de fluidez através do funil de

Marsh utilizando relação água/cimento ou água/aglomerante igual a 0,35. Entretanto,

outros valores podem ser tomados, quando se deseja analisar os materiais sob condições

similares às da pasta correspondente às misturas de concreto. Nesse trabalho foram

utilizadas duas relações água/aglomerante iguais a 0,25 e 0,35. O objetivo inicial da

análise através do método do funil de Marsh foi a escolha do aditivo que apresentasse o

melhor desempenho e que, dessa forma, viria a ser utilizado na produção das misturas de

concreto. Sendo assim, primeiramente foram realizados os ensaios com relação

água/aglomerante igual a 0,35 e teores de sílica ativa iguais a 0 e 10%. Como na produção

de concreto seriam utilizados cinco valores distintos para relação água/aglomerante, além

de cinco teores de adição de sílica ativa, optou-se por fixar este último em 10%, ou seja, o

valor central da matriz de planejamento dos ensaios, além da pasta de referência, sem

adição de sílica ativa. Os resultados obtidos estão apresentados nas Figuras 5. 9 e 5. 10.

103

Ensaio de Marsh (adição = 0% e a/agl = 0,35)

0,0 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30

Teor de aditivo A (% de sólidos)

Tempo de Escoamento (s)

5 min 30 min 60 min

Ensaio de Marsh (adição = 10% e a/agl = 0,35)

0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

Teor de Aditivo A (% de sólidos)

Tempo de Escoamento (s)

5 min 30 min 60 min

FIGURA 5. 9 – TEMPO DE ESCOAMENTO EM FUNÇÃO DO TEOR DE ADITIVO A

104

Ensaio de Marsh (adição = 0% e a/agl = 0,35)

0,0 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30

Teor de aditivo B (% de sólidos)

Tempo de Escoamento (s)

5 min 30 min 60 min

Ensaio de Marsh (adição = 10% e a/agl = 0,35)

0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

Teor de Aditivo B (% de sólidos)

Tempo de Escoamento (s)

5 min 30 min 60 min

FIGURA 5. 10 – TEMPO DE ESCOAMENTO EM FUNÇÃO DO TEOR DE ADITIVO B

105

Através das curvas obtidas observa-se que o aditivo A apresentou um desempenho

melhor em relação ao aditivo B, quando comparado o tempo de escoamento em função do

teor de material. Sendo assim, o aditivo A foi escolhido para a produção das misturas de

concreto.

O ponto de saturação é caracterizado pela mudança de inclinação das linhas que

compõem os gráficos apresentados, ou seja, a interseção entre tais linhas O segundo

objetivo da realização dos ensaios de fluidez através do método do funil de Marsh é a

determinação do ponto de saturação do aditivo, ou seja, o ponto a partir do qual qualquer

aumento na dosagem de superplastificante não produz efeito na reologia da pasta. Foram

obtidos dois pontos de saturação para o aditivo superplastificante do tipo A, um para

relação água/aglomerante igual a 0,35 (0,20% em teor de sólidos totais) e o outro para

relação água/aglomerante 0,25 (0,25% em teor de sólidos totais), ambos com 10% de

adição de sílica ativa., como é possível observar nas Figuras 5. 11 e 5. 12.

Ensaio de Marsh (adição = 10% e a/agl = 0,35)

0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

Teor de Aditivo A (% de sólidos)

Tempo de Escoamento (s)

5 min 30 min 60 min

FIGURA 5. 11 – PONTO DE SATURAÇÃO DO ADITIVO A – RELAÇÃO A/AGL IGUAL A 0,35

106

Ensaio de Marsh (adição = 10% e a/agl = 0,25)

0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

Teor de Aditivo A (% de sólidos)

Tempo de Escoamento (s)

5 min 30 min 60 min

FIGURA 5. 11 – PONTO DE SATURAÇÃO DO ADITIVO A – RELAÇÃO A/AGL IGUAL A 0,25

A realização de ensaios de fluidez através do método do funil de Marsh para todos

os teores de adição e relações água/aglomerante adotados seria o ideal. Todavia, para essa

pesquisa limitou-se tal abordagem devido ao custo dos materiais, além do tempo

disponível. Dessa forma, para a produção das misturas de concreto com relações

água/aglomerante iguais a 0,23, 0,25 e 0,28, foi utilizado o valor obtido para o ponto de

saturação através dos ensaios realizados com relação água/aglomerante igual a 0,25. Já

para os traços de concreto com relações iguais a 0,32 e 0,37, o valor tomado foi o obtido

para os ensaios realizados com relação água/aglomerante igual a 0,35. Ambos com adição

de 10% de sílica ativa em relação ao peso de cimento.

107

5. 3 Resistência à Compressão Axial

As Tabelas 5. 1 e 5. 2 a seguir apresentam os valores obtidos nos ensaios de

resistência à compressão axial. Cada valor corresponde à média de quatro corpos de prova

provenientes de duas misturas realizadas em dias diferentes. Nessa tabela também

constam o desvio padrão e o coeficiente de variação. No ANEXO B podem ser

encontrados os valores individuais dos corpos de prova submetidos ao ensaio de

resistência à compressão axial.

TABELA 5. 1 – MÉDIA, DESVIO PADRÃO E COEFICIENTE DE VARIAÇÃO – RESISTÊNCIA À

COMPRESSÃO

IDADE

TRAÇO

3 DIAS 7 DIAS 28 DIAS 63 DIAS

Média = 48,9 Média = 62,1 Média = 60,5 Média = 67,1

Desvio Padrão = 7,69 Desvio Padrão = 2,39 Desvio Padrão = 7,51 Desvio Padrão = 7,03

23SA0

CV (%) = 15,71 CV (%) = 3,84 CV (%) = 12,41 CV (%) = 10,48

Média = 62,5 Média = 65,1 Média = 68,1 Média = 82,5

Desvio Padrão = 5,88 Desvio Padrão = 8,20 Desvio Padrão = 10,42 Desvio Padrão = 3,27

23SA10

CV (%) = 9,41 CV (%) = 12,60 CV (%) = 15,30 CV (%) = 3,96

Média = 57,1 Média = 61,3 Média = 65,4 Média = 70,3

Desvio Padrão = 2,17 Desvio Padrão = 3,60 Desvio Padrão = 5,67 Desvio Padrão = 0,52

23SA20

CV (%) = 3,80 CV (%) = 5,87 CV (%) = 8,68 CV (%) = 0,74

Média = 61,6 Média = 63,6 Média = 69,5 Média = 74,0

Desvio Padrão = 2,65 Desvio Padrão = 6,63 Desvio Padrão = 1,14 Desvio Padrão = 3,45

25SA5

CV (%) = 4,30 CV (%) = 10,43 CV (%) = 1,64 CV (%) = 4,65

Média = 59,9 Média = 65,0 Média = 65,6 Média = 78,0

Desvio Padrão = 6,73 Desvio Padrão = 3,18 Desvio Padrão = 6,95 Desvio Padrão = 2,74

25SA15

CV (%) = 11,25 CV (%) = 4,89 CV (%) = 10,59 CV (%) = 3,52

Média = 54,1 Média = 62,8 Média = 59,8 Média = 62,2

Desvio Padrão = 1,79 Desvio Padrão = 8,38 Desvio Padrão = 5,35 Desvio Padrão = 5,41

28SA0

CV (%) = 3,31 CV (%) = 13,35 CV (%) = 8,95 CV (%) = 8,70

Média = 61,4 Média = 66,0 Média = 66,0 Média = 77,7

Desvio Padrão = 8,52 Desvio Padrão = 14,51 Desvio Padrão = 13,62 Desvio Padrão = 7,60

28SA10

CV (%) = 13,90 CV (%) = 21,97 CV (%) = 20,65 CV (%) = 9,78

108

TABELA 5. 2 – MÉDIA, DESVIO PADRÃO E COEFICIENTE DE VARIAÇÃO – RESISTÊNCIA À

COMPRESSÃO

IDADE

TRAÇO

3 DIAS 7 DIAS 28 DIAS 63 DIAS

Média = 54,5 Média = 58,1 Média = 71,0 Média = 71,6

Desvio Padrão = 6,15 Desvio Padrão = 6,65 Desvio Padrão = 12,05 Desvio Padrão = 11,85

28SA20

CV (%) = 11,28 CV (%) = 11,45 CV (%) = 16,97 CV (%) = 16,55

Média = 53,4 Média = 60,3 Média = 59,4 Média = 66,0

Desvio Padrão = 4,25 Desvio Padrão = 5,71 Desvio Padrão = 4,36 Desvio Padrão = 6,23

32SA5

CV (%) = 7,96 CV (%) = 9,46 CV (%) = 7,33 CV (%) = 9,44

Média = 56,9 Média = 60,8 Média = 64,4 Média = 73,4

Desvio Padrão = 4,88 Desvio Padrão = 4,33 Desvio Padrão = 7,58 Desvio Padrão = 6,44

32SA15

CV (%) = 8,57 CV (%) = 7,13 CV (%) = 11,78 CV (%) = 8,78

Média = 52,5 Média = 55,6 Média = 66,5 Média = 70,9

Desvio Padrão = 2,85 Desvio Padrão = 7,31 Desvio Padrão = 2,90 Desvio Padrão = 7,66

37SA0

CV (%) = 5,44 CV (%) = 13,15 CV (%) = 4,36 CV (%) = 10,81

Média = 30,2 Média = 53,5 Média = 52,6 Média = 59,15

Desvio Padrão = 3,69 Desvio Padrão = 2,82 Desvio Padrão = 4,55 Desvio Padrão = 5,62

37SA10

CV (%) = 12,22 CV (%) = 5,28 CV (%) = 8,66 CV (%) = 9,50

Média = 56,0 Média = 60,2 Média = 65,8 Média = 71,8

Desvio Padrão = 4,51 Desvio Padrão = 5,59 Desvio Padrão = 8,76 Desvio Padrão = 4,55

37SA20

CV (%) = 8,06 CV (%) = 9,28 CV (%) = 13,31 CV (%) = 6,33

É possível observar a influência dos fatores controláveis (relação

água/aglomerante, teor de adição e idade de hidratação) na resistência à compressão dos

concretos produzidos. Os dados obtidos experimentalmente foram analisados através de

regressão múltipla não linear e, dessa forma, a significância de cada parâmetro foi

avaliada utilizando a distribuição t, eliminando-se as variáveis que pouco contribuíam

para a estimativa da resistência à compressão. Todavia, devido à variabilidade dos dados

obtidos, o modelo encontrado para representar o comportamento da resistência à

compressão dos concretos com cimentos aluminosos resultou em r

não superior a 66,7%,

ou seja, nesse caso mais de 30% da variabilidade dos valores previstos não seria

representada pelo modelo proposto. Sendo assim, optou-se pela utilização do conceito de

Resistência Potencial, onde são adotados os dois maiores valores dos quatro ensaios

realizados. Entretanto, foi observado que alguns resultados obtidos para os traços com

relação água/aglomerante igual a 0,28 apresentavam uma distorção do comportamento

109

geral do concreto em comparação com as outras misturas. Tal distorção ocorreu

provavelmente devido a falhas no capeamento, excentricidade no ensaio de ruptura, além

de troca de pessoal na execução dos ensaios. Portanto, na determinação do modelo

matemático todos os traços com tal relação não foram utilizados. O modelo final proposto

para o comportamento da resistência à compressão do concreto é apresentado a seguir:

() ()

18.02.12

1.08.0

3.03

05.0

1.16

2.31.1

311

)(

.10.07652,1041,108095,29

.4543,42

0017,23.10.00011,5

4364,99

acid

acad

idad

−+

++−

−−=

−

Onde:

fc = resistência à compressão (MPa);

ac = relação água/aglomerante;

ad = teor de adição de sílica ativa (%);

id = idade de hidratação (dias).

O coeficiente de determinação para esse modelo resultou em r

igual a 90,65% e,

dessa forma, apenas 9,35% da variabilidade dos valores previstos em modelo não é

representada pelo mesmo. A Tabela 5. 3 apresenta a Análise de Variância (ANOVA) do

modelo de regressão para a resistência à compressão do concreto. As variáveis de

controle, ou fatores analisados, ao resultarem em valores de p abaixo de 0,01 indicam que

tais fatores são estatisticamente significativos a um nível de confiança superior a 99%. Na

Tabela 5. 4, observa-se que todos os fatores apresentam nível de confiança superior a

99,6%

110

TABELA 5. 3 – ANÁLISE DE VARIÂNCIA (ANOVA) – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO

FONTE GDL SQ MQ

TESTE F SIGNIFICÂNCIA - p

MODELO

6 3910,37 651,729 103,39 0,0000

RESÍDUOS

64 403,447 6,30386

TOTAL CORRIGIDO

70 4313,82

NOTA: GDL – grau de liberdade; SQ – soma quadrada; MQ – média quadrada

TABELA 5. 4 – PARÂMETROS ESTIMADOS PARA AS VARIÁVEIS DE CONTROLE

FONTE ESTIMATIVA ERRO PADRÃO

TESTE t

1/ac

0.1

108,041 15,6235 6,9153 0,0000

1/id

1.1

-23,0017 3,05286 -7,53446 0,0000

0.05

42,4543 11,5585 3,67298 0,0005

1/(ad

+ac

0.3

)

0.8

29,095 9,53539 3,05126 0,0033

/(ad

1.1

+id

3.2

)

-5,00011.10

6,37854.10

-7,83897 0,0000

/(id

+ac

1.2

)

0.18

-1,07652.10

-3

2,103.10

-4

-5,11895 0,0000

constante

-99,4364 16,0224 -6,20668 0,0000

Nota: ac – relação água/aglomerante; id – grau de hidratação; ad – teor de adição de sílica ativa

Na Tabela 5. 5 estão dispostos os valores obtidos experimentalmente, já na Tabela

5. 6 os previstos pelo modelo ajustado para resistência à compressão do concreto. Nota-se

a distorção entre os valores para alguns dos traços com relação água/aglomerante igual a

0,28, evidenciando a variabilidade discutida anteriormente e a decisão em relação à não

utilização de tais traços na determinação do modelo matemático.

111

TABELA 5. 5 – VALORES OBTIDOS - RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO CONCRETO

RELAÇÃO ÁGUA/AGLOMERANTE

0.23 0.25 0.28 0.32 0.37

TEOR

(%)

3d 7d 28d 63d 3d 7d 28d 63d 3d 7d 28d 63d 3d 7d 28d 63d 3d 7d 28d 63d

55,2 64,9 63,9 69,7

53,7 63,2 68,9 75,8

56,8 74,4 65,1 65,3

53,6 62,6 63,0 64,9

33,2 57,4 59,3 67,5

32,6 52,9 51,2 57,1

64,5 67,3 70,4 73,8

63,2 70,7 70,5 71,8

58,0 67,2 64,7 74,5

55,6 62,0 60,0 65,1

63,5 71,2 70,4 80,8

70,5 68,5 62,0 81,1

72,4 79,9 78,3 85,0

62,8 77,3 77,1 83,4

56,3 63,8 70,0 82,1

52,9 59,3 66,6 69,3

64,8 68,2 74,6 81,5

64,1 67,2 66,7 78,5

62,9 66,3 72,9 81,1

58,9 61,7 68,2 76,3

58,6 65,9 70,6 71,0

58,1 62,2 69,6 70,4

53,8 63,0 76,5 86,8

63,0 62,8 83,9 75,0

58,6 66,7 78,1 76,8

58,1 61,8 64,1 72,8

TABELA 5. 6 – VALORES PREVISTOS - RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO CONCRETO

RELAÇÃO ÁGUA/AGLOMERANTE

0.23 0.25 0.28 0.32 0.37

TEOR

(%)

3d 7d 28d 63d 3d 7d 28d 63d 3d 7d 28d 63d 3d 7d 28d 63d 3d 7d 28d 63d

56,0 64,4 66,5 66,9 48,3 60,1 62,2 62,5 32,5 54,1 56,2 56,6

62,3 68,5 70,7 71,0 57,0 65,5 67,6 68,0

65,2 70,2 72,5 73,0 62,3 67,8 70,1 70,5 57,5 64,4 66,7 67,2

63,7 68,8 71,6 72,3 60,3 65,8 68,6 69,2

62,3 68,1 71,9 72,9 59,7 65,6 69,4 70,4 56,1 62,3 66,0 67,1

A partir da Análise de Variância (Tabela 5. 3) conclui-se que os todos os fatores

analisados influenciam a resistência à compressão do concreto e, da mesma forma, as

interações: teor de adição (ad) x relação água aglomerante (ac), relação água/aglomerante

(ac) x teor de adição (ad) x idade (id).

112

5. 3. 1 Efeito dos fatores relação água/aglomerante, teor de adição e idade na

resistência à compressão

A interação entre os fatores relação água/aglomerante (ac), teor de adição (ad) e

idade (id) na resistência à compressão identificada na análise de variância (Tabela 5. 3) é

evidenciada nas Figuras 5. 12 a 5. 16. Em tais figuras, a influência da adição de sílica

ativa pode ser notada já nas primeiras idades quando comparadas misturas com adição e

misturas sem adição desse material. Verifica-se em geral que quanto maior a relação

água/aglomerante, mais eficaz é a utilização de sílica ativa para aumento da resistência à

compressão. Além disso, é possível observar que a taxa de crescimento da resistência em

função do grau de hidratação é influenciada pela variação da relação água/aglomerante.

Para concretos com relação água/aglomerante mais alta o crescimento ocorre de forma

mais lenta nas primeiras idades.

372863

Idade (dias)

Resistência à Compressão (MPa)

0% 5% 10% 15% 20%

FIGURA 5. 12 – EFEITO DA INTERAÇÃO ENTRE FATORES ANALISADOS NA RESISTÊNCIA À

COMPRESSÃO DE CONCRETO COM A/AGL 0,23

113

3 7 28 63

Idade (dias)

Resistência à Compressão (MPa)

0% 5% 10% 15% 20%

FIGURA 5. 13 – EFEITO DA INTERAÇÃO ENTRE FATORES NA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DE

CONCRETO COM A/AGL 0,25

3 7 28 63

Idade (dias)

Resistência à Compressão (MPa)

0% 5% 10% 15% 20%

FIGURA 5. 14 – EFEITO DA INTERAÇÃO ENTRE FATORES ANALISADOS NA RESISTÊNCIA À

COMPRESSÃO DE CONCRETO COM A/AGL 0,28

3 7 28 63

Idade (dias)

Resistência à Compressão (MPa)

0% 5% 10% 15% 20%

FIGURA 5. 15 – EFEITO DA INTERAÇÃO ENTRE FATORES ANALISADOS NA RESISTÊNCIA À

COMPRESSÃO DE CONCRETO COM A/AGL 0,32

114

3 7 28 63

Idade (dias)

Resistência à Compressão (MPa)

0% 5% 10% 15% 20%

FIGURA 5. 16 – EFEITO DA INTERAÇÃO ENTRE FATORES ANALISADOS NA RESISTÊNCIA À

COMPRESSÃO DE CONCRETO COM A/AGL 0,37

Nas Figuras 5. 17, 5. 18 e 5. 19 são apresentadas as leis de comportamento geral da

resistência à compressão dos concretos produzidos, onde estão isolados os efeitos da

relação água/aglomerante, teor de adição e idade.

0,23 0,25 0,28 0,32 0,37

Relação água/aglomerante

Resistência à Compressão (MPa)

FIGURA 5. 17 – LEI DE COMPORTAMENTO GERAL DO EFEITO ISOLADO DA RELAÇÃO

ÁGUA/AGLOMERANTE SOBRE A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO.

115

372863

Idade (dias)

Resistência à Compressão (MPa)

FIGURA 5. 18 – LEI DE COMPORTAMENTO GERAL DO EFEITO ISOLADO DA IDADE SOBRE A

RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO.

0 5 10 15 20

Teor de adição (%)

Resistência à Compressão (MPa)

FIGURA 5. 19 – LEI DE COMPORTAMENTO GERAL DO EFEITO ISOLADO DO TEOR DE ADIÇÃO

SOBRE A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO

Conforme esperado, observa-se na Figura 5. 17 que, quanto menor a relação

água/aglomerante, maior é a resistência à compressão, principalmente em função da

redução da porosidade da matriz cimentante e redução da zona de transição entre pasta e

agregado. Tais efeitos foram observados por diversos outros pesquisadores (DAL

116

MOLIN, 1995; KULAKOWSKI, 2002; MENDES, 2002). Já a Figura 5. 18 permite a

observação do crescimento da resistência à compressão em função do grau de hidratação.

Foi discutido no item 3. 3 que ao hidratar-se, o cimento aluminoso não produz

hidróxido de cálcio e, portanto, o único efeito da adição de sílica ativa em misturas

contendo cimentos aluminosos é o efeito físico de refinamento dos poros, ou seja,

preenchimento de vazios entre partículas de agregado e produtos de hidratação. Segundo

GONÇALVES (2000), a utilização de fíler como adição tem efeito benéfico até cerca de

10% em relação ao peso de cimento. Quando utilizados teores acima desse valor, pode ser

observada diminuição da resistência à compressão. Tal tendência de comportamento é

notada na Figura 5. 19, onde concretos com teores de sílica ativa iguais a 10% tem

resistência superior a concretos com teores inferiores (0 e 5%). Acima desse valor (15 e

20%) ocorre diminuição do desempenho mecânico em relação a misturas com 10% de

adição. Além disso, é possível observar na Figura 5. 19 que há um aumento considerável

na resistência para concretos com teor igual a 5% de sílica ativa quando comparados aos

concretos de referência, sem adição desse material. Conforme mencionado, concretos

com teores iguais a 10% apresentam o melhor desempenho mecânico, entretanto, não há

uma diferença significativa em relação às misturas com 5% de adição.

117

5. 3. 2 Efeito das adições de sílica ativa em função da relação água/aglomerante

A análise de variância (Tabela 5. 3) indica que o efeito da interação entre o teor de

adição de sílica ativa e a relação água/aglomerante é significativo. Tal interação pode ser

vista na Figura 5. 20. O aumento da resistência à compressão em concretos com 10% de

sílica ativa quando comparados aos valores obtidos para concretos sem adição varia entre

10,7% para misturas com relação água/aglomerante igual a 0,23 e 32% para misturas com

relação água/aglomerante igual a 0,37. Dessa forma, quanto maior a relação

água/aglomerante maior é o efeito da adição de sílica ativa (para teor igual a 10%) na

resistência à compressão dos concretos de cimentos aluminosos. Além disso, através dos

resultados obtidos observa-se que quanto maior a relação água/aglomerante menor é a

perda de resistência quando utilizados teores acima de 10% de adição de sílica ativa.

Todavia, tal diferença não é significativa, variando de 2,1% para concretos com relação

água/aglomerante igual a 0,23 a 1,7% para concretos com relação água/aglomerante igual

a 0,37.

0 5 10 15 20

Teor de adição (%)

Resistência à Compressão (MPa)

0,23

0,25

0,28

0,32

0,37

FIGURA 5. 20 – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO EM FUNÇÃO DA INTERAÇÃO ENTRE O TEOR DE

ADIÇÃO E A RELAÇÃO ÁGUA/AGLOMERANTE.

118

5. 4 Resistência à Tração por Compressão Diametral

As Tabelas 5. 7 e 5. 8 a seguir apresentam os valores obtidos nos ensaios de

resistência à tração por compressão diametral, onde cada calor corresponde à média de

quatro corpos de prova provenientes de duas misturas realizadas em dias diferentes, além

do desvio padrão e coeficiente de variação. Os valores individuais dos corpos de prova

submetidos ao ensaio de resistência à tração por compressão diametral estão apresentados

no ANEXO B.

TABELA 5. 7 – MÉDIA, DESVIO PADRÃO E COEFICIENTE DE VARIAÇÃO – RESISTÊNCIA À TRAÇÃO

POR COMPRESSÃO DIAMETRAL

IDADE

TRAÇO

3 DIAS 7 DIAS 28 DIAS 63 DIAS

Média = 4,4 Média = 4,2 Média =4,1 Média = 3,9

Desvio Padrão = 0,53 Desvio Padrão = 0,61 Desvio Padrão = 0,49 Desvio Padrão = 0,42

23SA0

CV (%) = 12,15 CV (%) = 14,73 CV (%) = 12,01 CV (%) = 10,62

Média = 4,4 Média = 4,2 Média = 3,9 Média = 3,3

Desvio Padrão = 0,58 Desvio Padrão = 0,72 Desvio Padrão = 0,37 Desvio Padrão = 0,12

23SA10

CV (%) = 13,04 CV (%) = 16,97 CV (%) = 9,33 CV (%) = 3,48

Média = 4,6 Média = 3,9 Média = 4,0 Média = 4,7

Desvio Padrão = 0,69 Desvio Padrão = 0,61 Desvio Padrão = 0,85 Desvio Padrão = 0,04

23SA20

CV (%) = 15,09 CV (%) = 15,49 CV (%) = 20,96 CV (%) = 0,83

Média = 0,6 Média = 4,4 Média = 4,1 Média = 3,8

Desvio Padrão = 0,04 Desvio Padrão = 0,67 Desvio Padrão = 0,70 Desvio Padrão = 0,67

25SA5

CV (%) = 15,09 CV (%) = 15,28 CV (%) = 17,26 CV (%) = 17,77

Média = 3,1 Média = 4,6 Média = 3,7 Média = 4,7

Desvio Padrão = 1,35 Desvio Padrão = 0,13 Desvio Padrão = 0,92 Desvio Padrão = 0,13

25SA15

CV (%) = 43,93 CV (%) = 2,82 CV (%) = 24,97 CV (%) = 2,78

Média = 4,1 Média = 3,5 Média = 3,6 Média = 4,2

Desvio Padrão = 0,20 Desvio Padrão = 0,51 Desvio Padrão = 0,37 Desvio Padrão = 0,43

28SA0

CV (%) = 4,74 CV (%) = 14,43 CV (%) = 10,46 CV (%) = 10,12

Média = 2,4 Média = 4,3 Média = 3,7 Média = 4,1

Desvio Padrão = 0,43 Desvio Padrão = 0,82 Desvio Padrão = 0,49 Desvio Padrão = 0,32

28SA10

CV (%) = 17,78 CV (%) = 19,14 CV (%) = 13,21 CV (%) = 7,70

119

TABELA 5. 8 – MÉDIA, DESVIO PADRÃO E COEFICIENTE DE VARIAÇÃO – RESISTÊNCIA À TRAÇÃO

POR COMPRESSÃO DIAMETRAL

IDADE

TRAÇO

3 DIAS 7 DIAS 28 DIAS 63 DIAS

Média = 4,9 Média = 4,4 Média = 4,1 Média = 4,3

Desvio Padrão = 0,17 Desvio Padrão = 0,78 Desvio Padrão = 0,38 Desvio Padrão = 0,13

28SA20

CV (%) = 3,51 CV (%) = 17,94 CV (%) = 9,28 CV (%) = 3,08

Média = 3,1 Média = 3,3 Média = 3,5 Média = 4,3

Desvio Padrão = 0,27 Desvio Padrão = 0,94 Desvio Padrão = 0,26 Desvio Padrão = 0,17

32SA5

CV (%) = 9,01 CV (%) = 22,61 CV (%) = 7,45 CV (%) = 3,99

Média = 1,4 Média = 3,7 Média = 4,0 Média = 3,9

Desvio Padrão = 0,19 Desvio Padrão = 0,81 Desvio Padrão = 0,64 Desvio Padrão = 0,59

32SA15

CV (%) = 13,14 CV (%) = 21,54 CV (%) = 16,27 CV (%) = 15,02

Média = 4,1 Média = 3,7 Média = 4,3 Média = 3,8

Desvio Padrão = 0,55 Desvio Padrão = 0,72 Desvio Padrão = 0,31 Desvio Padrão = 0,52

37SA0

CV (%) = 13,51 CV (%) = 19,74 CV (%) = 7,23 CV (%) = 13,73

Média = 3,1 Média = 3,5 Média = 4,4 Média = 4,2

Desvio Padrão = 0,16 Desvio Padrão = 0,51 Desvio Padrão = 0,56 Desvio Padrão = 0,62

37SA10

CV (%) = 5,18 CV (%) = 14,69 CV (%) = 12,78 CV (%) = 14,75

Média = 4,2 Média = 4,4 Média = 4,5 Média = 4,3

Desvio Padrão = 0,56 Desvio Padrão = 0,68 Desvio Padrão = 0,35 Desvio Padrão = 0,08

37SA20

CV (%) = 13,28 CV (%) = 15,40 CV (%) = 7,61 CV (%) = 1,77

Ao serem analisados os valores obtidos experimentalmente observa-se que as

diversas misturas têm seu comportamento regido por características próprias, não sendo

clara a lei que determina o desempenho desses materiais quando solicitados à esforços de

tração. Através da análise de regressão múltipla não linear não foi possível estabelecer um

modelo que representasse o comportamento da resistência à tração por compressão

diametral com r

superior a 60 %. Dessa forma, aproximadamente 40% da variabilidade

dos valores previstos não seria representada pelo modelo proposto. Provavelmente

problemas na execução do ensaio devido às características do equipamento causaram tal

dispersão nos resultados. O equipamento utilizado foi adaptado para execução dos ensaios

de tração por compressão diametral. Nesse equipamento há uma placa ligada a uma rótula

como é possível observar na Figura 5. 21. A placa não é fixa podendo girar com o

movimento da rótula. Dessa forma, qualquer problema de excentricidade do corpo de

120

prova em relação ao eixo da placa não permite que os esforços sejam aplicados

corretamente e, por conseguinte, os resultados obtidos não representam as características

mecânicas do material. Como conseqüência de tal dispersão verificada nos resultados

obtidos para esse ensaio não foi possível definir uma lei de comportamento geral da

resistência à tração por compressão diametral para concretos de cimentos aluminosos.

Todavia, embora não possam ser analisados estatisticamente, os valores obtidos estão

compatíveis com os resultados apresentados em diversos estudos que analisaram tal

propriedade em concretos de alta resistência (DAL MOLIN, 1995; MENDES, 2002).

FIGURA 5. 21 – EQUIPAMENTO UTILIZADO PARA ENSAIO DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR

COMPRESSÃO DIAMETRAL

121

5. 5 Análise da Microestrutura do Concreto

Diversos autores (PAULON, 1991; MEHTA e MONTEIRO, 1994; DAL MOLIN,

1995; LAMOUR et al., 2001) concluíram que as propriedades do concreto no estado

endurecido são influenciadas pelo proporcionamento dos materiais, assim como por suas

características microestruturais, como tipo, quantidade e distribuição de sólidos e vazios.

Sendo assim, com o objetivo de entender melhor o comportamento de concretos

contendo cimentos aluminosos a sua estrutura interna foi analisada através de microscopia

eletrônica de varredura (MEV) por elétrons secundários. Tal técnica de análise permite a

observação da estrutura interna do concreto, fornecendo informações significativas

relacionadas à distribuição mineralógica, presença de vazios, fissuras ou produtos de

reação. Todavia, deve ser ressaltado que não sendo objetivo desse estudo a análise

microestrutural, apenas uma abordagem simplificada com efeito ilustrativo será descrita

no presente item.

Nas Figura 5. 22 a 5. 38 são apresentadas algumas micrografias obtidas para

concretos com 28 dias de hidratação. É possível observar a matriz da pasta, a zona de

transição entre pasta e agregado, alguns poros presentes, além da sílica ativa e alguns

produtos de reação. O ANEXO D contém as principais micrografias, além de análise

utilizando espectrômetro de energia dispersiva (EDS) para os concretos analisados.

A partir das micrografias obtidas, nota-se que tanto a matriz da pasta de cimento

como a zona de transição para os diversos traços analisados apresentam baixa porosidade

e não há presença significativa de fissuras. A estrutura parece densa e homogênea,

entretanto, com o aumento da relação água/aglomerante, há um ligeiro aumento na

fissuração e porosidade. Tal aumento não é tão significativo, pois, conforme os resultados

obtidos para as propriedades mecânicas analisadas, não há aumento tão pronunciado na

resistência ao variar-se a relação água/aglomerante e teor de adição de sílica ativa nas

misturas.

122

(a) (b)

FIGURA 5. 22 – MICROGRAFIA DE CONCRETO COM RELAÇÃO A/AGL 0,23 SEM ADIÇÃO DE SÍLICA

ATIVA – (a) AUMENTO DE 100x (b) AUMENTO DE 150x

FIGURA 5. 23 – MICROGRAFIA DE CONCRETO (PORO) COM RELAÇÃO A/AGL 0,23 SEM ADIÇÃO DE

SÍLICA ATIVA – AUMENTO DE 3000x

(a) (b)

FIGURA 5. 24 – MICROGRAFIA DE CONCRETO (PORO) COM RELAÇÃO A/AGL 0,28 e 10% DE ADIÇÃO

DE SÍLICA ATIVA – (a) AUMENTO DE 100x (b) AUMENTO DE 500x

123

(a) (b)

FIGURA 5. 25 – MICROGRAFIA DE CONCRETO COM RELAÇÃO A/AGL 0,28 e 10% DE ADIÇÃO DE

SÍLICA ATIVA – (a) AUMENTO DE 3000x (b) AUMENTO DE 1500x

(a) (b)

FIGURA 5. 26– MICROGRAFIA DE CONCRETO COM RELAÇÃO A/AGL 0,28 E 10% DE ADIÇÃO DE

SÌLICA ATIVA – (a) AUMENTO DE 1000x (b) AUMENTO DE 500x

(a) (b)

FIGURA 5. 27 – MICROGRAFIA DE CONCRETO COM RELAÇÃO A/AGL 0,28 E 10% DE ADIÇÃO DE

SÌLICA ATIVA – (a) AUMENTO DE 1500x (b) AUMENTO DE 100x

124

(a) (b)

FIGURA 5. 28 – MICROGRAFIA DE CONCRETO COM RELAÇÃO A/AGL 0,32 E 15% DE ADIÇÃO DE

SÍLICA ATIVA – (a) AUMENTO DE 500x (b) AUMENTO DE 1500x

(a) (b)

FIGURA 5. 29 – MICROGRAFIA DE CONCRETO COM RELAÇÃO A/AGL 0,37 E 20% DE ADIÇÂO DE

SÍLICA ATIVA – (a) AUMENTO DE 1500x (b) AUMENTO DE 3000x

FIGURA 5. 30 – MICROGRAFIA DE CONCRETO COM RELAÇÃO A/AGL 0,37 E 20% DE ADIÇÃO DE

SÌLICA ATIVA – (a) AUMENTO DE 500x (b) AUMENTO DE 1500x

125

Em concretos de cimento Portland a adição de sílica ativa proporciona uma

melhoria significativa em sua microestrutura e desempenho mecânico devido às reações

pozolânicas entre a sílica e os cristais de hidróxido de cálcio formados durante o processo

de hidratação do cimento. Como já foi comentado, a adição de sílica ativa em misturas

contendo cimentos aluminosos é interessante para o preenchimento de vazios e poros

capilares, ou ainda os espaços entre agregados e produtos de hidratação, densificando a

matriz e zona de transição e, portanto, reduzindo dessa forma a porosidade e

permeabilidade do sistema.

Ao analisar-se os concretos produzidos não foi observada presença de cristais de

hidróxido de cálcio, como esperado. Portanto, embora a resistência mecânica do concreto

tenha sido modificada com a adição de sílica ativa, não foi observada diferença

significativa na estrutura da matriz.

126

6 CONCLUSÃO

6. 1 Considerações Iniciais

O objetivo principal desse estudo foi caracterizar o cimento aluminoso quanto a

algumas propriedades básicas como resistência à compressão e resistência à tração

(resistência à tração por compressão diametral) e, dessa forma, analisar a possibilidade da

aplicação desse material em concretos de alta resistência para elementos estruturais.

Através dos ensaios realizados foi possível verificar a influência da relação

água/aglomerante, teor de adição de sílica ativa e grau de hidratação na resistência em

concretos contendo cimentos aluminosos.

Além da análise das propriedades mecânicas, foram realizados ensaios de análise

da compatibilidade entre o cimento aluminoso, a sílica ativa e alguns aditivos

superplastificantes usualmente aplicados na produção de concretos de alta resistência com

cimento Portland.

Conforme já discutido, no Brasil não há um número satisfatório de material

publicado ou literatura técnica especializada que discuta a compatibilidade entre os

cimentos aluminosos e aditivos superplastificantes, ou mesmo o comportamento do

cimento aluminoso em concreto estrutural. Portanto, tendo como base o comportamento

mecânico dos concretos produzidos, outro objetivo desse estudo foi estabelecer um

modelo de estimativa das propriedades mecânicas desses materiais, além de fornecer

parâmetros que contribuam para a utilização adequada e segura de concretos de cimentos

aluminosos .

A seguir serão apresentadas algumas conclusões obtidas de acordo com o

programa experimental desenvolvido, e são referentes aos concretos produzidos com

qualidades específicas de materiais dentro das faixas de valores estabelecidos para a

quantidade e consumo de tais materiais, além das técnicas de execução. Para transpor os

127

índices encontrados nas análises obtidas, ou mesmo confirmar e complementar os

resultados obtidos, é necessário a execução de novos estudos.

6. 1. 1 Com relação à Compatibilidade entre cimento, aditivos e sílica ativa

- A análise dos aditivos superplastificantes através do ensaio de miniabatimento concluiu

que os aditivos D e E (polinaftalenos sulfonados) são incompatíveis com o cimento

aluminoso ou apresentam menor eficiência em relação aos outros tipos estudados

(policarboxilatos), dentro da faixa de teores analisados. Já os aditivos superplastificantes à

base de policarboxilatos analisados A, B e C são compatíveis com os cimentos

aluminosos pois proporcionaram espalhamento da pasta e perda reduzida de abatimento

em função do tempo. Através de tal análise foi possível observar que os aditivos A, B

apresentaram desempenho superior em relação ao aditivo C ao proporcionar uma área

maior de espalhamento da pasta em função do tempo de hidratação.

- Com base nos resultados obtidos nos ensaios de Marsh para as duas relações

água/cimento utilizadas (0,25 e 0,35), dois teores de adição (0 e 10%) e diversos teores de

aditivo, observou-se que o aditivo A apresentou melhor desempenho em relação ao

aditivo B, quando comparado o tempo de escoamento em função do teor de material,

sendo escolhido para a produção das misturas de concreto.

- Através da análise de fluidez utilizando o método do funil de Marsh foi possível

determinar o ponto de saturação do aditivo, característica fundamental na determinação

do traço através do método de dosagem proposto por AÏTCIN (2000). Foram obtidos dois

pontos de saturação para o aditivo superplastificante do tipo A, um para relação

água/aglomerante igual a 0,35 (0,20% em teor de sólidos totais) e o outro para relação

água/aglomerante 0,25 (0,25% em teor de sólidos totais), ambos com 10% de adição de

sílica ativa.

128

6. 1. 2 Com relação à Resistência à Compressão

- A relação água/aglomerante e o grau de hidratação foram as variáveis de controle que

mais influenciaram a resistência à compressão do concreto contendo cimentos

aluminosos.

- O comportamento da resistência à compressão do concreto em relação aos fatores

analisados (relação água/aglomerante, teor de adição e idade de hidratação) é significativo

para a resistência à compressão.

- A taxa de crescimento da resistência é função da relação água/aglomerante, ou seja,

quanto menor a relação água/aglomerante, maior é a resistência à compressão. Além

disso, é possível observar que a taxa de crescimento da resistência em função do grau de

hidratação é influenciada pela variação da relação água/aglomerante. Para concretos com

relação água/aglomerante mais alta o crescimento ocorre de forma mais lenta nas

primeiras idades.

- A utilização de sílica ativa não apresenta efeitos tão pronunciados como em concretos de

cimento Portland, porém é possível observar que ao aumentar-se a relação

água/aglomerante, mais eficaz é a utilização da sílica ativa para aumento da resistência à

compressão. Entretanto, poderiam ser utilizados outros finos com menor custo na

produção de concretos contendo cimentos aluminosos.

- Em relação ao teor de adição, nota-se um ligeiro aumento até cerca de 10%. Acima

desse valor a resistência tende a diminuir. Tal fato está em consonância com a bibliografia

pois, devido às características das reações de hidratação do cimento aluminoso, a adição

tem apenas o efeito físico (fíler) de preenchimento de poros e vazios capilares.

- O efeito da adição de sílica ativa na resistência quanto utilizado um teor igual a 10% é

proporcional ao aumento da relação água/aglomerante. Da mesma forma, quando teores

iguais a 20% são utilizados, a perda de resistência é menor ao aumentar-se a relação

água/aglomerante.

129

- A análise estatística dos dados obtidos para os ensaios de resistência à compressão foi

realizada através de regressão múltipla não linear resultando em um modelo matemático

de previsão da resistência com r

acima de 90%. O modelo obtido foi:

() ()

18.02.12

1.08.0

3.03

05.0

1.16

2.31.1

311

)(

.10.07652,1041,108095,29

.4543,42

0017,23.10.00011,5

4364,99

acid

acad

idad

−+

++−

−−=

−

Onde:

fc = resistência à compressão (MPa);

ac = relação água/aglomerante;

ad = teor de adição de sílica ativa (%);

id = idade de hidratação (dias).

6. 1. 3 Com relação à Resistência à Tração por Compressão Diametral

- Através dos resultados obtidos nos ensaios de resistência à compressão diametral

observa-se que essa propriedade é influenciada pela relação água/aglomerante, teor de

adição e grau de hidratação do concreto. Entretanto, devido às variabilidades já discutidas

no item 5. 4 não foi possível estabelecer um modelo que definisse de maneira clara e

eficiente o comportamento do concreto em função da alteração das variáveis de controle

analisadas.

130

6. 2 Sugestões para futuros trabalhos

A falta de estudos publicados sobre a utilização de concretos contendo cimentos

aluminosos no Brasil possibilita o desenvolvimento de inúmeros trabalhos relacionados à

comparação de desempenho e custo entre esse material e concretos contendo cimento

Portland. Algumas sugestões para pesquisa e futuros trabalhos serão apresentados a

seguir:

• Determinação de métodos específicos de dosagem para concretos com cimentos

aluminosos;

• Estudos relacionados a outras propriedades mecânicas de concretos com cimentos

aluminosos como: módulo de elasticidade, coeficiente de Poisson, resistência à

tração, determinação da relação entre resistência à tração e resistência à

compressão, além de análise de tais propriedades mecânicas nas primeiras horas de

hidratação de concretos contendo cimentos aluminosos.

• Investigações de resistividade elétrica em concretos produzidos com cimentos

aluminosos, além de outros estudos relacionados à durabilidade como:

permeabilidade aos íons cloreto, porosidade, carbonatação;

• Análise do processo de conversão dos cimentos aluminosos, e influência desse

processo na resistência do concreto a idades mais avançadas e diferentes condições

de cura;

• Análise microestrutural de concretos e argamassas produzidos com cimentos

aluminosos, além de estudos sobre a evolução das reações de hidratação da pasta

de cimento com e sem adições de sílica ativa por meio de difração de raios-X.

131

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Concrete Aggregates. ASTM C 125. Philadelphia, 1993.

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIAL. Definition of Terms Relating to Hidraulic

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Concreto. Rio de Janeiro, 2003.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7211: Agregados para concreto. Rio de

Janeiro, 1983.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 248: Agregados - Determinação da

composição granulométrica. Rio de Janeiro, 2003.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9776: Agregados - Determinação da

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solto - determinação da massa unitária. Rio de Janeiro, 1982.

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compactado seco - determinação da massa unitária. Rio de Janeiro, 1983.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 53: Agregado Graúdo -

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142

ANEXO A

143

QUADRO 1. A – TRAÇOS DE CONCRETO CARACTERÌSTICAS DA PRODUÇÃO E CONSUMO DE

MATERIAIS POR M

DE CONCRETO – 1ª REPETIÇÃO

TRAÇO 23SA0 23SA10 23SA20 25SA5 25SA15

Água (kg)

130,7 123,8 130,7 118,8 135

Cimento (kg)

500 548 400 589 510

Sílica Ativa (kg)

0 61 100 31 90

Relação a/agl

0,23 0,23 0,23 0,25 0,25

Ag. Miúdo (kg)

797 688 760 672 658

Ag. Graúdo (kg)

1001 999 1001 998 999

Aditivo (%)

0,780 0,780 0,780 0,780 0,780

Abatimento (mm)

200 255 250 220 250

Ar Incorporado (%)

1,0 0,4 1,1 1,0 0,3

Massa Específica (kg/m

)

2464,5 2491,8 2421,2 2487,3 2531,2

Teor de Argamassa (%)

56 56 56 56 56

Umidade Relativa (%)

57 71 59 66 72

Temperatura Ambiente (ºC)

21,5 20,7 21,3 20,8 20,2

Temperatura Mistura (ºC)

23,3 23,3 24,1 23,1 22,8

QUADRO 2. A – TRAÇOS DE CONCRETO CARACTERÌSTICAS DA PRODUÇÃO E CONSUMO DE

MATERIAIS POR M

DE CONCRETO – 1ª REPETIÇÃO

TRAÇO 28SA0 28SA10 28SA20 32SA5 32SA15

Água (kg)

122,7 116,9 124,7 131,8 106,1

Cimento (kg)

500 499 400 431 386

Sílica Ativa (kg)

0 55 100 23 68

Relação a/agl

0,28 0,28 0,28 0,32 0,32

Ag. Miúdo (kg)

802 723 768 823 832

Ag. Graúdo (kg)

1004 998 999 999 998

Aditivo (%)

0,780 0,780 0,780 0,635 0,635

Abatimento (mm)

220 225 235 220 220

Ar Incorporado (%)

1,3 0,6 0,3 0,4 1,0

Massa Específica (kg/m

)

2464,5 2485,3 2473,6 2497,1 2477,1

Teor de Argamassa (%)

56 56 56 56 56

Umidade Relativa (%)

55 72 61 69 66

Temperatura Ambiente (ºC)

21,3 20,7 20,7 20,8 20,8

Temperatura Mistura (ºC)

22,2 22,0 22,4 23,0 22,1

144

QUADRO 3. A – TRAÇOS DE CONCRETO CARACTERÌSTICAS DA PRODUÇÃO E CONSUMO DE

MATERIAIS POR M

DE CONCRETO – 1ª REPETIÇÃO

TRAÇO 37SA0 37SA10 37SA20

Água (kg)

132,2 124,9 137

Cimento (kg)

500 341 414

Sílica Ativa (kg)

0 38 104

Relação a/agl

0,37 0,37 0,37

Ag. Miúdo (kg)

799 890 733

Ag. Graúdo (kg)

999 1004 999

Aditivo (%)

0,635 0,635 0,635

Abatimento (mm)

220 220 265

Ar Incorporado (%)

1,0 1,1 0,5

Massa Específica (kg/m

)

2459,4 2459,4 2426,3

Teor de Argamassa (%)

57 56 56

Umidade Relativa (%)

56 58 65

Temperatura Ambiente (ºC)

21,7 20,9 21,2

Temperatura Mistura (ºC)

23,6 22,5 23,7

QUADRO 4. A – TRAÇOS DE CONCRETO CARACTERÌSTICAS DA PRODUÇÃO E CONSUMO DE

MATERIAIS POR M

DE CONCRETO – 2ª REPETIÇÃO

TRAÇO 23SA0 23SA10 23SA20 25SA5 25SA15

Água (kg)

132,7 128,8 130,7 121,7 123,7

Cimento (kg)

500 548 400 532 476

Sílica Ativa (kg)

0 61 100 28 84

Relação a/agl

0,23 0,23 0,23 0,25 0,25

Ag. Miúdo (kg)

796 683 760 741 722

Ag. Graúdo (kg)

1000 999 1001 1004 1000

Aditivo (%)

0,780 0,780 0,780 0,780 0,780

Abatimento (mm)

210 265 245 220 250

Ar Incorporado (%)

1,0 0,3 0,4 1,0 0,4

Massa Específica (kg/m

)

2483,6 2493,8 2468,3 2484,8 2493,7

Teor de Argamassa (%)

56 56 56 56 56

Umidade Relativa (%)

63 76 59 57 69

Temperatura Ambiente (ºC)

18,7 22,1 21,3 21,5 22,0

Temperatura Mistura (ºC)

20,0 23,7 24,1 21,4 23,4

145

QUADRO 5. A – TRAÇOS DE CONCRETO CARACTERÌSTICAS DA PRODUÇÃO E CONSUMO DE

MATERIAIS POR M

DE CONCRETO – 2ª REPETIÇÃO

TRAÇO 28SA0 28SA10 28SA20 32SA5 32SA15

Água (kg)

130,7 123,7 130,7 130,8 130,1

Cimento (kg)

500 450 400 431 386

Sílica Ativa (kg)

0 50 100 23 68

Relação a/agl

0,28 0,28 0,28 0,32 0,32

Ag. Miúdo (kg)

799 789 762 623 802

Ag. Graúdo (kg)

999 1000 999 1000 1004

Aditivo (%)

0,780 0,780 0,780 0,635 0,635

Abatimento (mm)

220 250 265 230 230

Ar Incorporado (%)

0,9 0,7 0,4 0,5 1,1

Massa Específica (kg/m

)

2477,2 2477,2 2461,9 2456,8 2459,4

Teor de Argamassa (%)

56 56 56 56 56

Umidade Relativa (%)

67 68 66 65 56

Temperatura Ambiente (ºC)

21,3 22,8 21,3 21,5 20,5

Temperatura Mistura (ºC)

23,9 22,4 23,9 23,2 22,3

QUADRO 6. A – TRAÇOS DE CONCRETO CARACTERÍSTICAS DA PRODUÇÃO E CONSUMO DE

MATERIAIS POR M

DE CONCRETO – 2ª REPETIÇÃO

TRAÇO 37SA0 37SA10 37SA20

Água (kg)

134,2 130,7 137,0

Cimento (kg)

500 353 414

Sílica Ativa (kg)

0 39 104

Relação a/agl

0,37 0,37 0,37

Ag. Miúdo (kg)

796 880 759

Ag. Graúdo (kg)

1000 1000 999

Aditivo (%)

0,635 0,635 0,635

Abatimento (mm)

230 210 230

Ar Incorporado (%)

1,0 1,0 1,3

Massa Específica (kg/m

)

2484,9 2477,2 2436,5

Teor de Argamassa (%)

56 56 56

Umidade Relativa (%)

63 68 57

Temperatura Ambiente (ºC)

18,9 21,3 21,3

Temperatura Mistura (ºC)

20,6 22,8 24,3

146

ANEXO B

147

QUADRO 1. B – ENSAIOS DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL (MPa)

IDADE

TRAÇO

3 DIAS 7 DIAS 28 DIAS 63 DIAS

48,6 38,2 60,0 60,2 57,7 63,9 62,0 60,8

55,2 53,7 64,9 63,2 51,6 63,9 69,7 75,8

Média = 48,9 Média = 62,1 Média = 60,5 Média = 67,1

Desvio Padrão = 7,69 Desvio Padrão = 2,39 Desvio Padrão = 7,51 Desvio Padrão = 7,03

23SA0

CV (%) = 15,71 CV (%) = 3,84 CV (%) = 12,41 CV (%) = 10,48

58,4 57,8 71,2 68,5 70,4 81,7 80,7 81,1

63,5 70,5 67,7 53,0 62,0 58,2 80,8 87,4

Média = 62,5 Média = 65,1 Média = 68,1 Média = 82,5

Desvio Padrão = 5,88 Desvio Padrão = 8,20 Desvio Padrão = 10,42 Desvio Padrão = 3,27

23SA10

CV (%) = 9,41 CV (%) = 12,60 CV (%) = 15,30 CV (%) = 3,96

53,9 57,9 65,9 62,2 58,9 69,6 70,4 71,0

58,6 58,1 57,9 59,0 62,3 70,6 69,9 69,9

Média = 57,1 Média = 61,3 Média = 65,4 Média = 70,3

Desvio Padrão = 2,17 Desvio Padrão = 3,60 Desvio Padrão = 5,67 Desvio Padrão = 0,52

23SA20

CV (%) = 3,80 CV (%) = 5,87 CV (%) = 8,68 CV (%) = 0,74

58,8 64,5 70,7 56,1 68,7 70,4 71,8 73,8

60,1 63,2 67,3 60,2 70,5 68,3 79,0 71,6

Média = 61,6 Média = 63,6 Média = 69,5 Média = 74,0

Desvio Padrão = 2,65 Desvio Padrão = 6,63 Desvio Padrão = 1,14 Desvio Padrão = 3,45

25SA5

CV (%) = 4,30 CV (%) = 10,43 CV (%) = 1,64 CV (%) = 4,65

60,3 50,2 67,2 62,0 62,8 74,6 76,7 75,1

64,8 64,1 62,5 68,2 66,7 58,2 81,5 78,5

Média = 59,9 Média = 65,0 Média = 65,6 Média = 78,0

Desvio Padrão = 6,73 Desvio Padrão = 3,18 Desvio Padrão = 6,95 Desvio Padrão = 2,74

25SA15

CV (%) = 11,25 CV (%) = 4,89 CV (%) = 10,59 CV (%) = 3,52

52,9 53,3 59,3 62,6 63,0 53,2 64,9 54,1

53,6 56,8 54,8 74,4 57,8 65,1 65,3 64,5

Média = 54,1 Média = 62,8 Média = 59,8 Média = 62,2

Desvio Padrão = 1,79 Desvio Padrão = 8,38 Desvio Padrão = 5,35 Desvio Padrão = 5,41

28SA0

CV (%) = 3,31 CV (%) = 13,35 CV (%) = 8,95 CV (%) = 8,70

62,8 72,4 79,8 77,3 78,3 77,1 85,0 83,4

57,9 52,3 54,1 52,9 55,5 52,9 73,0 69,6

Média = 61,4 Média = 66,0 Média = 66,0 Média = 77,7

Desvio Padrão = 8,52 Desvio Padrão = 14,51 Desvio Padrão = 13,62 Desvio Padrão = 7,60

28SA10

CV (%) = 13,90 CV (%) = 21,97 CV (%) = 20,65 CV (%) = 9,78

148

QUADRO 2. B – ENSAIOS DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL (MPa)

IDADE

TRAÇO

3 DIAS 7 DIAS 28 DIAS 63 DIAS

53,8 48,3 63,0 48,8 76,5 83,9 86,8 75,0

53,0 63,0 62,8 57,8 67,7 55,9 60,6 64,0

Média = 54,5 Média = 58,1 Média = 71,0 Média = 71,6

Desvio Padrão = 6,15 Desvio Padrão = 6,65 Desvio Padrão = 12,05 Desvio Padrão = 11,85

28SA20

CV (%) = 11,28 CV (%) = 11,45 CV (%) = 16,97 CV (%) = 16,55

55,6 58,0 67,2 62,0 64,7 60,0 59,5 65,1

51,6 48,4 58,4 53,7 58,8 54,1 74,5 64,9

Média = 53,4 Média = 60,3 Média = 59,4 Média = 66,0

Desvio Padrão = 4,25 Desvio Padrão = 5,71 Desvio Padrão = 4,36 Desvio Padrão = 6,23

32SA5

CV (%) = 7,96 CV (%) = 9,46 CV (%) = 7,33 CV (%) = 9,44

53,3 62,9 56,2 58,8 72,9 68,2 81,1 76,3

52,6 58,9 61,7 66,3 60,3 56,1 67,5 68,7

Média = 56,9 Média = 60,8 Média = 64,4 Média = 73,4

Desvio Padrão = 4,88 Desvio Padrão = 4,33 Desvio Padrão = 7,58 Desvio Padrão = 6,44

32SA15

CV (%) = 8,57 CV (%) = 7,13 CV (%) = 11,78 CV (%) = 8,78

33,2 29,9 57,4 52,8 51,2 59,3 57,1 55,3

32,6 25,1 50,7 52,9 50,1 49,6 56,7 67,5

Média = 30,2 Média = 53,5 Média = 52,6 Média = 59,15

Desvio Padrão = 3,69 Desvio Padrão = 2,82 Desvio Padrão = 4,55 Desvio Padrão = 5,62

37SA0

CV (%) = 12,22 CV (%) = 5,28 CV (%) = 8,66 CV (%) = 9,50

50,9 49,8 47,7 51,5 66,6 62,9 69,3 65,3

52,9 56,3 63,8 59,3 66,5 70,0 82,1 66,8

Média = 52,5 Média = 55,6 Média = 66,5 Média = 70,9

Desvio Padrão = 2,85 Desvio Padrão = 7,31 Desvio Padrão = 2,90 Desvio Padrão = 7,66

37SA10

CV (%) = 5,44 CV (%) = 13,15 CV (%) = 4,36 CV (%) = 10,81

58,6 57,9 59,1 61,8 64,1 63,8 65,8 72,8

49,2 58,1 66,7 53,3 78,1 57,3 76,8 71,8

Média = 56,0 Média = 60,2 Média = 65,8 Média = 71,8

Desvio Padrão = 4,51 Desvio Padrão = 5,59 Desvio Padrão = 8,76 Desvio Padrão = 4,55

37SA20

CV (%) = 8,06 CV (%) = 9,28 CV (%) = 13,31 CV (%) = 6,33

149

QUADRO 3. B – ENSAIOS DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL (MPa)

IDADE

TRAÇO

3 DIAS 7 DIAS 28 DIAS 63 DIAS

4,2 3,8 3,7 3,6 4,1 3,9 3,4 3,8

4,4 5,1 4,9 4,5 4,7 3,6 4,4 4,0

Média = 4,4 Média = 4,2 Média =4,1 Média = 3,9

Desvio Padrão = 0,53 Desvio Padrão = 0,61 Desvio Padrão = 0,49 Desvio Padrão = 0,42

23SA0

CV (%) = 12,15 CV (%) = 14,73 CV (%) = 12,01 CV (%) = 10,62

3,7 4,2 3,7 5,1 3,6 4,4 3,2 3,4

4,8 5,0 3,6 4,6 3,8 3,9 3,3 3,4

Média = 4,4 Média = 4,2 Média = 3,9 Média = 3,3

Desvio Padrão = 0,58 Desvio Padrão = 0,72 Desvio Padrão = 0,37 Desvio Padrão = 0,12

23SA10

CV (%) = 13,04 CV (%) = 16,97 CV (%) = 9,33 CV (%) = 3,48

3,8 4,6 3,8 3,8 4,5 4,7 4,7 4,7

5,5 4,6 4,7 3,3 2,8 4,1 4,7 4,8

Média = 4,6 Média = 3,9 Média = 4,0 Média = 4,7

Desvio Padrão = 0,69 Desvio Padrão = 0,61 Desvio Padrão = 0,85 Desvio Padrão = 0,04

23SA20

CV (%) = 15,09 CV (%) = 15,49 CV (%) = 20,96 CV (%) = 0,83

0,6 0,5 5,4 3,9 3,5 3,8 4,1 2,9

0,6 0,6 4,0 4,3 5,1 3,9 3,7 4,4

Média = 0,6 Média = 4,4 Média = 4,1 Média = 3,8

Desvio Padrão = 0,04 Desvio Padrão = 0,67 Desvio Padrão = 0,70 Desvio Padrão = 0,67

25SA5

CV (%) = 15,09 CV (%) = 15,28 CV (%) = 17,26 CV (%) = 17,77

3,9 2,9 4,6 4,4 3,8 3,2 4,5 4,7

1,3 4,3 4,7 4,7 5,0 2,9 4,8 4,6

Média = 3,1 Média = 4,6 Média = 3,7 Média = 4,7

Desvio Padrão = 1,35 Desvio Padrão = 0,13 Desvio Padrão = 0,92 Desvio Padrão = 0,13

25SA15

CV (%) = 43,93 CV (%) = 2,82 CV (%) = 24,97 CV (%) = 2,78

4,1 3,9 3,9 3,2 3,9 3,1 3,6 4,5

4,4 4,2 4,0 3,0 3,8 3,5 4,6 4,3

Média = 4,1 Média = 3,5 Média = 3,6 Média = 4,2

Desvio Padrão = 0,20 Desvio Padrão = 0,51 Desvio Padrão = 0,37 Desvio Padrão = 0,43

28SA0

CV (%) = 4,74 CV (%) = 14,43 CV (%) = 10,46 CV (%) = 10,12

2,2 2,0 4,8 5,2 3,2 4,3 4,0 4,5

2,6 2,9 3,4 3,9 3,5 3,9 4,3 3,7

Média = 2,4 Média = 4,3 Média = 3,7 Média = 4,1

Desvio Padrão = 0,43 Desvio Padrão = 0,82 Desvio Padrão = 0,49 Desvio Padrão = 0,32

28SA10

CV (%) = 17,78 CV (%) = 19,14 CV (%) = 13,21 CV (%) = 7,70

150

QUADRO 4. B –ENSAIOS DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL (MPa)

IDADE

TRAÇO

3 DIAS 7 DIAS 28 DIAS 63 DIAS

4,7 4,1 5,3 3,9 4,2 4,7 4,1 4,3

4,8 5,0 3,6 4,6 3,8 3,9 4,4 4,3

Média = 4,9 Média = 4,4 Média = 4,1 Média = 4,3

Desvio Padrão = 0,17 Desvio Padrão = 0,78 Desvio Padrão = 0,38 Desvio Padrão = 0,13

28SA20

CV (%) = 3,51 CV (%) = 17,94 CV (%) = 9,28 CV (%) = 3,08

3,2 3,4 2,3 3,2 3,4 3,2 4,1 4,5

2,7 3,0 4,0 3,6 3,6 3,8 4,2 4,3

Média = 3,1 Média = 3,3 Média = 3,5 Média = 4,3

Desvio Padrão = 0,27 Desvio Padrão = 0,94 Desvio Padrão = 0,26 Desvio Padrão = 0,17

32SA5

CV (%) = 9,01 CV (%) = 22,61 CV (%) = 7,45 CV (%) = 3,99

1,6 1,2 3,4 2,8 4,7 4,1 4,2 3,2

1,4 1,5 4,7 4,1 3,9 3,1 4,6 3,8

Média = 1,4 Média = 3,7 Média = 4,0 Média = 3,9

Desvio Padrão = 0,19 Desvio Padrão = 0,81 Desvio Padrão = 0,64 Desvio Padrão = 0,59

32SA15

CV (%) = 13,14 CV (%) = 21,54 CV (%) = 16,27 CV (%) = 15,02

3,4 3,8 4,0 2,6 3,9 4,3 3,6 3,5

4,6 4,5 3,9 4,2 4,5 4,6 3,5 4,6

Média = 4,1 Média = 3,7 Média = 4,3 Média = 3,8

Desvio Padrão = 0,55 Desvio Padrão = 0,72 Desvio Padrão = 0,31 Desvio Padrão = 0,52

37SA0

CV (%) = 13,51 CV (%) = 19,74 CV (%) = 7,23 CV (%) = 13,73

3,0 3,3 3,2 4,2 5,2 4,4 4,1 4,1

3,1 2,9 3,1 3,4 3,9 4,0 5,0 3,5

Média = 3,1 Média = 3,5 Média = 4,4 Média = 4,2

Desvio Padrão = 0,16 Desvio Padrão = 0,51 Desvio Padrão = 0,56 Desvio Padrão = 0,62

37SA10

CV (%) = 5,18 CV (%) = 14,69 CV (%) = 12,78 CV (%) = 14,75

3,6 3,9 4,7 3,8 4,4 4,2 4,4 4,3

4,7 4,7 3,9 5,2 4,8 4,9 4,2 4,4

Média = 4,2 Média = 4,4 Média = 4,5 Média = 4,3

Desvio Padrão = 0,56 Desvio Padrão = 0,68 Desvio Padrão = 0,35 Desvio Padrão = 0,08

37SA20

CV (%) = 13,28 CV (%) = 15,40 CV (%) = 7,61 CV (%) = 1,77

151

ANEXO C

152

ANÁLISE PETROGRÁFICA DA ROCHA

A análise petrográfica foi realizada no Laboratório de Minerais e Rochas (LAMIR)

da Universidade Federal do Paraná, cujos resultados serão apresentados a seguir.

1. Mineralogia

QUADRO 1. C – MINERALOGIA DA ROCHA

MINERAL COMPOSIÇÃO DA ROCHA (%)

Feldspato Potássico (Ortoclásio) 55

Quartzo 45

Clinopiroxênio (Egirina) traço

Opacos

traço

Argilominerais

traço

Clorita

traço

2. Características Microscópicas

Rocha de coloração cinza, matriz afanítica (minerais de granulação muito fina)

com fenocristal de feldspato potássico (0,1 a 0,2 cm) e quartzo (0,1 cm). A matriz é

constituída principalmente por feldspato potássico e quartzo, além de clinopiroxênio,

opacos, argilominerais e clorita.

O feldspato potássico ocorre como fenocristal de hábito retangular (15%) e

constituinte principal da matriz de granulação fina (40%). Esse material é Euédrico a

subédrico, pouco fraturado. Alguns cristais estão parcialmente e/ou totalmente alterados

para argilominerais.

O quartzo ocorre como fenocristal (15%), sendo o constituinte principal da matriz

de granulação fina (30%). Material Anédrico a subédrico, e pouco fraturado.

Já o clinopiroxênio tem granulação fina, subédrica a anédrica. Encontra-se

parcialmente e/ou totalmente cloritizado.

Os minerais opacos têm granulação fina a média, anédricos a subédricos, e estão

presentes na matriz da rocha. Os argilominerais têm granulação muito fina e são

provenientes da alteração hidrotermal do feldspato potássico.

A Clorita tem granulação fina e constitui o mineral de alteração hidrotermal do

clinopiroxênio.

153

3. Características Macroscópicas

Rocha de textura Fanerítica Inequigranular Porfirítica, com estrutura Isótropa e/ou

maciça caracterizada pela falta de orientação dos minerais constituintes da rocha. Não há

presença de estado microfissural. O grau de alteração é considerado médio, com

argilização do feldspato potássico e cloritização do clinopiroxênio.

As imagens obtidas estão apresentadas na Figura 1. C a seguir:

(a) (b)

FIGURA 1. C – IMAGEM MICROGRÁFICA EM LUZ POLARIZADA – (a) MATRIZ DE GRANULAÇÃO

FINA CONSTITUÍDA PRINCIPALMENTE POR QUARTZO E FELDSPATO POTÁSSICO (b) DETALHE DE

UM FENOCRISTAL RETANGULAR DE FELDSPATO POTÁSSICO EM MEIO A MATRIZ QUARTZO-

FELDSPÁTICA DE GRANULAÇÃO FINA.

154

ANEXO D

155

FIGURA 1. D – MICROGRAFIA E EDS - CONCRETO (A/AGL 0,23; TEOR DE SÍLICA 0%)

FIGURA 2. D – MICROGRAFIA E EDS - CONCRETO (A/AGL 0,23; TEOR DE SÍLICA 0%)

156

FIGURA 3. D – MICROGRAFIA E EDS - CONCRETO (A/AGL 0,28; TEOR DE SÍLICA 10%)

FIGURA 4. D – MICROGRAFIA E EDS - CONCRETO (A/AGL 0,28; TEOR DE SÍLICA 10%)

157

FIGURA 5. D – MICROGRAFIA E EDS - CONCRETO (A/AGL 0,28; TEOR DE SÍLICA 10%)

FIGURA 6. D – MICROGRAFIA E EDS - CONCRETO (A/AGL 0,28; TEOR DE SÍLICA 10%)

158

FIGURA 7. D – EDS - CONCRETO (A/AGL 0,28; TEOR DE SÍLICA 10%)

FIGURA 8. D – MICROGRAFIA E EDS - CONCRETO (A/AGL 0,28; TEOR DE SÍLICA 10%)

159

FIGURA 9. D – MICROGRAFIA E EDS - CONCRETO (A/AGL 0,28; TEOR DE SÍLICA 10%)

FIGURA 12. D – MICROGRAFIA E EDS - CONCRETO (A/AGL 0,32; TEOR DE SÍLICA 15%)

160

FIGURA 13. D – MICROGRAFIA E EDS - CONCRETO (A/AGL 0,37; TEOR DE SÍLICA 0%)

FIGURA 14. D – MICROGRAFIA E EDS - CONCRETO (A/AGL 0,37; TEOR DE SÍLICA 20%)

161

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