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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO
GRANDE DO NORTE
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM
CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS
TESE DE DOUTORADO
CONCRETO CELULAR POLIMÉRICO:
Influência da adição de resíduo de poliéster insaturado termofixo
Guilherme Fábio de Melo
Orientador: Prof. Dr. George Santos Marinho
NATAL - RN
2009
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E
ENGENHARIA DE MATERIAIS
TESE DE DOUTORADO
CONCRETO CELULAR POLIMÉRICO:
Influência da adição de resíduo de poliéster insaturado termofixo
Guilherme Fábio de Melo
Orientador: Prof. Dr. George Santos Marinho
NATAL - RN
2009
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA
E ENGENHARIA DE MATERIAIS
CONCRETO CELULAR POLIMÉRICO:
Influência da adição de resíduo de poliéster insaturado termofixo
Tese apresentada como requisito para
obtenção do título de Doutor em Ciência e
Engenharia de Materiais pela Universidade
Federal do Rio Grande do Norte.
Área de concentração:
Materiais Compósitos e Cerâmicos
Doutorando: Guilherme Fábio de Melo
Orientador: Prof. Dr. George Santos Marinho
NATAL - RN
2009
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
Catalogação da Publicação na Fonte. UFRN / SISBI / Biblioteca Setorial Especializada
Especializada do Centro de Ciências Exatas e da Terra – CCET.
Melo, Guilherme Fábio de.
Concreto celular polimérico: influência na adição de resíduo de poliéster
insaturado termofixo / Guilherme Fábio de Melo. -- Natal, 2009.
100 f. il. :
Orientador: Prof. Dr. George Santos Marinho.
Tese (Doutorado) Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro
de Ciências Exatas e da Terra. Programa de Pós-graduação em Ciência e
Engenharia de Materiais, 2009.
1. Concreto celular polimérico - Tese. 2. Poliéster insaturado termofixo
- Tese. 3. Resíduo industrial - Tese. 4. Cimento Portland - Tese. I. Marinho,
George Santos. II. Título.
CDU: 628.54
RN/UF/BSE-CCET
AGRADECIMENTOS
A Deus pela vida, e por me permitir ser seu instrumento para realizar este trabalho.
Ao professor George Santos Marinho, pela sua orientação.
A meus pais, Melo e Selma, e familiares, pelo amor, compreensão, incentivo e
ensinamentos.
A minha mulher Samantha, por todo amor e paciência e pelos valiosos conselhos.
A meu filho Raphael, pelo amor infinito.
As amigas Marta e Cleide, pela imensa ajuda e orientação durante todo o meu trabalho.
Ao programa de pós-graduação em ciência e engenharia de materiais - PPgCEM da
UFRN.
Ao CNPq, pelo apoio financeiro.
Às empresas Dois A Engenharia e Tecnologia Ltda. e Bonor Indústria de Botões Ltda.,
pelo fornecimento de materiais utilizados nesta pesquisa.
A ISO-BLOK Engenharia e Tecnologia Ltda., pelo apoio.
Aos amigos do laboratório de transferência de calor – LTC, pela amizade e os momentos
de luta e descontração que tivemos durante estes anos.
Agradeço a todos os Obstáculos que apareceram no meio do caminho desse grande
trabalho e que foram vencidos e superados, um a um, para tornar essa conquista maior.
A Todos aqueles que torceram por mim, e de uma forma ou de outra, me ajudaram a chegar
até aqui.
“O merecimento é do homem que se encontra na
arena com o rosto manchado de sangue, suor e
poeira... Que conhece os grandes entusiasmos, as
grandes devoções; que sacrifica a si próprio por
uma causa digna; e que, quando muito,
experimenta no final o triunfo de uma grande
realização; e... se ele fracassa, pelo menos
fracassou ao ousar grandes coisas, e, por isso
mesmo, seu lugar nunca pode ser tomado por essas
almas tímidas e frias que não conhecem nem
vitórias nem derrotas.”
J. F. Kennedy
RESUMO
Neste trabalho é abordada a aplicação da tecnologia dos concretos leves à produção de
elementos construtivos, tais como placas pré-fabricadas para lajes pré-moldadas, painéis
de vedação e peças pré-moldadas, e ao desenvolvimento de um concreto celular com
propriedades especiais de baixa densidade e boa resistência mecânica, em função da
utilização conjunta de resíduo industrial de poliéster insaturado termofixo (PIT) e
espuma biodegradável incorporadora de ar, denominado de “Concreto Celular
Polimérico (CCP)”. O estudo abrangeu diferentes traços dos materiais empregados na
composição do CCP, sendo utilizado um planejamento fatorial 2
3
, para análises dos
processos de dosagem e produção, caracterização das propriedades mecânicas, bem
como análises microestruturais da zona de transição entre o agregado artificial leve
(PIT) e a matriz de cimento. Os resultados dos testes de resistência mecânica foram
analisados utilizando-se uma ferramenta computacional de estatística (Statistica
Software) para compreensão do comportamento e obtenção da concentração ideal de
cada material utilizado na formulação do CCP. A definição da fórmula ideal teve como
finalidade a obtenção de um material com a menor densidade a seco possível e
resistência à compressão que atendesse à norma NBR 12.646/92 (≥ 2,5 MPa aos 28
dias). Na caracterização microestrutural por microscopia eletrônica de varredura,
observou-se a influência dos materiais no processo de hidratação do cimento, onde
constatou-se boa interação entre o resíduo de PIT, cuja face é enrugada, e a pasta de
cimento. A obtenção da formulação de um novo material que atende à norma brasileira,
os resultados experimentais obtidos nas caracterizações e comparação desses resultados
com materiais convencionais, comprovaram que o Concreto Celular Polimérico
desenvolvido é adequado à produção de elementos construtivos que apresentam
vantagens quando aplicados à construção civil.
Palavras chaves: Concreto celular polimérico, poliéster insaturado termofixo, resíduo
industrial, cimento Portland.
ABSTRACT
This work addresses the production of lightweight concrete building elements, such as
plates, prefabricated slabs for pre-molded and panels of fencing, presenting a singular
concrete: the Lightweight Concrete, with special properties such low density and good
strength, by means of the joint use of industrial waste of thermosetting unsaturated
polyesters and biodegradable foaming agent, named Polymeric Lightweight Concrete.
This study covered various features of the materials used in the composition of the
Polymeric Lightweight Concrete, using a planning of factorial design 2
3
, aiming at
studying of the strength, production, dosage processes, characterization of mechanical
properties and microstructural analysis of the transition zone between the light artificial
aggregate and the matrix of cement. The results of the mechanical strength tests were
analyzed using a computational statistics tool (Statistica software) to understand the
behavior and obtain the ideal quantity of each material used in the formula of the
Polymeric Lightweight Concrete. The definition of the ideal formula has the purpose of
obtaining a material with the lowest possible dry density and resistance to compression
in accordance with NBR 12.646/92 (≥ 2.5 MPa after 28 days). In the microstructural
characterization by scanning electron microscopy it was observed an influence of the
materials in the process of cement hydration, showing good interaction between the
wrinkled face of the residue of unsaturated polyesters thermosetting and putty and,
consequently, the final strength. The attaining of an ideal formula, given the Brazilian
standards, the experimental results obtained in the characterization and comparison of
these results with conventional materials, confirmed that the developed Polymeric
Lightweight Concrete is suitable for the production of building elements that are
advantageous for construction.
Key words: Polymeric lightweight concrete, thermosetting unsaturated polyester,
industrial waste, Portland cement.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 12
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ................................................................................... 15
2.1. Concreto Celular ............................................................................................................... 15
2.1.1. Definição ....................................................................................................................... 15
2.1.2. Classificação .................................................................................................................. 16
2.1.3. Histórico ........................................................................................................................ 18
2.1.4. Documentos da ABNT sobre CCE ................................................................................ 19
2.2. Aglomerante ..................................................................................................................... 19
2.2.1. Classificações dos Aglomerantes .................................................................................. 20
2.2.2. Cimento Portland ........................................................................................................... 20
2.2.3. Cal .................................................................................................................................. 20
2.2.3.1. Cal Hidráulica ............................................................................................................. 21
2.3. Agregados ......................................................................................................................... 21
2.3.1. Definição ....................................................................................................................... 22
2.3.2. Classificação .................................................................................................................. 22
2.3.2.1. Segundo a Origem ...................................................................................................... 22
2.3.2.2. Segundo a Dimensão das Partículas ........................................................................... 22
2.3.2.3. Segundo o Peso Específico Aparente ......................................................................... 22
2.4. Argamassa ........................................................................................................................ 23
2.5. Polímero ........................................................................................................................... 24
2.5.1.Poliéster Insaturado Termofixo (PIT) ............................................................................. 24
2.5.2. Fibra de Polipropileno (PP) ........................................................................................... 27
2.6. Compósito ......................................................................................................................... 29
2.7. Reciclagem ....................................................................................................................... 30
3. ESTADO DA TÉCNICA ................................................................................................. 31
3.1. Propriedades do Concreto Celular ou Leve ...................................................................... 31
3.2. Teses e Dissertações sobre Concreto Celular e Concreto Leve........................................ 32
3.3. Publicações sobre Concreto Celular e Concreto Leve Modificado com Adições de
Agregados Leves .............................................................................................................. 35
3.3.1. Adição de Polímero ....................................................................................................... 35
3.3.2. Adição de Argila ............................................................................................................ 39
3.3.3. Adição de Pó de Alumínio ............................................................................................ 40
3.3.4. Adição de Cinza Volante ............................................................................................... 40
4. PROGRAMA EXPERIMENTAL ................................................................................... 41
4.1. Definição dos Traços do CCP .......................................................................................... 41
4.2. Formulação do CCP Utilizando o Planejamento Fatorial 2
3
............................................ 42
4.3. Planejamento Experimental .............................................................................................. 43
4.3.1 Metodologia de Superfície de Resposta ......................................................................... 45
4.3.2 Significância Estatística da Regressão (Teste F) ............................................................ 46
4.4. Preparação do CCP ........................................................................................................... 48
4.4.1. Pesagem ......................................................................................................................... 48
4.4.2. Mistura ........................................................................................................................... 48
4.4.3. Moldagem ...................................................................................................................... 50
4.4.4. Adensamento ................................................................................................................. 50
4.4.5. Cura ............................................................................................................................... 51
4.4.6. Capeamento ................................................................................................................... 51
4.5. Caracterização dos Materiais de Partida ........................................................................... 51
4.5.1. Cimento ......................................................................................................................... 51
4.5.2. Cal .................................................................................................................................. 52
4.5.3. Agregado Miúdo – Areia ............................................................................................... 52
4.5.4. Resíduo - Poliéster Insaturado Termofixo (PIT) ........................................................... 52
4.5.4.1. Análise Granulométrica do Agregado Artificial Leve – PIT ..................................... 52
4.5.4.2. Absorção de Água do PIT .......................................................................................... 52
4.5.4.3. Teor de Material Pulverulento .................................................................................... 53
4.5.4.4. Massa Específica ........................................................................................................ 53
4.5.4.5. Análise Microestrutural .............................................................................................. 53
4.5.5. Fibra de Polipropileno (PP) ........................................................................................... 53
4.5.6. Aditivo Espumígeno Incorporador de Ar ...................................................................... 53
4.5.7. Água .............................................................................................................................. 54
4.6. Métodos de Ensaio para Caracterização do CCP ............................................................. 54
4.6.1. CCP no Estado Fresco ................................................................................................... 55
4.6.1.1. Índice de Consistência – Trabalhabilidade ................................................................. 55
4.6.1.2. Início e Fim de Pega ................................................................................................... 55
4.6.2. CCP no Estado Endurecido ........................................................................................... 55
4.6.2.1. Resistência à Compressão Mecânica .......................................................................... 55
4.6.2.2. Módulo de Elasticidade .............................................................................................. 56
4.6.2.3. Resistência à Tração na Flexão .................................................................................. 56
4.6.2.4. Densidade de Massa Aparente .................................................................................... 56
4.6.2.5. Absorção de Água por Imersão e Índice de Vazios .................................................... 56
4.6.2.6. Absorção de Água por Capilaridade ........................................................................... 57
4.6.2.7. Coeficiente de Permeabilidade ................................................................................... 57
4.6.2.8. Variação dimensional - Retração ................................................................................ 57
4.6.2.9. Propriedades Térmicas ............................................................................................... 57
4.6.2.10. Análise Microestrutural ............................................................................................ 57
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................................... 59
5.1. Caracterização dos Materiais de Partida ........................................................................... 59
5.1.1. Massa Específica e Massa Unitária dos Materiais de Partida ....................................... 59
5.1.2. Caracterização do Agregado Miúdo .............................................................................. 60
5.1.2.1. Granulometria ............................................................................................................. 60
5.1.3. Caracterização do Agregado Artificial Leve – PIT ....................................................... 61
5.1.3.1. Granulometria ............................................................................................................. 61
5.1.3.2. Absorção de Água do PIT .......................................................................................... 61
5.1.3.3. Teor de Material Pulverulento do PIT ........................................................................ 62
5.2. Planejamento Experimental .............................................................................................. 62
5.3. Caracterização do CCP ..................................................................................................... 70
5.3.1. CCP no Estado Fresco ................................................................................................... 70
5.3.1.1. Índice de Consistência – Trabalhabilidade ................................................................. 70
5.3.1.2. Início e Fim de Pega ................................................................................................... 70
5.3.2. CCP no Estado Endurecido ........................................................................................... 71
5.3.2.1. Densidade de Massa Aparente .................................................................................... 71
5.3.2.2. Resistência à Tração na Flexão .................................................................................. 72
5.3.2.3. Módulo de Elasticidade .............................................................................................. 72
5.3.2.4. Absorção de Água por Imersão .................................................................................. 73
5.3.2.5. Índice de Vazios ......................................................................................................... 73
5.3.2.6. Absorção de Água por Capilaridade ........................................................................... 74
5.3.2.7. Permeabilidade ........................................................................................................... 74
5.3.2.8. Variação dimensional – Retração ............................................................................... 75
5.3.2.9. Propriedades Térmicas ............................................................................................... 76
5.3.2.10. Flamabilidade ........................................................................................................... 77
5.4. Análise Microestrutural .................................................................................................... 77
5.4.1. Análise Microestrutural do PIT ..................................................................................... 77
5.4.2. Análise Microestrutural dos CCPs ................................................................................ 78
5.5. Viabilidade Financeira ...................................................................................................... 81
6. CONCLUSÕES .................................................................................................................. 82
6.1. Caracterização das Propriedades dos CCPs...................................................................... 82
CONTRIBUIÇÃO ORIGINAL PARA O CONHECIMENTO ........................................ 85
SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ............................................................... 85
REFERÊNCIAS .................................................................................................................... 87
ANEXOS ................................................................................................................................ 96
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 – Classificação do concreto celular. .................................................................................. 16
Figura 2.2 – Resíduo de PIT. ............................................................................................................... 24
Figura 2.3 – Fórmula química para obtenção do poliéster. ................................................................. 25
Figura 2.4 – Estrutura química do polipropileno. ............................................................................... 29
Figura 3.1 – Modelo da formação da matriz de cimento-polímero (Ohama, 1998). .......................... 36
Figura 4.1 – Diagrama esquemático do procedimento experimental. ................................................. 47
Figura 5.1 – Curva granulométrica da areia utilizada ......................................................................... 61
Figura 5.2 – Gráfico de Pareto do CCP 400. ....................................................................................... 64
Figura 5.3 – Gráfico superfície de resposta do PIT x Cal - CCP 400. ................................................ 65
Figura 5.4 – Gráfico superfície de resposta do PIT x Areia - CCP 400. ............................................. 65
Figura 5.5 – Gráfico superfície de resposta da Cal x Areia - CCP 400. ............................................. 66
Figura 5.6 – Gráfico de Pareto do CCP 600. ....................................................................................... 66
Figura 5.7 – Gráfico superfície de resposta do PIT x Areia - CCP 600. ............................................. 67
Figura 5.8 – Gráfico superfície de resposta do PIT x Cal - CCP 600. ................................................ 67
Figura 5.9 – Gráfico superfície de resposta da Cal x Areia - CCP 600. ............................................. 68
Figura 5.10 – Relação entre as respostas previstas pelo modelo e as observadas com os corpos de
prova. ........................................................................................................................... 69
Figura 5.11 – Micrografia do resíduo de PIT, 5000x. ......................................................................... 77
Figura 5.12 – Micrografia do CCE sem PIT e com fibra de polipropileno, (a) 48x e (b) 1000x. ....... 78
Figura 5.13 – Micrografia do CCP 400 com o resíduo de PIT, (a) 51x e (b) 200x. ........................... 78
Figura 5.14 – Micrografia do CCP 400 com o resíduo de PIT, (a) 500x e (b) 2000x. ....................... 79
Figura 5.15 – Micrografia do CCP 400 com PIT e cal, (a) 500x e (b) 2000x. .................................... 79
Figura 5.16 – Micrografia do CCP 400 com PIT e fibra de polipropileno, (a) 54x e (b) 1000x. ....... 80
Figura 5.17 – Micrografia do CCP 600 com PIT e areia, (a) 50x e (b) 1000x. .................................. 81
Figura 5.18 – Micrografia do cimento, com PIT, cal, areia e fibra, (a) 500x e (b) 1000x. ................. 81
ÍNDICE DAS TABELAS
Tabela 4.1 – Quantidade de material especificado pelo fabricante Neopor® 600. ............................. 41
Tabela 4.2 – Formulações para obtenção da fórmula ideal do CCP. .................................................. 43
Tabela 4.3 – Valores para os níveis escolhidos. .................................................................................. 44
Tabela 4.4 – Matriz do planejamento experimental. ........................................................................... 44
Tabela 4.5 – Tabela de análise de variância para o ajuste de um modelo linear nos parâmetros
pelo método dos mínimos quadrados. ............................................................................ 45
Tabela 4.6 – Traços e dosagens do concreto celular polimérico – CCP. ............................................ 49
Tabela 5.1 – Massas dos materiais de partida. .................................................................................... 59
Tabela 5.2 – Análises de distribuição granulométrica da areia. .......................................................... 60
Tabela 5.3 – Análise de distribuição granulométrica do resíduo de PIT. ........................................... 61
Tabela 5.4 – Absorção de água do PIT. .............................................................................................. 62
Tabela 5.5 – Teor de material pulverulento do PIT. ........................................................................... 62
Tabela 5.6 – Resultados obtidos a partir do planejamento fatorial 23 para a resistência à
compressão do CCP. ...................................................................................................... 63
Tabela 5.7 – Análise de variância (ANOVA) para o modelo ............................................................. 69
Tabela 5.8 – Consistências dos CCPs. ................................................................................................ 70
Tabela 5.9 – Início e fim de pega do CCP. ......................................................................................... 71
Tabela 5.10 – Densidade aparente do CCP e materiais correlatos. ..................................................... 71
Tabela 5.11 – Resistência à tração na flexão do CCP. ........................................................................ 72
Tabela 5.12 – Módulo de elasticidade do CCP. .................................................................................. 72
Tabela 5.13 – Absorção de água por imersão do CCP. ....................................................................... 73
Tabela 5.14 – Índice de vazios do CCP. ............................................................................................. 73
Tabela 5.15 – Absorção de água por capilaridade do CCP. ................................................................ 74
Tabela 5.16 – Permeabilidade do CCP. ............................................................................................... 74
Tabela 5.17 – Retração do CCP. ......................................................................................................... 75
Tabela 5.18 – Propriedades térmicas do CCP. .................................................................................... 76
Tabela 5.19 – Composição das amostras analisadas pelo MEV. ........................................................ 77
ABREVIATURAS
ABCP – Associação Brasileira de Cimento Portland
ABIEF – Associação Brasileira da Indústria de Embalagens Plásticas Flexíveis
ABIPET – Associação Brasileira da Indústria PET
ABMACO – Associação Brasileira de Materiais Compósitos
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ACI – American Concrete Institute
ASTM – American Standard Test Method
CAD – Concreto de Alto de Desempenho
CCA – Concreto Celular Autoclavado
CCE – Concreto Celular Espumoso
CCET – Centro de Ciências Exatas e da Terra
CCP – Concreto Celular Polimérico
CLAD – Concretos Leves de Alto Desempenho
CLE – Concretos Leves Estruturais
CNI –
Confederação Nacional da Indústria
EPA – Environmental Protection Agency
EPS – Poliestireno Expandido
IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas
PIT – Poliéster Insaturado Termofixo
PLASTIVIDA – Instituto Sócio-Ambiental dos Plásticos
SENAI –
Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial
SINDICER – Sindicato Industrial de Cerâmica
SINDUSCON – Sindicato da Indústria da Construção Civil
TGA – Análise Termogravimétrica
LISTA DE SÍMBOLOS E UNIDADES
Θ - teta (letra grega)
ºC - graus Celsius
Å - Angstroms
a/c - relação água / cimento
CP II - Z - Cimento Portland composto com pozolana
Hrs - horas
kg/m
3
- quilograma por metro cúbico
kg-habitante/ano - quilograma-habitante por ano
MPa - Mega Pascal. Unidade de tensão.
µm - mícron
mm - milímetro
mm/µm - milímetro por mícron
mm/min - milímetro por minuto
m/mês - metro por mês
ton - tonelada
ton/mês - tonelada por mês
ton/m
3
- tonelada por metro cúbico
Mton/ano - milhões de toneladas por ano
unid/mês - unidade por mês
Capítulo 1 – Introdução Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
12
1. INTRODUÇÃO
Desde a sua invenção, em meados do século XIX, a tecnologia do concreto teve grande
desenvolvimento, devido principalmente à evolução das técnicas de produção, a evolução da
instrumentação e ao desenvolvimento de novos materiais, dentre os quais destacam-se aditivos
redutores de água e minerais, que promoveram melhorias na resistência mecânica e durabilidade
dos concretos. Técnicas de análise microestruturais, com aparelhos sofisticados, como a
microscopia eletrônica de varredura e de transmissão, permitiram aprofundar o conhecimento
interfacial dos materiais e seus comportamentos.
Os estudos dos concretos podem ser classificados em duas linhas de pesquisa: os
“concretos de alto desempenho - CAD”, cuja resistência à compressão chega a mais de 100 MPa
aos 28 dias, e os “concretos leves estruturais - CLE”. A união das vantagens desses concretos
resultou em um novo objeto de estudo, os “concretos leves de alto desempenho - CLAD”.
Segundo Alduaij et al. (1999) e Haque e Al-khaiat (1999), existe uma tendência mundial,
baseada em critérios econômicos e técnicos, favorável ao uso do CLAD para fins estruturais e de
vedação na construção civil, especialmente com a utilização da tecnologia dos pré-fabricados.
Dentre os concretos leves, com massa específica entre 400 e 1800 kg/m³, destaca-se no
contexto deste trabalho o “concreto celular espumoso - CCE”, um concreto leve obtido pela
adição de um agente incorporador de ar (espuma) à argamassa de cimento. O CCE possibilita a
redução da massa específica do concreto, com a manutenção da resistência mecânica,
propiciando a redução do peso próprio e das cargas atuantes na fundação, com conseqüente
redução do custo final da obra (BERNER, 1991; ZHANG e GJöRV, 1991a; BREMNER e
HOLM, 1994; VIEIRA e GONÇALVES, 2000; ROSSIGNOLO et al, 2001).
O concreto é fonte de muitas pesquisas em todo o mundo, e estudos sobre a utilização de
algum tipo de polímero termoplástico nos concretos leve e convencional foram encontrados na
literatura científica. Contudo, a utilização de um polímero do tipo termofixo no concreto celular
é um assunto que não havia sido explorado.
Um grande problema da sociedade moderna é o crescimento acelerado do consumo de
produtos industrializados, gerando um aumento excessivo de resíduo e sua disposição em lugares
inadequados. Esse é o caso vivido hoje pela indústria de botões, que enfrenta um grave problema
em sua cadeia produtiva: em torno de 55% da matéria prima é perdida durante o processo de
produção, o que representa apenas no Rio Grande do Norte cerca de 15 a 20 toneladas de resíduo
Capítulo 1 – Introdução Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
13
de poliéster descartados por mês, que têm de ser transportados para um aterro sanitário,
originando uma diversidade de problemas e custos.
O resíduo de “poliéster insaturado termofixo - PIT”, resultante da usinagem dos botões, é
inconveniente ao ambiente e ainda não existe uma alternativa segura para sua destinação final,
pois não há condições imediatas de reaplicação ou reaproveitamento, seja no próprio processo
produtivo ou em outras alternativas. O que se procede é simplesmente a estocagem para posterior
identificação de uma solução técnica e economicamente viável.
A aplicação de resíduos de PIT, proveniente da indústria de botões como carga para
produção de compósitos, é uma idéia que visa buscar alternativas adequadas ao seu
reaproveitamento como matéria prima para o desenvolvimento de elementos construtivos com
propriedades superiores àquelas dos produtos convencionais. Nesse contexto, no presente
trabalho propõe-se o reaproveitamento desse tipo de resíduo como matéria prima para a indústria
da construção civil, na forma de um material original e viável sob os pontos de vista técnico,
ambiental e econômico, originando um concreto leve, denominado “concreto celular polimérico -
CCP”, como será apresentado nos itens a seguir:
¾ Contribuição tecnológica: o CCP é um compósito com carga de PIT, que possui massa
específica inferior ao concreto convencional e resistência mecânica à compressão que
atende à norma NBR 12.646/1992.
¾ Contribuição ambiental: o CCP é um veículo para a redução do impacto ambiental, não
só pela reutilização de um resíduo, como também pela redução no consumo dos recursos
naturais, uma vez que o resíduo substitui parte do cimento empregado na composição do
produto final.
¾ Contribuição econômica: o CCP substitui com vantagens econômicas os elementos
convencionais utilizados para preenchimento de lajes pré-moldadas e treliçadas, em
particular o bloco cerâmico e o bloco de poliestireno expandido - EPS.
No presente estudo propõe-se a utilização do resíduo de poliéster insaturado termofixo
como carga na produção de concreto celular espumoso, originando um novo material, o concreto
celular polimérico.
Estudaram-se, ainda, as implicações da utilização do agregado artificial leve de PIT nas
propriedades do CCP.
Por meio desta pesquisa, pretende-se disponibilizar ao setor de construção civil, um novo
material ecoeficiente, com características e propriedades diferenciadas daquelas apresentadas por
materiais convencionais, como resistência mecânica, densidade, absorção, impermeabilidade,
Capítulo 1 – Introdução Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
14
durabilidade, isolamento térmico e baixo custo, utilizando materiais residuais. Dentre as
aplicações desse novo material compósito, estão elementos pré-fabricados, tais como: blocos
para lajes pré-moldadas e painéis de vedação. Assim será possível substituir o material
encontrado atualmente no mercado regional, de alto valor comercial e grande impacto ambiental.
São objetivos específicos desta pesquisa:
¾ Realizar planejamento experimental, com tratamento estatístico, para obtenção da
quantidade ideal de cada um dos materiais na fórmula do concreto celular polimérico,
com base nos resultados do teste de resistência à compressão;
¾ Especificar, caracterizar e estudar o comportamento entre os materiais empregados na
fórmula do concreto celular polimérico;
¾ Determinar as propriedades mecânicas do concreto celular polimérico, e que atinja
resistência à compressão de 2,5 MPa aos 28 dias (NBR 12.646/1992);
¾ Analisar a microestrutura da zona de transição interfacial entre a matriz de cimento e o
agregado de poliéster; e
¾ Avaliar o desempenho térmico do concreto celular polimérico.
Capítulo 2 – Fundamentação Teórica Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
15
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Os concretos leves e celulares são diferenciados dos concretos convencionais pela
redução da massa específica e alterações das propriedades térmicas e acústicas. Entretanto, essas
não são as únicas características importantes que justificam a atenção especial aos concretos
celulares. A utilização de agregados leves também ocasiona mudanças significativas em outras
importantes propriedades dos concretos, como trabalhabilidade, resistência mecânica, módulo de
deformação, retração e fluência, além da redução da espessura da zona de transição entre o
agregado e a matriz de cimento.
2.1. Concreto Celular
Utiliza-se usualmente a designação de concreto celular ou concreto leve para identificar
concretos com estrutura porosa, geralmente à base de ligantes hidráulicos, com massa específica
inferior à dos concretos tradicionais, que podem ser obtidos mediante o emprego de agregados
leves e incorporação de ar.
2.1.1. Definição
Segundo Ferreira (1986), o concreto celular é um tipo de concreto leve que resulta da
pega de uma mistura composta de aglomerantes e agregados finos, que sofre tratamentos
mecânicos, físicos ou químicos destinados a criar na sua massa uma alta porcentagem de poros
esféricos, de dimensão regular e milimétrica, uniformemente distribuídos, que permanecem
estáveis, incomunicáveis e indeformáveis durante todo o processo, resultando numa massa
específica aparente seca superior a 400 kg/m³ e inferior a 1.800 kg/m³. Já Legatski (1994)
estabelece um limite entre 320 kg/m³ e 1.920 kg/m³, enquanto Valore (1954) admite uma faixa
de 160 kg/m³ a 1.600 kg/m³. Os diferentes valores de massa específica, de maneira simplificada,
são obtidos pela maior ou menor incorporação de ar na mistura.
Por possuir baixo peso específico, o concreto celular pode ser produzido em condições
operacionais elementares, não necessitando de equipamentos especiais (exceto pelo gerador de
espuma) ou mão de obra especializada, é autonivelante, não tem necessidade de vibração e a cura
é feita em condições atmosféricas normais (TEIXEIRA, 1992).
Nos últimos anos, o concreto leve com adição de espuma, ou concreto celular espumoso,
vem sendo utilizado no Brasil na produção de vedações verticais, como resultado de buscas de
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Capítulo 2 – Fundamentação Teórica Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
17
Um exemplo de concreto celular espumoso formado por agente químico é o concreto
celular autoclavado - CCA, obtido por processo industrial, com a mistura de cimento, cal, areia e
outros materiais silicosos, aos quais adiciona-se alumínio em pó. A autoclavagem é a etapa mais
importante do processo de fabricação. O procedimento consiste na cura a vapor, sob pressão de
10 atmosferas e temperatura de 180ºC, em forno especial, para acelerar a hidratação do concreto
e propiciar uma segunda reação química, que dá ao CCA sua força, rigidez e estabilidade
dimensional.
Os concretos celulares gerados por agentes espumígenos podem incorporar as bolhas de
ar de duas formas:
1 – Espuma pré-formada, com características controladas e geradas em
equipamentos específicos e introduzida após o preparo da argamassa, e
2 – Espuma gerada por ação mecânica, com o agente espumígeno já diluído em
água e misturado às matérias primas no interior do aparelho misturador, onde, durante a
operação, a espuma é gerada pela velocidade do equipamento.
O processo de geração de espuma em equipamentos específicos permite um controle
preciso da qualidade da mesma, refletindo no produto final. A quantidade de ar incorporado à
mistura final influencia diretamente na leveza do produto, mas também interfere em outras
propriedades do material, como a resistência mecânica e seu desempenho como isolante térmico
e acústico.
O espumígeno ou aditivo incorporador de ar é encontrado no mercado por diferentes
fabricantes. Existem os fabricados a partir de sangue de animal, os sintéticos, à base de silicone,
P.V.A. (acetato de polivinila), álcoóis naturais, sulfatos, dentre outros. Um bom aditivo gera uma
espuma com capacidade de resistir às múltiplas forças sofridas durante a mistura, que são da
ordem de 10 kg/cm
2
.
Nesta pesquisa, para produção do concreto aerado empregou-se um agente espumígeno
preparado a partir de uma composição estável pré-formada, caracterizado por uma forte tensão
superficial das microbolhas, impedindo-as de se unirem, mesmo quando sujeitas à pressão
decorrente da mistura com o cimento. O agente espumígeno empregado foi o Neopor® 600. A
solução empregada é transformada em espuma estável e homogênea, com auxílio de uma
máquina geradora de espuma, dotada de um motor elétrico que faz funcionar uma bomba d’água
e um compressor de ar.
Capítulo 2 – Fundamentação Teórica Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
18
2.1.3. Histórico
Segundo Teixeira (1992), os primeiros registros de utilização do concreto leve foram
relativos aos edifícios construídos com misturas de rochas vulcânicas e argila, no século II
(d.C.). Uma vez que os agregados leves naturais estavam restritos a determinadas regiões, sua
aplicação foi bastante limitada, surgindo então os concretos sem finos, a utilização dos seixos e
pedras britadas e, nas primeiras décadas do século XX, os processos artificiais para gerar
porosidade: a fabricação de agregados leves artificiais e a adição de agentes incorporadores de ar
ou de espuma.
Sabe-se também que os romanos utilizavam frequentemente um tipo de concreto leve na
sua construção: é o caso da cúpula de 44 metros de diâmetro do Panteão, em Roma, construída
no século II (d.C.). A obra consiste em grande parte de concreto à base de pedra-pomes (rocha
vulcânica) como agregado, o qual possui o ar encapsulado por meios naturais (LIGHTWEIGHT
CONCRETE, 1963).
As primeiras aplicações comerciais do concreto celular datam ainda da década de 1930.
Atualmente, é largamente aplicado como isolante acústico em pisos, no preenchimento de lajes
não portantes, isolamento de coberturas, enchimento de revestimento de túneis e cabeceiras de
pontes, dentre outros.
“Nos Estados Unidos, os estudos sobre concreto de cimento e polímero foram iniciados
em 1952, e a primeira aplicação prática foi na restauração do tabuleiro de concreto da ponte
Cheyboygan, Michigan, em 1959, e que ainda hoje apresenta boas condições de utilização”
(TEZUKA, 1988).
Legatski (1994) destacou os exemplos de utilização do concreto celular como isolante
acústico, superfície cortafogo, enchimento de lajes com rebaixos, reabilitação de pisos em
construções antigas, camadas de regularização de lajes de impermeabilizações, bases de pistas de
autoestrada, aeroportos e estradas de ferro, e até como solução alternativa na área geotécnica,
substituindo e/ou reforçando solos pobres. Afirmou também que os principais fatores que afetam
a resistência à compressão do concreto celular são: massa específica, consumo de cimento,
consumo total de água (líquido + espuma), tipo e quantidade de agregado, aditivo e condição de
cura.
Ferreira (1986) divide as aplicações do material em concretagem in loco e produtos pré-
moldados, como blocos e placas divisórias. Como exemplo de aplicação do primeiro caso, além
dos já citados, ressalta-se a propriedade de absorção de energia mecânica (ao choque), sendo
Capítulo 2 – Fundamentação Teórica Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
19
utilizado como assentamento de tubulações subterrâneas e grouteamento de túneis subterrâneos;
e a propriedade de isolação térmica no uso como revestimento em tanques armazenadores de
gasolina, gás natural liquefeito, produtos químicos, frigoríficos e fornos de alta temperatura.
A partir dos anos 70, com o rápido aprimoramento da tecnologia dos concretos e o
desenvolvimento de novos materiais componentes, tornou-se mais fácil a obtenção de concretos
com alta resistência mecânica e alta durabilidade. Esses desenvolvimentos também foram
aplicados nos concretos leves, aumentando, ainda mais, o potencial de utilização desse material
na construção civil. Alguns estudos recentes apresentam concretos leves com resistência à
compressão superior a 100 MPa, com massa específica em torno de 1.750 kg/m
3
(fator de
eficiência igual a 57 MPa.dm
3
/kg) (ZHANG e GJÖRV, 1991a).
Na década de 90, Teixeira (1992) avaliou o CCE como material viável, já que suas
características físicas e mecânicas podem ser controladas através de sua massa específica no
estado plástico ou endurecido. Além das vantagens de isolamento térmico, acústico e de
incombustibilidade, atendendo as condicionantes técnicas do processo, apresenta elevada
trabalhabilidade com tempos de desfôrma reduzido.
2.1.4. Documentos da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) sobre Concreto
Celular Espumoso - CCE
A produção e controle de qualidade do concreto celular espumoso são regidos pelas
seguintes Normas Brasileiras:
¾ NBR 12.644 - junho/1992: Concreto Celular Espumoso - Determinação da
Densidade de Massa Aparente no Estado Fresco;
¾ NBR 12.645 - junho/1992: Execução de Paredes em Concreto Celular Espumoso
Moldadas no Local; e
¾ NBR 12.646 - junho/1992: Paredes de Concreto Celular Espumoso Moldadas no
Local.
A resistência aos 28 dias deve atender ao mínimo de 2,5 MPa, com uma densidade em
torno dos 1.500 kg/m³. O agregado utilizado no concreto celular atende ao disposto na NBR
7211 - Agregados para Concreto - Especificação.
2.2. Aglomerante
Aglomerante é o material ativo, ligante, em geral pulverulento, cuja principal função é formar
uma pasta que promove a união entre os grãos do agregado com o aumento de sua resistência
Capítulo 2 – Fundamentação Teórica Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
20
mecânica.
No processo de aumento da resistência do aglomerante ocorre a pega, que é o momento
da perda de fluidez da pasta. Ao se adicionar, por exemplo, água a um aglomerante hidráulico,
depois de certo tempo começam a ocorrer reações químicas de hidratação, que dão origem à
formação de compostos, que aos poucos vão fazendo com que a pasta perca sua fluidez, até que
deixe de ser deformável e se torne-se rígida.
2.2.1. Classificações dos Aglomerantes
Quanto à aplicação, os aglomerantes podem ser classificados em três categorias:
¾ Pasta ou Nata: é o cimento misturado apenas com água.
¾ Argamassa: é a pasta misturada com agregado miúdo, no caso a areia, cujos grãos
possuem diâmetro menor que 0,5 cm.
¾ Concreto: é a argamassa acrescentada do agregado graúdo, com diâmetro maior
que 0,5 cm, conhecida por brita.
Os aglomerantes podem ainda ser classificados quanto ao seu princípio ativo, em:
¾ Aéreos: são os aglomerantes que endurecem pela ação química do CO
2
no ar,
como por exemplo, a cal aérea.
¾ Hidráulicos: são os aglomerantes que endurecem pela ação exclusiva da água,
como por exemplo, a cal hidráulica, o cimento Portland, etc. Este fenômeno
recebe o nome de hidratação.
¾ Poliméricos: são os aglomerantes que tem reação devido à polimerização de uma
matriz.
2.2.2. Cimento Portland
O cimento Portland é constituído fundamentalmente por cal (CaO), sílica (SiO
2
), alumina
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3
), óxido de ferro (Fe
2
O
3
), certa proporção de magnésia (MgO) e pequena porcentagem de
anidrido sulfúrico (SO
3
), que é adicionado após a calcinação para retardar o tempo de pega do
cimento. Tem ainda como constituintes menores: impurezas, óxido de sódio (Na
2
O), óxido de
potássio (K
2
O), óxido de titânio (TiO
2
) e outras substâncias de menor importância. Os óxidos de
potássio e sódio constituem os denominados álcalis do cimento (BAUER, 1995).
2.2.3. Cal
Pela multiplicidade de suas aplicações, a cal está entre os dez produtos de origem mineral
Capítulo 2 – Fundamentação Teórica Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
21
de maior consumo mundial. O produto ganha, ainda, maior expressão quando se conhece o
amplo leque de setores industriais e sociais que dele se utilizam, graças à sua dupla capacidade –
reagente químico e aglomerante-ligante.
2.2.3.2. Cal Hidratada
Cal hidratada é um produto manufaturado que sofreu em usina o processo de hidratação.
É apresentada como um produto seco, na forma de um pó branco de elevada finura e oferece
sobre a cal virgem algumas vantagens, entre elas:
¾ Maior facilidade de manuseio, por ser um produto pronto, eliminando do canteiro
de obras a operação de extinção;
¾ Maior facilidade de transporte e armazenamento.
A cal hidratada é um dos principais elementos das argamassas porque promove uma série
de benefícios para a edificação. Suas partículas muito finas, ao serem misturadas com água,
funcionam como verdadeiro lubrificante, reduzindo o atrito entre os grãos de areia. Os resultados
são: melhor trabalhabilidade (ou liga), boa aderência e maior rendimento da mão-de-obra. Além
disso, a capacidade de reter água em torno de suas partículas permite boa combinação com o
cimento.
Por ser um produto alcalino, a cal hidratada impede a oxidação das ferragens; atua como
agente bactericida e fungicida; evita que se formem manchas e apodrecimento precoce dos
revestimentos; proporciona economia de tinta, pois permite acabamento mais liso e de cor clara;
e é compatível com qualquer tipo de tinta e outros acabamentos, como fórmica, lambris, papéis
de parede, se respeitado o tempo mínimo de cura de 28 dias.
2.3. Agregados
Os concretos são materiais heterogêneos e suas propriedades dependem, essencialmente,
das propriedades individuais de cada componente e da compatibilidade entre eles. As principais
propriedades dos concretos, influenciadas pela substituição dos agregados tradicionais por
agregados leves, são: massa específica, trabalhabilidade, resistência mecânica, módulo de
elasticidade, propriedades térmicas, retração, fluência e espessura da zona de transição entre o
agregado e a matriz de cimento (ROSSIGNOLO, 2003).
Para dosagem e produção adequada dos concretos celulares, mostra-se fundamental o
conhecimento das propriedades dos agregados leves utilizados, que podem variar
significativamente, em função da matéria prima utilizada e do processo de fabricação. Por isso,
Capítulo 2 – Fundamentação Teórica Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
22
em seguida, apresentam-se informações sobre as características e as propriedades dos agregados
leves, utilizados na produção dos concretos celulares.
E a areia, normalmente usada como agregado miúdo, é resultante da desintegração
natural e da abrasão de rochas ou processamento de rochas arenosas fiáveis (MEHTA e
MONTEIRO, 1994)
2.3.1. Definição
Agregados são materiais particulados ou granulares, de atividade química praticamente
nula e partículas com extensa gama de tamanhos.
2.3.2. Classificação
Os agregados podem ser classificados segundo: origem; dimensões das partículas; e peso
específico aparente.
2.3.2.1. Segundo a Origem
¾ Agregados naturais: obtidos através da extração direta em jazidas, onde
encontram-se em forma particulada. Ex.: areia, cascalho, pedra pomes e escórias
vulcânicas.
¾ Agregados artificiais: obtidos pelo britamento de rochas e não relacionam-se com
o material em si. Ex.: pedrisco e pedra britada.
¾ Agregados industrializados: obtidos em processos industriais. Ex.: argila
expandida, escória de alto-forno e vermiculita.
2.3.2.2. Segundo a Dimensão das Partículas
¾ Agregado miúdo: areia de origem natural ou resultante do britamento de rochas
estáveis, ou da mistura de ambas, cujos grãos passam pela peneira ABNT 4,8 mm
e ficam retidos na peneira de 0,075 mm.
¾ Agregado graúdo: pedregulho natural, ou a pedra britada proveniente do
britamento de rochas estáveis, ou a mistura de ambos, cujos grãos passam pela
peneira de 152 mm e ficam retidos na peneira 4,8 mm.
2.3.2.3. Segundo o Peso Específico Aparente
São classificados conforme a densidade do material que constitui as suas partículas em:
Capítulo 2 – Fundamentação Teórica Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
23
¾ Leves: com massa unitária menor que 2.000 kg/m
3
. Ex.: argila expandida, escória
granulada e vermiculita.
¾ Médios: com massa unitária entre 2.000 e 3.000 kg/m
3
. Ex.: calcário, areia,
cascalho, granito e arenito.
¾ Pesados: com massa unitária acima de 3.000 kg/m
3
. Ex.: barita, hematita e
magnetita.
2.4. Argamassa
Com registros de seu uso no Egito Antigo para unir e revestir as alvenarias, as
argamassas são materiais de construção constituídos por uma mistura íntima de um ou mais
aglomerantes, agregado miúdo e água. Além destes componentes essenciais, podem ainda serem
adicionados produtos especiais, com a finalidade de melhorar ou conferir determinadas
propriedades ao conjunto.
Argamassa é uma mistura de cimento, areia e água. É essencialmente um concreto sem
agregado graúdo. A argamassa refere-se também a um concreto projetado, transportado
pneumaticamente através de uma mangueira, e projetado sobre uma superfície, a uma alta
velocidade ou em uma fissura, a uma alta pressão (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
Define-se uma argamassa modificada por polímeros - AMP como uma mistura na qual o
polímero é o ingrediente efetivo na alteração e aprimoramento de suas propriedades; resistência,
capacidade de deformação, adesão, permeabilidade e durabilidade. Quando comparadas às
argamassas comuns, a AMP depende muito mais da composição do polímero e proporção
polímero-cimento do que da relação água-cimento. (OHAMA, 1998).
As argamassas são muito empregadas em construção: no assentamento de pedras, tijolos
e blocos nas alvenarias, onde favorecem a distribuição dos esforços; nos trabalhos de
acabamento como emboço e reboco; nos acabamentos de tetos e pisos; nos reparos de obras de
concreto; nas injeções de fissuras de estruturas, etc. (PETRUCCI, 1976).
Durante exposições às adversidades climáticas, incluindo congelamento e carbonatação,
as argamassas modificadas com látexes têm demonstrado resistência superior às argamassas
convencionais (OHAMA, 1998).
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2.5. Po
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Capítulo 2 – Fundamentação Teórica Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
26
estado sólido, assumindo uma estrutura termofixa irreversível. Pode ser utilizado com ou sem
reforço. Uma vez reforçado, transforma-se em um plástico com ótimas propriedades físico-
mecânicas, substituindo, muitas vezes, materiais como ferro, aço e concreto. As matérias primas
para sua obtenção são: glicóis, ácidos saturados ou insaturados, monômeros bifuncionais e
inibidores (MICHAELI, 1995).
Glicóis são compostos orgânicos contendo dois grupos de moléculas OH, assemelham-se
à água pela limpidez, por serem incolores e sem odor. Porém, são mais pesados e mais viscosos
do que a água, a uma mesma temperatura, e seu ponto de ebulição é mais elevado (KAPLAN,
1998).
Ácidos saturados, além de determinar o grau de espaçamento ou contração das moléculas
de ácidos insaturados ao longo da cadeia, determinam também o tipo de resina. Os mais comuns
são o ácido ortoftálico e o isoftálico, que constituem isômeros do orto; dependendo do ácido
utilizado, obtém-se um tipo de resina. A resistência química de um poliéster depende do seu peso
molecular, do índice de acidez, da quantidade de grupos ésteres formados e da densidade das
ligações cruzadas (GUEDES, 1986).
Ácidos insaturados são utilizados para fornecer as insaturações ao polímero, sem as quais
não há formação do retículo tridimensional (cross-linking), que é o que caracteriza uma resina
poliéster insaturada. O mais empregado é o ácido maléico e seu isômero, o ácido fumárico; são
utilizados nas formas anidras, que apresentam ponto de fusão mais baixo e liberam menos água
de condensação, determinando uma reação rápida. O ácido maléico pode ser obtido pela
oxidação catalítica do benzeno ou pela oxidação em fase de vapor do butileno (GUEDES, 1986).
Monômeros são utilizados insaturados e bifuncionais para copolimerização com os
pontos de insaturação presentes na cadeia linear do poliéster, formando uma ponte entre as
mesmas. Porém, antes desta interligação ou cura, o monômero tem a função de solvente, fator
que determina a redução da viscosidade. O mais utilizado é o monômero de estireno, ou vinil
benzeno, por razões técnicas e econômicas (RODRIGUEZ, 1996).
Inibidores são substâncias que reagem com os radicais livres, neutralizando-os e
impedindo a gelificação prematura da resina reativa. O estireno é acrescentado somente após o
inibidor. A cura do poliéster inicia-se na presença de radicais livres. O mecanismo de proteção
de inibidores consiste na absorção desses radicais, impedindo a propagação da reação de cura,
pois todo radical livre será neutralizado pelo inibidor. Quando são adicionados catalisadores na
resina e sendo grande o número de radicais inibidores, o catalisador irá neutralizar o inibidor,
permitindo que a reação de cura se processe normalmente (KAPLAN, 1998).
Capítulo 2 – Fundamentação Teórica Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
27
O monoetilenoglicol ou simplesmente MEG (CH2-OH-CH2-OH) é a matéria prima
utilizada na síntese do poliéster. É um líquido límpido, incolor, higroscópico, completamente
miscível com água e com a maioria dos solventes orgânicos. Combina-se melhor com o álcool
etílico, por possuir menor pressão de vapor, e com a glicerina, por ter densidade e viscosidade
menores. Suas características físico-químicas são: ponto de fusão = - 15,6 ºC; ponto de fulgor =
116 ºC; e peso molecular = 62,07. Devido à sua higroscopicidade, é utilizado como agente
umectante e plastificante em vários setores da indústria (STRONG, 1996).
Dentre os polímeros recicláveis, o poliéster (C
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resíduos sólidos urbanos no Brasil (Associação Brasileira da Indústria de Embalagens Plásticas
Flexíveis – ABIEF, 2008), sendo aplicado, principalmente, na fabricação de garrafas de
refrigerantes, conhecidas como PET (politereftalato de etileno). Seu consumo nacional vem
aumentando em torno de 10% ao ano (Associação Brasileira da Indústria PET – ABIPET, 2008),
assim como a sua reciclagem.
O resíduo de poliéster termofixo, adicionado à fórmula do concreto celular polimérico
analisado no presente trabalho, comporta-se como um agregado artificial leve. Trata-se de um
resíduo industrial difícil de ser reciclado por ser termofixo e não é absorvido pelo ambiente,
constituindo-se em um contaminante do ecossistema. Outro fator importante sobre os polímeros
plásticos é a proibição, regulamentada por órgãos governamentais, da sua reutilização em
embalagens para produtos alimentícios, devido à perda de algumas propriedades quando
submetido ao processo de reciclagem. Assim, sua reutilização é direcionada a outros setores que
não o alimentício, mas com grande potencial para novas aplicações, como é o caso aqui descrito.
2.5.2. Fibra de Polipropileno (PP)
O polipropileno é uma resina pertencente ao grupo das poliolefinas, que inclui os
polietilenos e polibutenos, com ampla faixa de propriedades físico-química e grande facilidade
de processamento. Essas características fazem do polipropileno um dos plásticos com maior
venda e com uma das maiores taxas de crescimento anual de consumo no mundo, devido às suas
propriedades e versatilidade de aplicação e uso.
A adição de fibras sintéticas de polipropileno no CCP tem a finalidade de reduzir os
fenômenos de fissuração das paredes, peças ou placas, provocadas pelas tensões de tração
provenientes da retração do concreto, principalmente no momento da sua cura. Com seu
emprego, aumenta-se a estabilidade volumétrica, a resistência ao impacto e a durabilidade final
do produto. Esse tipo de fibra caracteriza-se por ser quimicamente inerte, imputrescível, não
Capítulo 2 – Fundamentação Teórica Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
28
absorvendo água e não enferrujando. A fibra também é álcali-resistente, possuindo alto teor de
óxido de zircônio, que lhe confere elevada resistência à alcalinidade durante a cura do concreto.
Khajuria e Balaguru (1992) pesquisaram a influência do teor da fibra de polipropileno
nas características do concreto e afirmam que a adição de 0,45 a 0,90 kg da fibra por metro
cúbico de concreto é perfeitamente viável para reduzir a fissuração pela retração durante a cura.
Com a eliminação das fissuras, obtém-se um concreto ou argamassa com maior durabilidade,
menor permeabilidade, maior resistência ao impacto e à abrasão. De modo geral, pode-se afirmar
que as fibras melhoram as propriedades superficiais do concreto e argamassa, fazendo com que
esses atendam por mais tempo as exigências do projeto.
As fissuras de retração ocorrem sempre quando houver a combinação entre dois ou mais
dos seguintes fatores: elementos estruturais ou de vedação com elevada área superficial exposta,
altas temperaturas, baixa umidade relativa do ar e ação do vento. Nessas condições há elevada
taxa de evaporação da água e, por conseqüência, retração do concreto ou argamassa. A retração
causará esforços internos no material e como esse não está suficientemente fluido, nem
endurecido o bastante para resistir a estes esforços, ocorrem as fissuras de retração plástica.
As fibras de polipropileno têm a capacidade de conferir ao concreto, no estado plástico,
algumas propriedades, tais como: coesão, resistência interna e plasticidade, tornando-o capaz de
resistir aos esforços de retração. Apresentam sensibilidade à radiação ultravioleta (PUTERMAN,
1989), a qual favorece sua oxidação. Contudo, segundo Tanesi e Agopyan (1997), as fibras são
protegidas pela matriz cimentícia. No CCP em particular, são protegidas não apenas pelo seu
confinamento na matriz à base de cimento, mas também pela aplicação de um revestimento na
face da estrutura feita com os elementos (blocos e placas) de CCP, o que protege aquelas fibras
localizadas próximas ou na superfície das peças. Essa proteção, feita por meio de pintura ou fina
camada de argamassa de revestimento, serve ainda contra intempéries quando empregada em
área externa ou molhada.
O polipropileno é um termoplástico semicristalino, produzido através da polimerização
do monômero propeno, usando um catalisador estereoespecífico, formando cadeias longas. As
macromoléculas de polipropileno podem conter milhares de unidades monoméricas. O termo
estereoespecífico refere-se à característica que o catalisador possui de controlar a posição do
grupo metila na cadeia polimérica de forma ordenada.
A maior parte do polipropileno comercial é do tipo isotático, onde a maioria das unidades
de propeno estão unidas, formando uma cadeia com todos os grupos metila orientados para o
mesmo lado. Esta estrutura estereorregular favorece o desenvolvimento de regiões cristalinas,
Capítulo 2 – Fundamentação Teórica Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
29
que, dependendo das condições de processamento, permite obter uma cristalinidade entre 40 e
70%. A estrutura química do polipropileno é do tipo representado na Figura 2.4.
Figura 2.4 - Estrutura química do polipropileno (Fonte: GORNI, 2008).
2.6. Compósito
Novos materiais com alta resistência e baixa densidade podem ser obtidos combinando-se
dois ou mais materiais, por exemplo: a fibra de vidro ou de carbono combinadas com algum tipo
de resina resina, bastante usados nas indústrias náutica e aeroespacial, respectivamente.
Materiais multifásicos, feitos artificialmente, para obtenção de melhores características
mecânicas provenientes dessa combinação, são chamados de materiais compósitos.
Muitos materiais compósitos possuem apenas duas fases; uma chamada de matriz, que é
contínua e envolve a outra fase, chamada freqüentemente de fase dispersa ou carga. As
propriedades dos compósitos são uma função das propriedades das suas fases constituintes, das
quantidades relativas de cada fase e da geometria da fase dispersa. Nesse contexto, a geometria
da fase dispersa caracteriza-se pela forma das partículas, seu tamanho, sua distribuição e sua
orientação.
O concreto é constituído por cimento e água (fase matriz), areia e brita (particulados, fase
dispersa), e é considerado um compósito comum com partículas grandes. Para se atingir a
resistência ótima e a operacionalidade de uma mistura de concreto, os insumos devem ser
adicionados em proporções corretas. O empacotamento denso do agregado e um bom contato
interfacial são obtidos por meio de partículas com dois tamanhos diferentes, onde as partículas
finas de areia devem preencher os espaços vazios entre as partículas de brita. O mesmo processo
ocorre com o CCP.
Quando misturam-se dois materiais de composições granulométricas diferentes, podem
formar um terceiro material com maior ou menor empacotamento das partículas, gerando assim
uma massa unitária diferente da média das duas iniciais (JOHN, 2000).
Tendo em vista que a pasta de cimento (pó de cimento + água = matriz) e o resíduo
granulado (PIT = carga) empregado neste estudo foram dosados de maneira convencional, como
Capítulo 2 – Fundamentação Teórica Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
30
na fabricação do concreto, conclui-se que, do ponto de vista da Engenharia e Ciência dos
Materiais, a definição que melhor aplica-se ao produto deste experimento é a de compósito.
2.7. Reciclagem
A reciclagem é um processo industrial que converte o lixo descartado (matéria-prima
secundária) em outro produto. Reciclar é economizar energia, poupar recursos naturais e trazer
de volta ao ciclo produtivo o que é jogado fora. A palavra reciclagem foi introduzida ao
vocabulário internacional no final da década de 80, quando foi constatado que as fontes de
petróleo, e outras matérias-primas não renováveis, estavam e continuam esgotando-se. Reciclar
significa = Re (repetir) + Cycle (ciclo).
A busca de soluções para o problema é urgente, tanto pelo controle da poluição quanto
pela economia de energia e recursos naturais. A necessidade de conscientização é fundamental,
pois conduz à filosofia dos três erres: reduzir, reutilizar e reciclar. Reduzindo e reutilizando,
evitamos que maiores quantidades de produtos se transformem em lixo. A cada 50 quilos de
papel reciclado, uma árvore é poupada e para cada 100 toneladas de plástico reciclado,
economiza-se uma tonelada de petróleo.
O lixo urbano é, hoje, um problema ambiental e social. Diariamente, milhares de
toneladas de resíduos são despejados nos aterros sanitários, boa parte constituída de matéria
prima reciclável como plástico, papel e vidro. Em 2005 foram descartados 767 mil toneladas de
plásticos no Brasil, segundo levantamento do Instituto Sócio-Ambiental dos Plásticos
(PLASTIVIDA, 2008).
Um importante dado no universo dos plásticos é que 4% da produção mundial de
petróleo é usada para a obtenção dos plásticos, e 20% do material reciclável é plástico
(INSTITUTO SÓCIO-AMBIENTAL DOS PLÁSTICOS). A reciclagem de plástico no Brasil
saltou de 360 mil toneladas em 2003 para 455 mil toneladas em 2005, ou seja, houve um
aumento de 26%, de acordo com pesquisa realizada pela Plastivida, 2008.
A criação de novos paradigmas na geração dos resíduos, e seu conseqüente processo de
reciclagem, são metas ambiciosas a serem alcançadas pela sociedade global.
Capítulo 3 – Estado da Técnica Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
31
3. ESTADO DA TÉCNICA
Neste capítulo apresentam-se dados sobre propriedades e características dos concretos
celulares e leves, modificados com a adição de diferentes tipos de materiais, a fim de
fundamentar a avaliação das alterações decorrentes da substituição dos agregados tradicionais
(areia e brita) por agregados artificiais leves. Os concretos leves foram incluídos nesta pesquisa
bibliográfica, devido ao número restrito de trabalhos científicos sobre concreto celular.
3.1. Propriedades do Concreto Celular ou Leve
Georgiades e Marinos (1991) concluem em seu estudo que o efeito da retração por
secagem na estrutura do concreto aerado autoclavado é uma função do volume e da superfície
específica dos microporos da sua estrutura, especialmente dos poros de menor dimensão, com
raios de 20 a 200 Å.
McCormick (1997) comparou os resultados do CCE produzido com areias naturais
quartzosas e argilas expandidas por sinterização, concluindo que módulos de finura menores
conduzem a maiores resistências à compressão.
Bouguerra et al. (1998) pesquisaram os efeitos da microestrutura nas propriedades
mecânicas e térmicas do concreto leve com agregado de argila e madeira. Técnicas de
porosimetria, por intrusão de mercúrio, mostraram que o aumento do agregado de madeira
provoca um aumento na proporção e no tamanho dos poros no material e conseqüentemente
melhora a condutividade térmica do compósito.
Narayanan e Ramamurthy (2000) investigaram a estrutura e as propriedades do concreto
celular e observaram que: (i) o método de formação de poros e de cura tem um papel
significativo na sua microestrutura e propriedades; (ii) as propriedades são influenciadas pela
densidade e pelo teor de umidade, (iii) a composição química varia com o método de cura; (iv) a
resistência do concreto celular autoclavado é significativamente mais elevada em função do
exposto no item anterior; (v) a porosidade é considerada importante para determinação da
resistência à compressão do concreto celular e algumas expressões matemáticas têm sido
propostas; (vi) a contração por secagem do concreto celular autoclavado é menor, de um quarto a
um quinto, do que o concreto celular não autoclavado, sendo essa contração também
influenciada pelo clima; (vii) o concreto celular exibe bom desempenho em suas características
funcionais.
Capítulo 3 – Estado da Técnica Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
32
Paul et al. (2003) desenvolveram um teste, baseado na norma norte-americana ASTM
C666 (American Society for Testing and Materials), para análise da resistência e durabilidade de
estruturas pré-formadas de concreto celular espumoso nos ciclos de gelo e degelo. Os autores
concluiram que a resistência à compressão, a profundidade de penetração inicial e a taxa de
absorção e adsorção da água são variáveis importantes na produção de concreto celular resistente
aos ciclos de congelamento e descongelamento, enquanto a densidade e a permeabilidade
mostraram-se propriedades de pouca influência.
Kus e Carlsson (2003) investigaram a microestrutura do concreto aerado autoclavado,
particularmente quanto à degradação química, no processo de carbonatação. As inspeções visuais
foram feitas por meio de microscopias óptica e eletrônica de varredura (MEV), enquanto as
químicas e estruturais foram baseadas em análise de difração de raios-X (XRD) e espectroscopia
de energia dispersiva (EDS). Os resultados indicam claramente a lixiviação da camada
superficial em contato com o ar, resultando em maiores espaços vazios.
Zhang e Gjorv (2004) mostraram que a zona de interface do agregado leve com a pasta
de cimento depende da porosidade na superfície do agregado.
Haque et al. (2004) pesquisaram a resistência e a durabilidade dos concretos leves usando
como agregado a areia de duna. Seus estudos constataram que, quanto maior for a
penetrabilidade da água no concreto, maior será a condução de substâncias nocivas, como o
dióxido de carbono, íons de cloreto e sulfato para o interior desse. Sendo assim, a profundidade
da penetrabilidade da água em um concreto pode ser usada como um indicador da sua
durabilidade e resistência.
Nambiar e Ramamurthy (2007) pesquisaram sobre as características de absorção do
concreto celular espumoso e verificaram que os valores de absorção de água são inferiores nos
concretos com espuma em relação aos sem espuma, devido à redução da pasta de cimento, e que
o valor da absorção diminui com o aumento do volume da espuma. Também constataram que o
grau de absorção depende do tipo de agregado, densidade e estrutura dos poros, além do
mecanismo de permeação.
3.2. Teses e Dissertações sobre Concreto Celular e Concreto Leve
Teixeira (1992) em seu estudo sobre propriedades dos concretos celulares espumosos,
observou que a variação da resistência à compressão axial com a massa específica e a relação
água/cimento, em massa, não é a mesma observada para os concretos convencionais. Para
massas específicas de 1100, 1300 e 1500 kg/m
3
, constatou um aumento da resistência à
Capítulo 3 – Estado da Técnica Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
33
compressão axial com a elevação da relação água/cimento. Informou que, para os concretos
celulares espumosos, devem-se considerar, simultaneamente, as quantidades de ar e água para
previsão da resistência à compressão axial. Finalmente, verificou que os valores de retração
linear desse tipo de concreto é de duas a nove vezes maior que os verificados em concretos
convencionais.
Segre (1999) verificou a reutilização de borracha moída de pneus usados como adição em
pasta de cimento, tratando as partículas de borracha com soluções aquosas de H
2
SO
4
(ácido
sulfúrico) ou NaOH (soda cáustica), visando aumentar a hidrofilicidade da superfície das
mesmas para compatibilizá-las com a matriz de cimento. Corpos de prova com 10% de borracha
tratada com solução de NaOH apresentaram os melhores desempenhos. Constatou que a adição
da borracha funciona como agente tenacificante e diminui a porosidade do material. Com base
em micrografias eletrônicas de varredura, mostrou que as partículas de borracha tratadas com
solução saturada de NaOH aderem quimicamente à matriz de cimento. A utilização da borracha
moída de pneus como aditivo, e não como agregado, torna promissor o seu uso como material de
engenharia, por exemplo, em pisos e revestimentos.
Peruzzi (2002) utilizou fibra de vidro no reforço das argamassas de cimento Portland,
contornando o ataque do meio alcalino à fibra, principalmente do hidróxido de cálcio - Ca(OH)
2
,
produzido na hidratação do cimento, por meio da modificação da fibra com látex estireno
butadieno, da adição de sílica ativa em substituição ao cimento Portland e da utilização de ambos
concomitantemente.
Rossignolo (2003), abordou a tecnologia dos concretos leves de alto desempenho
(CLAD) para produção de elementos construtivos esbeltos pré-fabricados, apresentando um
concreto com propriedades especiais em função da utilização conjunta de látex de estireno
butadieno (SB), sílica ativa, superplastificante acelerador e agregados leves nacionais.
Demonstrou que os concretos leves de alto desempenho modificados com SB são adequados à
produção de elementos pré-fabricados esbeltos, devido essencialmente à redução da massa
específica e aos excelentes desempenhos mecânico e de durabilidade. Nos estudos micro-
estruturais, observou que a utilização de sílica ativa e SB promoveram a redução da quantidade e
do diâmetro dos poros capilares e da quantidade de hidróxido de cálcio (CH) na matriz de
cimento, assim como reduziram a espessura da zona de transição agregado-matriz.
Meneguini (2003) determinou as principais propriedades mecânicas de uma argamassa de
cimento e areia com adição de borracha moída de pneus usados, tratada com solução de
hidróxido de sódio - NaOH (soda cáustica), objetivando obter um tratamento superficial do
Capítulo 3 – Estado da Técnica Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
34
elastômero e, conseqüentemente, melhorar a interface entre o resíduo e a argamassa, para a
obtenção de um material de boa qualidade e baixo custo.
Santos (2005) verificou uma redução da resistência à compressão do concreto com a
adição de fibras de borracha, mas por outro lado, houve um aumento da tenacidade e da
resistência ao impacto. Foi estudado ainda o ponto de fulgor da borracha e observado que este
abrange uma faixa de temperatura muito acima daquela em que o concreto tem suas propriedades
comprometidas.
Corrêa (2005) desenvolveu e patenteou no Brasil um compósito de resíduos de concreto e
resíduos provenientes da produção de cal, para aplicação como novo material na construção
civil. Foram estudados os seguintes parâmetros: composição química, composição mineralógica,
resistência à compressão e absorção de água por imersão. A resistência à compressão média aos
90 dias em cura a seco chegou a 29 MPa, com 12,0% de absorção de água. Com base nas
análises de MEV demonstrou o crescimento de conhecidos minerais de carbonato em formas
cristalinas, principais responsáveis pelo fortalecimento dos materiais de cal.
Barbosa (2006) abordou a aplicação da tecnologia dos concretos de alto desempenho
(CAD) para produção de concretos, com incorporação dos resíduos de cinza de casca de arroz -
CCA (amorfa e cristalina), através da substituição em massa de parte do material aglomerante, e
borracha de pneu em substituição parcial do agregado miúdo em volume, avaliando suas
influências sobre as propriedades mecânicas e durabilidade. Constatou que a incorporação de
resíduos de cinza de casca de arroz e borracha de pneu ao CAD viabilizou o seu uso com função
estrutural, devido essencialmente as propriedades relacionadas à resistência mecânica.
Santos (2008) pesquisou a utilização do resíduo de pedreira de rocha calcária e do
resíduo de polimento do porcelanato, em substituição parcial ao cimento, comparando o
desempenho das mesmas com as argamassas de referência. Concluiu que as argamassas
formuladas com esses resíduos não sofreram alterações significativas no que se refere ao índice
de consistência, retenção de água, densidade de massa no estado fresco, teor de ar incorporado e
densidade de massa aparente no estado endurecido. Já em relação ao módulo de elasticidade,
descobriu que a presença dos resíduos na mistura ocasionou a diminuição do mesmo,
melhorando, assim, o desempenho da argamassa. Porém, a resistência à tração na flexão e a
resistência à compressão, além da absorção de água por capilaridade, tiveram seus desempenhos
comprometidos.
Capítulo 3 – Estado da Técnica Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
35
3.3. Publicações sobre Concreto Celular e Concreto Leve Modificado com Adições de
Agregados Leves
Materiais construtivos, como concretos e argamassas, produzidos à base de aglomerante
hidráulico de cimento Portland, costumam apresentar limitações com relação à resistência à
tração na flexão, ataque de agentes agressivos, abrasão e absorção de água, entre outros. Para
combater esses aspectos negativos, novas tecnologias têm sido desenvolvidas, dentre as quais, a
adição de polímeros tem apresentado resultados satisfatórios (TEZUKA, 1988).
3.3.1. Adição de Polímero
Rebeiz (1996) investigou os esforços sofridos no concreto reforçado com resina de
poliéster insaturado, a base de resíduo de plástico PET reciclado, e constatou que as resinas com
base em PET reciclado podem ser usadas para produzir pré-moldados de concreto de boa
qualidade.
Naik et al. (1996) relataram que a resistência à compressão do concreto diminuiu com o
aumento do montante de plástico no mesmo; em especial, acima de 5%, além do peso total da
mistura.
Givanildo (1998), descreve o estudo sobre o aproveitamento, na construção civil, do
resíduo de E.V.A. (Ethylene Vinyl Acetate), polímero muito utilizado na indústria calçadista.
Concluiu informando que um novo tipo de concreto leve pode ser obtido, contudo com
propriedades diferentes do concreto celular espumoso.
Ohama (1998) realizou estudo sobre o concreto e a argamassa cimentícia modificadas
com a adição de polímeros, onde classificou os cimentos modificados com polímeros em quatro
categorias: polímeros em forma de látex, polímeros solúveis em forma de pó, polímeros solúveis
em água e polímeros líquidos. Tratou dos princípios da modificação sofrida no processo de
mistura e hidratação do cimento com o polímero, da formação de fases, das propriedades, das
aplicações e das normas internacionais que se utilizam no estudo. Destacou, ainda, a importância
da hidratação do cimento e a formação do filme polimérico (coalescência das partículas de
polímero e das resinas de polimerização) na formação de uma matriz monolítica, onde as
estruturas do cimento hidratado e dos polímeros estejam interpenetradas, como mostrado na
Figura 3.1.
Capítulo 3 – Estado da Técnica Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
36
Figura 3.1 - Modelo da formação da matriz de cimento-polímero (Ohama, 1998).
Segundo Rossignolo (1999), a modificação dos concretos e argamassas é conseqüência
da hidratação do cimento e da coalescência das partículas de polímero, formando um filme
contínuo do mesmo. A hidratação do cimento geralmente precede o processo de formação do
filme de polímero.
Fowler (1999) pesquisou o concreto com polímero. Entre as possíveis aplicações
identificadas, destacou: reparos no concreto com cimento epóxi, componentes pré-fabricados
esbeltos, aumento na durabilidade das estruturas e proteção de estruturas metálicas com
capeamento usando misturas de cimento com polímero, dentre outras.
Ravindrarajah (1999) observou que o uso de poliestireno como agregado no concreto,
além de reduzir a densidade, também proporciona maior durabilidade contra ataques de sulfato e
ciclo de degelo.
Sayil e Gurdal (1999) analisaram o uso do poliestireno em blocos de gesso. Verificaram
que o uso de 50% a 70% de pérolas de poliestireno reduziu a densidade de 690 pra 208 Kg/m
3
e
a condutividade térmica de 2,740 para 0,183 W/mºC.
(
c
)
Segu
n
da
f
ase
Partícula de cimento seca.
Partícula de polímero.
Agregado.
Ar incorporado.
(espaço vazio é água)
Mistura de partículas de cimento seco, e gel de cimento.
Ar incorporado.
(com depósito parcial de partícula de polímero)
Mistura de gel de cimento e partículas de cimento seco
envolvido por uma fina camada de partículas de polímero.
Ar incorporado.
Cimento hidratado envolvido com filme ou membrana de
polímero.
Ar incorporado.
(d) Terceira fase
(es
tr
u
t
u
ra
e
n
du
r
ec
i
d
a
)
(
b
)
Prim
e
ir
a
f
ase
(a) Imediatamente após a
mistura
Capítulo 3 – Estado da Técnica Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
37
Rossignolo e Agnesini (2002) estudaram as alterações nas propriedades mecânicas do
concreto leve como conseqüência da adição de agregado leve à base de borracha de estireno-
butadieno. Observaram redução na absorção de água, aumento da resistência dos esforços de
compressão de 39,5 para 51,9 MPa, redução da densidade de 1.605 para 1.460 Kg/m
3
, além de
ótima trabalhabilidade do material.
Rossignolo e Agnesini (2004) investigaram o efeito da borracha (estireno-butadieno) na
durabilidade do concreto celular, obtendo resultados que indicaram melhor desempenho do
mesmo em ambientes corrosivos.
Folgueras et al. (2004) pesquisaram a adição de resíduo de poliuretano expandido (PU)
na confecção de blocos de concreto leve, encontrando resultados satisfatórios nos ensaios de
resistência mecânica, atendendo as normas brasileiras vigentes, e com redução de peso da ordem
de 11,3%, se comparado com o bloco sem o resíduo. Porém, algumas considerações devem ser
feitas quanto ao grau de compactação, a quantidade e o tamanho do PU, a absorção dos grãos de
PU, a mudança dos agregados naturais, a umidade da mistura e a forma geométrica das peças,
pois todas estas variáveis alteram os resultados obtidos.
Laukaitis et al. (2005) investigaram a zona de contato entre as pérolas de poliestireno
expandido e o cimento do concreto, além do seu efeito no compósito. Determinaram que a
interface entre eles é muito estreita, sem quebras ou fraturas, e a aderência desses componentes
depende do tamanho e forma do grânulo empregado, como também a resistência e condutividade
térmica do material dependem da densidade ou quantidade de polímero utilizado. Verificaram,
ainda, que no compósito com essa mistura, de densidade entre 150 e 170 kg/m
3
, o coeficiente de
condutividade térmica fica entre 0,060 e 0,064 W/mK e a resistência à compressão entre 0,25 a
0,28 N/mm
2
.
Castro e Mattos (2005) estudaram a aplicação de raspas de pneu, pérolas de PET e
resíduos plásticos em artefatos de concreto, onde os resultados do programa experimental
indicaram um elevado potencial para aplicação de todos os resíduos estudados na produção de
blocos para alvenaria de vedação em habitações de caráter social.
Choi et al. (2005) estudaram os efeitos do resíduo granulado de garrafas PET e da escória
granulada de alto-forno, usados como agregados leves, nas propriedades do concreto.
Observaram a redução da densidade (2 a 6%) e da resistência à compressão (33%), conforme se
aumenta o fator do resíduo de PET e o fator água-cimento; enquanto a trabalhabilidade melhora
consideravelmente. Também observaram que a escória de alto-forno, aderida à superfície dos
grânulos de PET, promove um fortalecimento da estrutura superficial desse resíduo, estreitando
Capítulo 3 – Estado da Técnica Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
38
suas zonas interfaciais de transição, devido à uma reação do hidróxido de cálcio da escória com a
pasta de cimento.
Marinho et al. (2006) analisaram o efeito das fibras álcali-resistentes como agregado no
concreto celular espumoso. Os resultados obtidos mostraram a viabilidade da adição de fibras de
polipropileno e vidro álcali-resistente, na concentração de 3,0%, no CCE, com o objetivo de
aumentar a resistência mecânica e reduzir o consumo de material sem causar alterações
significativas nas propriedades térmicas, fatores que poderão determinar a construção de peças
mais esbeltas e, conseqüentemente, baratear o custo de produção do CCE, principalmente para
habitações de interesse social.
Batayneh et al. (2006) mostraram que há redução da resistência à compressão, com o
aumento na proporção de plástico na mistura de concreto. Para a proporção de 20% de plástico
em relação à areia, a resistência à compressão foi reduzida em até 70%, em comparação com o
concreto normal.
Daneti et al. (2006) estudaram o efeito do tamanho do agregado de poliestireno nas
características de resistência e na absorção d’água do concreto leve. Foram usados o poliestireno
expandido (EPS) e não expandido (UEPS). O concreto com UEPS apresentou melhor resistência
à compressão, respeitando a mesma densidade para ambos os casos. Concreto com pérolas (ou
grãos) menores de EPS apresentou maior resistência à compressão do que o com pérolas
maiores. E quanto maior a quantidade e o tamanho das pérolas de EPS, tanto maior sua absorção
d’água, pois também aumenta o número de fissuras.
Phaiboon e Mallika (2007) realizaram um estudo sobre a reutilização do resíduo de
plástico termofixo no concreto celular, juntamente com pó de alumínio, cinza de carvão e areia.
A adição de plástico e pó de alumínio reduz a densidade do concreto celular, mas compromete
sua resistência. A cinza de carvão e a areia melhoram sua resistência, porém aumentam a
densidade, pelo seu alto peso específico. O estudo revelou um traço favorável de 1,0:0,8:0,3:0,9
(cimento, areia, cinza de carvão, plástico termofixo), para obter-se um concreto celular com
resistência à compressão e densidade satisfatórias para utilização não estrutural: 4,14 N/mm
2
e
1395 kg/m
3
, respectivamente.
Marzouk et al. (2007) estudaram os efeitos do resíduo de PET na densidade e na
resistência à compressão do concreto. Verificaram que ambas diminuíram quando o agregado de
PET excedeu 50% em volume de areia.
Capítulo 3 – Estado da Técnica Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
39
Fareed et al. (2007) pesquisaram sobre propriedades da argamassa composta por resina
derivada de garrafas PET descartadas e constataram que essa argamassa polimérica tem
resistência à compressão de 10 MPa e pode ser utilizada em diversas aplicações, tais como,
pavimentos e tubos de esgoto, dentre outros. Sua resistência à tração em 45 dias de idade é de 18
a 23% da sua resistência à compressão na mesma faixa etária.
3.3.2. Adição de Argila
Jamal et al. (1999) publicaram um estudo sobre o efeito severo de áreas quentes costeiras
nas propriedades físicas e mecânicas do concreto leve com três diferentes composições de
agregado artificial: argila, tijolo triturado e concreto sem finos. Concluíram que tais concretos
leves, sobretudo aquele produzido com tijolo triturado, possuem potencial para aplicação na
construção civil, proporcionando isolação térmica e, portanto, melhorando a eficiência energética
das edificações em função de sua baixa densidade.
Alduaij et al. (1999) estudaram o concreto celular em área costeira com três tipos
diferentes de agregados: argila expandida, tijolo triturado e apenas areia grossa sem a areia fina.
Sugeriram que esses concretos têm potencial para ser utilizados na construção civil como
material de isolamento, tendendo a contribuir com a eficiência energética da edificação e, ainda
ser utilizado como bloco estrutural.
Freitas et al. (2004) estudaram o efeito da cinasita e do rejeito plástico no concreto
celular espumoso com espumígenos orgânico e inorgânico. Obtiveram resultados satisfatórios
com a aplicação de agregados leves em matrizes de concreto celular espumoso. A utilização do
rejeito plástico industrial, apesar de proporcionar menores ganhos de resistência à compressão
em relação à argila expandida ou cinasita, é mais indicada por causa não somente do
aproveitamento do resíduo, como também em relação à ausência de segregação e maior
homogeneidade das misturas, além do considerável aumento de volume de produção para um
mesmo consumo de cimento e aditivo espumígeno orgânico.
Lo e Cui (2004), Zhang e Gjorv (1990) e Lo et al. (1999) examinaram o efeito do
agregado poroso leve de argila expandida na resistência do concreto. Eles usaram microscópio
eletrônico de varredura e análise de raios-X para verificar a topografia e a microestrutura da zona
interfacial entre o agregado e a pasta de cimento e demonstraram que a superfície do agregado
poroso leve proporciona melhor interação do que no concreto convencional.
Tommy et al. (2007) estudaram os efeitos da adição da argila expandida como agregado
nas propriedades do concreto celular e constataram que a resistência do mesmo está mais
Capítulo 3 – Estado da Técnica Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
40
relacionada com a densidade do agregado do que com seu tamanho ou granulometria.
Observaram, ainda, que quanto maior o fator água/cimento, menor a resistência, devido à
interferência na interface do cimento/agregado que aumenta, assim como o número de poros.
3.3.3. Adição de Pó de Alumínio
Narayanan e Ramamurthy (2000) e Cabrillac et al. (2000) em seus estudos sobre as
propriedades e estruturas do concreto aerado, equacionaram a reação entre o pó de alumínio
alcalino e o conteúdo do concreto, gerando gás hidrogênio e introduzindo macro-porosidade na
matriz feita de cimento, cal, areia e água.
Goual et al. (2006) examinaram o comportamento térmico do concreto celular com argila
expandida e pó de alumínio. Este último reage com o conteúdo alcalino do cimento, no momento
de sua hidratação, gerando bolhas de gás hidrogênio, que ficam aprisionadas no concreto. O
material, se usado internamente nas construções, proporciona qualidades de isolação térmica
devido à baixa higroscopia. Contudo, quando usado em áreas externas, deve receber algum tipo
de proteção a fim de evitar infiltração por intempéries, uma vez que os poros absorvem água por
difusão hidráulica em processos de capilaridade.
3.3.4. Adição de Cinza Volante
Hauser et al. (1999) pesquisaram a influência da cinza volante, proveniente da indústria
de celulose, como um aglomerante secundário em substituição à cal no concreto leve
autoclavado. Constataram que o resíduo melhora a resistência à compressão, devido à
concentração de sulfato da cinza.
Chi et al. (2003) estudaram o efeito de três diferentes tipos de cinzas como agregado nas
propriedades de resistência e rigidez do concreto celular e concluíram que a quantidade do
agregado e o fator água/cimento são os dois elementos mais importantes, na determinação da
resistência à compressão e do módulo de elasticidade.
Qiao et al. (2006) pesquisaram os efeitos das cinzas de dejetos sólidos, provenientes de
um incinerador de uma usina de produção de energia na Inglaterra, na produção do concreto
celular e verificaram que o uso do mesmo é apropriado em blocos de concreto celular, sem
prejudicar sua resistência e densidade.
Capítulo 4 – Procedimento Experimental Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
41
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
4.1. Definição dos Traços do CCP
Entende-se por traço de qualquer concreto ou argamassa a indicação das proporções dos
seus componentes (FIORITO, 1994).
Os traços de partida do CCP se encontram na Tabela 4.1, fornecida pelo fabricante do
aditivo espumígeno incorporador de ar, Neopor® 600.
Tabela 4.1 - Quantidade de material especificado pelo fabricante Neopor® 600.
Apesar da tabela original do fabricante do espumígeno Neopor® 600 apresentar traços
com densidades de 400, 600, 800, 1000, 1200, 1400, 1600 e 1800 kg/m
3
, é importante ressaltar
que esta pesquisa buscou desde o princípio da sua concepção, desenvolver um produto o mais
leve possível, sem deixar de atender a resistência mínima (2,5 MPa) exigida pela Norma Técnica
Nacional. Devido a esse critério, o CCP foi desenvolvido e caracterizado com as duas menores
densidades estabelecidas pelo fabricante do referido espumígeno incorporador de ar, para blocos
e placas.
Não obstante, nada impede o uso do resíduo do PIT nas outras densidades quando houver
necessidade de materiais com maior resistência ou em diferentes aplicações. É o caso da
produção dos painéis (paredes e fachadas) para produção de habitações de interesse social.
Concreto Celular - Neopor® 600
Traços para 1 metro cúbico de Concreto Celular
Densidade seca (kg/m
3
)
MATERIAIS
400 600
Kg Vol. Kg Vol.
Areia - - 210 79
Cimento 300 97 310 100
Água na Argamassa 110 110 110 110
Espuma Neopor® 600 (litros) - 800 - 720
Água na Espuma 60 - 54 -
Totais (CC Úmido)
470 1.007 684 1.004
Consumos e Taxas
Neopor® 600 (litros) 1,5 1,3
Fator Água/Cimento 0,57 0,53
Ar no Concreto (%) 80 71
Capítulo 4 – Procedimento Experimental Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
42
A fim de se obter uma nomenclatura simplificada para as duas densidades
experimentadas, serão tratados por CCP 400 e CCP 600, os CCPs de 400 e 600 kg/m
3
,
respectivamente.
4.2. Formulação do CCP Utilizando o Planejamento Fatorial 2
3
Para determinar a quantidade ideal de cada material (areia, cal e PIT), foi empregado um
planejamento fatorial 2
3
, variando-se as quantidades de agregados com o objetivo de avaliar a
influência dos mesmos na resistência à compressão do CCP.
As proporções das misturas foram testadas em laboratório e são mostradas na Tabela 4.2.
Nesta pesquisa, a matriz do planejamento experimental para obtenção do traço ideal foi dividida
em duas diferentes densidades, 400 e 600 Kg/m
3
.
Para ambos os grupos, o cimento, o Neopor® 600 e o fator água/cimento foram
especificados como constantes nas misturas.
Os CCPs foram formulados a partir do acréscimo de resíduo de PIT, cal e areia fina, em
diferentes porcentagens relativas à massa do cimento. A Tabela 4.2 apresenta as 18 formulações.
Como mostrado na Tabela 4.1, o CCE 400 não possui areia na sua formulação, apenas a
partir do CCE 600 a areia é inserida. Entretanto, para o CCP 400 a quantidade de areia, cal e PIT
variaram de 0 (zero) a 20 % da massa de cimento, com objetivo de aumentar a resistência do
material e atender a Norma Brasileira NBR 12.646/1992, com 2,5 MPa aos 28 dias.
Para o CCP 600 a areia faz parte da sua formulação, mas ela variou de 60 a 100 % da
quantidade estabelecida pelo fabricante do espumígeno com o intuito de não elevar sua
densidade, uma vez que o acréscimo do resíduo contribuirá para esse aumento, balanceando a
densidade o mais próximo possível da original. A cal e o PIT variam de 0 (zero) a 20 % da massa
de cimento, tanto no CCP 400 como no CCP 600.
Ensaios piloto foram realizados para testar concentrações maiores que 20% do resíduo de
PIT no CCP, mais precisamente concentrações até 33,33% (1/3) de PIT, da massa de cimento do
CCP. No entanto, observou-se que concentrações de PIT superiores a 20% comprometem a
resistência à compressão do CCP, devido o resíduo saturar a mistura impedindo uma interface
completa das partículas da carga com a matriz.
Capítulo 4 – Procedimento Experimental Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
43
Tabela 4.2 - Formulações para obtenção da fórmula ideal do CCP.
Proporções da Mistura (em massa)
Nº
Densidade
(kg/m
3
)
Cimento
Fibra
Polipropileno
kg/m
3
Neopor®
600
(% da água)
Fator
A/C
Areia Cal
Poliéster
(PIT)
1
CCP 400
1,0 1,0
28,2 0,57
0,0 0,0 0,0
2 0,2 0,0 0,0
3 0,0 0,2 0,0
4 0,0 0,0 0,2
5 0,1 0,1 0,1
6 0,2 0,2 0,0
7 0,0 0,2 0,2
8 0,2 0,0 0,2
9 0,2 0,2 0,2
10
CCP 600 24,6 0,53
1,0 0,0 0,0
11 1,0 0,2 0,0
12 1,0 0,0 0,2
13 1,0 0,2 0,2
14 0,8 0,1 0,1
15 0,6 0,0 0,0
16 0,6 0,2 0,0
17 0,6 0,0 0,2
18 0,6 0,2 0,2
4.3. Planejamento Experimental
Com o objetivo de investigar os efeitos de todos os fatores sobre a resistência à
compressão do novo material, ao mesmo tempo, minimizando o trabalho necessário e o custo
dos experimentos, foi aplicado neste trabalho um planejamento estatístico fatorial 2
3
, como
ferramenta na obtenção da proporção ideal dos materiais na fórmula do CCP.
Para realizar o planejamento fatorial, escolheram-se as variáveis a serem estudadas e
efetuaram-se experimentos em diferentes valores destes fatores. Os experimentos foram
realizados em todas as combinações possíveis para os níveis selecionados.
No planejamento fatorial 2
3
aplicado nesta pesquisa, a base (2) representa o número de
níveis (quantidade do material codificada como -1 e +1) e o expoente (3) é o número de fatores
escolhidos como variáveis (materiais: PIT, cal e areia). Em função deste número de fatores e de
níveis, o planejamento fatorial consiste em 8 experimentos diferentes a serem realizados para
cada tipo de CCP (400 e 600), inserindo-se mais 3 experimentos no chamado ponto central, que
seria a média dos níveis superior e inferior, totalizando 18 diferentes traços, e 22 experimentos.
Um dos aspectos positivos desse tipo de planejamento é a realização de poucos
experimentos. Sabemos que com um número reduzido de níveis não é possível explorar de
maneira completa uma grande região do espaço de variáveis, entretanto podemos observar
tendências importantes para a realização de investigações posteriores.
Capítulo 4 – Procedimento Experimental Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
44
Nos planejamentos experimentais, onde as variáveis são exploradas em dois níveis, é
comum codificá-las usando sinais (+) mais e (-) menos, permitindo assim esquematizar o
planejamento em forma de matriz. No âmbito da estatística aplicada, essa matriz é chamada de
tabela de coeficiente de contraste. A Tabela 4.3 foi criada para gerar essa matriz, onde o software
Statistica (versão 7.0) codifica as variáveis e interpreta as diferentes proporções dos materiais
empregados nos novos traços do CCP, cruzando com os dados obtidos de suas resistências à
compressão.
A Tabela 4.3 mostra os níveis de cada material para as densidades em estudo. O
experimento com a formulação do ponto central foi realizado três vezes para verificar a
reprodutibilidade dos ensaios.
Tabela 4.3 - Valores para os níveis escolhidos.
Densidade Variáveis
Níveis
- 1 0 + 1
CCP 400
Areia (%) 0 10 20
Cal (%) 0 10 20
PIT (%) 0 10 20
CCP 600
Areia (%) 60 80 100
Cal (%) 0 10 20
PIT (%) 0 10 20
A tabela 4.4 se repete tanto para o CCP 400, como para o CCP 600, respeitando as
devidas proporções de cada material especificado pela tabela 4.3.
Tabela 4.4 – Matriz do planejamento experimental.
Essa codificação de variáveis é de grande valia quando se realizam os cálculos para
determinar qual a influência das variáveis estudadas e das suas interações no sistema de estudo.
(BARROS NETO et al., 1995).
Nº CCP Areia Cal PIT
1 -1 -1 -1
2 +1 -1 -1
3 -1 +1 -1
4 -1 -1 +1
5 (3x) 0 0 0
6 +1 +1 -1
7 -1 +1 +1
8 +1 -1 +1
9 +1 +1 +1
Capítulo 4 – Procedimento Experimental Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
45
4.3.1 Metodologia de Superfície de Resposta
A metodologia de superfície de resposta (ou RSM, de Response Surface Methodology) é
uma técnica de otimização baseada no emprego de planejamentos fatoriais. A RSM é constituída
de duas etapas distintas: modelagem e deslocamento. A modelagem normalmente é feita
ajustando-se modelos lineares ou quadráticos a resultados experimentais obtidos a partir de
planejamentos fatoriais (BARROS NETO et al., 1995).
O procedimento usual de avaliação do desempenho de um modelo começa pela análise
dos desvios das observações em relação à média global. Utilizando os conceitos básicos das
teorias da estatística podem-se obter os itens da Tabela 4.5:
Tabela 4.5 – Tabela de análise de variância para o ajuste de um modelo
linear nos parâmetros pelo método dos mínimos quadrados.
Fonte de
Variação
Soma
Quadrática
Grau de
liberdade
Média
Quadrática
Teste F
Regressão
SQ
R
p-1
MQR = SQR / (p - 1) MQR / MQr
Resíduo
SQr n-P
MQr = SQr / (n - p)
-
Total
SQ
T
n-1 - -
% de Variação
Explicada
ܴ
ଶ
ൌ
ܵܳ
ோ
ܵܳ
்
- - -
F tabelado
- - -
Fconfiança, p-1, n-p
Onde: SQ
R
é a soma quadrática
devido à regressão;
SQr é a soma quadrática residual;
SQ
T
é a soma quadrática em torno da
média ou total;
MQ
R
é a média quadrática devido à
regressão;
MQr é a média quadrática residual;
p é o número de parâmetros do modelo;
n é o número total de observações.
As somas quadráticas são as somas dos quadrados dos desvios, Equação 4.1.
Sabendo que: SQ
T
= SQ
R
+ SQr (4.1)
Assim, uma parte da variação total das observações em torno da média é descrita pela
equação de regressão, e o restante fica por conta dos resíduos. Quanto maior for a fração descrita
pela regressão, melhor será o ajuste do modelo. Podem-se quantificar as somas quadráticas
devido à regressão e a total através da Equação 4.2 apresentada abaixo:
ܴ
ଶ
ൌ
ௌொ
ೃ
ௌொ
(4.2)
Capítulo 4 – Procedimento Experimental Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
46
O maior valor possível para R
2
é 1, o que significa que, entre a curva e os pontos
experimentais, não houve resíduo algum e que toda a variação em torno da média é explicada
pela regressão. Logo, quanto mais próximo de 1 estiver o valor de R
2
, melhor terá sido o ajuste
do modelo aos dados.
Cada soma quadrática esta associada a um número que indica quantos valores
independentes envolvendo as observações são necessários para determiná-la. Chamamos este
número de grau de liberdade. Ao dividirmos a soma quadrática pelo grau de liberdade estamos
calculando as médias quadráticas, como está descrito na Tabela 4.5. Estas médias têm uma
interpretação estatística, o que permite submetê-las a testes como por exemplo, o Teste F
(BARROS NETO et al., 1995).
4.3.2 Significância Estatística da Regressão (Teste F)
Através da Análise de Variância se pode testar se a equação de regressão è
estatisticamente significativa, utilizando cálculos feitos com as médias quadráticas. As razões
entre as médias quadráticas devido à regressão e a residual seguem uma distribuição normal F,
apresentada na Equação 4.3.
F
p-1,n-p
= MQ
R
/MQ
r
(4.3)
Onde: p - 1 é o grau de liberdade da média quadrática devido à regressão;
n - p é o grau de liberdade residual.
Se verificarmos que o valor calculado de F é maior que o valor de F tabelado têm-se
evidências estatísticas suficientes para acreditar na existência de uma relação entre as respostas
do problema e as variáveis de entrada. Portanto, é interessante que F calculado seja o maior
possível. Pode acontecer, porém que uma regressão embora significativa do ponto de vista do
teste F, não seja útil para realizar previsões, por cobrir uma pequena faixa de variação dos fatores
em estudo. Para que uma regressão seja não apenas estatisticamente significativa, mas também
útil para fins preditivos, o valor de F calculado (Fc) deve ser no mínimo de quatro a cinco vezes
o valor de F tabelado (Ft), de acordo com o nível de confiança adotado (BARROS NETO et al.,
1995). Para pontos de percentagem da distribuição F, com 95% de confiança, tem-se que:
Se Fc > Ft ⇒ modelo estatisticamente significativo;
Se Fc < Ft ⇒ modelo insatisfatório;
Se Fc/Ft > 4 ⇒ modelo estatisticamente significativo e preditivo; e
Se Fc/Ft > 5 ⇒ modelo altame
nte preditivo.
Capítulo 4 – Procedimento Experimental Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
47
O procedimento global, com cada etapa do planejamento experimental, pode ser
acompanhado no diagrama apresentado na Figura 4.1.
Figura 4.1 – Diagrama esquemático do procedimento experimental.
Escolha do resíduo
Concreto celular
Referência
CCP 600
Materiais
Caracterização
Formulações dos Traços do CCP
Preparação do CCP
Tratamento Estatístico
Caracterização
CCP 400
Estado Endurecido
Estado Fresco
¾ Resistência à compressão
¾ Módulo de elasticidade
¾ Resistência à tração na flexão
¾ Densidade de massa aparente
¾ Absorção de água por imersão
¾ Índices de vazios
¾ Absorção de água por capilaridade
¾ Permeabilidade
¾ Variação dimensional - Retração
¾ Propriedades térmicas
¾ Análise microestrutural - MEV
¾ Índice de consistência
¾ Início e fim de pega
Capítulo 4 – Procedimento Experimental Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
48
4.4. Preparação do CCP
Uma vez gerada a matriz de planejamento experimental com os traços do CCP 400 e 600,
foram confeccionados os corpos de provas para o teste de resistência à compressão dos 18
diferentes traços. Isto foi feito a fim de alimentar o software de estatística e avaliar o
comportamento de cada material dentro da fórmula do CCP, obtendo-se a fórmula ideal, com o
melhor traço, considerando principalmente a relação resistência versus densidade do CCP.
Cuidados no preparo do CCP e caracterização dos materiais foram rigorosamente
observados nesse processo.
A confecção do CCP foi feita com base nas Normas Brasileiras: NBR 5738/1994 -
moldagem e cura de corpos de prova cilíndricos de concreto.
A Tabela 4.6 apresenta as quantidades exatas de cada material nos diferentes traços dos
CCPs 400 e CCPs 600.
Todos os corpos de prova gerados para estudo do CCP foram confeccionados no
Laboratório de Transferência de Calor – LTC da UFRN. O capeamento dos corpos de prova foi
feito no Laboratório de Concreto do Núcleo de Tecnologia da UFRN.
4.4.1. Pesagem
Todos os materiais foram pesados em duas balanças eletrônicas digitais, recentemente
calibradas, da marca Digimed, modelos KN 15 e KN 4000, uma com capacidade de 15.000
gramas e precisão de 0,1 grama e a outra com capacidade de 4.000 gramas e precisão de 0,01
grama, respectivamente. Foram utilizadas conforme a quantidade de massa a ser pesada e a
precisão exigida.
4.4.2. Mistura
Em relação ao processo de seqüência de mistura, acrescentou-se inicialmente a areia, o
cimento, a cal, o PIT e a fibra de polipropileno no misturador padrão de acordo com a densidade
requerida. Em seguida, se acrescentou a água e misturou-se o material no tempo de 5 a 8 minutos
até a obtenção de uma mistura homogênea. Logo após, acrescentou-se a espuma de Neopor®
600 feita no gerador de espuma e misturou-se por mais 3 a 5 minutos deixando assim o CCP
pronto para aplicação ou moldagem, sempre em condições de pressão e temperatura ambientes.
Misturar o CCP após a admissão da espuma por mais de 5 minutos implica na ruptura das micro-
bolhas de ar da espuma.
Capítulo 4 – Programa Experimental Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
49
Tabela 4.6 – Traços e dosagens do concreto celular polimérico – CCP.
Corpo
de
Prova
Densidade
Traço
Medidas a Serem Utilizadas
Cimento
%
Areia
%
Cal
%
PIT
%
→
Cimento
(g)
Areia
(g)
Cal
(g)
PIT
(g)
Água
Total
(ml)
Água
Arg.
(ml)
Água
Espuma
(g)
Espuma
Vol.
(ml)
Fibra
PP
(g)
1 400 100 0 0 0
→
1.000 0 0 0 570 370 200 2.670 3,35
2 400 100 0 20 0
→
1.000 0 200 0 570 370 200 2.670 3,35
3 400 100 20 0 0
→
1.000 200 0 0 570 370 200 2.670 3,35
4 400 100 0 0 20
→
1.000 0 0 200 570 370 200 2.670 3,35
5 400 100 10 10 10
→
1.000 100 100 100 570 370 200 2.670 3,35
6 400 100 20 20 0
→
1.000 200 200 0 570 370 200 2.670 3,35
7 400 100 0 20 20
→
1.000 0 200 200 570 370 200 2.670 3,35
8 400 100 20 0 20
→
1.000 200 0 200 570 370 200 2.670 3,35
9 400 100 20 20 20
→
1.000 200 200 200 570 370 200 2.670 3,35
10 600 100 100 0 0
→
1.000 677 0 0 530 355 175 2.335 3,25
11 600 100 60 20 20
→
1.000 406 200 200 530 355 175 2.335 3,25
12 600 100 60 20 0
→
1.000 406 200 0 530 355 175 2.335 3,25
13 600 100 60 0 20
→
1.000 406 0 200 530 355 175 2.335 3,25
14 600 100 60 0 0
→
1.000 406 0 0 530 355 175 2.335 3,25
15 600 100 80 10 10
→
1.000 542 100 100 530 355 175 2.335 3,25
16 600 100 100 20 0
→
1.000 677 200 0 530 355 175 2.335 3,25
17 600 100 100 0 20
→
1.000 677 0 200 530 355 175 2.335 3,25
18 600 100 100 20 20
→
1.000 677 200 200 530 355 175 2.335 3,25
Capítulo 4 – Procedimento Experimental Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
50
A fibra de polipropileno é uma constante para os dois grupos, uma vez que sua função é
basicamente evitar a retração durante o processo de cura, e não aumentar a resistência do
material. As fibras mais utilizadas são as de comprimento entre 10 e 15 milímetros, com
consumo de 1 kg/m
3
de CCP. As mesmas devem ser desfibradas antes de serem acrescentadas à
composição do CCP, facilitando sua homogeneidade a mistura, uma vez que elas vêm do
fabricante muito agregadas entre si.
O misturador mecânico utilizado para produzir o CCP foi o da marca G.Paniz, de eixo
vertical e capacidade para 15 litros, dotado de uma pá metálica que gira em movimento
planetário em torno do eixo da cuba, com movimentos em sentidos opostos.
Antes ainda do processo de mistura dos materiais o PIT foi molhado, a fim de evitar que
ele absorvesse a água de amassamento do CCP. Esse procedimento (detalhado no item 4.6.4.4.
Teor de Absorção de Água do PIT) foi realizado com o objetivo de tornar o processo padrão,
uma vez que antes dessa metodologia os resultados de resistência à compressão não se
mostravam confiáveis, apresentando muitas variações em suas respostas. Isso permitiu manter o
fator água/cimento fixo, como recomendado pelo fabricante do espumígeno.
4.4.3. Moldagem
Foram confeccionados quatro tipos de moldes para realização dos diversos ensaios para
caracterização do CCP. Moldes cilíndricos com 5 cm de diâmetro e 10 cm de altura, os mesmos
utilizados para argamassa, tendo em vista que o CCP não possui agregado graúdo. Moldes
prismáticos medindo 4x4x16 cm. Moldes cilíndricos de 1,5 pol. de diâmetro por 7 cm de
comprimento para os ensaios de permeabilidade. Todos da marca Solotest. Foram também
confeccionados corpos de prova de 3,5x11x19 cm para ensaios térmicos com moldes fabricados
pela equipe do LTC. Como desmoldante foi usado óleo mineral.
4.4.4. Adensamento
Uma forte característica do CCE e, conseqüentemente, do CCP é ser auto-adensável,
devido sua alta fluidez. Por isso, e para não comprometer as células de ar de sua composição, o
adensamento na moldagem dos corpos de prova é feito sem a necessidade de golpes com
soquete. Contudo, o procedimento de vibrar manualmente, batendo-se com uma espátula no
corpo do molde para evitar acúmulo de bolsas de ar no seu interior é recomendado e foi
utilizado.
Capítulo 4 – Procedimento Experimental Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
51
4.4.5. Cura
Após testes de resistência à compressão realizados no CCP aos 7 e 28 dias com corpos de
prova, curados ao ar e submerso, optou-se por realizar todas as curas ao ar por apresentar
melhores resultados finais.
4.4.6. Capeamento
Todos os corpos de prova cilíndricos foram capeados com enxofre fundido, aplicado nas
extremidades, visando melhor distribuição da carga para os testes de resistência à compressão.
4.5. Caracterização dos Materiais de Partida
Os materiais de partida do CCP são: cimento, cal, areia natural, resíduo de poliéster
insaturado termofixo – PIT, agente espumígeno incorporador de ar Neopor® 600, fibra de
polipropileno e água.
Os ensaios foram realizados nos Laboratórios de Materiais de Construção Civil, Concreto
e Solos do Núcleo de Tecnologia da UFRN.
A massa específica e massa unitária para: cimento, cal, agregado miúdo (areia) e resíduo
de PIT, foram obtidas em conformidade com a NBR NM52/2003 – Agregado miúdo -
Determinação de massa específica e massa específica aparente e NBR NM45/2006 -
Determinação da massa unitária e do volume de vazios, respectivamente. Esses ensaios foram
realizados no laboratório de Materiais de Construção no Núcleo de Tecnologia da UFRN.
4.5.1. Cimento
O cimento utilizado nos experimentos do produto desenvolvido nesta pesquisa (CCP) é o
do tipo CP II - Z - 32 RS, que atende as NBR 11578/1991 e 5737/1992 (cimento Portland
resistentes aos sulfatos).
As características químicas, físico-mecânicas e a análise por Difratometria de Raios-X
(DRX) do cimento CP II - Z - 32 RS estão discriminadas no Anexo A.
Outros tipos de cimentos podem ser utilizados para concreto celular espumoso, são:
Cimento Portland de Alta Resistência Inicial - NBR 5733/2003, Cimento Portland de Alto-
Forno - NBR 5735/1991, contudo são necessários estudos e testes mais precisos.
Capítulo 4 – Procedimento Experimental Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
52
4.5.2. Cal
A cal utilizada nos experimentos do CCP foi do tipo CH I, da marca Multical, fabricada
em Ceará Mirim/RN. Foram tomados os cuidados necessários para o devido armazenamento, a
fim de evitar contaminações e umidade.
A caracterização física e química da cal foi fornecida pelo fabricante e se encontra no
Anexo B.
4.5.3. Agregado Miúdo - Areia
Os agregados utilizados na mistura do concreto foram adquiridos de empresas da região
de Natal. São originados de depósitos geológicos sedimentares, que se formam nos leitos dos
rios e, por isso, classificados como agregados naturais de grãos quartzosos.
Os agregados miúdos foram caracterizados quanto à: NBR NM248/2003- determinação
da composição granulométrica; NBR NM52/2003 - massa específica pelo método de Chapman;
NBR NM45/2006 - massa unitária em estado seco solto e NBR NM49/2001 - impurezas
orgânicas, todas obedecendo à NBR 7211/2005 - agregados para concreto - especificações.
A qualidade e a composição granulométrica das areias interferem decisivamente na
produção dos concretos celulares, mais particularmente na densidade do concreto no estado
ainda fresco e, finalmente, na sua resistência mecânica.
4.5.4. Resíduo - Poliéster Insaturado Termofixo (PIT)
As propriedades físicas, mecânicas e químicas do PIT estão apresentadas no Anexo C.
4.5.4.1. Análise Granulométrica do Agregado Artificial Leve – PIT
Foi realizada uma análise granulométrica do resíduo a fim de obter o resultado da
porcentagem acumulativa de passagem do resíduo em cada uma das peneiras, exatamente como
é feito com o agregado miúdo na NBR NM248/2003.
As partículas do resíduo de PIT possuem formato de finos flocos ou escamas, com
aspecto geral pulverulento.
4.5.4.2. Absorção de Água do PIT
Para o agregado artificial leve - PIT utilizado nessa pesquisa foi determinado o teor de
absorção d’água segundo a NBR NM30/2001.
Capítulo 4 – Procedimento Experimental Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
53
4.5.4.3. Teor de Material Pulverulento
A metodologia usada foi a da NBR NM46/2003 que permite avaliar a quantidade de
partículas muito finas, menores que 0,075 mm, por lavagem, que afetam a aderência entre a pasta
de cimento e o resíduo com as partículas maiores do próprio resíduo de PIT, aumentando o
consumo de água devido à grande superfície específica e acarretando na diminuição da
resistência à compressão do CCP.
4.5.4.4. Massa Específica
O ensaio para obtenção da massa específica absoluta do resíduo de PIT, pela metodologia
da NBR NM52/2003, sofreu alteração devido à baixíssima densidade do material, sendo
utilizado querosene (líquido de massa específica = 0,786 g/cm
3
, menor que a água) no frasco de
Chapman, permitindo assim a total decantação do material suspenso. Por meio da diferença de
volume do frasco de Chapman, mais o querosene e a massa do resíduo, determinou-se a massa
específica absoluta do PIT.
4.5.4.5. Análise Microestrutural
A microscopia da face do resíduo foi realizada no Laboratório Institucional de
Microscopia Eletrônica de Varredura – LIMEV da UFRN, utilizando o aparelho da marca
Philips, modelo XL 300 – ESEM.
4.5.5. Fibra de Polipropileno (PP)
A caracterização da fibra de polipropileno fornecida pelo fabricante encontra-se no
Anexo D.
4.5.6. Aditivo Espumígeno Incorporador de Ar
O agente espumígeno incorporador de ar empregado nesta pesquisa foi o Neopor® 600.
A solução composta por 40 (quarenta) partes de água para 1 (uma) parte do concentrado de
Neopor® 600 é transformada em espuma estável e homogênea. Esse elemento orgânico é um
agente líquido biodegradável à base de uma proteína de queratina hidrolisada de origem animal,
não tóxico e ph = 6,9. O tamanho das bolhas de ar varia entre 0,1 e 0,5 mm. Essas pequenas
bolhas misturadas à fórmula do CCP causam uma expansão na massa da pasta de concreto,
reduzindo sua densidade.
A máquina geradora de espuma utilizada é dotada de um motor elétrico que faz funcionar
uma bomba d’água e um compressor de ar. Após o processo, o ar é incorporado à solução que
passa pela bomba, gerando uma espuma cuja densidade varia entre 75 e 80 gramas/litro. As
Capítulo 4 – Procedimento Experimental Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
54
bolhas de ar estáveis possuem alta tensão superficial, as quais resistem aos esforços gerados pela
mistura, bombeamento e lançamento do material.
A quantidade de ar incorporado pela espuma homogênea varia conforme a densidade do
material que se deseja produzir, podendo variar de 15 a 85% de ar no produto final. É importante
observar o fato de que, variando as proporções entre os materiais misturados, obtêm-se
resistências variáveis e controladas do CCP, numa faixa relativamente larga de densidades.
Desse modo, parâmetros podem ser ajustados para que o CCP adquira características específicas,
desejáveis a um determinado projeto. É possível, por exemplo, obter o concreto celular
polimérico com densidade entre 400 a 1800 kg/m
3
, onde a densidade do concreto convencional é
de 2.500 kg/m
3
.
4.5.7. Água
A água utilizada no concreto celular com resíduo de poliéster, de maneira geral, é do tipo
potável, da rede pública de abastecimento local, com um Ph entre 5,8 e 8,0. A água não deve
conter óleos ou gorduras em suspensão, bem como partículas de materiais orgânicos. A Norma
Brasileira NBR 12.645/1992 - Execução de Paredes em Concreto Celular Espumoso Moldada no
Local, no seu parágrafo 4.2.3.1, especifica os teores máximos admitidos de materiais impróprios.
A presença de impurezas na água pode influenciar a velocidade de desenvolvimento das
características físico-mecânicas e físico-químicas do material, especialmente na resistência à
compressão e tempo de pega do concreto. Preocupação semelhante com a qualidade da água
deve ser empregada na geração da espuma, uma vez que o Neopor® 600 não reage
quimicamente com a água, mas por penetrabilidade durante a mistura.
A quantidade de água usada no concreto celular varia conforme a densidade do produto
final. Parte da água é empregada na argamassa e o restante na formação da espuma.
O fator água/cimento tem importância fundamental para a obtenção da capacidade
mecânica final do produto e para a estabilidade dimensional do material. A água deve se
encontrar à temperatura ambiente, preferencialmente entre 15 a 35
0
C, tanto para o concreto
celular como para a geração de espuma.
4.6. Métodos de Ensaio para Caracterização do CCP
Os ensaios para caracterização do CCP estão divididos em dois grupos: estado fresco e
endurecido.
Capítulo 4 – Procedimento Experimental Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
55
É importante ressaltar que ainda não existem normas, principalmente nacionais, para
caracterização do concreto celular. Entretanto, sendo ele um concreto leve e sem agregado
graúdo, as normas para argamassa e cimento se enquadram para a realização da sua
caracterização, ocorrendo o mesmo com o CCP.
4.6.1. CCP no Estado Fresco
4.6.1.1. Índice de Consistência – Trabalhabilidade
Foi realizado o ensaio da NBR NM68/1998 – Concreto: Determinação da consistência
pelo espalhamento na mesa de Graff, recomendado para o concreto de consistência fluida e auto-
adensável, como é o CCP.
4.6.1.2. Início e Fim de Pega
O conhecimento dos tempos de início e fim de pega do concreto e argamassas é
importante e necessário para a fixação do tempo máximo em que se pode trabalhar com o
material em estado fresco. O procedimento realizado foi o da NBR NM9/2003 – Determinação
dos tempos de pega por meio de resistência à penetração.
4.6.2. CCP no Estado Endurecido
4.6.2.1. Resistência à Compressão Mecânica
Por ser uma propriedade relevante na engenharia, a resistência à compressão traduz de
certa forma a qualidade do material, pois está diretamente relacionada à sua estrutura interna. Os
valores obtidos nos ensaios de ruptura dos corpos-de-prova fornecem seu desempenho em
termos mecânicos e conseqüente durabilidade.
Para determinação da resistência à compressão dos corpos de prova cilíndricos, seguiram-
se as orientações da norma NBR 7215/1996, de forma que atenda à resistência mínima de 2,5
MPa aos 28 dias exigida pela NBR 12646/1992 para concreto celular espumoso.
Os ensaios foram realizados utilizando-se a prensa hidráulica AMSLER –
SCHAFFHAUSEN, Suíça n
o
699/474, do Laboratório de Concreto do Núcleo de Tecnologia da
UFRN.
A máquina de ensaios de compressão utilizada possui as seguintes características: carga
contínua, sem choques, à velocidade constante; certificado de calibração recente conforme NBR
6156/1982; velocidade de carregamento transmitido ao corpo de prova de 10 kg/s.
Capítulo 4 – Procedimento Experimental Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
56
Nos ensaios realizados, o equipamento foi regulado de modo que a carga se elevasse
progressivamente, à razão de cerca de 500 N/s, conforme recomendação da NBR 6460/1983.
Para todos os traços foram rompidos 2 (duas) séries de 5 (cinco) repetições autênticas dos
corpos de provas e os pontos iniciais, centrais e finais foram repetidos 4 (quatro) vezes (4x5),
com objetivo de reduzir o erro experimental, aumentando assim a confiabilidade do processo de
planejamento e sua resposta. Desta forma, foram confeccionados 240 corpos de prova para o
ensaio de resistência à compressão.
4.6.2.2. Módulo de Elasticidade
O ensaio de módulo de elasticidade foi realizado conforme o prescrito pelo projeto de
norma nº 18:400.04-008 (ABNT/2008), intitulado “Argamassa para assentamento e revestimento
de paredes e tetos – Determinação do módulo de elasticidade dinâmico através da propagação de
onda ultra-sônica”. Os corpos-de-prova foram moldados de acordo com a NBR 13279/2005 e
ensaiados aos 28 dias de idade no Laboratório de Materiais de Construção Civil do CEFET/RN.
Os resultados encontrados nos ensaios mostram a capacidade de deformação das argamassas
quando submetidas às solicitações. O ensaio foi realizado através do medidor de velocidade de
pulso ultra-sônico, marca CONTROLS, modelo 58 – E0048.
4.6.2.3. Resistência à Tração na Flexão
A resistência à tração na flexão foi determinada na idade de 28 dias, conforme
procedimento descrito na NBR 13279/2005.
Os corpos de prova prismáticos 4x4x16 cm foram demarcados para garantir a aplicação
da carga no centro do mesmo. Os ensaios foram realizados na sala de ensaios mecânicos do
Laboratório de Cimentos da UFRN, em uma prensa universal da Shimadzu modelo Autograph
AG-I – TRAPEZIUM 2.
4.6.2.4. Densidade de Massa Aparente
O ensaio de densidade de massa aparente no estado endurecido foi realizado na idade de
28 dias, conforme a NBR 13280/2005, no Laboratório de Metrologia no Núcleo de Tecnologia
da UFRN.
4.6.2.5. Absorção de Água por Imersão e Índice de Vazios
Esses ensaios se aplicam tanto para as argamassas quanto para o concreto endurecido e
são descritos na NBR 9778/2005.
Capítulo 4 – Procedimento Experimental Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
57
4.6.2.6. Absorção de Água por Capilaridade
A NBR 15259/2005 estabelece a metodologia para determinação da absorção de água por
capilaridade. Os corpos de prova prismáticos de 4x4x16 cm foram moldados conforme a NBR
13279/2005 e ensaiados aos 28 dias de idade, três amostras por traço. Esse ensaio tem como
princípio básico medir a absorção d’água por percolação das argamassas endurecidas.
4.6.2.7. Permeabilidade
O CCP é um material poroso e possui alta permeabilidade, contudo para obtenção do seu
real coeficiente foi realizado o teste com penetração de gás nitrogênio em corpos de provas
cilíndricos com dimensões de uma polegada e meia de diâmetro por sete centímetros de
comprimento, no aparelho Ultra-Pern 500, do laboratório de cimentos da UFRN. O ensaio foi
realizado com três células de cada traço testado.
4.6.2.8. Variação Dimensional - Retração
A NBR 15261/2005 estabelece o método para determinar a variação dimensional em
condições padronizadas. Entretanto, devido à falta do molde para confecção dos corpos de prova
de 2,5x2,5x2,85 cm recomendado pela norma, o ensaio foi realizado e fazendo-se uso dos corpos
de provas prismáticos com dimensões de 4x4x16 cm.
4.6.2.9. Propriedades Térmicas
As propriedades térmicas do CCP foram determinadas usando o analisador termal Quick
Line, modelo TM-30 da Anter Corporation, pertencente ao GGEMMA – Grupo de Pesquisa em
Geologia e Geofísica Marinha e Monitoramento Ambiental, do Centro de Ciências Exatas e da
Terra – UFRN, que forneceu a condutividade térmica (k), difusividade térmica (α) e a
capacidade calorífica (c
p
).
O ensaio foi realizado com três células de cada traço testado. As células, ou corpos de
provas, foram confeccionados com as seguintes dimensões: 4x11x19 cm.
4.6.2.10. Análise Microestrutural
A microscopia foi realizada no Laboratório Institucional de Microscopia Eletrônica de
Varredura – LIMEV da UFRN, utilizando o aparelho da marca Philips, modelo XL 300 – ESEM,
com potência de 20kV.
As amostras foram obtidas dos corpos de prova dos CCPs rompidos nos ensaios de
resistência mecânica à compressão, secadas em estufa, e preparadas dentro do porta-amostra do
Capítulo 4 – Procedimento Experimental Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
58
MEV, pré-tratadas com metalização de fina camada de ouro, visando o aumento do contraste de
visualização. As imagens obtidas foram registradas em arquivo digital.
As amostras para realização da análise micro-estrutural foram extraídas de corpos de
prova cilíndricos com dimensões 5x10 cm, depois de rompidos no ensaio de resistência à
compressão, exatamente no local da fratura. As idades das amostras tinham idade superior aos 28
dias.
A estratégia de análise foi a busca por uma região de maior visibilidade e nitidez,
identificando as fases e mostrando a interação dos materiais e suas interfaces. As análises micro-
estruturais realizadas no MEV para o CCP e PIT foram feitas por feixes de elétrons secundários
e por retroespalhamento. Para analisar a morfologia das amostras, foram selecionadas as
interações representativas entre os materiais empregados, que apresentaram concentrações bem
definidas do resíduo de PIT.
Capítulo 5 – Resultados e Discussões Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
59
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Este capítulo reserva-se à apresentação e discussão dos resultados das análises
experimentais do concreto celular polimérico - CCP, divididas em cinco temas principais:
caracterização dos materiais de partida (insumos); estudo do comportamento dos materiais
integrantes da formulação do CCP após planejamento experimental; caracterização das
propriedades do CCP; análise microestrutural do concreto celular espumoso e da interface entre
o resíduo de poliéster insaturado termofixo - PIT e a matriz de cimento; e uma súmula da
viabilidade financeira do CCP.
5.1. Caracterização dos Materiais de Partida
Os materiais de partida que fazem parte da formulação do CCP são: cimento Portland CP
II - Z - 32 RS, cal, agregado miúdo (areia fina), fibra de polipropileno, resíduo de poliéster
insaturado termofixo – PIT, agente espumígeno incorporador de ar Neopor® 600 e água.
5.1.1. Massa Específica e Massa Unitária dos Materiais de Partida
A Tabela 5.1 apresenta os resultados das massas específicas e massas unitárias dos
materiais de partida utilizados no CCP.
Tabela 5.1 - Massas dos materiais de partida.
Ensaio Método Resultado
Cimento
Massa específica (g/cm
3
) NBR NM52/2003
3,48
Massa unitária (g/cm
3
) NBR NM45/2006
0,98
Cal
Massa específica (g/cm
3
) NBR NM52/2003
3,28
Massa unitária (g/cm
3
) NBR NM45/2006
1,05
Agregado miúdo – areia
Massa específica (g/cm
3
) NBR NM52/2003
2,57
Massa unitária (g/cm
3
) NBR NM45/2006
1,41
Resíduo de poliéster insaturado termofixo – PIT
Massa específica (g/cm
3
) NBR NM52/2003
1,42
Massa unitária (g/cm
3
) NBR NM45/2006
0,06
Observando-se os resultados apresentados na Tabela 5.1, verifica-se que o resíduo de PIT
possui massa específica e unitária inferiores aos aglomerantes (cimento e cal) e ao agregado
miúdo (areia) utilizados na pesquisa.
Capítulo 5 – Resultados e Discussões Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
60
Segundo Petrucci (1993), a influência dos agregados miúdos na resistência é devida à
granulometria, sendo que o agregado graúdo influencia em função da forma e textura da
partícula. No caso dos agregados miúdos, quanto mais finos, mais superfícies específicas terão,
exigindo assim, uma maior quantidade de água para molhar os grãos, conseqüentemente,
ocorrerá diminuição da resistência mecânica.
Tommy et al. (2007) destacam que a resistência do concreto com agregado leve está mais
relacionada com a densidade do agregado do que com o tamanho dos suas partículas. Sendo
assim, o resíduo de PIT não oferece aumento significativo na resistência do CCP, podendo
causar até efeito contrário. Em contrapartida, o resíduo de PIT favorece a manutenção da baixa
densidade do CCP, essencial para o confinamento do resíduo e satisfazer o objetivo do produto
final.
5.1.2. Caracterização do Agregado Miúdo
5.1.2.1. Granulometria
A granulometria e o módulo de finura são elementos importantes para o desempenho dos
concretos e argamassas. Uma areia quartzosa de rio foi o agregado miúdo utilizado na produção
do CCP, cuja distribuição granulométrica, módulo de finura, massa específica e umidade natural
encontram-se discriminadas na Tabela 5.2.
Tabela 5.2 - Análises de distribuição granulométrica da areia.
Peneira (#) (mm) Massa Retida (g) % Retida % Retida acumulada
4.8 0,0 0,0 0,0
2.4 1,0 0,1 0,1
1.2 49,0 4,9 5,0
0.6 180,0 18,0 23,0
0.3 400,0 40,0 63,0
0.15 267,0 26,7 89,7
Fundo 103,0 10,3 100,0
Soma 1000,00 100,00 100,00
Módulo de finura -
1,80
NBR NM248/2003
Diâmetro máximo mm
4,8
NBR NM52/2003
Teor de umidade %
0,50
-
Classificação
Areia Fina
NBR 7211/2005
Na Figura 5.1 apresenta-se a curva granulométrica da areia utilizada nas misturas, a qual
se encontra no intervalo entre a faixa inferior e superior, classificando-a como areia fina.
Capítulo 5 – Resultados e Discussões Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
61
Figura 5.1 – Curva granulométrica da areia utilizada.
5.1.3. Caracterização do Agregado Artificial Leve – PIT
5.1.3.1. Granulometria
A granulometria do resíduo de PIT, apresentada na Tabela 5.3, revela que o diâmetro das
suas partículas encontra-se, principalmente, entre 0,3 e 1,2 mm. Com diâmetros nessa dimensão,
o resíduo é maior que as células de ar incorporadas no CCP, não sendo encapsulado por elas.
Tabela 5.3 - Análise de distribuição granulométrica do resíduo de PIT.
Peneira (#)
(mm)
Porcentagem (%)
Retida Acumulada
4,8 0,35 0,35
2,4 8,05 8,40
1,2 25,70 34,10
0,6 26,50 60,60
0,3 21,35 81,95
0,15 11,50 93,45
< 0.15 6,55 100
5.1.3.2. Absorção de Água do PIT
O polímero de poliéster, por si só não absorve água. Contudo, o resíduo de PIT, devido à
estrutura enrugada da face de seus grânulos, aprisiona grande quantidade de água, tornando-o um
material de alta hidrofilidade (capacidade que um material possui de absorver e reter água).
Esse comportamento do resíduo influencia enormemente nas propriedades do CCP,
absorvendo a água de amassamento e hidratação do cimento, comprometendo a resistência e a
trabalhabilidade do material. Para corrigir isso, foi determinado o percentual de absorção d’água
que o PIT necessita para ser molhado e não interferir no desempenho do produto final.
Curva Granulométrica da Areia
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.0 0.15 0.3 0.6 1.2 2.4 4.8
Abertura das Peneiras (mm)
% Retida Acumulada
Amostra Limites
Capítulo 5 – Resultados e Discussões Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
62
A Tabela 5.4 apresenta o resultado de três testes realizados com o PIT para obtenção da
porcentagem de água retida em relação ao seu próprio peso.
Tabela 5.4 – Absorção de água do PIT.
Absorção
d’água (%)
Desvio
Padrão
Coeficiente de
Variação (%)
215
3,05 1,42
5.1.3.3. Teor de Material Pulverulento do PIT
Conhecer o teor de material pulverulento do resíduo é importante porque quanto maior
for essa porcentagem, tanto maior será a sua massa específica, e conseqüentemente, sua
superfície específica que tem ligação direta com a agregação das moléculas dos aglomerantes,
comprometendo a resistência do CCP. Sobretudo no caso do resíduo de PIT, foi importante o seu
teor de material pulverulento ser baixo, devido à baixa densidade e conseqüente baixa resistência
do mesmo. O resultado dos (três) testes realizados para determinação do teor de material
pulverulento do PIT, bem como a média aritmética, é apresentado na Tabela 5.5.
Tabela 5.5 – Teor de material pulverulento do PIT.
Material
Pulverulento (%)
Desvio
Padrão
Coeficiente de
Variação (%)
2,65
0,09 3,56
5.2. Planejamento Experimental
Os resultados obtidos para a resistência à compressão, através do planejamento fatorial 2
3
para CCP 400 e 600, são apresentados na Tabela 5.6.
Observou-se que as novas dosagens analisadas dos CCPs 400 apresentaram, aos 7 dias de
idade, valores de resistência à compressão superiores a 1,0 MPa. E valores maior ou igual a 1,5
MPa aos 28 dias de idade. Contudo, para atingir esses valores foi retirado 25% da espuma
recomendada pelo fabricante do agente incorporador de ar Neopor® 600.
Observou-se que as novas dosagens analisadas dos CCPs 600 apresentaram, aos 7 dias de
idade, valores de resistência à compressão superiores a 2,0 MPa. E valores maior ou igual a 2,5
MPa aos 28 dias de idade. Contudo, para atingir esses valores foi retirado 20% da espuma
recomendada pelo fabricante do agente incorporador de ar Neopor® 600.
Capítulo 5 – Resultados e Discussões Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
63
Tabela 5.6 – Resultados obtidos a partir do planejamento fatorial 2
3
para a resistência
à compressão do CCP.
Corpo
de
Prova
Densidade
kg/m
3
CCP
Traço
→
Resistência
Média
Aritmética
MPa – 28 dias
Desvio
Padrão
Coeficiente
de Variação
(%)
Areia
%
Cal
%
PIT
%
1 400 -1 -1 -1 →
1,6
0,35 6,35
2 400 -1 +1 -1 →
2,4
0,42 7,83
3 400 +1 -1 -1 →
2,0
0,48 7,96
4 400 -1 -1 +1 →
1,5
0,52 8,37
5 400 0 0 0 →
1,9
0,38 6,44
6 400 +1 +1 -1 →
2,8
0,43 7,89
7 400 -1 +1 +1 → 3,9
0,41 7,68
8 400 +1 -1 +1 →
3,1
0,52 8,43
9 400 +1 +1 +1 →
3,6
0,42 7,79
10 600 +1 -1 -1 →
2,5
0,48 7,91
11 600 -1 +1 +1 →
3,8
0,39 7,08
12 600 +1 +1 -1 →
2,8
0,34 6,88
13 600 -1 -1 +1 → 3,2
0,39 6,81
14 600 -1 -1 -1 →
2,5
0,43 7,77
15 600 0 0 0 →
3,5
0,41 7,53
16 600 +1 +1 -1 →
4,1
0,37 6,45
17 600 +1 -1 +1 →
4,5
0,53 8,57
18 600 +1 +1 +1 →
4,9
0,46 7,92
Um importante objetivo dessa pesquisa foi obter uma fórmula ideal do CCP 400 e 600,
não apenas do ponto de vista técnico, mas também econômico, tornando-o viável como produto.
Partindo desses princípios, apenas um traço para cada densidade do CCP foi escolhido para
integrar efetivamente uma linha de produção. Dessa forma, os traços que melhor atenderam aos
requisitos técnicos e econômicos foram:
¾ CCP 400 - Traço (07) - 1 : 0 : 0,2 : 0,2 - cimento : areia : Cal : PIT - 3,9 MPa aos 28 dias.
¾ CCP 600 - Traço (13) - 1 : 0,6 : 0 : 0,2 - cimento : areia : Cal : PIT - 3,2 MPa aos 28 dias.
No caso do CCP 400 o traço 7, com 20% de PIT, 20% de cal e 0% de areia, foi escolhido
por oferecer a melhor relação custo x benefício, com maior resistência e menor densidade.
Para o CCP 600 o traço escolhido foi o 13, com 20% de PIT, 0% de cal e 60% de areia
para reduzir sua densidade, atendendo satisfatoriamente à resistência exigida pela NBR (2,5 MPa
aos 28 dias).
Capítulo 5 – Resultados e Discussões Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
64
Os traços 7 e 13 são detalhados na Tabela 4.6 (pág. 49), com os demais traços testados
dos CCPs. As caracterizações dos CCPs realizadas nessa pesquisa foram determinantes como
requisitos técnicos para escolha dos traços ideais, e o custo dos materiais (cal e areia) como
requisito econômico. O cimento e o resíduo de PIT foram considerados elementos obrigatórios
na fórmula dos CCPs.
Uma ferramenta que possibilita estabelecer prioridades na tomada de decisão, a partir de
uma abordagem estatística, é o Diagrama de Pareto. A influência das variáveis, areia, cal e PIT
sobre a resistência à compressão pode ser vista através desse tipo de gráfico, onde a variável
apresenta uma influência estatisticamente significativa, ao nível de 95% de confiança, quando
seu efeito ultrapassa a linha de p = 0,05.
Com relação à resistência à compressão para o CCP 400, o Diagrama de Pareto
apresentado na Figura 5.2 mostra que nenhuma das variáveis em estudo possui influência
estatisticamente significativa ao nível de 95% de confiança (linha vermelha pontilhada p = 0,05
do gráfico). Ou seja, o aumento ou diminuição das quantidades dos materiais (variáveis) não irá
produzir um efeito relevante na resistência.
Visualiza-se ainda que a interação entre os elementos areia e cal, cal e PIT e areia e PIT
também não apresentam efeito significativo, dessa forma não é possível a obtenção de um
modelo matemático, que relacione a resistência à compressão com os fatores estudados.
,4846395
,9154302
-1,23852
1,346221
1,561616
2,638593
p=,05
Areia com PIT
Cal com PIT
Areia com Cal
Areia
PIT
Cal
Figura 5.2 – Diagrama de Pareto do CCP 400.
Capítulo 5 – Resultados e Discussões Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
65
A influência das variáveis, areia, cal e PIT sobre a resistência à compressão do CCP 400
pode ser mais facilmente visualizada através das superfícies de respostas das Figuras 5.3 a 5.5.
Observa-se através da legenda da Figura 5.3, que a resistência aumenta da coloração verde para a
vermelha e que o maior valor se encontra na parte vermelha escura da superfície, dessa forma
verifica-se que o PIT não apresenta influência significativa na resistência, assim como a cal, para
o CCP 400.
Resistência à Compressão
Resíduo de Poliéster Insaturado Termofixo (PIT) versus Cal
CCP 400
MPa
3,5
3
2,5
2
Figura 5.3 – Gráfico superfície de resposta do PIT x Cal - CCP 400.
Na Figura 5.4, observa-se que a influência do resíduo de PIT e da areia na resistência do
CCP 400 não é significativa, alterando pouco suas faixas de influência dentro da cor verde.
Contudo, os dois materiais em conjunto produzem melhores resultados do que isoladamente.
Resistência à Compressão
Resíduo de Poliéster Insaturado Termofixo (PIT) versus Areia
CCP 400
MPa
3
2,5
2
Figura 5.4 – Gráfico superfície de resposta do PIT x Areia - CCP 400.
Capítulo 5 – Resultados e Discussões Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
66
Na Figura 5.5, observa-se que as influências da cal e da areia na resistência do CCP 400
apresentam os melhores resultados, tanto isolados, quanto conjuntamente.
Resistência à Compressão
Cal versus Areia
CCP 400
MPa
3
2,5
2
1,5
1
Figura 5.5 – Gráfico superfície de resposta da Cal x Areia - CCP 400.
Com relação à resistência à compressão para o CCP 600, o Diagrama de Pareto
apresentado na Figura 5.6 ilustra que todas as variáveis em estudo apresentam influência
positiva, ao nível de 95% de confiança, ou seja, quando se aumenta as quantidades de cada
material (variável) do nível inferior (nível –1) para o nível superior (nível +1), obtém-se um
valor maior para a resposta.
O Diagrama de Pareto da Figura 5.6 mostra as variáveis em ordem de influência na
resistência. Visualiza-se ainda que a interação entre os elementos cal e PIT, areia e cal e areia e
PIT, não apresentam efeito significativo.
1,109955
1,109955
-2,06134
5,232645
6,501165
7,769685
p=,05
Areia com PIT
Areia com Cal
Cal com PIT
Cal
Areia
PIT
Figura 5.6 – Diagrama de Pareto do CCP 600.
Capítulo 5 – Resultados e Discussões Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
67
A influência das variáveis, areia, cal e PIT sobre a resistência à compressão do CCP 600
pode ser melhor visualizada por meio das superfícies de resposta mostradas nas figuras 5.7 a 5.9.
A Figura 5.7, apresenta a influência do resíduo de PIT e da areia na resistência do CCP
600 e revela que ambos são significativos isoladamente, alterando suas faixas de influência da
cor verde para a amarela, e os dois materiais em conjunto produzem resultados melhores.
Resistência à Compressão
Resíduo de Poliéster Insaturado Termofixo (PIT) versus Areia
CCP 600
MPa
4,5
4
3,5
3
2,5
Figura 5.7 – Gráfico superfície de resposta do PIT x Areia - CCP 600.
Na Figura 5.8, as influências do resíduo de PIT e da cal na resistência do CCP 600 são
significativas isoladamente e apresentam os melhores resultados finais, alterando suas faixas de
resistência da cor verde, passando pela amarela e chegando até a vermelha escura. Os dois
materiais em conjunto produziram os melhores resultados do planejamento, atingindo resistência
à compressão superior a 4 MPa.
Resistência à Compressão
Resíduo de Poliéster Insaturado Termofixo (PIT) versus Cal
CCP 600
MPa
4
3,5
3
2,5
Figura 5.8 – Gráfico superfície de resposta do PIT x Cal - CCP 600.
Capítulo 5 – Resultados e Discussões Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
68
Na Figura 5.9, as influências da cal e da areia na resistência do CCP 400 são
significativas tanto isoladas, quanto conjuntamente.
Resistência à Compressão
Cal versus Areia
CCP 600
MPa
4,5
4
3,5
3
2,5
Figura 5.9 – Gráfico superfície de resposta da Cal x Areia - CCP 600.
De acordo com os resultados obtidos no planejamento experimental fatorial 2
3
, quanto
maior a quantidade de agregados/aglomerantes, maior a resistência à compressão, e como o
objetivo é substituir o maior percentual possível de cimento por resíduo de PIT, confirma-se a
viabilidade técnica do projeto CCP.
Baseado no resultado do planejamento 2
3
para o CCP 600 foi proposto um modelo
matemático que relaciona a resistência à compressão (RC) com os fatores estudados, obtendo-se
a Equação 5.1 de ajuste.
RC = 3,482 + 0,512*areia + 0,412*cal + 0,612*PIT (5.1)
É importante destacar que este modelo utiliza valor codificado para as variáveis, ou seja,
-1, 0 e 1, e ainda, que a equação é válida somente para o intervalo definido anteriormente.
Para avaliar a confiabilidade do modelo, observa-se a relação entre o valor previsto pelo
modelo e valor observado experimentalmente para a resistência à compressão, como apresentado
na Figura 5.10.
Capítulo 5 – Resultados e Discussões Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
69
Valores observados vs. Valores preditos
R
2
= 0,97
1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5
Valores Observados
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
Valores Preditos
Figura 5.10 - Relação entre as respostas previstas pelo modelo
e as observadas com os corpos de prova.
A reta de coeficiente angular unitário da Figura 5.10 representa a igualdade entre os
valores, e os pontos assinalados correspondem aos valores observados experimentalmente. A
pouca dispersão, ou seja, R
2
de 0,97, em torno da reta, indica a confiabilidade do modelo. Porém,
conclusões sobre a validade do modelo só podem ser consideradas analisando-se a variância dos
resultados, conforme mostrado na Tabela 5.7.
Tabela 5.7 – Análise de variância (ANOVA) para o modelo.
Fonte de
Variação
Soma de
quadrados
Grau de
liberdade
Quadrado
médio
F
calculado
Regressão 6,463 3 2,154
43,08
Resíduo 0,199 4 0,05
Total 6,996 7 - -
% variação explicado (R
2
) = 0,97
F
3; 4; 95%
= 6,59
O teste da distribuição F fornece com 95% de confiança, que o F calculado é 6,5 vezes
maior que o F tabelado com 3 graus de liberdade para a regressão e 4 graus de liberdade para os
resíduos, (F
3,4,95%
= 6,59), indicando que regressão é altamente significativa e preditiva,
podendo-se afirmar que o modelo da Equação 5.1 mostrou-se significativo e ajusta bem os
valores experimentais.
Capítulo 5 – Resultados e Discussões Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
70
5.3. Caracterização do CCP
A caracterização do CCP foi realizada em duas fases. Na primeira fase foram
caracterizados todos os 18 traços apresentados na Tabela 4.6 (página 49) quanto à resistência à
compressão. Com esses dados foi realizada a análise estatística para escolha do melhor traço do
CCP 400 e 600, do ponto de vista técnico e econômico. Com isso foi possível iniciar a segunda
fase de caracterizações, apenas com os traços sem resíduo de PIT ou traços de referência (CCE):
traços 1 do CCP 400 e 10 do CCP 600, e os seus traços ótimos com resíduo de PIT: traços 7 do
CCP 400 e 13 do CCP 600.
5.3.1. CCP no Estado Fresco
Todos os concretos leves estudados apresentaram coesão e consistência adequada para a
moldagem dos corpos de prova. O CCP modificado com PIT apresentou coesão maior do que a
observada nos concretos celulares convencionais sem PIT.
5.3.1.1. Índice de Consistência – Trabalhabilidade
A análise do comportamento da consistência do CCE e CCP 400 e 600, revela pouca
diferença entre seus resultados, apresentando comportamento semelhante. Contudo, nota-se uma
pequena diminuição da trabalhabilidade quando o resíduo de PIT é adicionado, devido ao
volume, tamanho e estrutura das partículas do resíduo. A Tabela 5.8 apresenta os resultados dos
índices de consistência do CCP.
Tabela 5.8 – Consistências dos CCPs.
Proporções da Mistura (em massa)
Materiais Cimento
Neopor® 600
(% da água)
Fator
A/C
Areia Cal
Poliéster
(PIT)
mm
CCE 400 - traço 01
1,0
28,2 0,57
0,0 0,0 0,0
310
CCP 400 - traço 07 0,0 0,2 0,2
300
CCE 600 - traço 10
24,6 0,53
1,0 0,0 0,0
280
CCP 600 - traço 13 0,6 0,0 0,2
270
5.3.1.2. Início e Fim de Pega
O primeiro passo, para analisar a influência da adição do resíduo de PIT no processo de
hidratação do cimento foi, a realização do ensaio da determinação dos tempos de pega para a
pasta com e sem adição do resíduo. Os resultados para as pastas sem PIT foram: tempo de início
de pega de 2:45h e o tempo de fim de pega de 3:45h. Para as pastas com PIT, o tempo de início
de pega foi de 3:15h e o tempo de fim de pega de 4:15h, como mostra a Tabela 5.9. Sendo assim,
Capítulo 5 – Resultados e Discussões Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
71
o PIT alterou, de maneira pouco significativa do ponto de vista prático para a obra, o tempo de
início e fim de pega, já que os intervalos obtidos entre eles também estão dentro dos limites
especificados pela norma.
Esta diferença de tempo não descaracterizou a amostra, apresentando o mesmo
desempenho de endurecimento, considerando a incorporação de ar do concreto celular.
Tabela 5.9 – Início e fim de pega do CCP.
Materiais
Início de
Pega
Fim de
Pega
Variação de tempo
entre ensaios
CCE 400 e 600 - Traços 1 e 10
2:45h 3:45h
± 10 min.
CCP 400 e 600 - Traços 7 e 13
3:15h 4:15h
± 10 min.
5.3.2. CCP no Estado Endurecido
5.3.2.1. Densidade de Massa Aparente
As densidades aparentes dos CCEs e CCPs 400 e 600 apresentaram variação máxima de
15% entre os corpos de prova do mesmo traço. A média dos valores obtidos está apresentada na
Tabela 5.10.
Tabela 5.10 – Densidade aparente do CCP e materiais correlatos.
Materiais kg/m³
CCE 400 400
CCP 400 450
CCE 600 600
CCP 600 650
Tijolo cerâmico furado 1200
Bloco de concreto vazado 1500
Tijolo cerâmico maciço 1800
Concreto armado 2500
Um aspecto interessante do CCP, relacionado à sua densidade, é o fato do material flutuar
quando colocado em água. Ele apresenta esse comportamento devido ao aprisionamento de um
grande número de micro bolhas de ar na sua composição. Essa característica singular abre um
novo elenco de futuras aplicações para o CCP, como por exemplo, nas áreas marítima e
petrolífera.
Capítulo 5 – Resultados e Discussões Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
72
5.3.2.2. Resistência à Tração na Flexão
Os valores de resistência à tração na flexão são apresentados na Tabela 5.11. Observando
os seus resultados, percebe-se que a adição de PIT aumenta os valores de resistência à tração na
flexão, em comparação ao concreto sem resíduo, em aproximadamente 30%, tanto no CCP 400,
quanto no 600.
A melhora de desempenho na resistência à tração dos concretos leves modificados com
polímero, em relação aos concretos leves sem polímero, pode ser atribuída ao efeito do polímero,
que reduz a relação água/aglomerante do concreto, aumenta a resistência à tração da matriz de
cimento e melhora a adesão entre a matriz de cimento e o agregado. O mesmo comportamento
foi observado nos CCPs 400 e 600.
Tabela 5.11 – Resistência à tração na flexão do CCP.
Materiais
Resistência à
Tração na Flexão
MPa
Variável
com/sem
Resíduo
Desvio
Padrão
Coeficiente
de Variação
(%)
CCE 400 - traço 01 0,29
+ 31,03 %
0,09 5,76
CCP 400 - traço 07
0,38
0,06 6,65
CCE 600 - traço 10 0,38
+ 28,95 %
0,08 6,77
CCP 600 - traço 13
0,49
0,05 4,89
5.3.2.3. Módulo de Elasticidade
Observou-se nos resultados dos ensaios de módulo de elasticidade, apresentados na
Tabela 5.12, que os valores obtidos para os CCPs foram superiores aos sem resíduo. Esse
acréscimo no módulo de elasticidade está em conformidade com estudos anteriores (ARMELIN
et al., 1994; GOMES NETO, 1998) e provavelmente deve-se, essencialmente, à influência das
propriedades elásticas do agregado artificial leve (PIT) no compósito de CCP. Observou-se
também, que os valores do módulo de elasticidade obtidos para os CCPs são aproximadamente
40% maiores do que os sem resíduo (CCEs).
Tabela 5.12 – Módulo de elasticidade do CCP.
Materiais
Módulo de
elasticidade
GPa
Variável
com/sem
Resíduo
Desvio
Padrão
Coeficiente
de Variação
(%)
CCE 400 - traço 01 3400
+ 38,23 %
0,23 0,4
CCP 400 - traço 07
4700
0,26 0,3
CCE 600 - traço 10 2600
+ 46,15 %
0,25 0,7
CCP 600 - traço 13
3800
0,22 0,6
Capítulo 5 – Resultados e Discussões Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
73
Segundo Neville (1998), atribui-se a maior linearidade da curva tensão-deformação nos
concretos leves, em comparação aos concretos tradicionais, à maior compatibilidade entre os
valores do módulo de deformação do agregado e da matriz de cimento.
5.3.2.4. Absorção de Água por Imersão
Os valores de absorção de água por imersão são apresentados na Tabela 5.13. Nela
observa-se que os CCPs absorvem mais água que os CCEs, que não possuem resíduo.
Tabela 5.13 – Absorção de água por imersão do CCP.
Materiais
Absorção de água
por imersão
72h - %
Variável
com/sem
Resíduo
Desvio
Padrão
Coeficiente
de Variação
(%)
CCE 400 - traço 01 43,38
+ 31,74 %
0,19 3,46
CCP 400 - traço 07
57,15
0,12 2,72
CCE 600 - traço 10 31,91
+ 23,34 %
0,17 3,17
CCP 600 - traço 13
39,36
0,09 2,23
A alteração nos valores de absorção de água e nos vazios permeáveis dos concretos leves,
modificados com polímeros, pode ser atribuída aos seguintes fatores: presença de polímero nos
poros capilares, aumento da quantidade e do diâmetro dos poros.
5.3.2.5. Índice de Vazios
Os resultados da análise experimental para determinação do índice de vazios dos CCPs
são apresentados na Tabela 5.14. Nota-se que a utilização do PIT promove o acréscimo da
quantidade de vazios permeáveis nos CCPs.
Tabela 5.14 – Índice de vazios do CCP.
Materiais
Índice de
vazios 72h
%
Variável
com/sem
Resíduo
Desvio
Padrão
Coeficiente
de Variação
(%)
CCE 400 - traço 01 47,51
+ 26,05 %
0,21 2,54
CCP 400 - traço 07
59,89
0,18 2,11
CCE 600 - traço 10 37,38
+ 22,84 %
0,27 3,41
CCP 600 - traço 13
45,92
0,22 3,23
A variação do índice de vazios entre os CCEs e os CCPs é de aproximadamente 25%.
Percebe-se que essa variação é menor no CCP 600 do que no CCP 400, devido a sua maior
densidade e pela presença da areia, que ocupa parte dos espaços vazios em relação ao CCP 400.
Capítulo 5 – Resultados e Discussões Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
74
5.3.2.6. Absorção de Água por Capilaridade
Analisando a Tabela 5.15 com os resultados dos ensaios de absorção de água por
capilaridade e ascensão capilar, observa-se que os CCEs apresentaram valores inferiores aos
obtidos para os CCPs. Este fato está relacionado ao maior teor de partículas finas e espaços
vazios presente nos CCPs com resíduo, permitindo maior conectividade entre elas, e
conseqüentemente maior absorção de água.
Tabela 5.15 – Absorção de água por capilaridade do CCP.
Materiais
Absorção
de água por
capilaridade
10 minutos
g/cm
2
Absorção
de água por
capilaridade
90 minutos
g/cm
2
Ascensão
capilar
média
90 min
mm
Variável
com/sem
Resíduo
90 min
CCE 400 - traço 01 0,78 2,18 18
+ 47,24 %
CCP 400 - traço 07
1,25 3,21 29
CCE 600 - traço 10 0,56 1,23 11
+ 36,58 %
CCP 600 - traço 13
0,92 1,68 23
Estes resultados, juntamente com os obtidos na análise de absorção de água por imersão,
indicam que a utilização do resíduo de PIT pode influenciar diretamente na permeabilidade dos
CCPs.
5.3.2.7. Permeabilidade
Para Silva (1998) permeabilidade é a propriedade que determina a estanqueidade do
concreto ou argamassa endurecida, sendo resultante da conjunção das características do material
com o substrato. Cincotto (1994) esclarece que as argamassas de cimento são menos permeáveis,
diminuindo a permeabilidade com o aumento do teor de cimento. A permeabilidade reduz,
também, à medida que evolui o endurecimento da argamassa. É diretamente proporcional à
relação água-aglomerante e inversamente proporcional à resistência da pasta aglomerante.
Tabela 5.16 – Permeabilidade do CCP.
Materiais
Permeabilidade
mD (milidarcy)
Variável
com/sem
Resíduo
90 min
Desvio
Padrão
Coeficiente
de Variação
(%)
CCE 400 - traço 01 1160
+ 27,59 %
12,91 12,43
CCP 400 - traço 07
1480
14,15 9,79
CCE 600 - traço 10 840
+ 21,43 %
13,73 10,87
CCP 600 - traço 13
1020
15,12 11,54
Capítulo 5 – Resultados e Discussões Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
75
O concreto celular difere bastante do concreto convencional por ser altamente permeável,
devido à estrutura porosa repleta de células de ar. A Tabela 5.16 apresenta os resultados dos
ensaios de permeabilidade dos CCEs e CCPs. Observa-se que a presença do resíduo aumenta a
permeabilidade, provavelmente pelo mesmo motivo que o resíduo faz aumentar sua absorção por
capilaridade, ou seja, maior quantidade de finos, interação entre eles e a matriz de cimento, além
do alto teor de vazios. Verificou-se também que o CCP 600 é menos permeável que o CCP 400,
devido à maior presença de areia, o que causa maior densidade e menor quantidade de poros.
5.3.2.8. Variação dimensional – Retração
Analisando-se os resultados apresentados da Tabela 5.17, observa-se que os CCPs
apresentaram valores de retração por secagem inferiores aos obtidos para os CCEs, nos primeiros
28 dias. Constata-se, também, que os CCPs modificados com PIT apresentaram menor variação
dos valores de retração em relação aos CCEs, provavelmente porque o resíduo com sua face
rugosa e bem aderida à pasta de cimento, prende sua estrutura interna dificultando o movimento
de retração.
Tabela 5.17 – Retração do CCP.
Materiais
Retração
mm/m
1 dia
Retração
mm/m
7 dias
Retração
mm/m
28 dias
CCE 400 - traço 01 0,0 - 0,200 - 0,250
CCP 400 - traço 07
0,0 - 0,160 - 0,190
CCE 600 - traço 10 0,0 - 0,180 - 0,230
CCP 600 - traço 13
0,0 - 0,150 - 0,170
A retração por secagem de argamassas modificadas por látex pode ser maior ou menor
que uma argamassa de cimento comum, já que depende do tipo de polímero empregado e da
proporção polímero-cimento. No entanto, o período de cura a seco torna-se estável após 28 dias
independente do polímero e de sua quantidade em relação ao cimento (OHAMA, 1998).
De acordo com Selmo (1989) alguns fatores como granulometria do agregado, teor de
água, teor de aglomerante e condições ambientais podem reduzir ou aumentar o potencial de
retração das argamassas e concretos. O volume de agregados é eficaz na redução da retração,
contudo a proporção adequada dos constituintes e a ausência de teores elevados de finos e
impurezas orgânicas são igualmente importantes.
Capítulo 5 – Resultados e Discussões Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
76
5.3.2.9. Propriedades Térmicas
Na Tabela 5.18 observa-se que as propriedades dos CCPs apresentam valores inferiores
aos obtidos para os outros materiais. A adição de partículas de PIT ao CCE, transformando-o em
CCP, causou a diminuição dos valores das propriedades: condutividade térmica (k), capacidade
calorífica (C
p
) e difusividade térmica (α), quando comparadas às propriedades do CCE.
As diminuições dos valores da condutividade térmica e da capacidade calorífica resultam,
respectivamente, na redução e aumento da difusividade térmica. Acredita-se que a diminuição da
difusividade térmica do CCP, deve-se ao aumento da densidade (ρ), conforme especificado
anteriormente na Tabela 5.10. A Equação 5.2 apresenta o comportamento térmico dos materiais,
onde o aumento da densidade provoca a diminuição da difusividade térmica.
α = k / C
p
*ρ (5.2)
Com base nestes resultados pode-se afirmar que, se fossem comparados dois elementos
construtivos idênticos, aquele composto de CCP apresentaria maior resistência ao fluxo de calor
do que o CCE.
A condutividade térmica do CCP 400 é 84,6% menor que a do tijolo cerâmico e 88,3%
menor que a do bloco de concreto. A condutividade térmica do CCP 600 com PIT é 81,3%
menor que a do tijolo cerâmico e 85,8% menor que a do bloco de concreto. A capacidade
calorífica do CCP 400 com PIT é 32,8% maior que a do tijolo cerâmico e 29,6% maior que a o
bloco de concreto. A capacidade calorífica do CCP 600 com PIT é 30,5% maior que a do tijolo
cerâmico e 37,3% maior que a do bloco de concreto. Portanto, como as difusividades térmicas
dos CCPs são muito menores que as dos elementos convencionais, o uso dos CCPs resultará em
uma resistência ao fluxo de calor muito maior e, conseqüentemente, em maior estabilidade
térmica no interior de uma edificação. Assim, seria possível obter maior conforto térmico com
menor gasto de energia.
Tabela 5.18 – Propriedades térmicas do CCP.
Materiais
Condutividade
Térmica - k
W/m.k
Capacidade
Calorífica - C
p
J/m
3
.k
Difusividade
Térmica - α
m
2
/s
CCE 400 - traço 01 0,153 1,43 0,104
CCP 400 - traço 07
0,106 1,25 0,086
CCE 600 - traço 10 0,162 1,48 0,121
CCP 600 - traço 13
0,129 1,21 0,105
Tijolo cerâmico * 0,690 0,84 0,520
Bloco concreto * 0,910 0,82 0,820
* Fonte: Ozisik, M. Necati. Transferência de calor. Ed. Guanabara. 1990. Anexos.
Capítulo 5 – Resultados e Discussões Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
77
5.3.2.10. Flamabilidade
O Anexo C mostra que o PIT possui baixo ponto de fulgor (41ºC). Contudo, apenas 8,9%
do material queima até a temperatura de 259ºC, 84,7% queima até 465ºC e os 6,7% restante de
resíduo queima acima de 465ºC. Não obstante, o resíduo da forma como é empregado no CCP,
confinado na matriz de cimento em forma de pequenas partículas, fica protegido contra ataques
de qualquer natureza. E da mesma forma que as fibras de polipropileno que se localizam
próximas a superfície das peças de CCP, o resíduo de PIT também é protegido pelo revestimento
nas faces das peças, promovendo uma barreira superficial contra o fogo, intempéries e ação dos
raios ultravioletas do sol.
Ensaios preliminares de flamabilidade, com exposição direta ao fogo por 30 minutos, de
um corpo de prova (4x11x19 cm) do CCP com resíduo de PIT mostraram que o compósito não
propaga o fogo, nem incandesce. No entanto, ensaios de flamabilidade criteriosos devem ser
realizados posteriormente, a fim de conhecer melhor o comportamento do CCP sob tal condição.
5.4. Análise Microestrutural
A Tabela 5.19 apresenta a ordem das composições analisadas pelo MEV.
Tabela 5.19 – Composição das amostras analisadas pelo MEV.
Composição das amostras
Resíduo de PIT
CCE = concreto celular (sem PIT) + fibra de polipropileno
CCP 400: concreto celular + PIT
CCP 400: concreto celular + PIT + cal
CCP 400: concreto celular + PIT + fibra de polipropileno
CCP 600: concreto celular + PIT + areia
Cimento (sem espuma) + PIT + cal + areia + fibra de polipropileno
5.4.1. Análise Microestrutural do PIT
A microscopia eletrônica de varredura (MEV) permitiu evidenciar a morfologia das
partículas do resíduo de PIT, conforme ilustrado na Figura 5.11. A micrografia revela que as
partículas do resíduo de PIT possuem morfologia irregular com face enrugada e quebradiça,
favorável à ancoragem da pasta de cimento. A alta absorção d’água pelo resíduo está relacionada
com a estrutura superficial das suas partículas, que consome grande quantidade de água (mais de
duas vezes o seu peso) para molhar toda sua superfície e preencher os pequenos poros existentes,
como mostra a área em destaque na Figura 5.11.
Capítulo
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c
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Capítulo 6 – Conclusões Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
82
6. CONCLUSÕES
Esta tese apresenta um estudo sobre um tipo particular de concreto, com características e
propriedades diferenciadas em função da utilização conjunta de cimento Portland, cal, areia, resíduo
de poliéster insaturado termofixo (PIT), agente incorporador de ar e fibra de polipropileno. Este
concreto, denominado concreto celular polimérico (CCP), encontra aplicação específica no setor da
construção civil, na produção de elementos pré-fabricados, tais como painéis de vedação para
paredes e lajes com vigas treliçadas e pré-moldadas.
De acordo com os objetivos inicialmente estipulados, o planejamento experimental utilizado
mostrou-se apropriado e eficiente para a análise do comportamento e propriedades dos materiais do
concreto celular polimérico.
Com o conjunto de informações obtidas no programa experimental, observou-se que o
concreto celular polimérico é adequado à produção de elementos pré-fabricados para construção
civil, devido essencialmente à redução da sua massa específica, ao satisfatório desempenho das
propriedades relacionadas à resistência mecânica e ao isolamento térmico.
A seguir, apresentam-se as conclusões dos resultados obtidos nos estudos dos processos de
dosagem e produção dos concretos leves, na caracterização das propriedades do CCP, assim como
nos estudos microestruturais da matriz de cimento e da interface agregado-matriz.
6.1. Caracterização das Propriedades dos CCPs
O planejamento experimental utilizando-se uma ferramenta computacional de estatística,
para interpretar o comportamento dos materiais, foi essencial para compreender não apenas a
importância de cada um dos elementos isoladamente dentro da fórmula do CCP, como também o
comportamento da interação de todos esses materiais, ao mesmo tempo, no resultado final do CCP.
O planejamento experimental foi fundamental, também, no sentido de minimizar o número
de experimentos no processo de desenvolvimento do CCP e obtenção da sua fórmula ideal.
No estudo da interação entre os materiais constituintes do CCP, não se observou nenhum
tipo de incompatibilidade físico-química do uso conjunto de cimento Portland CP II - Z - 32 RS,
cal, resíduo de poliéster insaturado termofixo (PIT) e agente incorporador de ar Neopor® 600.
Capítulo 6 – Conclusões Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
83
Verificou-se, ainda, pouco retardo para aplicação prática, nos tempos de início e fim de pega
dos CCPs modificados com PIT, em relação aos sem PIT.
O processo de mistura e dosagem utilizado foi satisfatório e possibilitou a obtenção do CCP
com as características pretendidas: resistência à compressão de 2,5 MPa aos 28 dias e baixo índice
de variação da consistência ou trabalhabilidade dos CCPs (NBR NM68/98).
O processo de adensamento dos CCPs é eficiente. Devido à sua alta fluidez, ele é
autoadensável.
Não observou-se o fenômeno de segregação do agregado artificial leve de PIT, mas
verificou-se exsudação esperada no CCP após moldagem, no estado fresco, por se tratar de um
concreto celular com alto fator água/cimento.
Na determinação da metodologia adequada para cura dos CCPs com e sem resíduo,
verificou-se que o melhor procedimento, levando-se em consideração a resistência final do
compósito, é a seco sob temperatura ambiente.
O CCP, para todas as dosagens estudadas, apresentou coesão e consistência adequadas no
manuseio e moldagem garantindo a manutenção da trabalhabilidade, confirmado pelo ensaio de
espalhamento na mesa de Graff.
Os CCPs apresentaram valores de massa específica no estado seco, em média, 30% acima da
densidade especificada para o concreto celular tradicional sem o resíduo de PIT.
Os CCPs apresentaram valores de resistência à compressão às 24h de idade acima de 2 MPa,
valor usualmente considerado adequado à desmoldagem e ao transporte de peças pré-fabricadas não
estruturais.
O traço de cada CCP que melhor atendeu aos requisitos técnicos e econômicos foram:
¾ CCP 400 - Traço (07) - 1 : 0 : 0,2 : 0,2 - cimento : areia : Cal : PIT - 3,9 MPa aos 28 dias.
¾ CCP 600 - Traço (13) - 1 : 0,6 : 0 : 0,2 - cimento : areia : Cal : PIT - 3,2 MPa aos 28 dias.
O traço 7 do CCP 400, com 20% de PIT, 20% de cal e 0% de areia, foi escolhido por
oferecer a melhor relação custo x benefício, com maior resistência e menor densidade.
Para o CCP 600 foi selecionado o traço 13, com 20% de PIT, 0% de cal e 60% de areia para
redução da densidade, atendendo satisfatoriamente à resistência exigida pela NBR (2,5 MPa aos 28
dias).
Capítulo 6 – Conclusões Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
84
Os valores de resistência à tração na flexão dos CCPs sem resíduo de PIT foram
admissíveis, considerando-se os valores normalmente obtidos para concretos leves não estruturais,
com características semelhantes de dosagem. Entretanto os resultados dos CCPs modificados com
PIT foram superiores aos obtidos para os CCPs sem resíduo.
O módulo de elasticidade dos CCPs com PIT apresentou valores superiores aos obtidos para
os sem PIT. Ao contrário do que normalmente ocorre nos concretos tradicionais, a utilização do
resíduo de PIT não ocasionou a redução dos valores do módulo de elasticidade dos CCPs.
A utilização do resíduo de PIT promoveu o acréscimo no índice de vazios permeáveis dos
CCPs, com variação menor no CCP 600 em relação ao CCP 400, devido a sua maior densidade e
pela presença da areia, que ocupa parte dos espaços vazios.
Com relação à permeabilidade dos CCPs, observou-se nos resultados das análises de
absorção de água por imersão e por capilaridade, que todas as dosagens analisadas apresentaram
desempenho satisfatório e que os CCPs modificados com PIT apresentaram permeabilidade à água
superior à observada nos sem PIT.
Nos valores de variação dimensional por secagem dos CCPs, observou-se que a utilização
do resíduo de PIT reduziu sua retração em comparação com os CCPs sem resíduo.
A condutividade e difusividade térmica nos CCPs são inferiores a dos materiais
convencionais, como o tijolo cerâmico e o bloco de concreto empregados na construçao civil, sendo
ainda menores nos CCPs com resíduo em comparação aos sem resíduo. Sua capacidade calorífica
indicou que os CCPs necessitam de menor quantidade de calor para se aquecer em relação aos
materiais convencionais. Os CCPs, com sua estrutura porosa, possuem melhores propriedades
isolantes do que os materiais convencionais (tijolo cerâmico e bloco de concreto), podendo manter a
temperatura interna da construção mais estável, reduzindo o consumo de energia e proporcionando
maior conforto térmico.
Nos estudos microestruturais, verificou-se que a utilização do resíduo de PIT promoveu a
baixa densidade esperada para o material e a manutenção da integridade, quantidade, diâmetro e
morfologia dos poros da estrutura celular, além de boa interação entre a face enrugada do resíduo de
PIT com a pasta de cimento. Observou-se, também, que o concreto celular com agregado artificial
leve de PIT apresenta valores da espessura da zona de transição agregado-matriz de cimento
significativamente pequena, da ordem de 5 µm. Finalmente, verificou-se uma baixa quantidade da
fase etringita, em alguns traços analisados.
Capítulo 6 – Conclusões Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
85
Contribuição Original para o Conhecimento
A pesquisa do concreto celular polimérico contribui com os seguintes conhecimentos
originais científicos:
¾ Utilização de um resíduo industrial, outrora poluente, na formulação de um concreto
leve aerado em substituição de matérias primas naturais, aliviando o ecossistema.
¾ Caracterizações físicas e mecânicas inéditas do CCE e do CCP 400 e 600, atendendo
aos regulamentos normativos brasileiro.
¾ Um novo produto desenvolvido com critérios normatizados e científicos para o setor da
construção civil, 15% mais barato e 2,5 vezes mais leve que seu concorrente direto, e
ambientalmente viável.
Sugestões para Trabalhos Futuros
Durante o desenvolvimento desta pesquisa, uma série de aspectos correlatos, referentes ao
desenvolvimento da tecnologia do concreto celular, mostraram-se merecedores de aprofundamento
científico em trabalhos futuros. Com isso, a seguir, apresentam-se algumas propostas de
desenvolvimentos para trabalhos futuros:
¾ Realizar estudos com o produto armado para conhecimento do seu comportamento e
determinação de novas aplicações.
¾ Analisar o desempenho acústico dos blocos de CCP.
¾ Proceder ensaios normatizados de flamabilidade afim de conhecer o tempo de
resistência ao fogo dos CCPs.
¾ Realizar testes com outros tipos de cimento, como o cimento Portland de alta resistência
inicial (CP-V ARI) - NBR 5733, o cimento Portland de alto-forno (CP III) - NBR 5735,
dentre outros, a fim de verificar as alterações na resistência final do CCP.
¾ Conduzir ensaios de envelhecimento acelerado e resistência a ataques de agentes
químicos (ácidos e cloretos), com o propósito de verificar a porcentagem da perda de
massa do material ao longo do tempo e a influência do resíduo de polímero dentro desse
processo.
Capítulo 6 – Conclusões Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
86
¾ Inserir pó de alumínio em substituição ao agente espumígeno Neopor 600 na fórmula do
CCP para verificar o comportamento do compósito, tendo em vista que o alumínio
reage na mistura com a pasta de cimento produzindo bolhas de gás hidrogênio, como
um elemento substituto ao incorporador de ar original no caso de falta do mesmo.
¾ Estudar a associação do resíduo de PIT com a adição de um segundo resíduo como
agente agregador como: cinza de alto-forno, sílica ativa, vidro, borracha (pneu), fibras,
limalha de ferro, cola, até cabos elétricos, dentre outros, a fim de verificar
características e desempenho final.
¾ Alterar a razão da fibra de polipropileno na mistura do CCP e verificar o efeito dela na
resistência final do produto, bem como o uso de outras alternativas de fibras não
reagentes ou degradáveis ao meio alcalino do cimento.
¾ Analisar o concreto celular com agregados de maiores dimensões granulométricas e
menores valores de consumo de cimento.
¾ Analisar a influência da redução de espessura da zona de transição agregado-matriz nas
propriedades dos concretos leves.
¾ Avaliar a atuação físico-química do resíduo de PIT no processo de hidratação do
cimento.
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ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS
NBRNM9 - Determinação dos tempos de pega por meio de resistência à penetração (antiga NBR
9832) (2003).
NBRNM30 - Agregado miúdo - Determinação da absorção de água (antiga NBR 9777) (2001).
NBRNM45 - Determinação da massa unitária e do volume de vazios (antiga NBR7251) (2006).
NBRNM46 - Agregados - Determinação do material fino que passa através da peneira 75
micrometro, por lavagem (antiga NBR 7219 - teor de materiais pulverulentos) (2003).
NBRNM49 - Agregado fino - Determinação de impurezas orgânicas (antiga NBR 7220) (2001).
NBRNM52 - Agregado miúdo - Determinação de massa específica e massa específica aparente
(antiga NBR 9776 – Frasco de Chapman) (2003).
NBRNM67 - Concreto - Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone (antiga
NBR 7223) (1998).
NBRNM68 - Concreto - Determinação da consistência pelo espalhamento na mesa de Graff (antiga
NBR 9606) (1998).
NBRNM248 - Agregados - Determinação da composição granulométrica (antiga NBR 7217)
(2003).
NBR 5738 - Concreto - Procedimento para moldagem e cura de corpos de prova (2003).
Referências Guilherme Fábio de Melo – PPgCEM/UFRN
95
NBR 5739 - Ensaio de compressão de corpos de prova cilíndricos de concreto (2007).
NBR 6467 - Agregados - Determinação do inchamento de agregados miúdos (2006).
NBR 7211 - Agregados para concreto - Especificação (2005).
NBR 7215 - Cimento Portland - Determinação da resistência à compressão (1996).
NBR 7222 - Argamassas de concreto - Determinação da resistência à tração por compressão
diametral de corpos de prova cilíndricos (1994).
NBR 9778 - Argamassa e concretos endurecidos - determinação da absorção de água, índice de
vazios e massa específica (2006).
NBR9833 - Concreto fresco - Determinação da massa específica, do rendimento e do teor de ar pelo
método gravimétrico (2008).
NBR 5737 - Cimento Portland resistentes a sulfatos (1992).
NBR 11581 - Cimento Portland - Determinação dos tempos de pega (1991).
NBR 11768 - Aditivos para concreto de cimento Portland (1992).
NBR12118 - Blocos vazados de concreto simples para alvenaria - Métodos de ensaio (2007).
NBR 12142 - Concreto - Determinação de resistência à tração na flexão em corpos de prova
prismáticos (1991).
NBR 13276 - Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos - Preparo da mistura
e determinação do índice de consistência (2002).
NBR 13277 - Argamassa para assentamento de paredes revestimento de paredes e tetos -
Determinação da retenção de água (1995).
NBR13278 - Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos - Determinação da
densidade de massa e do teor de ar incorporado (2005).
NBR 13279 - Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos - Determinação da
resistência à tração na flexão e a compressão (2005).
NBR 13380 - Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos - Determinação da
densidade de massa aparente no estado endurecido (2005).
NBR 18:400.04-008 - Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos -
Determinação do módulo de elasticidade dinâmico através da propagação de onda ultra-sônica (em
processo de aprovação pela ABNT).
NBR 15259 - Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos - Determinação da
absorção de água por capilaridade e do coeficiente de capilaridade (2005).
NBR 15261 - Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos - Determinação da
variação dimensional (retração ou expansão linear) (2005).
96
ANEXO A
O CP II - Z - 32 RS leva em sua composição de 6 a 14% de pozolana e cujas
características químicas e físico-mecânicas estão discriminadas no Anexo A abaixo.
Ensaios Químicos
Ensaios Normas Unid. Resultados
Especificações
NBR 11578/91
Perda ao Fogo - PF NBR NM 18 % 5,25 ≤ 6,5
Óxido de Magnésio - MgO PO 00435 % 2,03 ≤ 6,5
Anidrido Sulfúrico – SO
3
PO 00435 % 2,62 ≤ 4,0
Resíduo Insolúvel - RI NM 15:2004 % 12,85 ≤ 16,0
Equivalente Alcalino em Na
2
O - % 1,06 não aplicável
Óxido de Cálcio Livre - CaO NBR NM 13 % 1,36 não aplicável
Fonte: Cimento Poty - Votorantim S/A, novembro de 2007.
Tabela A.1 – Propriedades Químicas do Cimento CP II - Z - 32 RS.
Ensaios Físicos e Mecânicos
Ensaios Normas Unid. Resultados
Especificações
NBR 11578/91
Área Específica (Blaine) NBR NN 76 cm
2
3800 ≥ 2600
Massa Específica NBR NM 23 g/cm
3
3,03 não aplicável
Densidade Aparente - g/cm
3
1,1 não aplicável
Finura – Resíduo na Peneira de 0,075mm
(#200)
NBR 12826 % 3,3 ≤ 12,0
Finura – Resíduo na Peneira de 0,044mm
(#325)
NBR 12826 % 16,1 não aplicável
Água da Pasta de Consistência Normal NBR NM 43 % 28,5 não aplicável
Início de Pega NBR NM 65 h:min 02:45 ≥ 1
Fim de Pega NBR NM 65 h:min 03:45
≤ 10
(facultativo)
Expansibilidade de Le Chatelier -
a quente
NBR 11582 mm 0,50 ≤ 5
Fonte: Cimento Poty - Votorantim S/A, novembro de 2007.
Tabela A.2 – Propriedades Físicas e Mecânicas do Cimento CP II - Z - 32 RS.
Resistência a Compressão - MPa (NBR 7215/96)
Idade (dias) Mínimo Máximo Média Desvio Norma NBR 11578/91
3 21,9 25,3 23,4 0,94 ≥ 10,0
7 29,1 31,7 30,7 0,77 ≥ 20,0
28 40,1 42,0 41,1 0,73 ≥ 32,0
Fonte: Cimento Poty - Votorantim S/A, novembro de 2007.
Tabela A.3 – Resistência à Compressão do Cimento CP II - Z - 32 RS.
97
Cimento CP II-Z-32 – Amostras de referência.
Compostos identificados.
Espécie química
Pico mais intenso
Espécie química
Pico mais intenso
(
0
2θ) d (A) (
0
2θ) d (A)
Portlandita 34,1 2,63 C-S-H l 28,7 3,11
Aluminato de cálcio
hidratado
11,0 8,05 C
2
S 32,1 2,79
Hidrogranada 17,3 5,11 C
3
S 32,1 2,78
Etringita 9,1 9,72 C
4
AF 34,1 2,68
Calcita 29,5 3,03 Quartzo 26,6 3,34
Tabela A.4 – Análise por Difratometria de Raios-X (DRX) do CP II - Z - 32 RS.
98
ANEXO B
Caracterização química da cal
Composição
Fonte: Fabricante Multical Mineração e Empreendimentos S.A. – 2008.
Tabela B.1 – Propriedades Químicas da Cal.
Caracterização física da cal
Ensaios
Granulometria
Peneira 10 mesh 99,70
Peneira 20 mesh 96,71
Peneira 50 mesh 87,35
ERT – Peneira de 20 # 0,60
ERT – Peneira de 50 # 5,62
ERT – Fundo da Peneira 87,35
Soma ERT % 93,57
Fonte: Fabricante Multical Mineração e Empreendimentos S.A. – 2008.
Tabela B.2 – Propriedades Físicas da Cal.
Classificação de acordo com o Ministério da Agricultura, artigo 04 de 03 de fevereiro
de 1986. Químico responsável: Glei B. Xavier – CRQ 15.100.022.
Cal 100% hidratada, não leva fogo e 100% natural
Óxido de cálcio (CaO) % 50,21
Óxido de magnésio (MgO) % 2.43
Sílica (SiO
2
) % 4,59
Poder de neutralização (PN) % 90,08
Poder relativo de neutralização total - P.R.N.T. % 84,29
Classificação Calcário calcítico
99
ANEXO C
Propriedades físicas, mecânicas e químicas do PIT.
Propriedades físicas, mecânicas e químicas do PIT
Propriedades da resina líquida
Viscosidade Brookfield a 25 °C ASTM D - 2196 (cP) 1400 - 1800
Gel Time a 25°C* ASTM D - 2471 min:seg 10,0 - 13,0
Intervalo Simples ASTM D - 2471 min:seg 15,0 - 20,0
Pico Exotérmico ASTM D - 2471 º C 135 - 160
Índice de Acidez ASTM D - 1639 (mg KOH/g) 30 máximo
Teor de Sólidos ASTM D - 1259 % 69 - 71
Densidade a 25°C ASTM D - 1475 g/cm³ 1,13 - 1,15
Dureza Barcol após 24 horas ASTM D - 2583 - 38
* Sistema Catalítico: 100g de resina e 1% de MEK-P.
Propriedades físico-químicos
Aspecto e Odor
Líquido Viscoso, com odor
característico de estireno
Peso Específico (H20 = 1)
1,10 a 1,15 g/cm
3
Ponto de Ebulição acima de 145ºC
Ponto de fulgor 41ºC
Percentagem Volátil em Peso < 50%
Pressão do Vapor (mmHg) < 5 (Solvente)
Ponto de Inflamação (Método Usado) 31ºC (Pensky Martens – copo fechado)
Limite de Inflamação
% por volume de ar – Mínimo: 1,1
– Máximo: 6,1
Estabilidade e reatividade
Estabilidade Estável
Condições a Evitar
Evitar estocar acima de 38ºC,
raios solares e chama
Polimerização Pode ocorrer
Incompatibilidade (materiais a evitar)
Umidade, ácidos fortes, peróxidos,
agentes oxidantes
Produtos de Decomposição Perigosos
Monóxido de Carbono, Dióxido de
Carbono, Hidrocarbonetos de baixo peso
molecular e os ácidos orgânicos
100
Anexo C continuação – Propriedades físicas, mecânicas e químicas do PIT.
Propriedades físicas, mecânicas e químicas do PIT
Continuação
Caracterização qualitativa
Resina
Anidrido maleico: C
4
H
2
O
3
Anidrido oftálico: C
8
H
4
O
3
MET (Monoetilenoglicol)
DEG (Dietelenoglicol)
Monômero de estireno
Aditivo
Hidroquinoma
TBC (Paraterciário butil catecol)
Catalizador MEKP (Peróxido de metil etil cetona)
Acelerador Cobalto (Nartanato de cobalto)
Plástico com ar (Queima do material)
De 40
0
C a 259
0
C, 8,952 %
De 259
0
C a 465
0
C, 84,744%
De 475
0
C a 897
0
C, 5,161 %
Total: 98, 857 %
Poder calorífico: 96,28 kcal/kg
ANEXO D
Especificações da fibra de polipropileno fornecida pelo fabricante.
Especificações Valores
Tamanho Longitudinal 3/4" (19mm)
Densidade (g/dm
3
) 0,91
Módulo de Elasticidade (GPa) 4
Resistência à Tração (MPa) 400
Resistência à Ruptura (%) 25
Absorção de Água (%) 0,00
Fórmula Molecular (C
3
H
6
)
x
Ponto de Fusão (ºC) 160
Essa não é uma conquista
meramente fenomênica ou titular,
mas principalmente espiritual.
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