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Guias e Dicas
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Utilização de Superplastificante em Concretos Leves Modificados, Teses (TCC) de Engenharia Civil

Um estudo sobre a utilização de superplastificante (sb) em concretos leves modificados, com o objetivo de otimizar as propriedades do concreto leve, como durabilidade e resistência mecânica. O estudo aborda a dosagem dos concretos leves modificados com sb, a relação entre a resistência à tração na flexão e a resistência à compressão, a retração por secagem dos concretos leves, entre outros assuntos. O documento também apresenta resultados experimentais e análises microestruturais da matriz de cimento e da interface agregado-matriz.

Tipologia: Teses (TCC)

2024

Compartilhado em 20/02/2024

xmx-wolf
xmx-wolf 🇧🇷

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Baixe Utilização de Superplastificante em Concretos Leves Modificados e outras Teses (TCC) em PDF para Engenharia Civil, somente na Docsity! UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO INTERUNIDADES - CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS Escola de Engenharia de São Carlos, Instituto de Física de São Carlos e Instituto de Química de São Carlos CONCRETO LEVE DE ALTO DESEMPENHO MODIFICADO COM SB PARA PRÉ-FABRICADOS ESBELTOS – DOSAGEM, PRODUÇÃO, PROPRIEDADES E MICROESTRUTURA JOÃO ADRIANO ROSSIGNOLO Tese apresentada à Área Interunidades em Ciência e Engenharia de Materiais, da Universidade de São Paulo, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Doutor em Ciência e Engenharia de Materiais. Orientador: Prof. Dr. Marcos V. C. Agnesini São Carlos 2003 ii À minha Mãe, pelo incentivo e carinho, ao meu Pai, à Tia Marlene, à toda minha família e à família Silva: Eurípides, Maria, Alan Roger e Michelle. À Vivian Lara, minha eterna e amada companheira. ii 1.7.6. Resistência à penetração de cloretos 30 1.7.7. Carbonatação 31 1.7.8. Resistência à abrasão 31 1.7.9. Retração por secagem 32 1.7.10. Fluência 32 1.7.11. Propriedades térmicas e resistência ao fogo 33 1.8. Zona de transição entre o agregado leve e a matriz de cimento 34 1.9. Aplicações dos concretos leves 38 1.10. Impacto ambiental 44 1.11. Considerações finais sobre a aplicação dos concreto leves na produção de elementos esbeltos 45 2. CONCRETO MODIFICADO COM SB 47 2.1. Definição 47 2.1.1. Látex 47 2.1.2. Concreto modificado com látex 48 2.2. Produção dos concretos modificados com SB 48 2.3. Propriedades dos concretos modificados com SB 49 2.3.1. Propriedades no estado fresco 49 2.3.2. Propriedades no estado endurecido 51 2.4. Microestrutura da matriz de cimento modificada com SB 53 2.5. Considerações sobre o concreto leve modificado com SB 54 3. DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL 56 3.1. Caracterização dos materiais 56 3.2. Estudo da interação entre os materiais 57 3.3. Dosagens dos concretos 57 3.4. Produção dos concretos 58 3.4.1. Mistura dos materiais 58 3.4.2. Adensamento 60 3.4.3. Procedimento de cura 61 3.5. Procedimentos experimentais para caracterização das propriedades dos concretos leves 62 3.5.1. Procedimentos experimentais normatizados 62 3.5.2. Procedimentos experimentais não normatizados ou adaptados 62 3.6. Procedimento experimental para análise de elementos construtivos esbeltos pré-fabricados submetidos à flexão 67 3.6.1. Características das peças 67 3.6.2. Produção das peças 69 3.6.3. Tipologia do carregamento 69 3.6.4. Equipamentos utilizados 71 3.6.5. Aplicação do carregamento 71 iii 3.7. Procedimentos experimentais para a análise microestrutural 72 3.7.1. Pastas e concretos analisados 72 3.7.2. Porosimetria por intrusão de mercúrio (PIM) 74 3.7.3. Difratometria de Raios-X (DRX) 75 3.7.4. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) 76 3.7.4.1. Introdução 76 3.7.4.2. Espectrografia por dispersão de energias (EDS) 77 3.7.4.3. Análise semiquantitativa da zona de transição por MEV assoc. a EDS 78 3.7.4.4. Mapas de Raios-X 79 3.7.4.5. Preparação das amostras 80 3.7.5. Microscopia Ótica de Transmissão (MOT) 81 3.7.5.1. Preparação das amostras 82 4. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS 84 4.1 Caracterização das propriedades dos concretos leves 84 4.1.1. Propriedades no estado Fresco 84 4.1.1.1. Índice de consistência 85 4.1.1.2. Massa específica e teor de ar incorporado 86 4.1.1.3. Perda de consistência 86 4.1.2. Propriedades no estado endurecido 87 4.1.2.1. Resistência à compressão e massa específica 87 4.1.2.2. Resistência à tração 92 4.1.2.3. Módulo de deformação e diagrama tensão-deformação 95 4.1.2.4. Diagrama tensão-deformação com deformação controlada 100 4.1.2.5. Absorção de água por imersão e índice de vazios 101 4.1.2.6. Absorção de água por capilaridade 103 4.1.2.7. Coeficiente de permeabilidade 105 4.1.2.8. Resistência à penetração de cloretos 105 4.1.2.9. Resistência à agentes químicos 107 4.1.2.10. Resistência à abrasão por jateamento de areia 112 4.1.2.11. Resistência ao impacto 114 4.1.2.12. Retração por secagem 115 4.2. Análise experimental de elementos construtivos esbeltos pré-fabricados 119 4.3. Estudo microest. da matriz de cimento e da interface agregado-matriz 124 4.3.1. Porosimetria por intrusão de mercúrio (PIM) 124 4.3.2. Difratometria de Raios-X (DRX) 129 4.3.3. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) 135 4.3.3.1. Análise das pastas 135 4.3.3.2. Análise da zona de transição agregado-matriz 138 4.3.3.3. Mapas de Raios-X 148 4.3.4. Microscopia ótica de transmissão (MOT) 150 iv 5. CONCLUSÕES 154 5.1. Dosagem e produção dos concretos leves 15 5.2. Caracterização das propriedades dos concretos leves 155 5.3. Análise de elementos construtivos esbeltos submetidos à flexão 157 5.4. Estudos microestruturais 158 5.5. Propostas de desenvolvimentos futuros 158 ANEXO A. Caracterização dos materiais 160 ANEXO B. Estudo da interação entre os materiais 169 ANEXO C. Dosagem dos concretos 177 ANEXO D. Estudo do processo de cura 189 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 197 1 INTRODUÇÃO Desde a invenção do concreto moderno, em meados do século XIX, até o início da década de 80, o concreto continuou sendo uma mistura de agregados, cimento e água, sem grandes inovações que alterassem significativamente o desempenho de suas propriedades. Mas, nas duas últimas décadas, a tecnologia do concreto sofreu um grande desenvolvimento que, segundo diversos pesquisadores, como ZHANG e GJφRV (1991a), ALMEIDA (1996), PAULON (1996), OHAMA (1998), HELENE (1999) e AÏTCIN (1999), ocorreu devido à evolução das técnicas e equipamentos para estudo dos concretos e ao uso de novos materiais. Estes novos materiais, dentre os quais destacam- se os aditivos redutores de água e as adições minerais, possibilitaram melhorias significativas nas propriedades relacionadas à resistência mecânica e à durabilidade dos concretos. Dentre as novas técnicas de estudo dos concretos, destacam-se as técnicas de estudos microestruturais, que permitiram o conhecimento aprofundado da microestrutura da matriz de cimento e da zona de transição entre o agregado e a matriz de cimento. O desenvolvimento destes novos materiais e técnicas de estudos resultou em um incremento da utilização dos concretos especiais, principalmente os concretos de alto desempenho (CAD). SISEL (2000) afirma que, atualmente, o conceito mais moderno de construção de edifícios de grande altura, em todo o mundo, é aquele que utiliza, conjuntamente, as tecnologias do CAD e do aço, como nos edifícios Petronas Tower (Malásia), Di Wang Building (Shenzen) e Central Station (Hong Kong). Nos últimos anos, algumas pesquisas foram realizadas com o intuito de otimizar, ainda mais, as propriedades dos concretos de alto desempenho. Dentre elas, duas linhas de estudo se destacam: a união das características otimizadas do CAD com a baixa 2 massa específica dos concretos leves estruturais (CLE), obtendo-se, assim, o concreto leve de alto desempenho (CLAD) e a utilização de polímeros na modificação de concretos, obtendo-se, assim, os concretos modificados com polímeros (PCM). Os concretos com agregados leves têm sido utilizados desde o início do século passado, para fins estruturais e de vedação, com excelentes resultados. A partir de 1980, foram realizadas rigorosas pesquisas sobre os concretos leves, em todo o mundo, demonstrando o grande potencial do uso desse material, nas mais diversas áreas da construção civil. A redução da massa específica do concreto, com a manutenção da resistência mecânica, propicia a redução do peso próprio e das cargas na fundação, com conseqüente redução do custo final da obra (SLATE et al., 1986; MORENO, 1986; BERNER, 1991; ZHANG e Gjφrv, 1991a; HOLM e BREMNER, 1994; IKEDA, 2000; Vieira e gonçalves, 2000; ROSSIGNOLO et al., 2001). Segundo ALDUAIJ et al. (1999) e HAQUE e AL-KHAIAT (1999), existe uma tendência mundial crescente, baseada em critérios econômicos e técnicos, do uso do CLAD com finalidade estrutural e de vedação na construção civil, especialmente com a utilização da tecnologia dos pré-fabricados. Entretanto esse tipo de concreto encontra pouca aplicação no Brasil e, atualmente, há pouca informação disponível sobre as propriedades dos concretos com agregados leves nacionais (TEZUKA, 1973; ARMELIN et al., 1994; SOBRAL, 1996; EVANGELISTA et al., 1996). A segunda linha de estudo que se destaca é a utilização de polímeros na otimização das propriedades dos concretos. O processo de modificação se apresenta como uma das formas de utilização dos polímeros em concretos, em que se adiciona o polímero à mistura ainda fresca, sem alteração do processo de produção, obtendo-se, assim, o concreto modificado com polímero (PCM). O látex de estireno butadieno (SB) mostra-se como um dos tipos de polímeros usualmente utilizados para modificação de concretos e argamassas. Segundo alguns autores, como TEZUKA (1988), WALTERS (1990), AFRIDI et al. (1995), SHARKER et al. (1997), OHAMA (1998), FOWLER (1999) e ROSSIGNOLO (1999), os concretos e argamassas modificados com SB apresentam melhoria de desempenho significativa nas propriedades relacionadas a durabilidade e a resistência à tração. 3 Com a intenção de contribuir para os estudos de desenvolvimento de concretos para elementos pré-fabricados de pequena espessura, iniciados na Escola de Engenharia de São Carlos (USP) na década de 60, este trabalho apresenta um estudo experimental sobre a utilização de SB nos concretos leves de alto desempenho. Estudos realizados a partir de 1998, no Laboratório de Construção Civil da Escola de Engenharia de São Carlos – USP, demonstraram que há um grande potencial de utilização dos concretos leves, com agregados nacionais (argila expandida), na produção de elementos pré-fabricados de pequena espessura, tais como painéis estruturais e de vedação (Agnesini e Gomes NetO, 1998). O estudo da utilização de SB no CLAD, obtendo-se, assim, o concreto leve de alto desempenho modificado com SB, tem como objetivo principal otimizar o desempenho das propriedades do CAD, como durabilidade e resistência mecânica, utilizando-se, ainda, as vantagens da redução da massa específica do concreto, com a utilização de agregados leves, disponibilizando, ao setor da construção civil, um material com características e propriedades diferenciadas dos já estudados. Objetivos Esta pesquisa tem como objetivo o estudo sobre a aplicação da tecnologia dos concretos leves de alto desempenho para a industrialização de elementos pré-fabricados de pequena espessura, sob condições rigorosas de controle de qualidade, tais como painéis estruturais e de vedação, peças para cobertura e vigamentos para pontes e edifícios, apresentando um concreto com propriedades especiais, em função da utilização conjunta de látex de estireno butadieno (SB), sílica ativa, superplastificante acelerador e agregados leves. Os objetivos específicos desta pesquisa podem ser sintetizados nos seguintes pontos: • especificação, caracterização e estudo da interação entre os materiais; • dosagem dos concretos leves; • estudo da produção dos concretos leves; • caracterização das propriedades dos concretos leves; 6 1.1.1. Concreto leve estrutural (CLE)1 Os concretos leves estruturais são obtidos com a substituição total ou parcial dos agregados tradicionais por agregados leves e, usualmente, são caracterizados pelo valor da massa específica. Considera-se concreto leve estrutural aquele que apresenta massa específica seca abaixo de 2000 kg/m3. A Tabela 1.1 apresenta os valores limites de massa específica citados em alguns documentos normativos ou de referência para os concretos leves. TABELA 1.1. Dados de referência da massa específica dos concretos leves Referência Massa específica (kg/m3) RILEM (1975) γ < 2000 CEB-FIP (1977) γ < 2000 NS 3473 E (1992) 1200 < γ < 2200 ACI 213R-87 (1997) 1400 < γ < 1850 CEN prEN 206-25 (1999) 800 ≤ γ ≤ 2000 O ACI 213R-87 (1997) especifica, ainda, que o concreto leve, além de apresentar o valor da massa específica dentro dos limites apresentados na Tabela 1.1, deve apresentar resistência à compressão acima de 17,2 MPa. Segundo a NM 35/95 da ABNT, os agregados leves, utilizados na produção dos concretos leves, não devem apresentar massa unitária no estado seco e solto acima de 1120 kg/m3, para agregados miúdos, e 880 kg/m3, para agregados graúdos. Este documento normativo apresenta ainda valores mínimos de resistência à compressão para os concretos em função da massa específica, conforme apresentado na Tabela 1.2. 1.1.2. Concreto leve de alto desempenho (CLAD) Segundo o American Concrete Institute – ACI (1990), o concreto de alto desempenho (CAD) pode ser definido como o concreto que atende os requisitos de 1 Informações sobre concretos celulares e concretos sem finos podem ser obtidas em SOBRAL (1996) e NEVILLE (1997). 7 uniformidade e apresenta desempenho especial. Considera-se esta definição mais adequada do que aquelas baseadas unicamente na resistência mecânica do concreto. TABELA 1.2. Valores correspondentes de resistência à compressão e massa específica para concretos leves (NM 35/95) Resistência à compressão aos 28 dias (MPa) (Valores mínimos) Massa específica (kg/m3) (Valores máximos) 28 1 840 21 1 760 17 1 680 Segundo AÏTCIN (2000) e SILVA (2000), uma definição ainda mais adequada para os concretos de alto desempenho deveria basear-se em pelo menos três fatores: resistência mecânica, propriedades relativas à durabilidade e relação água/aglomerante. Para o caso específico dos concretos leves, um outro parâmetro muito importante deve ser levado em conta: a massa específica. Segundo SPITZNER (1994) e HOLM (2000), o concreto leve de alto desempenho (CLAD) pode ser definido através de um parâmetro que relaciona a resistência à compressão e a massa específica. Essa relação, denominada Fator de Eficiência, é apresentada na equação 1.1. Fator de eficiência = fc / γ (MPa.dm3/kg) (1.1) Onde: fc = resistência à compressão (MPa); γ = massa específica seca do concreto(kg/dm3). De acordo com SPITZNER (1994) e ARMELIN et al. (1994), é considerado como concreto leve de alto desempenho um concreto com fator de eficiência acima de 25 MPa.dm³/kg. Este valor limite foi obtido tendo como referência um concreto com agregados tradicionais, com resistência à compressão de 60 MPa e massa específica de 2400 kg/m3, classificado por SPITZNER (1994) como de alta resistência. Assim, considera-se como concreto leve de alto desempenho, por exemplo, um concreto com resistência à compressão de 30 MPa, desde que sua massa específica seja inferior a 1200 kg/m3. 8 Nesta pesquisa, utilizou-se o fator de eficiência acima de 25 MPa.dm3/kg para a designação do concreto leve de alto desempenho (CLAD), mesmo entendendo que esta definição seja simplista e que o CLAD deva ser definido em função de outros parâmetros, além da resistência à compressão e da massa específica, como a relação água/aglomerante e propriedades relacionadas à durabilidade. 1.2. Desenvolvimento histórico do concreto leve As primeiras indicações da aplicação dos concretos leves datam de aproximadamente 3000 anos (1100 A.C.), quando construtores pré-Colombianos, que viveram na atual cidade de El Tajin (México), utilizaram uma mistura de pedra pomes com um ligante à base de cinzas vulcânicas e cal para a construção de elementos estruturais (VIEIRA, 2000). Os concretos leves também foram utilizados pelos romanos, com a intenção de reduzir as cargas nas estruturas, combinando um ligante à base de cal e rochas vulcânicas. Uma das principais construções com concretos leves da época romana data do início do segundo século da nossa Era (110 – 125 D.C.), quando o Panteão de Roma foi reconstruído pelo imperador Adriano, após ter sido destruído por um incêndio (Figura 1.1). Foi utilizado concreto leve com pedra pomes para a construção da cúpula abobadada desse monumento com 44 m de diâmetro e que se encontra, atualmente, em excelente estado de conservação, após quase 2000 anos de sua construção (MITIDIERI, 1976). Segundo HOLM e BREMNER (1994), o início da utilização de concretos de cimento Portland com agregados leves, tal qual o conhecemos hoje, ocorreu durante a Primeira Guerra Mundial, quando a American Emergency Fleet Building Corporation construiu embarcações com concreto leve, utilizando xisto expandido, com resistência à compressão de 35 MPa e massa específica em torno de 1700 kg/m3, enquanto o valor usual de resistência à compressão dos concretos tradicionais, na época, era de 15 MPa. Um exemplo dessas embarcações é o navio norte-americano USS Selma (Figura 1.2), construído em 1919 utilizando-se concreto leve com resistência à compressão de 35MPa e massa específica de 1600 kg/m3, ou seja, com fator de eficiência de 22 MPa.dm3/kg - valor considerado extraordinário para os materiais e a tecnologia disponíveis na época. Análises realizadas na década de 80 nessa embarcação demonstraram que o concreto leve utilizado apresentou desempenho satisfatório de 11 1.3. Agregado leve 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 a espessura da zona de transição entre o agregado e a matriz de cimento. Para a dosagem e produção adequada dos concretos leves estruturais, 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, em seguida, apresentam-se informações sobre as características e as propriedades dos agregados leves utilizados na produção dos concretos leves estruturais. 1.3.1. Classificação Os agregados leves podem ser classificados em naturais ou artificiais. Os agregados leves naturais são obtidos através da extração direta em jazidas, seguida de classificação granulométrica. Esse tipo de agregado leve tem pouca aplicação em concretos estruturais em função da grande variabilidade de suas propriedades e da localização das jazidas. Como exemplo, têm-se a pedra pomes e as escórias vulcânicas. Os agregados leves artificiais são obtidos em processos industriais e, normalmente, são classificados com base na matéria-prima utilizada e no processo de fabricação. Como exemplo, têm-se argilas, folhelhos e escórias expandidas. 1.3.2. Processos de fabricação2 Os dois processos mais utilizados para a fabricação dos agregados leves são Sinterização e Forno Rotativo. No processo de sinterização a matéria-prima é misturada com uma proporção adequada de combustível, podendo ser carvão finamente moído ou 2 Mais informações sobre as matérias-primas e a produção dos agregados leves podem ser obtidas em SOBRAL (1996), NEVILLE (1997b), EUROLIGHTCON (1998), GOMES NETO (1998), EUROLIGHTCON (2000d) e VIEIRA (2000). 12 coque. Em seguida, submete-se esse material a altas temperaturas, utilizando uma grelha móvel, com conseqüente expansão, em função da formação de gases (GOMES NETO, 1998). SANTOS et al. (1986) afirmam que o agregado obtido pelo processo de sinterização apresenta os poros abertos, sem recobrimento e com altos valores de absorção de água. Além disso, o produto final desse processo é um clinquer muito irregular e de arestas “vivas”, que exige britagem para atender a todas as graduações granulométricas necessárias para a produção dos concretos leves. Normalmente, os valores da massa específica deste tipo de agregado variam entre 650 e 900 kg/m3. O processo de forno rotativo, também denominado Nodulação, aproveita as características que determinados materiais têm de se expandirem, como algumas argilas, quando submetidos a temperaturas elevadas (entre 1000 e 1350ºC), próximos do ponto de fusão incipiente, em decorrência da formação de gases que ficam aprisionados pela “capa” externa vítrea da partícula (SANTOS et al., 1986). Os agregados produzidos pelo processo de forno rotativo, normalmente, apresentam granulometria variada, formato arredondado regular e âmago formado por uma massa esponjosa micro-celular, envolta por uma casca cerâmica vitrificada, resistente e com baixa permeabilidade, que confere ao agregado uma porosidade fechada. O agregado produzido por este processo recebe também a denominação de “encapado”, pois possui uma camada externa de material vítreo, que diminui significativamente a absorção de água. As Figuras 1.5a e 1.5b ilustram a diferença na estrutura interna e na porosidade da superfície dos agregados produzidos pelos processos de sinterização e forno rotativo, respectivamente. Os agregados leves nacionais utilizados nesta pesquisa, são produzidos pelo processo de forno rotativo utilizando a argila como matéria prima. 1.3.3. Forma e textura superficial A forma e a textura superficial dos agregados leves influenciam algumas propriedades importantes dos concretos, como a resistência mecânica, por exemplo, pois estão relacionadas com a quantidade de água necessária para a obtenção da trabalhabilidade desejada. 13 (a) (b) FIGURA 1.5. Micrografia (MEV) dos agregados produzidos pelos processos de (a) sinterização e (b) forno rotativo (Fonte: ZHANG e GJφRV, 1991b) A textura e a forma das partículas dos agregados leves artificiais dependem, essencialmente, do processo de fabricação. Os agregados produzidos pelo processo de sinterização apresentam alta rugosidade, formas angulares e superfície porosa. Esse tipo de agregado proporciona boa aderência à pasta de cimento, em função da rugosidade da superfície, entretanto apresenta, também, altos valores de absorção de água, em função da alta porosidade externa. Em decorrência da forma angular, esses agregados aumentam a quantidade de água da mistura para a obtenção da trabalhabilidade desejada. (ZHANG e GJφRV, 1990a; CEB/FIP, 1977). Uma outra desvantagem da utilização de agregados leves produzidos por sinterização é a penetração da pasta de cimento nos poros externos, que pode variar de 30 a 100 kg de cimento por m3 de concreto, aumentando assim o consumo de cimento e a massa específica do concreto. Por outro lado, os agregados produzidos em fornos rotativos, como as argilas expandidas, normalmente apresentam forma esférica e uma fina camada externa com baixa porosidade, possibilitando, assim, a obtenção de boa trabalhabilidade com baixas relações água/cimento. Entretanto, em função do formato esférico, esse tipo de agregado apresenta maior facilidade de segregação do que o produzido por sinterização (CEB/FIP, 1977). Na maioria dos processos de fabricação de agregados leves, o diâmetro das partículas varia entre 1 e 25 mm e os agregados apresentam valores de massa específica inversamente proporcional ao diâmetro. 16 beneficia a “cura interna” do concreto (HOLM e BREMNER, 1994; ZHANG e GJφRV, 1991b). FIGURA 1.6. Acúmulo de bolhas de ar ao redor absorção de água (Fonte: EUROLI A Tabela 1.3 apresenta os valores de absorçã características, de alguns agregados leves comerciais americanos. 1.4. Dosagem dos concretos leves Os métodos utilizados para dosagem dos con podem ser utilizados para os concretos leves, entre ser considerados: a necessidade de projetar um particular, a influência dos agregados leves nas prop de água dos agregados leves. Na literatura consultada foram observad específicos para os concretos com agregados leves, pela CEB/FIP (1977), ACI (1997) e EUROLIGHTCAGREGADOMATRI do agregado leve decorrente da GHTCON, 2000c) o de água, assim como outras nacionais, europeus e norte- cretos com massa específica normal tanto três fatores adicionais devem concreto com massa específica riedades dos concretos e a absorção os alguns métodos de dosagem dentre eles destacam-se os descritos ON (2000a). 17 TABELA 1.3. Características de alguns agregados leves comerciais Nome comercial País Matéria- prima Fabricação Massa específica (kg/dm3) Massa unitária (kg/dm3) Dimens ão (mm) Absorção de água 24h (%)* Lytag Inglaterra e Holanda Cinzas volantes Sinterização 1,3 - 2.1 0,6 - 1,1 0,5 - 19 15 - 20 Solite EUA Folhelho Forno rotativo 1,4 0,8 4 - 16 15 Norlite EUA Folhelho Forno rotativo 0,8 - 1,9 0,4 - 1,2 5 - 19 10 - 25 Liapor Alemanha e R. Tcheca Argila Forno rotativo 0,6 - 1,8 0,3 - 0,9 2 - 19 11 - 17 Leca Áustria e Noruega Argila Forno rotativo 0,6 - 1,8 0,3 - 0,9 0.5 - 16 11 - 30 Arlita Espanha Argila Forno rotativo 1,4 0,8 1 - 10 13,0 Cinexpan 0500 Brasil Argila Forno rotativo 1,5 0,9 0,5 - 5 7,0 Cinexpan 1506 Brasil Argila Forno rotativo 1,1 0,6 6 - 15 7,5 * Absorção de água, em massa, dos agregados após 24 horas de imersão. 1.5. Produção dos concretos leves3 1.5.1. Mistura e teor de umidade dos agregados Na mistura dos materiais em equipamentos com eixo inclinado, observa-se, no início da mistura, a segregação dos agregados leves graúdos, que tendem a sair do misturador, mas, após algum tempo de mistura, esse problema desaparece. No misturador vertical, preferível segundo o CEB/FIP (1977), esse problema não ocorre. Alguns cuidados devem ser tomados no momento da mistura dos materiais na produção dos concretos leves, para evitar que a absorção de água dos agregados leves prejudique algumas propriedades dos concretos, principalmente, no estado fresco (HOLM e BREMNER, 2000). Se o concreto for produzido com agregados leves com baixa absorção de água, valores abaixo de 10%, em massa, após 24 horas de imersão, na maioria das vezes, 3 Mais informações sobre a produção dos concretos leves podem ser obtidas em TEZUKA (1973), EUROLIGHTCON (1998), HOLM e BREMNER (2000) e VIEIRA (2000). 18 pode-se adotar o método de mistura utilizado para os concretos tradicionais e utilizar os agregados nas condições ambientais de umidade, isto é, sem saturação prévia. Alguns tipos de agregados leves, mesmo com valores de absorção de água abaixo de 10% após 24 horas de imersão, apresentam alta absorção de água, nos primeiros minutos, seguido de estabilização. Nesses casos, deve-se adicionar os materiais sólidos e a água juntos no misturador e, em seguida, os agregados leves (HOLM e BREMNER, 2000). Por outro lado, se o agregado leve utilizado apresenta altos valores de absorção de água após 24 horas de imersão, acima de 10%, em massa, recomenda-se realizar a pré-saturação destes agregados. Caso este procedimento não seja realizado, haverá dificuldade em manter a trabalhabilidade adequada do material durante o lançamento (HOLM e BREMNER, 2000; ZHANG e GJφRV, 1991a). 1.5.2. Transporte, lançamento e adensamento No transporte dos concretos leves, deve-se considerar sua tendência à segregação, em função dos baixos valores da massa específica dos agregados. Este fenômeno pode ser evitado ou reduzido, com a dosagem de concretos com coesão e consistência adequados, controlando-se a relação água/cimento e o teor dos agregados miúdos e com a utilização de adições minerais, como a sílica ativa. Para o bombeamento do concreto leve, a umidade e a granulometria dos agregados leves assumem grande importância. O pré-umidecimento do agregado leve mostra-se importante para prevenir a perda brusca de trabalhabilidade no estado fresco, que pode provocar o entupimento dos dutos durante o lançamento. Recomenda-se, ainda, que o agregado miúdo tenha altos teores de partículas com diâmetro inferior a 0,3 mm (EUROLIGHTCON, 2000b) . Em decorrência dos menores valores da massa específica dos concretos leves, os esforços transmitidos às formas, durante o lançamento, são inferiores aos observados para os concretos tradicionais. Em contrapartida, devem ser considerados o aumento dos esforços e deformações nas formas durante o adensamento, pois normalmente os concretos leves exigem maior energia de vibração do que os concretos tradicionais. Normalmente, podem-se adotar, para os concretos leves, as técnicas usuais de adensamento, entretanto esses concretos exigem uma energia maior de vibração do que os concretos tradicionais. No caso específico dos vibradores de imersão, o raio de ação 21 adequada dos agregados, substituição total ou parcial do agregado miúdo por areia natural e utilização de adições minerais. 1.7. Propriedades dos concretos leves no estado endurecido São vários os fatores que influenciam as propriedades dos concretos leves no estado endurecido. Entretanto, neste trabalho, serão analisados apenas os fatores relacionados aos agregados leves, isto é, as alterações provocados nas propriedades dos concretos em função da substituição dos agregados tradicionais por agregados leves. 1.7.1. Resistência à compressão e massa específica A resistência à compressão e a massa específica são as propriedades mais utilizadas na caracterização dos concretos leves estruturais e estão diretamente relacionadas com o tipo e a granulometria do agregado leve utilizado. A granulometria dos agregados tem mais influência na massa específica e na resistência mecânica dos concretos leves do que nos concretos tradicionais, uma vez que o valor da massa específica dos agregados leves, como é o caso da argila expandida, é inversamente proporcional à sua dimensão. O valor da massa específica dos concreto leves apresenta variação progressiva, desde sua condição inicial até um estado mais estável, que depende das condições de exposição. Para a estimativa das cargas a ser suportadas pelas formas e escoramentos, recomenda-se utilizar o valor de massa específica do concreto leve no estado fresco e para estimativa do peso próprio deve ser considerada o valor da massa específica do concreto leve seco ao ar, ligeiramente superior à do concreto seco em estufa. Na análise das propriedades dos concretos leves, deve-se considerar que os agregados apresentam resistência mecânica relativamente baixa e, com isso, a resistência mecânica da matriz de cimento apresenta grande importância na resistência mecânica dos concretos. Nos concretos leves, utiliza-se, mais eficientemente, a resistência mecânica potencial da matriz de cimento do que nos concretos tradicionais, em função da similaridade entre os valores dos módulos de deformação do agregado e da matriz e da excelente qualidade da zona de transição agregado-matriz. Com isso, os concretos leves, normalmente, não rompem devido à diferença entre as deformações dos agregados e da 22 matriz de cimento, mas, sim, devido ao colapso da argamassa, que, normalmente, ocorre na região ao redor do agregado. No colapso dos concretos leves, a linha de fratura atravessa os agregados, como ocorre nos concretos de alta resistência com massa específica normal, diferentemente do que ocorre nos concretos tradicionais, em que a ruptura do material ocorre pelo colapso da argamassa e a separação entre as fases, resultando uma linha de fratura ao redor do agregado (ZHANG e GJφRV, 1991a; EUROLIGHTCON, 1998). Os concretos leves apresentam estabilização dos valores finais de resistência à compressão, mais rapidamente do que os concretos tradicionais. Normalmente, aos 7 dias os concretos leves já apresentam 80% da resistência à compressão observada aos 28 dias de idade (EUROLIGHTCON, 1998). No presente estado da arte, 102 MPa representa o limite superior de resistência à compressão para concretos leves. Este valor foi obtido por ZHANG e GJφRV (1991a) para concretos leves com massa específica de 1735 kg/m3, o que representa um fator de eficiência de 58,7 MPa.dm3/kg. Segundo AÏTICIN (2000), existe um limite máximo para o teor de cimento que pode ser utilizado para aumentar o valor da resistência à compressão do concreto leve. Quando se atinge esse limite, o agregado leve mostra-se como o material determinante na resistência à compressão do concreto e o aumento da resistência à compressão da pasta de cimento já não contribui para o aumento da resistência à compressão do concreto. Ainda segundo este pesquisador, o consumo de cimento dos concretos leves de alto desempenho normalmente variam entre 400 e 600 kg/m3. Nos estudos realizados por MALHOTRA (1990), observou-se que o uso de cimento de alta resistência inicial possibilitou a obtenção de concretos leves, com valores de resistência à compressão mais altos do que os observados para os outros tipos de cimento, tanto nas idades iniciais como em idades avançadas. Segundo diversos estudos apresentados no relatório do EUROLIGHTCON (1998), após os 28 dias de idade, os concretos leves apresentam baixa elevação dos valores de resistência à compressão, comparativamente aos concertos tradicionais. Esse efeito pode ser atribuído à baixa resistência mecânica dos agregados leves, principal limitante da resistência mecânica dos concreto leves. 23 Nos resultados do estudo realizado por EVANGELISTA et al. (1996), em que foram analisados concretos leves com argila expandida nacional, podem-se observar as relações entre a resistência à compressão e a massa específica do concreto leve (Figura 1.7) e entre a resistência à compressão do concreto leve e a dimensão máxima característica do agregado leve (Figura 1.8). Nesse estudo, foram utilizados agregados com dimensão máxima característica de 9,5 e 12,5 mm e o consumo de cimento dos concretos leves foi de 500 kg/m3. 20 30 40 50 60 70 1400 1500 1600 1700 1800 Massa específica do concreto leve (kg/m3) R es is tê nc ia à c om pr es sã o do co nc re to le ve (M Pa ) FIGURA 1.7. Relação entre resistência à compressão a massa específica do concreto leve com argila expandida nacional (Fonte: EVANGELISTA et al., 1996) 25 30 35 40 45 50 0 5 10 15 20 25 30 Dimensão máximo característica da argila expandida nacional (mm) R es is t. à co m pr es sã o do c on cr et o le ve ( M Pa ) FIGURA 1.8. Relação entre resistência à compressão do concreto leve e a dimensão máxima característica do agregado leve nacional (Fonte: EVANGELISTA et al., 1996) 26 TABELA 1.4. Relações entre a resistência à compressão e as resistências à tração por compressão diametral e à tração na flexão dos concretos leves Resistência à tração (MPa)Referência Compressão diametral (ftD) Flexão (fctM) Observações SLATE et al. (1986) 0,42.fc 0,5 0,54.fc 0,5 62 ≥ fc ≥ 21 Apenas agregado leve ZHANG e GJφRV (1991a) 0,23.fcu 0,67 0,73.fcu 0,5 - HOFF (1991) 0,49.fc 0,5 - - CEB/FIP (1977) 0,23.fcu 0,67 0,46.fcu 0,67 - ACI 318 (1992) 0,42.fc 0,5 0,46.fc 0,5 Apenas agregado leve ACI 318 (1992) 0,48.fc 0,5 0,53.fc 0,5 Areia e agregado leve fc = Resist. à compressão em corpos-de-prova cilíndricos (MPa); fcu = Resist. à compressão em corpos-de-prova cúbicos (MPa). 1.7.3. Módulo de deformação Assim como a maioria das propriedades dos concretos leves, o módulo de deformação está diretamente relacionado com o tipo e com a quantidade de agregado leve utilizado. O valor do módulo de deformação dos concretos depende dos valores do módulo de deformação dos componentes individuais, do proporcionamento entre os materiais e da qualidade da zona de transição entre o agregado e a matriz de cimento. Como no concreto leve utilizam-se altos teores de agregados leves, que apresentam valores de módulo de deformação significativamente inferiores aos observados nos agregados tradicionais, esse tipo de concreto apresenta valores de módulo de deformação inferiores aos observados nos concretos tradicionais. Segundo o CEB/FIP (1977), normalmente, o valor do módulo de deformação do concreto leve varia entre 30 e 70% do valor do módulo de deformação do concreto com massa específica normal, para um mesmo nível de resistência à compressão. Segundo SMEPLASS (1992) apud EUROLIGHTCON (1998), para concretos leves com resistência à compressão acima de 60 MPa o valor do módulo de deformação mostra-se cerca de 20 a 30% inferior ao observado nos concretos com agregados tradicionais, para o mesmo nível de resistência. 27 Em estudos realizados por ZHANG & GJφRV (1991a), observou-se que o módulo de deformação do concreto leve está diretamente relacionado com a resistência e com a quantidade de agregado, assim como com a qualidade da zona de transição agregado-matriz. Segundo o CEB/FIP (1977), quanto mais próximos forem os valores do módulo de deformação do agregado e da matriz de cimento, melhor será o comportamento do concreto no regime elástico. A Tabela 1.5 apresenta algumas expressões mencionadas em documentos normativos internacionais que relacionam o módulo de deformação do concreto leve com sua respectiva resistência à compressão e massa específica. A Figura 1.10 apresenta a relação entre o módulo de deformação e a resistência à compressão dos concretos leves estruturais, segundo o ACI (1997). TABELA 1.5. Equações para cálculo do módulo de deformação Referência Equação * Observações NS 3473 (1992) Ec = 9.5 . fcck 0,3. (γ / 2400)1,5 [GPa] fcck < 85 Mpa ACI 318 (1992) Ec = 0,043 . γ1,5 . fc 0,5 [MPa] fc < 41 Mpa BS 8110 Part.2 (1985) Ec = 1,7 . (γ / 1000)2 . fck 0,3 [GPa] - CEB (1978) Ec = 1,6 . γ2 . (fcck + 8) 0,33.10-6 [GPa] - * Ec= módulo de deformação; γ = massa específica (kg/m3); fc = res. compressão (150 x 300 mm - cilíndrico); fcck = res. compressão (100 x 200 mm - cilíndrico); fck = res. compressão (cubo – 100 mm). A expressão do ACI 318 (1992), Tabela 1.5, que relaciona o módulo de deformação do concreto leve com a resistência à compressão e a massa específica mostra-se bastante adequada para a estimativa do valor do módulo de deformação dos concretos com agregado leve nacional, conforme os estudos realizados por TEZUKA (1973), ARMELIN et al. (1994), EVANGELISTA et al. (1996) e GOMES NETO (1998). 28 10 15 20 25 30 10 20 30 40 50 Resistência à compressão do concreto leve (MPa) M ód ul o de d ef or m aç ão d o co nc re to le ve (G Pa )           FIGURA 1.10. Relação entre módulo de deformação e resistência à compressão dos concretos leves estruturais (ACI, 1997) 1.7.4. Comportamento da curva tensão-deformação A curva tensão-deformação dos concretos leves, normalmente, é caracterizada por apresentar maior linearidade do trecho ascendente, maior valor da deformação última e maior inclinação no trecho descendente da curva após a ruptura, quando comparada à observada para o concreto tradicional. Essas características podem ser atribuídas à maior compatibilidade entre os valores do módulo de deformação da matriz de cimento e do agregado e a melhoria da qualidade da matriz de cimento na zona de transição entre o agregado e a matriz de cimento (GRIMER e HEWITT, 1969; AÏTCIN, 2000). Nos concretos tradicionais, a formação e a propagação de microfissuras, cuja origem principal é atribuída à concentração de tensões, em função da diferença entre os valores do módulo de deformação do agregado e da matriz de cimento, são consideradas as principais causas do colapso do concreto e pelo comportamento não linear da curva tensão-deformação, particularmente, próximo à região da tensão de ruptura. Em estudos realizados por ZHANG e GJφRV (1991a), observou-se que a parte ascendente da curva tensão-deformação dos concretos leves torna-se mais linear à medida que a resistência do concreto cresce, enquanto a parte descendente da curva, após a ruptura, torna-se mais íngreme. Estes autores fazem ainda algumas observações importantes: 31 que penetram no concreto dependem, essencialmente, das propriedades da matriz de cimento. Com isso, os concretos leves e os concretos tradicionais apresentam características similares com relação a resistência à penetração de íons cloreto. Nos estudos realizados por HAMMER et al. (1995) apud EUROLIGHTCON (1998), foram observados valores semelhantes de difusão de íons cloreto em concretos produzidos com vários tipos de agregados leves, demonstrando, assim, a baixa influência do agregado na resistência do concreto leve à penetração e difusão de íons cloretos. 1.7.7. Carbonatação Para o mesmo nível de resistência à compressão, os concretos leves normalmente apresentam valores da relação água/aglomerante menores do que os apresentados pelos concretos tradicionais. Com isso, os concretos leves apresentam uma matriz de cimento com porosidade reduzida, em relação aos concretos tradicionais, reduzindo, assim, a ação da carbonatação (EUROLIGHTCON, 1998). Uma avaliação realizada por HOLM e BREMNER (1994) em embarcações produzidas com concreto leve durante a Primeira Guerra Mundial, demonstrou que, após oito décadas, os concretos leves apresentavam espessura média de carbonatação de 2 mm e não apresentavam carbonatação na interface entre o concreto e a armadura. Um estudo realizado no Japão demonstrou, também, que concretos leves com 19 anos de idade apresentaram profundidade de carbonatação similar à apresentada pelos concretos tradicionais, produzidos nas mesmas condições de dosagem (OCHUCHI et al., 1984 apud EUROLIGHTCON, 1998). 1.7.8. Resistência à abrasão Segundo o CEB/FIP (1977), a resistência à abrasão do concreto depende essencialmente das resistências da matriz de cimento e do agregado e da aderência entre eles. No caso dos concretos leves, enquanto o agregado não estiver exposto à solicitação de abrasão, estes apresentam valores de resistência à abrasão semelhante aos concretos com massa específica normal, para o mesmo nível de resistência à compressão. Entretanto caso haja exposição do agregado, o concreto leve apresentará baixa resistência à abrasão. 32 1.7.9. Retração por secagem A retração dos concretos tem como causa principal a mudança de volume da pasta de cimento e está diretamente relacionada com o tipo de agregado e a quantidade e a qualidade do cimento utilizado. Normalmente, os concretos leves apresentam valores de retração por secagem maiores do que os obtidos para os concretos tradicionais, para o mesmo nível de resistência à compressão, uma vez que o agregado leve oferece baixa restrição à retração da pasta de cimento, em função dos baixos valores do módulo de deformação em comparação aos agregados tradicionais (CEB/FIP, 1977; SOBRAL, 1996). A NM 35/95 limita a retração por secagem do concreto leve em 0,10%, para misturas de referência preparadas na proporção de 1:6, sendo uma parte de cimento e seis de agregado leve, medidos em volume. A Figura 1.12 apresenta a faixa de valores normalmente observados de retração por secagem para concretos leves (HOFF, 1991). 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Idade (dias) R et ra çã o (( m /m ).1 0 6 ) Limite superior Limite infeior FIGURA 1.12. Faixa de variação dos valores de retração por secagem dos concretos leves (Fonte: HOFF, 1991) 1.7.10. Fluência Normalmente, os valores de fluência apresentados pelos concretos leves são maiores do que os observados nos concretos tradicionais e podem provocar reduções significativas dos valores da resistência à compressão. Segundo estudo realizado por SMEPLASS (1997b) apud EUROLIGHTCON (1998), corpos-de-prova de concreto 33 leve submetidos à solicitação de compressão por um longo período apresentaram redução de 20% do valor da resistência à compressão observada aos 28 dias. 1.7.11. Propriedades térmicas e resistência ao fogo As propriedades térmicas dos concretos leves são significativamente diferentes das observadas nos concretos tradicionais. O ar aprisionado na estrutura celular dos agregados leves reduz a transferência e a absorção de calor em relação aos agregados tradicionais, alterando assim as propriedades térmicas dos concretos, como por exemplo a redução da condutividade térmica. Por esta razão, algumas edificações utilizam o concreto leve na vedação das fachadas e na cobertura para reduzir a absorção e a transferência para o ambiente interno do calor proveniente da radiação solar (CEB/FIP, 1977; EUROLIGHTCON, 1998; HOLM e BREMNER, 2000). A Tabela 1.6 apresenta uma comparação entre os valores de condutividade térmica, expansão térmica, difusão térmica e calor específico entre o concreto leve e o concreto tradicional. TABELA 1.6. Propriedades térmicas dos concretos leves Propriedades Concreto leve Concreto normal Massa específica (kg/m3) 1850 2400 Resistência à compressão (MPa) 20 - 50 20 – 70 Calor específico (cal/g.ºC) 0,23 0,22 Condutividade térmica (W/m.K) 0,58 - 0,86 1,4 – 2,9 Difusão térmica (m2/h) 0,0015 0,0025 – 0,0079 Expansão térmica (microstrain .10-6/ºC) 9 11 (Fonte: HOLM e BREMNER, 2000) Os concretos leves geralmente apresentam maior resistência ao fogo do que os concretos tradicionais. Esta performance superior dos concretos leves pode ser atribuída à combinação dos seguintes fatores: menor condutividade térmica, menor coeficiente de expansão térmica e maior estabilidade dos agregados leves quando expostos a altas temperaturas (EUROLIGHTCON, 1998; NOUMOWÉ et al., 2000). 36 fresco, causando assim menor acúmulo de água de exudacão na superfície do agregado; presença de vários núcleos de cristalização que contribuem para a formação de cristais menores de hidróxido de cálcio e com menor tendência de cristalização em orientações preferenciais; e a gradual densificação do sistema dos produtos de hidratação através de ações pozolânicas lentas entre o hidróxido de cálcio e a adição mineral; (BENTUR e COHEN, 1987; SCRIVENER et al., 1988; ALMEIDA, 1996). Segundo diversos estudos (AQUINO et al., 1995; BENTUR e ODLER, 1996; AÏTCIN, 2000), considera-se a sílica ativa uma adição mineral bastante efetiva na redução da espessura da zona de transição agregado-matriz, como pode ser observado nos resultados obtidos por MONTEIRO e METHA (1986, 1988), nos quais se verificou que a espessura da zona de transição variou de 50 µm, para concreto sem adições minerais, para valores inferiores à 10 µm, em concretos com sílica ativa. Outro fator importante que influencia a estrutura e a espessura da zona de transição agregado-matriz é o tipo de agregado. Estudos recentes sobre a microestrutura de concretos com agregados leves demonstraram que a interação entre este tipo de agregado e a matriz de cimento é diferente da ocorrida nos concretos com agregados tradicionais (WASSERMAN e BENTUR, 1996, 1997, 1998; CHEN e SCHNEIDER, 1998; VIEIRA, 2000). A natureza da interação entre o agregado leve e a matriz de cimento depende essencialmente do teor de umidade e da porosidade da camada externa do agregado. Quando os agregados leves utilizados forem previamente saturados ou apresentarem uma camada externa densa, com baixa porosidade permeável, a natureza da zona de transição será muito próxima da observada nos concretos com agregados tradicionais. Entretanto, para agregados leves com uma certa quantidade de porosidade permeável na face externa, ocorre uma redução da espessura da zona de transição, em função da redução da relação água/cimento da matriz nessa região, ocasionada pela absorção de água do agregado, efeito denominado, por alguns pesquisadores, “filtragem” ou “densificação”. A diminuição da espessura da zona de transição agregado-matriz pode ser atribuída, também, à redução do efeito parede nos agregados leves, normalmente mais rugosos e porosos do que os agregados tradicionais (HOLM et al., 1984; ZHANG e GJφRV, 1990a; ZHANG e GJφRV, 1990b; SARKAR et al., 1992; ZHANG e GJφRV, 1992; LO et al., 1999; VIEIRA, 2000). 37 Segundo ZHANG e GJφRV (1990a, 1990b) e WASSERMAN e BENTUR (1996), a interface entre o agregado leve e a matriz de cimento apresenta baixa porosidade e caracteriza-se pela alta ancoragem mecânica entre o agregado leve e a matriz de cimento, conseqüência da rugosidade da superfície do agregado. Nestes estudos observou-se também que os agregados leves produzidos em forno rotativo utilizando argila (argila expandida), não apresentam potencial de reação pozolânica com a matriz de cimento. Estudos realizados por FAGERLUND (1972) sugerem que a qualidade da matriz de cimento ao redor do agregado leve, na zona de transição, apresenta melhoria de desempenho em relação ao agregado tradicional devido ao efeito de filtragem, em que o agregado leve absorve parte da água presente na pasta de cimento, reduzindo assim, a relação água/cimento da matriz de cimento próxima à superfície do agregado leve. Esse fato diminui a permeabilidade e aumenta a resistência mecânica da matriz de cimento na zona de transição agregado-matriz. Nos estudos realizados por KHOKHRIN (1973) sobre a interface entre o agregado leve e a matriz de cimento, utilizando técnicas de análise da resistência à compressão em regiões particulares do concreto leve, observou-se que, nos concretos estudados, a zona de transição agregado-matriz apresentou resistência à compressão entre 9 e 15 MPa, enquanto a matriz de cimento apresentou valores variando entre 6 e 8 MPa. BREMNER et al. (1984) examinaram várias estruturas de concreto com agregados leves expostas em ambientes agressivos há mais de 60 anos e verificaram que o agregado leve apresentava boa aderência à matriz e que a quantidade de silício (Si) presente na interface agregado-matriz era maior do que a presente na matriz de cimento. A espessura e a qualidade da matriz de cimento na zona de transição entre o agregado leve e a matriz de cimento têm grande influência nas propriedades dos concretos leves, como pôde ser observado nos estudos anteriormente apresentados, assim como nos realizados por SARKAR et al. (1992) e WASSERMAN e BENTUR (1996). Observou-se nesses estudos que a redução da espessura da zona de transição agregado-matriz melhora as propriedades relacionadas à resistência mecânica e à durabilidade dos concretos leves, demonstrando, assim, a grande importância do estudo da zona de transição agregado-matriz nos concreto leves. 38 1.9. Aplicações dos concretos leves Nos últimos anos tem-se observado a aplicação do concreto leve de alto desempenho nos mais diversos tipos de estruturas, tais como plataformas marítimas, pontes, recuperação estrutural e edifícios de múltiplos andares. Deve-se salientar que essas estruturas estão expostas aos mais variados ambientes, sendo, alguns, extremamente agressivos, demonstrando, assim, a grande versatilidade e durabilidade deste material. Nos últimos trinta anos, observa-se um expressivo aumento da aplicação dos concretos leves em ambientes marítimos, como pontes e plataformas petrolíferas (PHILEO, 1986; SEABROOK e WILSON, 1988; MAYS e BARNES, 1991; LAAMANEN, 1993; MELBY et al., 1996). Dentre estes tipos de construções, destacam-se as plataformas marítimas flutuantes, construídas em doca seca e, posteriormente, transportadas para o local de implantação, como a plataforma South Arne (Figura 1.13), construída em 1999 na Dinamarca. O concreto leve apresenta melhoria das características de flutuação desse tipo de estrutura durante o transporte e a utilização, em comparação aos concretos tradicionais. A Tabela 1.7 apresenta alguns exemplos de estruturas marítimas produzidas com concreto leve. FIGURA 1.13. Plataforma petrolífera South Arne A construção integral ou parcial e a recuperação de pontes utilizando concretos leves também se mostram como importantes aplicações deste tipo de concreto, nos últimos anos. Este fato se deve, principalmente, à diminuição do peso próprio, reduzindo, assim, as cargas nas fundações e os esforços na estrutura. Um exemplo da versatilidade dos concretos leves nas construções de pontes pode ser observada na ponte NordHorland, construída na Noruega, em 1999, com elementos pré-moldados apoiados 41 concreto leve bombeado em toda a estrutura, e o Museu Guggenheim de Bilbao (Figura 1.16c), construído em 1997 onde foram utilizados mais de 4400 m3 de concreto leve na execução das lajes. A Tabela 1.9 apresenta outros exemplos de edificações de múltiplos andares construídos utilizando concreto leve. (a) (b) (c) FIGURA 1.16. Edifícios construídos com concreto leve (a) Library Tower, (b) Edifício Nationsbank e (c) Museu Guggenheim-Bilbao Entretanto MEHTA e MONTEIRO (1994) afirmam que a produção de elementos pré-fabricados se mostra como a aplicação mais vantajosa do concreto leve em todo o mundo, considerando-se os menores custos de manuseio, transporte e montagem. Segundo estes pesquisadores, painéis pré-fabricados de vedação são uma das aplicações mais utilizadas e mais econômicas dos concretos leves. Nos estudos realizados por CEB/FIP (1977), DALY (2000) e HOLM e BREMNER (2000), observou-se que as estruturas moldadas in-loco com concreto leve mostram-se, em média, de 5 a 10% mais baratas do que as executadas com concreto tradicional, ao passo que em pontes de grande comprimento, também moldadas in-loco, a redução de custos pode chegar a 15% do valor da obra. Com a utilização da tecnologia da pré-fabricação, observou-se que os valores da redução de custos apresentados podem dobrar, demonstrando, assim, o grande potencial de utilização dos pré-fabricados com concreto leve. 42 TABELA 1.9. Edifícios construídos com concreto leve Denominação Local Altura (m) Ano γ (kg/m3) fc (MPa) Marina City Towers Chicaco, EUA 179 1964 1680 25 Australia Square Tower Sydney, Austrália 184 1967 1750 30 Ikatu-Ku Kobe, Japão - 1969 1750 31 Standard Bank Johanesburg, África do Sul 130 1970 1950 31 Holly Street City Londres, Inglaterra - 1971 1800 28 BMW Munique, Alemanha 99 1972 1660 41 North Pier Tower Chicago, EUA 190 1991 1850 44 Picasso Tower Madrid, Espanha 157 1989 1855 30 Library Tower Los Angeles, EUA 310 1990 - 28 Nationsbank Charlotte, EUA 252 1994 1890 47 Kai-Center Düsseldorf, Alemanha - 1996 1680 60 Museu Guggenheim Bilbao, Espanha - 1997 1700 25 National Hospital Oslo, Noruega - 2000 1700 30 O concreto leve, de um modo geral, apresenta um grande potencial de emprego em pré-fabricados considerando-se, em relação aos concretos tradicionais, as seguintes vantagens: redução dos custos de transporte por unidade de volume de concreto, entre 20 e 50%; execução de estruturas com vãos maiores; possibilidade de produzir peças com dimensões maiores, utilizando os mesmos equipamentos da fábrica e do canteiro; e redução do tempo de montagem das estruturas, entre 25 a 50%. Três importantes exemplos recentes de construções que utilizaram a tecnologia da pré-fabricação com concreto leve, todas finalizadas no ano de 2002, são: • Chateau on the Lake, em Branson, EUA, onde foram utilizados mais de 1800 elementos pré-fabricados, produzidos em concreto leve com resistência à compressão de 41 MPa e massa específica de 1850 kg/m3. Na cobertura da sala de convenções foram utilizadas vigas duplo-T com 40 m de comprimento (Figura 1.17); • Wellington Stadium, em Wellington, Nova Zelândia, onde foram produzidos mais de 4000 elementos pré-fabricados, utilizando concreto leve com 43 resistência à compressão de 35 MPa e massa específica de 1850 kg/m3 (Figura 1.18); • Recuperação da Ponte James River, em Richmond, EUA. Na recuperação de 102 vãos desta ponte foram utilizados elementos pré-fabricados em concreto leve com resistência à compressão de 35 MPa e massa específica de 1850 kg/m3. A utilização da tecnologia da pré-fabricação possibilitou a realização da recuperação do tabuleiro sem a interrupção do tráfego (Figura 1.19). FIGURA 1.17. Chateau on the Lake (EUA) FIGURA 1.18. Wellington Stadium (Nova Zelândia) FIGURA 1.19 Ponte James River (EUA) 46 superplastificante e látex de estireno butadieno (SB) na produção dos concretos, obtendo-se assim o concreto leve de alto desempenho modificado com SB. No próximo capítulo, faz-se uma abordagem sobre as propriedades dos concretos modificados com SB, bem como uma avaliação sobre os prováveis benefícios da utilização de SB nos concretos leves, visando a adequação deste material à produção de elementos pré-fabricados esbeltos. 47 2. CONCRETO MODIFICADO COM SB Neste capítulo, apresenta-se uma discussão sobre as características e as propriedades dos concretos modificados com látex de estireno butadieno (SB), bem como avaliações sobre a influência da utilização do SB nas propriedades dos concretos leves. 2.1. Definição De forma geral, os polímeros podem ser utilizados para a produção do concreto polímero (ou concreto de resina), concreto impregnado com polímero e concreto modificado com polímero. Este capítulo apresenta uma discussão apenas sobre os concretos modificados com polímero, especificamente sobre os modificados com látex de estireno butadieno (SB)4. 2.1.1. Látex No início da industrialização dos polímeros, em meados do século XIX, a designação de látex estava associada apenas ao polímero de borracha natural. Atualmente, além da designação de borracha natural, utiliza-se o termo látex como sinônimo de adição polimérica sob a forma de emulsão em água e encontra-se freqüentemente referido na literatura estrangeira, principalmente na norte-americana, para descrever a emulsão polimérica resultante de uma polimerização por emulsão. Segundo WALTERS (1987), ACI (1995) e OHAMA (1998), pode-se definir o látex como pequenas partículas de polímero orgânico (diâmetro entre 0,005 e 5µm) 4 Informações detalhadas sobre a utilização de polímeros em concretos e argamassas podem ser obtidas em TEZUKA (1979, 1988), OHAMA (1998), WALTERS (1987, 1988), ACI (1995), SILVA (1996), ROSSIGNOLO (1999) e FOWLER (1999). 48 dispersas em água, normalmente produzidos pelo processo de polimerização por emulsão, originando um fluido leitoso e geralmente de cor branca. Os principais tipos de látex utilizados em concretos e argamassas de cimento hidráulico são: acetato de polivinil, copolímeros acrílicos, copolímero de estireno acrílico (SA), copolímero de acetato de vinil acrílico, copolímero de acetato vinil etileno (EVA), copolímero de estireno butadieno (SB) e látex de resinas epóxi (TEZUKA, 1988; OHAMA, 1993 e AFRIDI et al., 1995). 2.1.2. Concreto modificado com látex5 Segundo TEZUKA (1979, 1988) e ACI (1995), os concretos de cimento Portland modificados com látex são materiais em que o aglomerante é constituído de dois tipos de componentes ativos: o cimento Portland e o monômero ou polímero na forma de dispersão aquosa (látex). Neste tipo de concreto, adiciona-se o látex juntamente com os outros materiais durante o processo de mistura do concreto de cimento Portland. Assim, dentre as formas da utilização de polímeros em concretos, esta apresenta a vantagem de utilizar a mesma tecnologia de produção dos concretos tradicionais. No mesmo sentido, OHAMA (1987, 1998) afirma que a formação da matriz aglomerante dos concretos modificados com látex se caracteriza pela hidratação do cimento e pela coalescência das partículas de polímero presentes no látex, formando um filme de polímero. Dessa forma, a matriz aglomerante é constituído de duas fases, a matriz de cimento hidratado e o filme polimérico, que preenche parcialmente os vazios da matriz de cimento. Nesse processo, normalmente a hidratação do cimento precede o processo de coalescência do polímero. 2.2. Produção dos concretos modificados com SB De forma geral, na produção dos concretos modificados com SB podem-se utilizar os mesmos materiais componentes e processos de mistura, transporte e adensamento utilizados para os concretos convencionais. 5 Maiores informações sobre o processo de modificação dos concretos com polímero podem ser obtidas em CHANDRA e FLODIN (1987), OHAMA (1987), LARBI e BIJEN (1990) e SU et al. (1996). 51 A Figura 2.1 ilustra o efeito do encapsulamento dos grãos de cimento pelo polímero, que além de aumentar os tempos de início e fim de pega, pode também ser responsável pela redução do grau de hidratação da matriz de cimento (RAY et al., 1996). FIGURA 2.1. Ilustração (MEV) do efeito do encapsulamento dos grãos de cimento pelo polímero. (a) polímero disperso na matriz de cimento, (b) acúmulo de polímero ao redor do grão de cimento (encapsulamento), e (c) grão de cimento anidro. (Fonte: OLLITRAULT-FICHET et al., 1998) 2.3.2. Propriedades no estado endurecido Normalmente, não se observa o aumento dos valores da resistência à compressão dos concretos com a utilização de SB, podendo, ainda, ocorrer redução dos valores dessa propriedade, caso haja incorporação excessiva de ar (TEZUKA, 1988; STORTE, 1991; OKBA et al., 1997; FOLIC e RADONJANIN, 1998 e OHAMA, 1998). Entretanto, em comparação aos concreto tradicionais, os concretos modificados com SB apresentam aumento expressivo dos valores de resistência à tração, tanto na compressão diametral quanto na flexão. Esse efeito pode ser atribuído, além da redução da relação a/c com a utilização de SB, ao alto valor de resistência à tração do copolímero de estireno butadieno e ao aumento da aderência entre a matriz de cimento e o agregado (OHAMA, 1998). 1µm a 52 Nos estudos realizados por TEZUKA (1988) e OKBA et al. (1997), observou-se que os valores da resistência à tração por compressão diametral dos concretos modificados com SB variaram entre 13 e 18% dos valores da resistência à compressão, notavelmente superior ao observado para os concretos tradicionais, geralmente abaixo de 10% da resistência à compressão. Com relação a resistência à tração na flexão, observa-se nas pesquisas realizadas por TEZUKA (1988), STORTE (1991), FERREIRA JÚNIOR (1997), assim como por FOLIC e RADONJANIN (1998), que os concretos modificados com SB apresentaram aumento entre 10 e 40% dos valores dessa propriedade em relação aos observados para os concretos tradicionais. Nestes estudos os valores da relação P/C variaram entre 5 e 20%, em massa. Os concretos modificados com SB apresentam redução dos valores do módulo de deformação, em comparação aos observados nos concretos tradicionais, que, segundo OHAMA (1998), ocorre devido ao baixo valor do módulo de deformação do copolímero de estireno butadieno. Essa redução de valores, normalmente, apresenta variação entre 10 e 30%, segundo os estudos realizados por TEZUKA (1988) e FERREIRA JÚNIOR (1997). Como conseqüência da redução dos valores do módulo de deformação, os concretos modificados com SB apresentam deformações maiores do que as observadas para os concretos tradicionais, para o mesmo nível de tensão. Conforme mencionado no início deste capítulo, o filme polimérico formado pela coalescência das partículas de polímero presentes no látex, preenche parcialmente os poros da matriz de cimento hidratada. Este efeito, associado à redução da relação a/c, promove a diminuição expressiva da permeabilidade dos concretos modificados com SB em comparação aos concretos tradicionais, resultando em um significativo aumento da durabilidade deste material. Nos estudos realizados por OHAMA (1987), TEZUKA (1988), JIANG e ROY (1994), ACI (1995), OKBA et al. (1997), FERREIRA JÚNIOR (1997), assim como por MENTONY et al. (2001), pode-se observar o efeito da redução da permeabilidade à fluidos dos concretos modificados com SB, em relação aos tradicionais, em função da melhora expressiva de desempenho observada em propriedades como absorção de água, resistência à agentes químicos, carbonatação e penetração e difusão de íons cloretos. 53 Os concretos modificados com SB, normalmente, apresentam valores de resistência à abrasão superiores aos observados para os concretos convencionais, conforme os resultados obtidos por STORTE (1991), FERREIRA JÚNIOR (1997) e SHAKER et al. (1997). A utilização de SB em concretos contribui também para a estabilidade dimensional desse material. Nos estudos apresentados por OHAMA e KAN (1982), STORTE (1991), JIANG e ROY (1994), ACI (1995) e OHAMA (1998), observa-se a redução significativa dos valores da retração por secagem e da fluência dos concretos modificados com SB, quando comparados aos concretos tradicionais. 2.4. Microestrutura da matriz de cimento modificada com SB Os mecanismos de atuação dos polímeros nos concretos modificados ainda são pouco conhecidos, entretanto, os pesquisadores, normalmente, utilizam duas teorias para explicá-los. De acordo com a primeira teoria, não há interações químicas entre o polímero e os produtos da hidratação do cimento. Durante o processo de hidratação do cimento, a parte hidrófila do látex se apresenta dispersa no meio aquoso, enquanto a parte hidrófoba orienta-se para os poros e capilares vazios. Durante o processo de hidratação do cimento e secagem do concreto, a diminuição da quantidade de água livre promove a coalescência das partículas hidrófobas do polímero, formando assim um filme polimérico que preenche parcialmente os poros e capilares da matriz de cimento hidratada (CHANDRA e FLODIN, 1987; OHAMA, 1987; SAKAI e SUGITA, 1995). Nos estudos realizados por OHAMA (1987) e RAY et al. (1996), pode-se constatar o efeito de preenchimento dos vazios dos concretos pelo polímero. Nesses estudos, utilizando-se a técnica de porosimetria por intrusão de mercúrio (PIM), pode-se observar que as pastas de cimento modificadas com SB apresentaram redução da quantidade e do diâmetro dos poros, em comparação às pastas sem SB. Considera-se este efeito o principal motivo da redução da permeabilidade dos concretos modificados com SB. De acordo com a segunda teoria, a mais aceita entre os pesquisadores, além do fenômeno mencionado na primeira teoria, há, também, a interação química entre as partículas de polímero e alguns produtos da hidratação do cimento. Essas interações podem alterar a velocidade e o grau de hidratação do cimento e a quantidade e a 56 3. DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL Em conformidade com os objetivos desta pesquisa, mencionados nos capítulos anteriores, este capítulo apresenta o detalhamento do programa experimental adotado para o estudo dos concretos leves de alto desempenho modificados com SB, destinados à produção de elementos pré-fabricados de pequena espessura, que pode ser resumido em sete etapas, como descrito na Tabela 3.1. TABELA 3.1. Resumo do programa experimental Etapa Descrição 1 Caracterização dos materiais 2 Estudo da interação entre os materiais 3 Dosagem dos concretos 4 Produção dos concretos 5 Caracterização das propriedades dos concretos 6 Análise da ductilidade de elementos pré-fabricados submetidos à flexão 7 Estudo microestrutural da matriz de cimento e da interface agregado-matriz 3.1. Caracterização dos materiais Todos os materiais empregados na produção dos concretos leves cumprem as especificações da ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas, são facilmente encontrados no mercado e foram utilizados nas mesmas condições em que são empregados usualmente. Na produção dos concretos leves, utilizou-se cimento Portland de alta resistência inicial (CPV ARI), sílica ativa (SA), superplastificante acelerador (SPA), látex de estireno butadieno 57 (SB), areia natural quartzosa e argila expandida nacional (Dmáx = 9,5 mm). As características e propriedades dos materiais utilizados na produção dos concretos leves são apresentadas, detalhadamente, no Anexo A. 3.2. Estudo da interação entre os materiais Realizou-se um estudo com a finalidade de detectar uma possível incompatibilidade físico-química entre os materiais constituintes dos concretos leves, utilizando-se o método do “mini-slump” proposto por KANTRO (1980) e analisando-se os tempos de pega das pastas. Analisando os resultados desse estudo, apresentado no Anexo B, não se observou incompatibilidade do uso conjunto de superplastificante, látex de estireno butadieno, sílica ativa e cimento Portland de alta resistência inicial. Observou-se, ainda, o aumento significativo dos tempos de início e fim de pega nas pastas modificadas com SB, em relação à pasta de referência. 3.3. Dosagem dos concretos Desenvolveu-se, nesta pesquisa, um processo de dosagem totalmente experimental, apresentado no Anexo C, para a obtenção de concretos leves modificados com SB, com as características e propriedades desejadas, sendo as principais: fator de eficiência mínimo aos 7 dias de idade de 25 MPa.dm3/kg, resistência à compressão aos 7 dias superior à 35 MPa e índice de consistência (NBR 7215) de 200 ± 10 mm. A Tabela 3.2 apresenta os traços dos concretos leves obtidos no processo de dosagem experimental. Os teores de sílica ativa e de superplastificante utilizados nos concreto leves foram 10% e 1,5%, respectivamente, ambos em relação à massa de cimento. Empregou- se SB nos concreto leves com relações de polímero/cimento (P/C) de 5 e 10%, valores equivalentes aos teores de látex/cimento de 10 e 20%, em massa, respectivamente, uma vez que a quantidade de copolímero de estireno butadieno presente no látex (teor de sólidos do látex) é de 50%. 58 TABELA 3.2. Dosagens dos concretos leves Consumo de materiais por m3 (kg)Traço Relação P/C (%) (em massa) CPV ARI SA* Areia Arg.1** Arg.2*** SPA Relação a/agl (em massa) 0 710 71,0 191,7 223,7 223,7 10,6 0,37 5 706 70,6 190,6 222,4 222,4 10,6 0,331 10 687 68,7 185,5 216,4 216,4 10,3 0,31 0 613 61,3 214,6 247,0 247,0 9,2 0,41 5 614 61,4 214,9 247,4 247,4 9,2 0,362 10 598 59,8 209,3 241,0 241,0 9,0 0,34 0 544 54,4 228,5 266,6 266,6 8,2 0,45 5 542 54,2 227,6 265,6 265,6 8,1 0,393 10 541 54,1 227,2 265,1 265,1 8,1 0,36 0 484 48,4 242,0 279,8 279,8 7,3 0,49 5 491 49,1 245,5 283,8 283,8 7,4 0,414 10 486 48,6 243,0 280,9 280,9 7,3 0,38 0 440 44,0 250,8 292,6 292,6 6,6 0,54 5 442 44,2 251,9 293,9 293,9 6,6 0,465 10 440 44,0 250,8 292,6 292,6 6,6 0,41 *Sílica ativa; **Argila Expandida com Dmáx = 4,8 mm; ***Argila Expandida com Dmáx = 9,5 mm. 3.4. Produção dos concretos 3.4.1. Mistura dos materiais Para a verificação do teor de umidade ideal dos agregados leves e a seqüência adequada de colocação dos materiais no misturador para a produção dos concretos leves, realizou-se um estudo sobre a perda de consistência dos concreto leves, durante as duas primeiras horas após a mistura dos materiais, utilizando-se os métodos de mistura descritos por ARMELIN et al. (1994) (método A) e ZHANG e GJφRV (1991a) (método B), apresentados na Tabela 3.3. Foram analisadas as cinco dosagens de concreto leve sem SB apresentadas na Tabela 3.2. Para a verificação da perda de consistência dos concretos leves, empregou-se uma adaptação do método apresentado na NBR 10342, conforme descrito no item 3.5.2.1. Perda de consistência com o tempo. O valor inicial fixado para o índice de consistência foi de 200 ± 10 mm, de acordo com a trabalhabilidade necessária para moldagem de peças de pequena espessura, verificada no estudo de dosagem. 61 FIGURA 3.3. Corpo-de-prova FIGURA 3.4. Corpo-de-prova cilíndrico 100 x 200 mm após ruptura prismático 150 x 150 x 500 mm à tração por compressão diametral após ruptura à tração por flexão A Figura 3.5 ilustra a zona de transição entre o agregado leve e a matriz de cimento, em que se observa que os métodos de adensamento adotados foram adequados para evitar a acúmulo de bolhas de ar ao redor do agregado, provenientes da absorção de água. FIGURA 3.5. Micrografia ótica de transmissão da zona de transição entre o agregado leve e a matriz de cimento (magnificação de 100x) 3.4.3. Procedimento de cura Para avaliar o procedimento de cura adequado dos concretos leves modificados com SB, analisou-se o desenvolvimento de algumas propriedades dos concretos leves submetidos a diversos procedimentos de cura. As propriedades analisadas foram 62 resistência à compressão, resistência à tração por compressão diametral, retração por secagem e absorção de água por imersão, Com os resultados desse estudo, apresentado no Anexo D, observou-se que a utilização de SB possibilita a redução do tempo de cura úmida, nas primeiras idades dos concretos leves. De acordo com os resultados obtidos nesse estudo, para a caracterização das propriedades dos concretos leves sem SB, adotou-se a cura úmida (T = 23 ± 2ºC e UR = 95%) dos corpos-de-prova, durante 27 dias após a desmoldagem ou até a idade de análise, para o caso de idades inferiores. Para a caracterização das propriedades dos concretos leves modificados com SB, realizou-se a cura úmida dos corpos-de-prova durante 1 dia apenas após a desmoldagem. 3.5. Procedimentos experimentais para caracterização das propriedades dos concretos leves 3.5.1. Procedimentos experimentais normatizados A Tabela 3.4 apresenta os procedimentos normatizados utilizados na avaliação das propriedades dos concretos leves. 3.5.2. Procedimentos experimentais não normatizados ou adaptados 3.5.2.1. Perda de consistência com o tempo O método utilizado para a determinação da perda de consistência com o tempo dos concretos leves fundamentou-se no método descrito pela NBR 10342. Entretanto em substituição à determinação do abatimento pelo tronco de cone, utilizou-se o método de determinação do índice de consistência por espalhamento descrito pela NBR 7215. Os intervalos de determinação do índice de consistência do concreto foram mantidos em 15 minutos. 63 3.5.2.2. Determinação do diagrama tensão-deformação com deformação controlada O procedimento utilizado na determinação do diagrama tensão-deformação com deformação controlada dos concretos leves baseou-se no procedimento descrito pela NBR 8522. Entretanto optou-se pela taxa de deformação constante de 0,005 mm/m/s em substituição à taxa de carregamento constante de 0,50 ± 0,05 MPa/s, previsto pela NBR 8522. Com a taxa de deformação constante, o corpo-de-prova não sofre colapso na solicitação do carregamento último e, com isso, possibilita o traçado parcial da parte descendente do diagrama tensão-deformação. TABELA 3.4. Procedimentos experimentais normatizados Item Norma NBR 7215. Cimento Portland – determinação da resistência à compressãoÍndice de consistência NBR 9606. Concreto – Determinação da consistência pelo espalhamento do tronco de cone Massa específica no estado fresco e teor do ar incorporado NBR 9833. Concreto fresco – Determinação da massa específica e do teor de ar pelo método gravimétrico Massa específica, índice de vazios e absorção de água por imersão NBR 9778. Argamassa e concreto endurecidos – Determinação da absorção de água por imersão, índice de vazios e massa específica. Resistência à compressão NBR 5739. Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos de concreto Resistência à tração NBR 7222. Argamassa e concreto – Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos-de-prova cilíndricos Resistência à tração na flexão NBR 12142. Concreto – Determinação da resistência à tração na flexão em corpos-de-prova prismáticos Módulo de deformação e gráfico tensão-deformação NBR 8522. Concreto – Determinação do módulo de deformação estática e diagrama tensão-deformação Retração por secagem ASTM C 157-93. Standard test method for length change of hardned hydraulic-cement mortar and concrete Absorção de água por capilaridade NBR 9779. Argamassa e concreto endurecidos – Determinação da absorção de água por capilaridade Resistência à agentes químicos ASTM C 267-96. Standard test methods for chemical resistance of mortars, grouts, and monolithic surfacings and polymer concrete 66 (1990), DETWILER et al. (1991), OKBA et al. (1997), assim como SHAKER et al. (1997). A Figura 3.7 apresenta um diagrama esquemático da célula de penetração acelerada de cloretos. O corpo-de-prova utilizado na determinação de resistência à penetração de cloretos consiste num cilindro de concreto com 100 mm de diâmetro e 200 mm de altura, com uma barra de aço (CA-50 e diâmetro de 10 mm) inserida no centro do corpo-de-prova com 150 mm de profundidade. Na célula de penetração acelerada de cloretos, o corpo-de-prova ficou imerso até meia altura (100 mm) em uma solução de cloreto de sódio com concentração de 15% (em massa) à temperatura ambiente. Aplicou-se uma tensão constante de 12 V (DC) entre a barra de aço do corpo-de-prova (ânodo) e uma placa de aço (cátodo) imersa na solução de cloreto de sódio. Fonte 12V (DC) Amperímetro + - Eletrodo Placa de ferro (cátodo) Barra de ferro (φ=10mm) (ânodo) Corpo-de-prova cilíndrico (10 x 20 cm) 10 cm Solução de NaCl (concentração = 15%) 5 cm FIGURA 3.7. Diagrama esquemático da célula de penetração acelerada de cloretos Durante a execução do ensaio, a corrente elétrica do sistema foi monitorada constantemente para observar o tempo necessário para ocorrer o ataque químico à barra de aço do corpo-de-prova, caracterizado pela rápida e brusca elevação do valor da corrente elétrica do sistema, que determina o final do ensaio. O tempo necessário para ocorrer o ataque da barra de aço denomina-se “tempo de corrosão”. O corpo-de-prova 67 foi monitorado por inspeção visual periódica, para observar o aparecimento de fissuras, que indicam o ataque da barra de aço no corpo-de-prova. Utilizou-se um gráfico de corrente elétrica versus tempo para a representação dos resultados dessa análise. A rápida elevação no valor da corrente elétrica do sistema, representada pela alteração da direção da curva no gráfico, determina o tempo de corrosão. 3.5.2.6. Determinação do coeficiente de permeabilidade à água Empregou-se uma adaptação do procedimento descrito na NBR 10786, para a determinação do coeficiente de permeabilidade à água dos concretos leves. Para a compatibilização dessa análise com os equipamentos disponíveis no Laboratório de Construção Civil - LCC, EESC – USP, fez-se necessário reduzir a pressão de funcionamento, utilizada para aplicar água sob pressão em uma das faces do corpo-de- prova, de 4 MPa para 0,7 MPa e adotou-se a vazão de saída do sistema, isto é, a que percola pelo corpo-de-prova, para o cálculo do coeficiente de permeabilidade. Para isso, foi incorporado um orifício no dispositivo que abriga o corpo-de-prova, na face oposta à que recebe água sob pressão, para coleta da água. Manteve-se os demais parâmetros previstos na NBR 10786. 3.6. Procedimento experimental para análise de elementos construtivos pré- fabricados submetidos à flexão 3.6.1. Características das peças Para a realização da análise experimental, com o objetivo de avaliar a ductilidade e a tenacidade de elementos construtivos esbeltos produzidos com os concretos leves em estudo, foram utilizadas peças com 3 m de comprimento e espessura média de 2,8 cm, cujas características são apresentadas na Figura 3.8. Essa tipologia de peça pré-fabricada pode ser utilizada nos mais diversos tipos de construções, tanto com a função de vedação (cobertura e vedação vertical), quanto com a função estrutural (elementos de laje). Assim, como esta tipologia se mostra extremamente versátil e de fácil produção e transporte, foi adotada para a análise experimental do comportamento 68 de peças de pequena espessura, produzidas com os concretos leves em estudo, submetidas essencialmente à solicitação de flexão. 440 3000 A Vista Superior Sem escala (mm) 38 28 130 440 28 Corte AA Sem escala (mm) 102 412 Tela EQ98 φ = 2,5mm Espaçamento 5cm Malha quadrada c = 2980mm CA 60 φ = 4,2mm c = 2980mm 5 vezes Armadura Sem escala (mm) FIGURA 3.8. Características das peças pré-fabricadas e da armadura Nas peças analisadas, utilizou-se armadura mínima, constituída por tela EQ98 (malha quadrada, espaçamento entre fios de 5 cm e diâmetro do fio de 2,5 mm) e 71 FIGURA 3.12. Posicionamento do carregamento e dos defletômetros 3.6.4. Equipamentos Utilizados Utilizou-se um cilindro hidráulico, de capacidade máxima de 100 kN, acionado por bomba hidráulica manual. Para a medição dos deslocamentos, foram empregados defletômetros mecânicos da marca Mitutoyo, com precisão nominal de centésimo de milímetro e com curso total de 50 mm. As Figuras 3.11 e 3.12 apresentam as ilustrações do posicionamento dos 6 defletômetros utilizados. No acompanhamento do aparecimento e abertura das fissuras, utilizou-se iluminação com lanternas de foco direcional e lupas. A medida da abertura das fissuras foi realizada com lupa graduada Mitutoyo e Régua Comparadora LNEC. 3.6.5. Aplicação do Carregamento O carregamento aplicado nas peças foi dividido em 15 etapas, com intervalo de 5 minutos entre as etapas de aplicação de carga. As leituras nos defletômetros foram feitas após 2 minutos da aplicação de cada carga. No início do ensaio, foram aplicadas duas etapas de carga, para fins de acomodação da peça, com descarregamento total posterior. Em seguida, os carregamentos foram novamente aplicados até o instante em que ocorresse o colapso da peça ou o deslocamento de l/300 (compatível com lajes) no centro da peça. 72 3.7. Procedimentos experimentais para a análise microestrutural As técnicas utilizadas para o estudo microestrutural das pastas e concretos foram Porosimetria por Intrusão de Mercúrio (PIM), Difratometria de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) associada à Espectrografia por Dispersão de Energias (EDS) e Microscopia Ótica de Transmissão (MOT). 3.7.1. Pastas e concretos analisados Para o estudo da microestrutura da matriz de cimento, foram utilizadas amostras de pastas de cimento, para que não houvesse a interferência dos agregados. No estudo da zona de transição da interface entre o agregado e a matriz de cimento foram utilizadas amostras de concretos com agregados leves. Para efeito de comparação, também foram analisados concretos com agregados tradicionais. Neste último tipo de concreto, utilizou-se brita basáltica, com massa específica de 2,88 kg/dm3, massa unitária de 1,32 kg/dm3 e dimensão máxima característica de 9,5 mm. A Tabela 3.6 apresenta os 13 tipos de pastas de cimento utilizadas, com relação água/aglomerante fixa de 0,40, em massa. A pasta número 1 foi preparada apenas com cimento e água para ser utilizada como referência. Nas demais pastas foram utilizados os teores de sílica ativa e SB adotados no processo de dosagem dos concretos leves, além de teores complementares, para a melhor compreensão do efeito dessas adições na matriz de cimento. Os 12 tipos de concretos estudados foram preparados utilizando-se os teores de sílica ativa e SB adotados no processo de dosagem dos concretos leves, conforme descrito na Tabela 3.7, com relação água/aglomerante de 0,40 para todas as dosagens. Utilizou-se a relação cimento/agregado de 1:1, em massa. A composição dos agregados para os concretos leves foi, em massa, de 30% de areia e 35% de cada tipo de argila expandida. Para os concretos com massa específica normal, a composição dos agregados utilizada foi de 30% de areia e 70% de basalto, em massa. As pastas foram moldadas em corpos-de-prova cilíndricos de 20 mm de diâmetro e 50 mm de altura. Para os concretos, foram utilizados corpos-de-prova de 35 mm de diâmetro e 70 mm de altura. Após a moldagem, os corpos-de-prova foram acondicionados em câmara úmida (23 ± 2ºC e 95 ± 5% UR) e desmoldados após 24 horas. Em seguida, os corpos-de-prova sem SB permaneceram na câmara úmida por 73 mais 27 dias e os com SB, por mais 6 dias. Após o período de cura úmida, os corpos-de- prova foram envolvidos em um filme plástico até a realização dos ensaios. TABELA 3.6. Dosagem das pastas utilizadas nos estudos microestruturais PASTA Sílica Ativa (SA)* (%) P/C (em massa) Superplastificante (SPA)* (%) 1 - - - 2 5,0 - 1,5 3 10,0 - 1,5 4 15,0 - 1,5 5 - 2,5 - 6 - 5,0 - 7 - 7,5 - 8 - 10,0 - 9 - 15,0 - 10 10,0 2,5 1,5 11 10,0 5,0 1,5 12 10,0 7,5 1,5 13 10,0 10,0 1,5 * % em relação à massa de cimento; ** Relação água / aglomerante = 0,40. TABELA 3.7. Dosagem dos concretos utilizados nos estudos microestruturais Concreto Sílica Ativa* P/C (em massa) SPA* Agregado graúdo Agregado miúdo 1A Argila expandida 1B - - - Basalto 3A Argila expandida 3B 10 - 1,5 Basalto 6A Argila expandida 6B - 5 - Basalto 8A Argila expandida 8B - 10 - Basalto 11A Argila expandida 11B 10 5 1,5 Basalto 13A Argila expandida 13B 10 10 1,5 Basalto Areia natural * % em relação à massa de cimento; ** Relação água / aglomerante = 0,40. 76 3.7.4. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) 3.7.4.1. Introdução A técnica de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) foi empregada para análise das 13 pastas de cimento apresentadas na Tabela 3.6 e dos 12 tipos de concretos apresentados na Tabela 3.7. Foram utilizados corpos-de-prova de pastas e concretos com 100 dias de idade. A preparação e análise das amostras foi realizada no Núcleo de Química (NQ) do Departamento de Materiais de Construção (DMC), Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), Lisboa. O princípio de funcionamento do MEV consiste basicamente em realizar o varrimento da superfície de uma amostra com um feixe eletrônico finamente focado, em sincronismo com o varrimento de um monitor de visualização, modulando o brilho em cada ponto, pela intensidade de um sinal emitido pela amostra. Obtém-se, deste modo, uma correspondência, ponto a ponto, entre a imagem e a região observada da amostra, que depende da natureza da informação, do tipo de sinal registrado e do detector utilizado. No processo de varrimento da amostra pelo feixe de elétrons, ocorrem interações que geram, entre outros tipos de sinais, elétrons retro-espalhados (BSE), elétrons secundários (SE) e Raios-X. Estes sinais podem sem captados por detectores específicos e gerar imagens da superfície da amostra. Segundo BALENDRAN et al. (1998), nas amostras de pastas e concretos, a interação entre a amostra e o feixe ocorre em um volume aproximado de 2 a 3 µm de profundidade e diâmetro. Os elétrons secundários (SE) apresentam baixa energia e geram imagens com informações sobre o relevo da superfície da amostra. Para esse tipo de imagem, utiliza- se, usualmente, amostras fraturadas. O detector da SE capta os elétrons de todas as direções da superfície da amostra, possibilitando, assim, obter imagens com aspectos tridimensionais. Os elétrons retro-espalhados (BSE) apresentam alta energia e geram imagens com informações sobre uma certa profundidade da superfície da amostra, normalmente polida. A emissão dos elétrons retro-espalhados aumenta com o aumento do número atômico do material analisado, permitindo a individualização de fases através de contraste de tons de cinza em função do número atômico médio (Z). 77 Acoplados ao MEV, detectores e sistemas de análises dos Raios-X emitidos da interação do feixe com a amostra possibilitam a análise qualitativa, semiquantitativa e quantitativa dos elementos presentes na superfície da amostra. A determinação da espessura da zona de transição entre o agregado e a matriz de cimento, assim como a análise das pastas de cimento, foram realizadas com a utilização do MEV associado à espectrografia por dispersão de energias (EDS). Para este tipo de análise, as superfícies planas mostram-se mais eficientes, por isso foram utilizadas amostras polidas. 3.7.4.2. Espectrografia por dispersão de energias (EDS) A espectrografia de Raios-X por dispersão de energias (EDS), associada a sistemas de análises de Raios-X, permite realizar a análise química elementar em um ponto ou em uma área da amostra em termos qualitativos, semiquantitativos e quantitativos. Os métodos de análise qualitativa e semiquantitativa se encontram, habitualmente, disponíveis nos sistemas de EDS e são usualmente utilizados, pois permitem, de forma rápida, a identificação e a determinação da composição dos elementos presentes na amostra. Nesses sistemas de análise, a identificação e a determinação da composição de um elemento são feitas pela comparação da intensidade das riscas espectrais características da amostra com espectros de referência. A análise dos espectros de Raios-X é feita, atualmente, utilizando-se o recurso de sistemas informatizados de bibliotecas de espectros, o que torna o processo bastante simples e rápido. Para que os resultados das análises em EDS sejam significativos, é preciso que a amostra analisada seja suficientemente plana e esteja orientada, diretamente, para o detector de Raios-X, por esse motivo, devem ser utilizadas amostras polidas. Todas as análises de EDS foram realizadas com tensão do feixe de elétrons de 15kV e com detector de Si(Li). As aquisições em EDS foram realizadas com o mesmo tempo de análise para todas as amostras. 78 3.7.4.3. Análise semiquantitativa da zona de transição por MEV associado a EDS A determinação da espessura da zona de transição entre o agregado e a matriz de cimento pode ser feita através da analise dos produtos de hidratação do cimento, como hidróxido de cálcio (CH), silicato de cálcio hidratado (C-S-H), etringita (AFt) e monosulfoaluminato de cálcio (AFm). A zona de transição é caracterizada pela apresentação de teores das substâncias referidas diferentes dos obtidos na matriz de cimento. Dessa forma, pode-se realizar uma análise pontual, ao longo de uma linha perpendicular à interface agregado-matriz, identificando os elementos presentes, e possibilitando, assim, avaliar a espessura da zona de transição entre o agregado e a matriz de cimento. Como a análise pontual por EDS atua num volume de alguns micrômetros cúbicos e as dimensões das partículas dos produtos das reações de hidratação do cimento variam entre alguns nanômetros e um micrômetro, os resultados de uma análise pontual representam a mistura de vários produtos de hidratação com diferentes tipos de composição. Assim, a determinação da composição de uma fase específica torna-se pouco precisa. Entretanto pode-se obter uma estimativa da composição dos principais produtos da hidratação de cimento, como CH, C-S-H, AFt e AFm, em uma análise pontual através das relações entre as massas atômicas de alguns óxidos presentes nesta análise, como SiO2, CaO, Fe2O3, Al2O3 e SO3. Para a referenciação dos respectivos óxidos, ao longo do trabalho foram utilizadas as seguintes abreviações: Si, Ca, Fe, Al e S. Em pesquisas realizadas por TAYLOR e NEWBURY (1984), SARKAR et al. (1992), WASSERMAN e BENTUR (1996), assim como KJELLSEN et al. (1998), foram estabelecidos valores numéricos para associar a presença de alguns produtos do cimento hidratado, em função das relações entre os óxidos mencionados anteriormente. Normalmente, a avaliação da presença dos produtos hidratados do cimento é feita em função da análise conjunta de vários quocientes das massas atômicas dos óxidos, como apresentado abaixo: • C-S-H: 0,8 ≤ Ca/Si ≤ 2,5 (Al + Fe)/Ca ≤ 0,2 • CH: Ca/Si ≥ 10 (Al + Fe)/Ca ≤ 0,04 S/Ca ≤ 0,04 • AFm: Ca/Si ≥ 4,0 (Al + Fe)/Ca > 0,4 S/Ca > 0,15 81 utilizadas as amostras do centro do corpo-de-prova; o corte das amostras foi feito em regiões com pouco probabilidade de exudação ao redor do agregado; e foram analisadas as interfaces ao redor dos agregados com dimensão máxima (9,5 mm) na superfície analisada. 3.7.5. Microscopia Ótica de Transmissão (MOT) A análise de pastas, argamassas e concretos de cimento Portland utilizando a técnica de Microscopia Ótica de Transmissão (MOT) consiste, basicamente, no estudo microestrutural de lâminas delgadas da amostra, com espessura variando de 20 a 40 µm, utilizando-se microscópio ótico de luz polarizada transmitida, podendo, ainda, ser utilizados alguns tipos de filtros, como placa de gesso, e as técnicas de polares cruzados e fluorescência (JAKOBSEN et al., 1997; RAY, 2000). A análise dos concretos utilizando-se a MOT permite verificar se o material foi produzido de acordo com as especificações, obter uma descrição dos diferentes parâmetros da matriz cimentícia, incluindo a homogeneidade dos diferentes constituintes do concreto, a determinação qualitativa do tipo de aglomerante hidráulico, grau de hidratação, carbonatação, presença de adições, natureza dos produtos de hidratação, incorporação de ar, eficiência da cura e relação água/aglomerante. Esta técnica permite, ainda, a identificação de causas de deterioração dos concretos e de produtos de reações, tais como ataque de sulfatos, reação álcali-agregado e carbonatação (LNEC-E388-1993; LEEMAN e SARKAR, 1996; JAKBSEN, 1998; CAMPBELL, 1999). A existência de uma zona de transição entre o agregado e a matriz de cimento foi constatada, originalmente, por FARRAN apud DIAMOND e HUANG (1998), há aproximadamente 50 anos, através de observações conseguidas por meio do uso de microscópio ótico. Nesses estudos, foi observada uma região próxima ao agregado, com baixo teor de grãos anidros de cimento, denominada, por este pesquisador, “auréola de transição”. A microscopia ótica, principalmente a de transmissão, permite identificar alguns compostos da matriz de cimento hidratada, como os grãos anidros de cimento, pelos diferentes índices de refração à luz desses compostos. 82 A análise dos concretos com a técnica de MOT foi utilizada nesta pesquisa com a intenção de complementar os estudos da zona de transição agregado-matriz, realizados com MEV associado ao EDS, por meio da análise do comportamento dos grãos anidros de cimento nas proximidades do agregado. Foi analisada a zona de transição dos 12 tipos de concretos descritos na Tabela 3.7 com 160 dias de idade, utilizando-se um microscópio ótico da marca Olympus, modelo BX60, associado a um sistema informatizado de análise de imagens, alocado no Núcleo de Química (NQ) do Departamento de Materiais de Construção (DMC), Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), Lisboa. 3.7.5.1. Preparação das amostras As amostras foram preparadas segundo as recomendações da especificação técnica LNEC-E389 (1993). Foram utilizados equipamentos da marca LOGITECH para a preparação das lâminas delgadas. As amostras foram retiradas do centro dos corpos-de-prova de concreto, com dimensões de 30 mm de comprimento, 30 mm de largura e 20 mm de espessura, utilizando-se serra de baixa rotação, com disco diamantado, lubrificado com água. Em seguida, as amostras foram imersas em álcool isopropílico por 24 horas, para remoção total da água e submetidas à secagem em dissecador, por 24 horas. Após a secagem, as amostras foram impregnadas a vácuo, com embutimento a frio, utilizando resina epoxídica de dois componentes de baixa viscosidade. Após 24 horas da impregnação, as amostras foram cortadas ao meio, apresentando assim espessura aproximada de 10 mm, utilizando-se serra de baixa rotação com disco diamantado, lubrificado com água. Sobre a superfície de corte das amostras, foram coladas lâminas de vidro comum. Em seguida, as amostras foram cortadas com espessura aproximada de 6 mm, paralelamente à lâmina de vidro. Esta última superfície, obtida de corte das amostras, que será a superfície de análise, foi submetida ao polimento, utilizando-se abrasivo de alumina com diâmetro dos grãos de 15 µm. Após o polimento, as amostras foram limpas com banhos de ultra- som e submetidas à secagem, em dissecador, por 12 horas. 83 Em seguida, as amostras foram novamente impregnadas a vácuo, com embutimento a frio, utilizando-se resina epoxy de dois componentes de baixa viscosidade. Após 24 horas da impregnação, as amostras receberam novo polimento, na superfície de análise, para a retirada do excesso de resina, utilizando-se abrasivo de alumina com diâmetro dos grãos de 15 µm. Após esta etapa, as amostras foram limpas utilizando-se ultra-som e submetidas à secagem, em dissecador, por 12 horas. Após a secagem, na superfície da análise das amostras foram coladas lâminas de vidro, com espessura de 1,2 mm, especiais para análise de MOT, utilizando-se cola epoxídica com baixo índice de refração. Após 24 horas da colagem, as amostras foram cortadas com espessura de 3 mm paralelamente à superfície de análise, descartando assim, a superfície oposta onde estava colada a lâmina de vidro comum. Após o corte, as lâminas com as amostras de concreto recebem um polimento, no equipamento de preparação de lâminas delgadas, utilizando-se abrasivo de alumina com diâmetro dos grãos de 15 µm, até que a amostra de concreto na lâmina tenha a espessura de 30 µm, espessura adotada como final. Em seguida, as lâminas foram limpas, utilizando-se ultra-som e receberam uma lamela protetora, para evitar danos na superfície do concreto que possam trazer prejuízos à análise, como a carbonatação. A Figura 3.13 ilustra o aspecto das lâminas delgadas prontas para análise. (a) (b) FIGURA 3.13. Lâminas delgadas de (a) concreto leve e (b) concreto com basalto 86 4.1.1.2. Massa específica e teor de ar incorporado Os valores de massa específica e teor de ar incorporado dos concretos leves foram determinados segundo as recomendações da NBR 9833 e são apresentados na Tabela 4.1. Os valores da massa específica no estado fresco variaram entre 1583 e 1717 kg/m3, ou seja, cerca de 30 a 40% abaixo dos valores obtidos usualmente para os concretos com agregados tradicionais. Os valores médios do teor de ar incorporado obtidos para os concretos leves com relações P/C de 0, 5 e 10% foram 2,8, 3,7 e 4,0%, respectivamente. 4.1.1.3. Perda de consistência A análise da perda de consistência com o tempo dos concretos leves foi realizada segundo uma adaptação da NBR 10342. As Figuras 4.1, 4.2 e 4.3 apresentam os resultados do estudo de perda de consistência dos concretos leves durante as primeiras duas horas após a mistura dos materiais. Verificou-se que todas as dosagens estudadas apresentaram comportamento semelhante, ao longo das duas primeiras horas após mistura, com valores de índice de consistência (NBR 7215) acima de 170 mm, após a primeira hora e acima de 155 mm ao final da análise. O valor do índice de consistência dos concretos leves ao fim da primeira hora pode ser considerado satisfatório, observando-se a trabalhabilidade necessária para a produção de elementos pré-fabricados. 150 160 170 180 190 200 210 0 20 40 60 80 100 120 Tempo (min) Ín di ce d e C on si st ên ci a (m m ) P/C = 0% 2 1-3 4 5 FIGURA 4.1. Perda de consistência dos concretos sem SB 87 150 160 170 180 190 200 210 0 20 40 60 80 100 120 Tempo (min) Ín di ce d e C on si st ên ci a (m m ) 1 2-3 4-5 P/C = 5% FIGURA 4.2. Perda de consistência dos concretos com relação P/C de 5% 150 160 170 180 190 200 210 0 20 40 60 80 100 120 Tempo (min) Ín di ce d e C on si st ên ci a (m m ) 2 1-3 4-5 P/C = 10% FIGURA 4.3. Perda de consistência dos concretos com relação P/C de10% 4.1.2. Propriedades no estado endurecido 4.1.2.1. Resistência à compressão e massa específica A resistência à compressão dos concretos leves foi determinada segundo as recomendações da NBR 5739, utilizando-se corpos-de-prova cilíndricos, com 100 mm de diâmetro e 200 mm de altura, nas idades de 8 e 12 horas e 1, 7, 28 e 63 dias. Para cada dosagem e idade, foram moldados 5 corpos-de-prova. A massa específica do concreto leve, no estado seco, foi determinada segundo as recomendações da NBR 9778 para concretos leves com idade de 7 dias, utilizando-se corpos-de-prova com 100 mm de diâmetro e 200 mm de altura. Foram moldados 3 corpos-de-prova para cada tipo de concreto. Os valores obtidos de resistência à compressão e massa específica seca dos concretos leves são apresentados na Tabela 4.2. 88 TABELA 4.2. Resistência à compressão e massa específica dos concretos leves Resistência à compressão (MPa)Traço P/C (%) 8 horas 12 horas 1 dia 7 dias 28 dias 63 dias Massa específica (kg/m3) 0 20,7 32,2 40,4 51,9 53,6 53,7 1605 5 15,7 29,3 39,3 50,0 50,0 51,2 15851 10 6,6 23,3 33,6 48,5 47,6 48,0 1593 0 15,6 28,0 36,5 48,8 50,0 51,2 1573 5 11,2 25,8 36,0 46,5 47,3 48,4 15542 10 5,2 20,3 35,6 45,2 45,2 46,5 1565 0 9,8 22,8 32,0 45,2 45,9 48,2 1532 5 7,8 21,3 32,0 43,3 44,0 45,5 15483 10 4,6 18,1 32,0 43,3 43,5 45,5 1558 0 6,9 19,1 28,8 42,7 43,0 46,2 1482 5 6,6 19,7 30,1 41,9 42,9 43,2 15204 10 3,8 15,9 30,1 41,2 42,0 44,3 1527 0 4,8 16,0 25,0 39,7 39,5 43,8 1460 5 4,1 15,6 25,8 39,5 38,9 40,5 15055 10 3,0 13,5 30,3 39,5 41,0 43,3 1510 Comparado aos concretos tradicionais que, usualmente, apresentam valores de massa específica próximos a 2300 kg/m3, os concretos leves apresentaram redução dos valores da massa específica entre 30 e 37 %. A Figura 4.4 apresenta a relação entre a resistência à compressão aos 7 dias e a massa específica dos concretos leves. Observa-se que para os mesmos níveis de resistência à compressão, os concretos leves com SB apresentaram um pequeno aumento dos valores da massa específica, em relação aos concretos sem SB. Analisando o desenvolvimento da resistência à compressão dos concretos nas primeiras 24 horas (Tabela 4.2), observa-se que os concretos leves modificados com SB apresentaram retardamento do aumento dos valores da resistência à compressão em comparação aos concretos sem SB, principalmente nas dosagens com maior consumo de cimento. Esse efeito, que foi mais pronunciado para a idade de 8 horas, pode ser atribuído, principalmente, ao aumento do tempo de pega da pasta de cimento modificada com SB. Observa-se, também, que todas as dosagens analisadas apresentaram valores de resistência à compressão com 12 horas de idade acima de 15