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Adições Minerais ao Concreto Materiais de Construção II
Pontifícia Universidade Católica de Goiás
Engenharia Civil
Professora: Mayara Moraes
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Adições Minerais
ASTM C125
Aditivos/adições (Admixtures):
“Qualquer material – que não seja água, agregados, cimentos hidráulicos ou fibras – usado como
ingrediente do concreto ou argamassa e adicionado à massa imediatamente antes ou durante a mistura”.
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Adições Minerais
ASTM C125
Aditivos/adições (Admixtures):
“Qualquer material – que não seja água, agregados, cimentos hidráulicos ou fibras – usado como
ingrediente do concreto ou argamassa e adicionado à massa imediatamente antes ou durante a mistura”.
Fonseca, 2010:
Aditivos químicos
Adições minerais
“Alterar as características
do cimento, sem alterar
sua proporção na
composição do concreto”
“Somar ou substituir
parcialmente o cimento
(devido às suas
propriedades semelhantes
às do cimento)”
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Histórico
1.500 a.C.: Adições minerais
Grécia: Cinzas vulcânicas (Ilha de Santorini)
Alemanha: Tufos vulcânicos (trass)
Outras regiões: Algilas calcinadas
79 a.C.: Cinzas pozolânicas
Bahia de Nápoles
Monte Vesúvio
Puzzuoli – Vila destruída pelas cinzas
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Histórico
Século XIX: Louis Vicat observou semelhanças entre as propriedades de alguns subprodutos de indústrias siderúrgicas e do cimento.
Fabricação do cimento Portland com adição de escória.
Início: Grandes desconfianças.
Após 1950: Divulgação e informação.
Êxito: Após a Segunda Guerra Mundial:
• Economia notável de combustível, uma vez que cada tonelada de clínquer substituído por escória gerava uma redução de 200 Kg no consumo de carvão (COUTINHO, 1997).
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Adições Minerais
Pozolânicas Cimentantes Inertes
Naturais Artificiais
REAÇÃO POZOLÂNICA
Pozolana + Ca(OH)2 C-S-H
REAÇÃO CIMENTANTE
EFEITOS FÍSICOS
Empacotamento Pontos de Nucleação
Cimentante + H2O C-S-H
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Reação Pozolânica
Cimento
Água
C-S-H Ca(OH)2
POZOLANA
C-S-H
-Resistência
-Durabilidade
-Coesão
-Plasticidade (*)
Etringita
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HIDRATAÇÃO DO CIMENTO
IMAGENS DE MICROSCÓPIO ELETRÔNICO
Hidróxido de Cálcio
C-S-H
Etringita
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DETALHADOS A SEGUIR
Benefícios das adições minerais no concreto
Benefícios econômicos:
Benefícios ecológicos:
Benefícios técnicos: Plasticidade e coesão Exsudação e segregação Durabilidade (porosidade) Resistência Calor de hidratação Resistência a sulfatos
Substituição parcial do cimento Energia de produção
Subprodutos industriais Liberação de CO2
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Benefícios das adições minerais no concreto
Subprodutos industriais Liberação de CO2
As adições minerais
melhoram as propriedades do
concreto, mas não se deve
esperar que possam
compensar a baixa qualidade
dos constituintes do concreto
ou de um traço pobre!!
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Influência das adições minerais nas propriedades do concreto fresco
1. Plasticidade e coesão:
Maior relação “volume de sólidos / volume de água”;
Melhor trabalhabilidade;
Facilidade de bombeamento e acabamento do concreto.
2. Exsudação e segregação:
Maior volume de finos;
Maior compacidade de pasta;
Menor quantidade de canais de exsudação.
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Influência das adições minerais nas propriedades do concreto fresco
3. Redução do consumo de água:
Efeito dispersor das partículas pequenas (forças eletrostáticas), notado em pozolanas comuns;
Superpozolanas (extrema finura): Consumo de água
Uso de aditivos superplastificantes.
4. Calor de hidratação:
Clínquer: estágio de energia elevado;
Reação pozolânica: menor calor de hidratação do que nas reações de hidratação do cimento;
Risco de fissuração térmica diminuído.
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Influência das adições minerais nas propriedades do concreto endurecido
1. Resistência Mecânica:
Formação de mais compostos resistentes;
Refinamento dos poros e dos cristais na pasta (maior volume de finos);
Maior resistência da matriz na zona de transição;
2. Durabilidade:
Redução na porosidade e permeabilidade do concreto;
Menor possibilidade de entrada de agentes nocivos.
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3. Resistência a sulfatos:
Refinamento dos poros;
Redução da quantidade de Ca(OH)2 disponível para combinar com sulfatos e gerar compostos expansivos.
4. Reação álcali-agregado:
Menor absorção de água;
Redução do total de álcalis do aglomerante (substituição de parte do cimento);
Consumo de parte dos álcalis pela reação pozolânica.
Influência das adições minerais nas propriedades do concreto endurecido
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Adições Minerais mais Utilizadas em Concreto
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Cinzas Volantes
Sub-produto da combustão de carvão mineral.
Teor de cálcio variável:
Depende do tipo de carvão utilizado.
Teor de carbono não-queimado variável:
Teores acima de 5% - indesejável.
Principais efeitos:
Retardamento do tempo de pega;
Baixo calor de hidratação;
Trabalhabilidade e coesão;
Redução da porosidade. Partículas vítreas esféricas
(MEHTA; MONTEIRO, 2008)
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Sílica Ativa Subproduto da produção de silício metálico;
Pozolana altamente reativa;
Principais efeitos no concreto:
Refinamento dos poros;
Melhoria das resistências mecânicas;
• 10 a 40% (resistência à compressão)
Aumento da coesão da pasta.
Desvantagens:
Aumento do consumo de água;
Carbonatação:
• Consumo de Ca(OH)2; • Diminuição do PH da água capilar.
Diâmetros Médios:
Sílica ativa: 0,1-0,12 mm
Cimento: ~10 mm
Cinza volante : ~10 mm
Metacaulim: 1,5mm
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Escória de alto-forno
Sub-produto da fabricação de ferro-gusa.
Composição: Cal, Sílica, Alumina.
Principais efeitos no concreto:
Melhor trabalhabilidade (dispersão das partículas);
Refinamento dos poros;
Maiores resistências (microestrutura mais densa);
Resfriamento rápido:
Partículas vítreas (não-cristalinas).
Moagem (finuras adequadas).
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Cinzas de Casca de arroz
1 ton (Arroz) 200 kg (Casca) 40 kg (Cinza).
Propriedades similares à da sílica ativa.
Combustão controlada:
Sílica na forma não-cristalina;
Estrutura celular porosa;
Pozolana altamente reativa.
Micrografia eletrônica de varredura
(a) sílica ativa (b) cinza de casca de arroz
(MEHTA; MONTEIRO, 2008)
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Metacaulim
Calcinação e moagem de argilas cauliníticas:
600°C a 900°C.
Produto primário.
Processo de produção rigorosamente controlado:
Pozolana de alta pureza e reatividade.
MCAR: Metacaulim de alta reatividade:
Argilas extremamente finas;
Altos teores de caulinita.
Sílica e alumina no estado amorfo.
Efeito semelhante ao da sílica ativa.
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Fíller Calcário
Materiais carbonáticos.
Praticamente inertes na mistura.
Diâmetro médio similar ao do cimento ou menor.
Principais efeitos no concreto:
Trabalhabilidade
Densidade
Permeabilidade
Exsudação
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Teores Ideais para Concretos com Adições Minerais
Adição Mineral Teor Ideal
Sílica Ativa 5 a 20%
Escória de Alto-Forno 55 a 70%
Cinzas Volantes 25 a 60%
Cinzas de Casca de Arroz 15 a 50%
Fíller Calcário 10 a 50%
(HOPPE FILHO, 2002 apud FURQUIM, 2006)