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UNESP UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA JLIO DE MESQUITA FILHO Campus de Ilha Solteira
PS-GRADUAO EM ENGENHARIA CIVIL
Utilizao de resduos de cinza de casca de arroz e borracha de pneus em concreto de alto desempenho
MICHELE BENITI BARBOSA
Orientador: Prof. Dr. Jorge Lus Akasaki
Dissertao apresentada Faculdade de Engenharia, UNESP Campus de Ilha Solteira, para a obteno do Ttulo de Mestre em Engenharia Civil.
Ilha Solteira - SP Agosto/2006
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Dedicatria
Dedico este trabalho minha Famlia,
fonte inesgotvel de apoio e motivao;
pessoas que do vida graa e sentido.
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Agradecimentos
com grande satisfao que vejo chegarem ao fim s atividades desta dissertao de mestrado, trabalho rduo, intenso, mas gratificante. Frente verso completa deste trabalho no h como no pensar nas pessoas e instituies que contriburam de diferentes maneiras nas vrias etapas de sua evoluo. O que, hoje, eu posso afirmar e garantir que toda a colaborao recebida foi imprescindvel para a concluso deste trabalho. Talvez no consiga me expressar to bem e no agradecer o suficiente perante toda a ajuda recebida ou at mesmo incorrer no erro de, por algum descuido, deixar de citar algum.
Primeiramente, agradeo a Deus, pelo dom da vida, por sua presena de luz e mansido em situaes inesperadas e por bem guiar todos os meus passos.
minha famlia, meus amados pais, lio e Maria e adorveis irmos, Rilka e Michel, pela confiana, apoio e incentivo. As palavras so poucas para expressar o quanto eles fizeram e ainda fazem por mim.
Ao meu namorado, Joo, o meu imenso agradecimento pelo apoio, incentivo, amizade, carinho e compreenso, nesta longa jornada acadmica.
Ao professor e orientador Dr. Jorge Lus Akasaki, pesquisador competente e de grande discernimento, sou grata pela sua ateno, amizade e orientao em todas as etapas do presente trabalho. Seu entusiasmo e determinao de que os obstculos no eram intransponveis constituam foras que impulsionavam a pesquisa.
Ao professor Dr. Marco Antnio Morais Alcntara pela amizade, ateno e colaborao no processo de finalizao deste trabalho.
A CAPES Coordenao de aperfeioamento de pessoal de nvel superior, pelo apoio financeiro.
s empresas Votorantim Cimentos, Camargo Corra/CAU, Sika do Brasil, Porto de Areia So Judas, Minerao Noroeste Paulista, JOSAPAR S. A. e a Regigant Recuperadora de Pneus Par, pela doao dos materiais utilizados nesta pesquisa.
A toda equipe de profissionais do Laboratrio CESP de Engenharia Civil, o amigo Eng. Flvio Moreira Salles e aos tcnicos e amigos: Michelan, Iverson, Lana, Chiquinho, Joaquim, Euclides, Branco, Serjo, Jorge, Bertolucci, Pascoalin, Milton (in memorian) e Anderson.
Aos grandes amigos que aqui fiz que sero lembrados sempre com muito carinho: em especial, o Israel, pela convivncia, ajuda, ateno e troca de experincias durante o trabalho; e tambm ao Everton, Marcos, Mauro, Renato, Eduardo, Maria Lidiane, Bruno, Ana Carolina, Adriana e Fabiana por toda ateno e colaborao.
Da mesma maneira aos tcnicos e funcionrios do DEC: Ronaldo, Gilson, Mario, Cavazzano, Jos Carlos, Sandra, Renatinho e Aldir.
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SUMRIO
LISTA DE FIGURAS
LISTA DE TABELAS E QUADROS
RESUMO
ABSTRAT
1. INTRODUO ....................................................................................................................... 1
1.1. IMPORTNCIA DA PESQUISA............................................................................................... 1
1.2. OBJETIVOS.......................................................................................................................... 3
1.3. ESTRUTURA DA PESQUISA .................................................................................................. 4
2. CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO............................................................................ 5
2.1. HISTRICO ................................................................................................................... 5
2.2. SELEO DOS MATERIAIS PARA PRODUO DO CAD ................................................. 7
2.2.1. Cimento ................................................................................................................... 8
2.2.2. Aditivos Qumicos................................................................................................... 9
2.2.3. Aditivos Minerais .................................................................................................. 11
2.2.4. Agregados.............................................................................................................. 12
2.2.5. gua ...................................................................................................................... 14
2.3. MICROESTRUTURA DO CAD...................................................................................... 14
2.4. PROPRIEDADES DO CAD............................................................................................ 16
2.4.1. Estado Fresco ........................................................................................................ 17
2.4.2. Estado Endurecido................................................................................................. 18
3. INFLUENCIA DE ADIES MINERAIS NO CONCRETO..................................... 23
3.1. DEFINIO ................................................................................................................. 23
3.2 A CINZA DA CASCA DE ARROZ (CCA)........................................................................ 24
3.2.1 Consideraes Iniciais ........................................................................................... 24
3.2.2 Caractersticas da CCA.......................................................................................... 26
3.3 A INFLUNCIA DA ADIO DE CCA NAS PROPRIEDADES DO CONCRETO................... 32
3.3.1. Resistncia Compresso ..................................................................................... 33
3.3.2. Outras Propriedades............................................................................................... 36
4. BORRACHA DE PNEU .................................................................................................. 38
4.1. BREVE HISTRICO...................................................................................................... 38
4.2. MATERIAIS TPICOS DE PNEUS E SUAS GENERALIDADES............................................ 39
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4.3. INCORPORAO DA BORRACHA DE PNEU AO CIMENTO PORTLAND .................. 43
4.3.1. Consideraes Iniciais ........................................................................................... 43
4.3.2. Trabalhabilidade .................................................................................................... 43
4.3.3. Propriedades Mecnicas e Durabilidade................................................................ 44
5. PROGRAMA EXPERIMENTAL................................................................................... 50
5.1. ESCOLHA DO CIMENTO E DO ADITIVO QUMICO......................................................... 51
5.2. CARACTERIZAO DOS MATERIAIS UTILIZADOS...................................................... 53
5.2.1. Agregados.............................................................................................................. 53
5.2.2. Cimento ................................................................................................................. 58
5.2.3. Slica Ativa ............................................................................................................ 59
5.2.4. Cinza de Casca de Arroz ....................................................................................... 61
5.2.5. Aditivo Qumico.................................................................................................... 68
5.2.6. gua ...................................................................................................................... 69
5.3. METODOLOGIA...................................................................................................... 69
5.3.1. ESTUDO DA GRANULOMETRIA E PORCENTAGEM IDEAL DE CCA NA
ARGAMASSA................................................................................................................... 69
5.3.2. ESTUDO DA COMPOSIO DO CAD COM ADIO DE CCA E
BORRACHA DE PNEU ............. ...................................................................................... 74
6. APRESENTAO, ANLISE E DISCUSSO DOS RESULTADOS ........................... 95
6.1. ENSAIOS REALIZADOS EM ARGAMASSA..................................................................... 95
6.2. ENSAIOS DE CAD COM CCA E BORRACHA DE PNEU..................................... 98
6.2.1. ESCOLHA DO TRAO COM MELHOR TRABALHABILIDADE E ENSAIO
DE RESISTNCIA COMPRESSO............................................................................. 98
6.2.2. ANLISE DO CAD COM CCA E BORRACHA DE PNEU NO ESTADO
FRESCO E ENDURECIDO............................................................................................. 102
7. CONCLUSO................................................................................................................. 125
7.1. CONCLUSES ....................................................................................................... 125
7.2. RECOMENDAES PARA A CONTINUIDADE DA PESQUISA ..................... 128
8. REFERNCIAS ............................................................................................................. 134
ANEXO .................................................................................................................................... 129
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Lista de Figuras FIGURA 1. EFEITO FLER DA SLICA ATIVA. ................................................................................. 12
FIGURA 2. ORGANOGRAMA DE UTILIDADES DA CINZA DE CASCA DE ARROZ. ............................ 26
FIGURA 3. MICROGRAFIA DA CINZA DE CASCA DE ARROZ - ESTRUTURA ORIGINAL DE SLICA
AMORFA. ............................................................................................................................. 28
FIGURA 4. CARACTERSTICAS MORFOLGICAS E FSICAS DA CINZA DE CASCA DE ARROZ
PROVENIENTES DE DIFERENTES PROCESSOS DE QUEIMA. ................................................... 29
FIGURA 5. INFLUNCIA DO TEMPO DE MOAGEM NA SUPERFCIE ESPECIFICA DA CCA. .............. 31
FIGURA 6. INFLUNCIA DO TEMPO DE MOAGEM NA SUPERFCIE ESPECIFICA DA CCA. .............. 39
FIGURA 7. INFLUNCIA DO TEMPO DE MOAGEM NA SUPERFCIE ESPECIFICA DA CCA. .............. 40
FIGURA 8. REPARO DO PNEU. ...................................................................................................... 40
FIGURA 9. TEMPO DE ESCOAMENTO X TEOR DE SUPERPLASTIFICANTE. .................................... 52
FIGURA 10. TEMPO DE ESCOAMENTO X TEOR DE SUPERPLASTIFICANTE. .................................. 52
FIGURA 11. CURVA GRANULOMTRICA DA AREIA. ..................................................................... 54
FIGURA 12. CURVA GRANULOMTRICA DA BRITA 1................................................................... 55
FIGURA 13. CURVA GRANULOMTRICA DA BORRACHA DE PNEU IN NATURA............................. 56
FIGURA 14. BORRACHA MDIA................................................................................................... 57
FIGURA 15. CURVA GRANULOMTRICA DA BORRACHA MDIA. ................................................ 58
FIGURA 16. CINZA CRISTALINA APS A MOAGEM. ...................................................................... 61
FIGURA 17. MOINHO DE BOLAS................................................................................................... 62
FIGURA 18. ENSAIO DE DIFRAO DA CINZA CRISTALINA. ........................................................ 62
FIGURA 19. EVOLUO DA TEMPERATURA DE QUEIMA DA CASCA DE ARROZ. .......................... 64
FIGURA 20. CINZA AMORFA APS A QUEIMA. ............................................................................. 64
FIGURA 21. DIFRATOGRAMA DE RAIO-X DA CCA AMORFA....................................................... 65
FIGURA 22. FRASCO DE CHAPMAN, DETERMINAO DA MASSA. ............................................... 66
FIGURA 23. DISTRIBUIO GRANULOMTRICA DA CCA-CRISTALINA MODA EM 40 MINUTOS. 67
FIGURA 24. DISTRIBUIO GRANULOMTRICA DA CCA-AMORFA MODA EM 30 MINUTOS. ..... 67
FIGURA 25. EVOLUO DA RESISTNCIA COMPRESSO. ......................................................... 71
FIGURA 26. EVOLUO DA RESISTNCIA COMPRESSO. ......................................................... 71
FIGURA 27. DETERMINAO DO NDICE DE CONSISTNCIA. ....................................................... 73
FIGURA 28. CORPOS-DE-PROVA APS A MOLDAGEM. ................................................................. 73
FIGURA 29. CORPOS-DE-PROVA SUBMETIDOS RUPTURA (RESISTNCIA COMPRESSO). ...... 74
FIGURA 30. MISTURA APS ADICIONAR TODOS OS MATERIAIS................................................... 82
FIGURA 31. CONCRETO FRESCO APS LTIMOS DEZ MINUTOS. .................................................. 82
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FIGURA 32. ENSAIO DE ABATIMENTO DE CONE TRONCO............................................................. 83
FIGURA 33. APARELHO MEDIDOR DE AR. .................................................................................... 84
FIGURA 34. DETERMINAO DA MASSA ESPECFICA. ................................................................. 84
FIGURA 35. APS MOLDAGEM DOS CORPOS-DE-PROVA (10 X 20 CM). ....................................... 84
FIGURA 36. MOLDAGEM DO CORPO-DE-PROVA (30 X 10 CM). .................................................... 85
FIGURA 37. MOLDAGEM DOS CORPOS-DE-PROVA (5 X 15 X 30 CM)............................................ 85
FIGURA 38. CORPOS-DE-PROVA SUBMETIDOS AO CAPEAMENTO. ............................................... 86
FIGURA 39. PRENSA HIDRULICA PARA REALIZAO DOS ENSAIOS. ......................................... 87
FIGURA 40. CORPO-DE-PROVA DO TRAO COM 5% CCA-C SUBMETIDO A RESISTNCIA
COMPRESSO. ..................................................................................................................... 87
FIGURA 41. CORPO-DE-PROVA DO TRAO COM 5% CCA-A SUBMETIDO A RESISTNCIA
TRAO............................................................................................................................... 88
FIGURA 42. DETALHE DO CORPO-DE-PROVA AJUSTADO PARA A REALIZAO DO ENSAIO DO
MDULO DE ELASTICIDADE. ............................................................................................... 88
FIGURA 43. EQUIPAMENTO PARA O ENSAIO DE RESISTNCIA AO IMPACTO. ............................... 89
FIGURA 44. VISUALIZAO DO EQUIPAMENTO AJUSTADO. ........................................................ 90
FIGURA 45. CORPO-DE-PROVA ENSAIADO 5% CCA-A. ........................................................... 90
FIGURA 46. CORPOS-DE-PROVA NA ESTUFA................................................................................ 92
FIGURA 47. CORPOS-DE-PROVA IMERSOS EM GUA. .................................................................. 92
FIGURA 48. APARELHO PARA O ENSAIO DE RESISTNCIA ABRASO........................................ 93
FIGURA 49. CORPO-DE-PROVA SUBMERSO NO RECIPIENTE DO ENSAIO DE RESISTNCIA
ABRASO. ........................................................................................................................... 93
FIGURA 50. RELAO ENTRE RESISTNCIA COMPRESSO E TEMPO DE MOAGEM. .................. 96
FIGURA 51. EVOLUO DA RESISTNCIA COMPRESSO CCA-C. ......................................... 97
FIGURA 52. RESULTADO DO ENSAIO DE ABATIMENTO................................................................ 98
FIGURA 53. EVOLUO DA RESISTNCIA COMPRESSO DE VRIOS TRAOS COM CCA-C. .... 99
FIGURA 54. EVOLUO DA RESISTNCIA COMPRESSO. ....................................................... 100
FIGURA 55. CORPO-DE-PROVA SUBMETIDO AO ENSAIO DE RESISTNCIA COMPRESSO DO
TRAO 5% CCA-C............................................................................................................ 101
FIGURA 56. CORPO-DE-PROVA SUBMETIDO AO ENSAIO DE RESISTNCIA COMPRESSO DO
TRAO CCA-C/BOR.......................................................................................................... 101
FIGURA 57. RESULTADO DO ENSAIO DE ABATIMENTO.............................................................. 102
FIGURA 58. TERMMETRO DIGITAL. ......................................................................................... 103
FIGURA 59. EVOLUO DA RESISTNCIA COMPRESSO. ....................................................... 104
FIGURA 60. CORPO-DE-PROVA ROMPIDO A RESISTNCIA COMPRESSO - CONTROLE........... 105
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FIGURA 61. CORPO-DE-PROVA ROMPIDO A RESISTNCIA COMPRESSO CONTROLE/BOR.. 105
FIGURA 62. CORPO-DE-PROVA ROMPIDO A RESISTNCIA COMPRESSO 5% CCA-C........... 106
FIGURA 63. CORPO-DE-PROVA ROMPIDO A RESISTNCIA COMPRESSO - CCA-C/BOR.. ...... 106
FIGURA 64. CORPO-DE-PROVA ROMPIDO A RESISTNCIA COMPRESSO 5% CCA-A.......... 106
FIGURA 65. CORPO-DE-PROVA ROMPIDO A RESISTNCIA COMPRESSO CCA-A/BOR.. ..... 106
FIGURA 66. CORPO-DE-PROVA ROMPIDO A RESISTNCIA COMPRESSO 5% SLICA. .......... 106
FIGURA 67. CORPO-DE-PROVA ROMPIDO A RESISTNCIA COMPRESSO SLICA/BOR.. ....... 106
FIGURA 68. EVOLUO DA RESISTNCIA TRAO POR COMPRESSO DIAMETRAL............... 107
FIGURA 69. CORPO-DE-PROVA ROMPIDO A RESISTNCIA TRAO - 5%................................ 108
FIGURA 70. CORPO-DE-PROVA ROMPIDO A RESISTNCIA TRAO. ....................................... 109
FIGURA 71. CORPO-DE-PROVA ROMPIDO A RESISTNCIA TRAO. ....................................... 109
FIGURA 72. CORPO-DE-PROVA ROMPIDO A RESISTNCIA TRAO - 5%................................ 110
FIGURA 73. EVOLUO DO MDULO DE ELASTICIDADE. .......................................................... 110
FIGURA 74. RELAES ENTRE RESISTNCIA TRAO E COMPRESSO. ................................. 112
FIGURA 75. RELAES ENTRE MDULO DE ELASTICIDADE E COMPRESSO. ............................ 114
FIGURA 76. ABSORO DE GUA POR IMERSO DOS CONCRETOS DE ALTO DESEMPENHO. ..... 115
FIGURA 77. 1 FISSURA (0,1 MM) - 5% CCA-A SUBMETIDO A RESISTNCIA AO IMPACTO. ....... 118
FIGURA 78. 1 FISSURA (0,05 MM) - CCA-C/BOR. SUBMETIDO A RESISTNCIA AO IMPACTO. .. 119
FIGURA 79. LTIMA FISSURA OBSERVADA (0,8 MM) - 5% CCA-C. .......................................... 119
FIGURA 80. LTIMA FISSURA OBSERVADA (0,2 MM) - CCA-A/BOR......................................... 120
FIGURA 81. TRAO CONTROLE NO FINAL DO ENSAIO. .............................................................. 120
FIGURA 82. TRAO COM CCA-C/BOR. AO FINAL DO ENSAIO. .................................................. 120
FIGURA 83. CORPO-DE-PROVA DO TRAO SLICA/BOR. APS O TRMINO DO ENSAIO. ............ 121
FIGURA 84. RESISTNCIA ABRASO DOS CONCRETOS DE ALTO DESEMPENHO...................... 121
FIGURA 85. RESISTNCIA ABRASO CONTROLE. ................................................................. 123
FIGURA 86. RESISTNCIA ABRASO CONTROLE/BOR.......................................................... 123
FIGURA 87. DESGASTE ABRASO 5% CCA-C...................................................................... 123
FIGURA 88. DESGASTE ABRASO CCA-C/BOR................................................................... 123
FIGURA 89. DESGASTE ABRASO 5% CCA-A..................................................................... 123
FIGURA 90. DESGASTE ABRASO - CCA-A/BOR.. ................................................................. 123
FIGURA 91. DESGASTE ABRASO 5% SLICA. ..................................................................... 124
FIGURA 92. DESGASTE ABRASO SLICA/BOR. ................................................................... 124
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Lista de Tabelas e Quadros
TABELA 1. COMPOSIO GRANULOMTRICA DA AREIA. ............................................................ 53
TABELA 2. COMPOSIO GRANULOMTRICA DA BRITA 1. ......................................................... 54
TABELA 3. COMPOSIO GRANULOMTRICA DA BORRACHA DE PNEU IN NATURA.................... 56
TABELA 4. CLASSIFICAO DO RESDUO DE BORRACHA DE PNEU. ........................................... 57
TABELA 5. COMPOSIO GRANULOMTRICA DA BORRACHA MDIA. ....................................... 57
TABELA 6. CARACTERSTICAS FSICO-QUMICA DO CIMENTO CP II F 32................................. 59
TABELA 7. CARACTERSTICAS FSICO-QUMICA DA SLICA ATIVA. ............................................. 60
TABELA 8. EVOLUO DA TEMPERATURA DE QUEIMA DA CASCA.............................................. 63
TABELA 9. DIMETRO MDIO DAS AMOSTRAS DAS CINZAS DE CASCA DE ARROZ...................... 66
TABELA 10. CARACTERSTICAS FSICO-QUIMICAS DA CCA CRISTALINA E CCA AMORFA........ 68
TABELA 11. COMPOSIO DO TRAO DE ARGAMASSA (KG/M3). ................................................ 70
TABELA 12. COMPOSIES DOS TRAOS UTILIZADAS NO ESTUDO DE OTIMIZAO DOS
MATERIAIS. ......................................................................................................................... 75
TABELA 13. COMPOSIES DOS TRAOS UTILIZADAS NO ESTUDO DE OTIMIZAO DOS
MATERIAIS. ......................................................................................................................... 76
TABELA 14. COMPOSIES DOS TRAOS UTILIZADAS NO ESTUDO DE OTIMIZAO DOS
MATERIAIS. ......................................................................................................................... 76
TABELA 15. COMPOSIO DO TRAO 8% CCA-C. ..................................................................... 77
TABELA 16. COMPOSIO DO TRAO CCA-C/BOR.. .................................................................. 78
TABELA 17. COMPOSIO DO TRAO CCA-C/BOR.. .................................................................. 79
TABELA 18. COMPOSIO DO TRAO CONTROLE E CONTROLE/BOR. ........................................ 79
TABELA 19. COMPOSIO DO TRAO 5% CCA-C E CCA-C/BOR.. ............................................ 80
TABELA 20. COMPOSIO DO TRAO 5% CCA-A E CCA-A/BOR.. ............................................ 80
TABELA 21. COMPOSIO DO TRAO 5% SLICA E SLICA/BOR................................................. 81
TABELA 22. ENSAIO DE NDICE DE CONSISTNCIA...................................................................... 95
TABELA 23. ENSAIO DE NDICE DE CONSISTNCIA...................................................................... 96
TABELA 24. TEOR DE AR INCORPORADO E MASSA ESPECFICA. ................................................ 103
TABELA 25. RELAO ENTRE RESISTNCIA TRAO E COMPRESSO. .................................. 112
TABELA 26. CORRELAO ENTRE MDULO DE ELASTICIDADE/COMPRESSO X IDADE (X1000).
.......................................................................................................................................... 114
TABELA 27. RESULTADOS DE RESISTNCIA AO IMPACTO DOS CONCRETOS DE ALTO
DESEMPENHO (1 FISSURA). .............................................................................................. 117
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TABELA 28. RESULTADOS DE RESISTNCIA AO IMPACTO DOS CONCRETOS DE ALTO
DESEMPENHO (LTIMA FISSURA)..................................................................................... 117
TABELA 29. RESULTADOS DE RESISTNCIA COMPRESSO (MPA) EM ARGAMASSA (7 DIAS)
PARMETRO ESTATSTICO................................................................................................ 130
TABELA 30. RESULTADOS DE RESISTNCIA COMPRESSO (MPA), EM ARGAMASSA (28 DIAS)
PARMETRO ESTATSTICO................................................................................................ 130
TABELA 31. RESISTNCIA COMPRESSO (MPA) DE CAD PARMETROS ESTATSTICOS. ... 131
TABELA 32. RESISTNCIA COMPRESSO (MPA) DE CAD COM BORRACHA PARMETROS
ESTATSTICOS. .................................................................................................................. 131
TABELA 33. RESISTNCIA TRAO (MPA) DE CAD PARMETROS ESTATSTICOS. ........... 132
TABELA 34. RESISTNCIA TRAO (MPA) DE CAD COM BORRACHA PARMETROS
ESTATSTICOS. .................................................................................................................. 132
TABELA 35. MDULO DE ELASTICIDADE (GPA) DE CAD PARMETROS ESTATSTICOS. ...... 133
TABELA 36. MDULO DE ELASTICIDADE (GPA) DE CAD COM BORRACHA PARMETROS
ESTATSTICOS. .................................................................................................................. 133
QUADRO 1. RESULTADOS DE RESISTNCIA ABRASO............................................................. 94
QUADRO 2. RESULTADOS DE RESISTNCIA ABRASO............................................................. 94
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UTILIZAO DE RESDUOS DE CINZA DE CASCA DE ARROZ E
BORRACHA DE PNEUS EM CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO
MICHELE BENITI BARBOSA
RESUMO
Esta dissertao aborda a aplicao da tecnologia dos concretos de alto
desempenho (CAD) para a produo de concretos com incorporao dos resduos: a
cinza de casca de arroz-CCA (Amorfa e Cristalina), atravs da substituio em massa de
parte do material aglomerante e borracha de pneu em substituio parcial do agregado
mido em volume, avaliando suas influncias sobre as propriedades mecnicas e
durabilidade; atravs da comparao dos resultados com o uso da slica ativa e borracha
e outro sem incorporao mineral e borracha.
Os concretos com incorporao de cinzas (Amorfa e Cristalina) e Borracha
apresentaram superioridade das propriedades mecnicas e boa resistncia abraso e
resistncia ao impacto, em relao ao concreto sem incorporao mineral e Borracha.
Quanto forma de ruptura, os CAD com resduos de borracha apresentaram
comportamentos diferenciados. Baseando-se nos valores da relao entre resistncia
trao e resistncia compresso e da relao do mdulo unitrio, para os concretos
CCA-A e Borracha e CCA-C e Borracha, foi possvel verificar a reduo da fragilidade
e aumento da capacidade de absoro de energia.
A incorporao de resduos de cinza de casca de arroz e borracha de pneu ao
CAD demonstraram viabilidade de uso como funo estrutural, devido essencialmente
ao bom desempenho das propriedades relacionadas resistncia mecnica, enfatizando-
se mudana de comportamento quanto forma de ruptura, quando comparados aos
concretos de alto desempenho em geral. Os resultados referentes resistncia abraso
do concreto com os resduos de cinza de casca de arroz e de borracha de pneu indicam
ser atrativo para o uso em pavimentao.
Palavra-chave: Concreto de alto desempenho; Cinza de casca de arroz; Borracha de
pneu; Materiais Alternativos; Propriedades Mecnicas; Resistncia Abraso.
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UTILIZATION OF THE RESIDUES OF RICE HUSK ASH AND TIRES
RUBBER OF CONCRETE OF HIGH PERFORMANCE
MICHELE BENITI BARBOSA
ABSTRACT
This dissertation broaches the application of high performance concrete (HPC)
technology with residue incorporation: the rice husk ash-RHA (Amorphous and
Crystalline) through the mass substitution of the gathering material and tire rubber in a
partial substitution of the tiny aggregate in volume, evaluating the influence on the
mechanic properties and durability through the comparison of the results with using
silica fume and rubber and another without mineral incorporation and rubber.
The concrete with ashes incorporation (Amorphous and Crystalline) and
rubber presented superiority of mechanic properties and good abrasion by strength and
impact strength, in relation to concrete without mineral incorporation and rubber
As regards to rupture form, the high performance concrete with rubber residue
presented different behavior. Based on the values of the relation between the splitting
tensile strength and compression strength to and the relation of the unitary module, to
the concretes RHA-A and rubber and RHA-C and rubber, it was possible to verify the
breakability reduction and the increasing of energy absorption capacity.
The incorporation the residues of rice husk ash and of tire rubber he HPC
showed the feasibility the use as structure function, essentially due to the good
performance of properties related to mechanic strength, emphasizing the changing of
behavior on rupture form, when compared to high performance concrete in general. The
a concerning results abrasion by strength of concrete the residues of rice husk ash and of
tire rubber atractivo indicate for the use in pave.
Keywords: Concrete of high performance; Rice husk ash; Rubber of tire; Alternative
Materials; Mechanical strength; Abrasion by Strength.
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Captulo 1 Introduo 1
1. INTRODUO
1.1. IMPORTNCIA DA PESQUISA
O concreto um material de construo largamente utilizado e oferece boa
resistncia compresso, parmetro significativo enquanto material estrutural. Com
aumento das exigncias do mercado quanto o desempenho estrutural e juntamente com
a necessidade de se produzir concreto com maiores resistncias do que o concreto
convencional ocorreu uma mudana na produo de concretos. O concreto de alta
resistncia (CAR) resultado da evoluo tecnolgica aplicada cincia dos materiais,
como resposta s exigncias estruturais crescentes, de melhores resistncias mecnicas e
de outras relacionadas com a durabilidade. Justamente por apresentar, em relao ao
concreto de convencional, alm de elevadas resistncias, uma reduo na distribuio de
poros, este concreto tem sido denominado por um termo mais abrangente, como
Concreto de Alto Desempenho (CAD).
Segundo Moraes (2000, p.1) a resistncia mecnica est intimamente
relacionada composio do concreto e aos cuidados na seleo e dosagem de
materiais. Quanto a sua composio, o seu desempenho estar subordinado qualidade
da pasta, a qual define como ser a estrutura dos poros. Esta, por sua vez, funo do
tipo de cimento utilizado, da relao gua/aglomerante, do grau de hidratao e da
presena ou no de adies minerais.
O CAD caracterizado como aquele que possui resistncia compresso
acima de 40 MPa, alm de ser necessrio maior controle de qualidade e seleo dos
materiais constituintes, diferindo sua microestrutura consideravelmente dos concretos
convencionais (MEHTA e MONTEIRO, 2001, p.171).
O CAD devido s alteraes de sua microestrutura apresenta mudanas quanto
forma de ruptura em relao ao concreto convencional. Portanto quando submetido
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Captulo 1 Introduo 2
tenso superior a sua resistncia mxima apresenta caracterstica de ruptura frgil
(PEREIRA NETO, 1994, p.78 e MEHTA e MONTEIRO, 2001, p.175).
O uso de concreto de alto desempenho (CAD) vem crescendo mundialmente,
com finalidade estrutural, sendo empregado em pilares de edifcios, em barragens, em
pisos industriais, em recuperaes de estruturas e peas pr-moldadas, entre outras.
Segundo Silva e Librio (2003, p.4) CAD pode proporcionar um ganho de rea til,
diminuir o consumo de material, reduzir a carga permanente da estrutura, o tempo de
execuo pode ser menor e maior tempo para manuteno.
Alm da evoluo do CAD j desenvolvidas atravs de pesquisas, e sua
aplicao em larga escala, a indstria da construo civil tambm tem buscado sua
insero nos mercados de ponta, atravs da utilizao de novas tecnologias e materiais
alternativos.
Nos ltimos anos, tem-se verificado um aumento de descarte de rejeitos
slidos, bem como os problemas advindos da exausto de matrias-primas naturais, e
isto, vm impulsionando os estudos sobre o aproveitamento de resduos industriais
como novos materiais, reduzindo o seu impacto ambiental e viabilizando a reduo de
custos industriais.
Dentre as variedades de resduos gerados, tem-se em destaque a cinza de casca
de arroz (CCA) e borracha de pneus inservveis, que visa no somente a reduo de
custos para as empresas construtoras, como tambm minimizao aos aspectos
ambientais e sociais, atravs da utilizao de sistemas de reciclagem e busca da
sustentabilidade dos processos de produo.
A incorporao de resduos industriais ao concreto, tais como a CCA
(propriedades pozolnicas altamente reativa), alm de ser uma das solues para o
aproveitamento de subprodutos de outros setores como material nobre de substituio
de parte do cimento Portland, enriquecendo o desempenho do produto final. tambm
extremamente significativa para o Brasil, uma vez que o pas um dos maiores
produtores mundiais de arroz com uma produo de 11.535.816 de toneladas esperada
para safra de 2006 (IBGE, 2006).
A utilizao de materiais alternativos, como a escria, a cinza volante, a cinza
de casca de arroz e a slica ativa, bem como suas combinaes, podem produzir
concretos com melhor desempenho (NEVILLE, 1997, p.101-105).
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Captulo 1 Introduo 3
Quanto aos resduos de borracha de pneu incorporados ao concreto, estes
apresentam solues alternativas para minimizar a degradao ambiental, reduzir os
custos de produtos e melhorar seu desempenho na construo civil.
Os resduos de borracha adicionados ao concreto podem vir a atuar como
obstculos no desenvolvimento de fissuras, quando interceptam as microfissuras que
surgem durante o endurecimento do concreto, impedindo sua progresso (BONNET,
2004, p.248-249). Este fato ocorre devido s propriedades elsticas, resistncia ao
impacto e baixa massa especfica.
A borracha de pneu pode ser empregada na construo civil como isolante
estrutural, impedindo a propagao de tenses, pois apresenta uma capacidade de
absorver energia 8.000 vezes maior que os metais (SEGRE, 2000, p.1424).
A incorporao dos resduos, cinza de casca de arroz e a borracha de pneu ao
concreto oferece no s vantagens tcnicas, como tambm benefcios sociais
relacionados com a reduo de problemas de deposio no meio ambiente, servindo de
estmulo ao desenvolvimento de pesquisas que investiguem as potencialidades desses
materiais. Deste modo, pretende-se que os resultados obtidos neste trabalho forneam
subsdios ao meio tcnico, a fim de que ocorra novos avanos na aplicao desses
materiais.
1.2. OBJETIVOS
O objetivo principal desta pesquisa consiste em se produzir concreto de alto
desempenho com a incorporao dos resduos: cinza de casca de arroz (Cristalina e
Amorfa), atravs da substituio em massa de parte do material aglomerante, e borracha
de pneu, em substituio parcial do agregado mido em volume, avaliando suas
influncias sobre as propriedades mecnicas e de durabilidade (resistncia abraso,
resistncia ao impacto e absoro de gua por capilaridade), atravs da comparao dos
resultados com o uso da slica ativa e borracha, e outro sem incorporao mineral e
borracha.
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Captulo 1 Introduo 4
1.3. ESTRUTURA DA PESQUISA
A pesquisa foi dividida em etapas, apresentadas de forma a garantir a
compreenso dos assuntos e conceitos abordados, distribudos em 7 captulos descritos a
seguir.
O primeiro captulo abrange a introduo ao tema abordado, sua importncia,
objetivo e estrutura da pesquisa.
O segundo, terceiro e quarto captulo, abordam a reviso da literatura,
compreendendo tpicos de interesse especfico desta pesquisa: concreto de alto
desempenho, a cinza de casca de arroz (adio mineral) como substituio ao cimento, e
a borracha de pneu como substituio parcial do agregado mido.
No quinto captulo consta as atividades experimentais, planejamento e
execuo dos ensaios para caracterizao dos materiais, moldagem dos corpos-de-
prova.
A sexto captulo constitui a apresentao, a anlise e a discusso dos
resultados obtidos.
O stimo captulo aborda as concluses, apresentaes das consideraes
finais dos resultados obtidos e as propostas para o prosseguimento das pesquisas.
E o oitavo captulo, consta s referncias bibliogrficas, que serviu de base
para esta pesquisa.
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Captulo 2 Concreto de Alto Desempenho 5
2. CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO
2.1. HISTRICO
O concreto o material de construo civil largamente utilizado, normalmente
definido como mistura de cimento Portland, agregados (grado e mido) e gua. O
concreto j vem sendo usado a quase dois sculos, sendo os primeiros edifcios
construdos em concreto armado h mais de um sculo e meio, marcando assim o incio
da primeira evoluo do concreto.
Segundo Helene (1997, p.1-5), a evoluo do concreto foi muito lenta no
princpio, um sculo transcorreu para que fosse implementada a utilizao de novos
componentes adicionais aos inicialmente considerados (gua, cimento, agregado mido
e agregado grado). Somente com o surgimento dos primeiros aditivos qumicos em
1938 que foi possvel sua incorporao ao concreto modificando suas propriedades
mecnicas.
Segundo Atcin (2000, p.29) a segunda evoluo do concreto ocorreu em
1960, os concretos chegavam a resistncia compresso entre 45 e 60 MPa e em 1970
j se produzia com mais 60 MPa. Ultrapassar esse limite s se tornou possvel com o
surgimento de novos materiais. O cimento, por exemplo, tinha que apresentar bom
desempenho no apenas do ponto de vista mecnico, mas tambm reolgico.
O concreto de alta resistncia (CAR) inicialmente desenvolvido foi utilizado
como elemento estrutural em pontes e edifcios com grandes alturas. Em tais edifcios o
aumento da capacidade de carregamento permite a execuo de pilares e vigas de
menores dimenses, resultando em maior rea til aos pavimentos, reduzindo a carga
permanente da estrutura e conseqentemente uma reduo nos custos das obras
(ATCIN, 2000, p.36; DAL MOLIN, 1995, p.14; HARTMANN e HELENE, 2003, p.2).
O primeiro edifcio alto utilizando concreto de alta resistncia, de acordo com
Mehta e Monteiro (1994, p.406) foi o Lake Point Tower em Chicago, o qual foi
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Captulo 2 Concreto de Alto Desempenho 6
construdo em 1965, com pilares de 53 MPa, e com 70 pavimentos e 197 m de altura.
Aps 1972 foram erguidos outros edifcios na sua rea metropolitana, com resistncias
caractersticas superiores a 63 MPa.
No Brasil existem vrias obras com o uso do Concreto de Alto Desempenho
(CAD) entre as quais podem ser citadas o MASP (Museu de Arte de So Paulo) com 45
MPa, recorde na poca de sua construo em vo livre, exemplo clssico e pioneiro
construdo em 1960.
No final de 1960 os superplastificantes foram utilizados na Alemanha e Japo.
Sua primeira aplicao foi como fluidificante e no como redutor de gua. No decorrer
de 1980, as dosagens de superplastificante foram aumentadas paulatinamente at se
descobrir que, era possvel reduzir a relao gua/aglomerante para 0,30, e ainda obter
um abatimento inicial de 200 mm. Entretanto em 1970, foi possvel a reduo da relao
gua/aglomerante o para valores to baixos quanto 0,16, utilizando-se uma dosagem
muito alta de superplastificante e um novo e ultra-fino substituto do cimento, a slica
ativa. Desta maneira, concretos com resistncias acima de 70 MPa foram produzidos em
1980, e atualmente, concretos acima de 100MPa esto na capacidade de produo, e os
constantes avanos na tecnologia do concreto continuam a surpreender a comunidade
relacionada a tal material atravs dos resultados apresentados a cada ano (ATCIN,
2000, p.31-35).
No Brasil, os autores Hartmann e Helene (2003, p.1-14) desenvolveram o
concreto de alto desempenho colorido, com resistncia compresso de 125MPa,
representando recorde mundial e mais um marco na engenharia nacional.
No inicio da evoluo desses concretos a caracterstica almejada se resumia
em alta resistncia compresso, sendo conhecido como Concreto de Alta Resistncia.
Com a evoluo tecnolgica desses concretos, fruto de um trabalho contnuo e a
introduo de aditivos minerais e qumicos, levou-se ao que se conhece hoje como
Concreto de Alto Desempenho (CAD). O CAD apresenta caractersticas que diferem do
concreto convencional tais como: elevadas resistncias, alto mdulo de elasticidade e
alta trabalhabilidade, mas tambm engloba outras propriedades associadas
durabilidade, como a baixa permeabilidade e a resistncia a ataques qumicos.
Mehta e Monteiro (2001, p.171) caracterizaram o CAD basicamente como
aquele que possui alta resistncia mecnica, superior a 40 MPa, sendo suficiente para
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Captulo 2 Concreto de Alto Desempenho 7
suportar as solicitaes de projeto, caracterizando-se pela baixa relao
gua/aglomerante, maior controle da seleo dos materiais constituintes e de produo.
O CAD aquele que possui resistncia compresso acima de 40 MPa, sendo
necessrio controle de qualidade severo e maior cuidado na seleo e na dosagem dos
materiais: aditivos, adies minerais, tipo e tamanho de agregados. Ainda ressalta que
atualmente, alm do CAD poder proporcionar um ganho de rea til, tambm pode
diminuir o consumo de material, reduzir a carga permanente da estrutura, o tempo de
execuo pode ser menor e maior tempo para manuteno (SILVA E LIBRIO, 2003,
p.4). Em contrapartida, de acordo com as normas tcnicas e trabalhos cientficos,
define-se o valor da resistncia compresso do concreto de alto desempenho em torno
de 50 MPa.
Entretanto esse tipo de concreto no somente utilizado na execuo de
edifcios ou pontes. Vrias outras possibilidades de aplicao so reladas na Literatura,
entre as quais, pavimentos rodovirios, reparos e recuperao de estruturas, vertedouros,
dissipadores de barragem e tambm pr-moldados, entre outros tipos de construes
DAL MOLIN (1995, p.19).
2.2. SELEO DOS MATERIAIS PARA PRODUO DO CAD
A seleo de materiais para produo de concretos de alto desempenho no
simples, pois existem cimentos e agregados com grandes variaes nas suas
composies e propriedades, e ainda no foi estabelecida, na opinio de Mehta e Atcin
(1990, p.70-78), uma diretriz clara do tipo de cimento e agregado mais apropriado para
utilizao em CAD. A situao agravada pelo fato de que inmeros aditivos qumicos
e adies minerais so utilizados simultaneamente, e no existem regras simples que
permitam realizar facilmente a escolha dos materiais mais adequados. Ressalta-se que as
propriedades mecnicas do CAD dependem das caractersticas do cimento, da qualidade
dos agregados e da adio da slica.
Atcin (2000, p.229) define a seleo dos materiais e a otimizao do concreto
de alto desempenho como mais uma arte do que uma cincia. Isto demonstra a
complexidade desse processo. De qualquer forma, algumas propriedades e
caractersticas dos constituintes, de maneira geral, afetam beneficamente o
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Captulo 2 Concreto de Alto Desempenho 8
comportamento das misturas e permitem a otimizao das propriedades mecnicas do
concreto endurecido. Sero apresentadas a seguir algumas consideraes em relao aos
materiais utilizados na produo de concreto de alto desempenho.
A seleo dos materiais tem dois objetivos fundamentais: o mximo
rendimento de todos os componentes da mistura para alcanar a maior resistncia ao
menor custo e consistncia adequada atravs de materiais que demandem o menor
consumo de gua possvel.
2.2.1. Cimento
Segundo Atcin (2000, p.181-184) na produo do CAD, a seleo do tipo de
cimento deve ser feita primeira e cuidadosamente, pois a natureza do mesmo influi no
processo de hidratao, na consistncia, na resistncia da pasta e nas propriedades do
concreto fresco e endurecido. Quando se trata de cimento Portland, no h critrios
cientficos que especifiquem o cimento ideal para produo do CAD, o desempenho do
cimento, em termos de reologia e resistncia, torna-se um item cada vez mais crtico,
proporcional ao aumento da resistncia compresso.
Para Mehta e Atcin (1990b, p. 270), a produo de concreto de alto
desempenho pode ser realizada utilizando qualquer tipo de cimento portland, sendo
utilizado preferencialmente materiais com elevados teores de C3S e C2S em sua
composio ou cimentos que atendam as condies reolgicas para uma boa
trabalhabilidade do material.
A consistncia inicial tambm influenciada pelo consumo de cimento.
Segundo Mailvaganam (1979, p.401) o consumo de cimento no concreto influencia a
perda de abatimento com o tempo, sendo menor quanto mais elevado for o consumo do
mesmo. Em casos onde a produo de concretos requer utilizao de relaes
gua/aglomerante muito baixas e a gua de amassamento insuficiente para permitir
que se atinja a trabalhabilidade desejada, pode ser necessrio aumentar o consumo de
cimento alm do ideal, para assim elevar-se o teor gua e manter-se a mesma relao
gua/aglomerante. Entretanto, alm dos problemas econmicos, pois o custo da
estrutura aumenta, a elevao do consumo de cimento pode gerar fissurao, causada
pela retrao do concreto e elevada liberao de calor durante a hidratao do cimento
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Captulo 2 Concreto de Alto Desempenho 9
(ALAEJOS e CNOVAS, 1992, p.989). Pode-se dizer ainda, que em concretos
convencionais usual o termo gua/cimento e j no concreto de alto desempenho
comum o termo gua/aglomerante.
2.2.2. Aditivos Qumicos
O entendimento de que as propriedades do concreto podem ser modificadas
com a utilizao de certos materiais adicionados ao concreto deram um impulso
indstria de aditivos qumicos. Os aditivos so substncias qumicas que, dosados em
pequenas propores (no maior que 5%) na mistura do concreto, melhoram algumas
propriedades, tanto no concreto fresco como depois de endurecido, com a finalidade de
facilitar seu preparo e a utilizao.
Os aditivos qumicos geralmente utilizados no CAD so os redutores de gua
dos tipos plastificante e, principalmente, superplastificante. O uso destes aditivos
possibilita a diminuio da relao gua/aglomerante, sem que haja perda na
consistncia, permitindo a obteno de misturas trabalhveis de arranjo mais denso,
provocando um aumento na resistncia e na durabilidade.
Segundo Mehta & Monteiro (1994, p.282) os aditivos superplastificantes so
capazes de reduzir o contedo de gua de trs a quatro vezes em relao aos aditivos
plastificantes sem que haja retardamento no tempo de pega.
Segundo Raeder Filho (2005, p.36) a utilizao de aditivo engloba trs
diferentes propsitos:
Aumentar a trabalhabilidade sem mudar qualquer componente da mistura;
Reduzir a demanda de gua, diminuindo dessa forma a relao
gua/aglomerante e aumentando a resistncia e durabilidade da mistura;
Reduzir o consumo de gua e cimento e, por conseguinte, o calor de
hidratao responsvel pela formao de fissuras, retrao e tenses trmicas.
Os superplastificantes so classificados em quatro categorias, em funo de
sua composio qumica (ATCIN, 2000, p.191):
Policondensado de formaldedo e melamina sulfonada, tambm chamado
de melamina sulfonada;
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Captulo 2 Concreto de Alto Desempenho 10
Policondensado de formaldedo e naftaleno sulfonado, tambm chamado
de naftaleno sulfonado;
Lignossulfonato e poliacrilatos.
Entretanto, atualmente existe uma nova categoria constituda pelos
superplastificantes base de policarboxilatos, denominados de terceira gerao. Em sua
maioria, os estudos sobre aditivos superplastificantes estiveram voltados aos produtos
base de melanina sulfonada ou naftaleno sulfonado (RAMACHANDRAN, 1983;
COLLEPARDI, 1994; HEWLET e RIXON, 1992; apud DAL MOLIN, 1995, p.37-39).
Os aditivos superplastificantes so requeridos para a produo de concreto de
alto desempenho. A grande quantidade de partculas de cimento com a baixa quantidade
de gua de amassamento requer alta dosagem de aditivos redutores de gua de
amassamento, e requer alta dosagem de aditivos superplastificantes para deflocular e
dispersar as partculas de cimento em suspenso. Quando adicionada adio mineral a
estes concretos, aumenta-se consideravelmente o consumo de gua, e so necessrios os
aditivos para manter a baixa relao gua/aglomerante e a trabalhabilidade.
Existe uma quantidade muito grande de produtos comerciais e seus efeitos no
concreto so descritos pelos fabricantes. A forma de atuao destes produtos ainda no
est completamente esclarecida, assim o desempenho dos aditivos superplastificantes, e
numa composio com materiais especficos deve ser analisada atravs de ensaios
realizados previamente, para a utilizao dos produtos em obras, principalmente em
funo da compatibilidade aditivo-cimento.
No concreto de alto desempenho usa-se um teor de superplastificante para
conseguir uma baixa relao gua/aglomerante, sendo fundamental estabelecer uma
combinao adequada entre cimento-superplastificante, que proporciona um perodo
maior de reteno da fluidez (NEVILLE, 1997, p.667). Segundo Gutirrez e Cnovas
(1996, p.234) o termo compatibilidade entre o cimento e o superplastificante um dos
principais fatores na escolha do cimento, e, conseqentemente do superplastificante para
o concreto de alto desempenho.
A dosagem necessria pode ser estabelecida junto com a avaliao da
compatibilidade. Normalmente determina-se a reduo do teor de gua para se obter
uma mesma trabalhabilidade em comparao a mistura sem aditivo, pelos ensaios de
mini-abatimento de Kantro e ou cone de Marsh (AITCIN, 2000, p.197).
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Captulo 2 Concreto de Alto Desempenho 11
2.2.3. Aditivos Minerais
As adies minerais so partculas muito finas que podem ser incorporadas ao
concreto, suplementando o cimento, devido s propriedades cimentcias latentes ou
substituindo parte dele e contribuindo para a resistncia do concreto. Os mais
importantes aditivos minerais utilizados na produo do CAD so a slica ativa, a cinza
volante, a cinza de casca de arroz e a escria de alto forno, entre outras.
A slica ativa SiO2 um subproduto da fabricao de silcio ou de ligas de
ferro-slico a partir de quartzo de elevada pureza e carvo em forno eltrico de eletrodos
de arco imerso. As partculas da slica ativa parecem perfeitamente esfricas, com
dimetro menor de 0,1m (NEVILLE, 1997, p.104-105).
De acordo com Costenaro (2003, p.44) o efeito fler de slicas ativas no
concreto, ou de qualquer outro tipo de material muito fino, produz um preenchimento de
vazios no concreto, resultando num melhor empacotamento entre todas as partculas, o
que aumenta a compacidade dos concretos. Esses materiais podem se interpor nos
vazios deixados por partculas anidras de cimento, tornando a estrutura muito mais
slida.
Os efeitos benficos da slica ativa nas propriedades do concreto so devidos a
dois efeitos: o efeito pozolnico e o efeito de fler. No primeiro, a slica ativa, por ser
praticamente s slica amorfa, reage com grande rapidez com hidrxido de clcio (C-H)
e produz o silicato de clcio hidratado (C-S-H) gerado da hidratao do cimento,
aumentando a resistncia compresso e a resistncia qumica. E, no segundo,
conforme a Figura 1, diminui a porosidade total formando uma estrutura mais
descontnua de poros e as micro esferas desses gros se alojam nos interstcios da pasta,
subdividindo os poros capilares das partculas de cimento em poros de gel. Com a
reduo na quantidade de poros capilares, obtm-se a diminuio da permeabilidade e
da velocidade de penetrao de agentes agressivos s estruturas de concreto, tornando-
as mais resistentes (ATCIN, 2000, p.161-164).
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Captulo 2 Concreto de Alto Desempenho 12
Figura 1. Efeito fler da slica ativa.
Fonte. ATCIN, 2000.
As adies pozolnicas ultrafinas, como a cinza de casca de arroz, slica da
casca de arroz, slica ativa advinda de produo de ligas metlicas e silcio metlico,
entre outras, tm-se mostrado mais efetivas no aumento da resistncia, pois, alm do
efeito qumico, atuam fisicamente densificando a matriz e a zona de transio
(COSTENARO, 2003, p.39).
A slica ativa, quando substitui parte do cimento, alm de conferir alta
resistncia, tambm oferece outros benefcios como baixa permeabilidade, maior
durabilidade, reduo da exsudao e melhor coeso da mistura.
2.2.4. Agregados
2.2.4.1. Agregados Grados
A seleo de agregados deve ser feita cuidadosamente medida que a
resistncia compresso aumenta. As propriedades mecnicas dos agregados, a
mineralogia, a granulometria, a configurao geomtrica, o estado superficial e a
estabilidade qumica so caractersticas dos agregados grados que exercem influncia
no CAD. Estas caractersticas alteram o nvel de tenso, provocando o surgimento de
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Captulo 2 Concreto de Alto Desempenho 13
microfissuras, afetando o mdulo de elasticidade, a forma da curva de tenso-
deformao, e a resistncia compresso (ATCIN, 2000, p.224-229).
Segundo Coutinho, 1973 apud Velasco (2002, p. 10) medida que o consumo
de cimento aumenta, h um aumento na resistncia da pasta e a tenso de ruptura do
concreto passa a ser dependente da tenso de ruptura do agregado. Isto porque a tenso
real nos pontos de contato das partculas individuais do agregado com a argamassa do
concreto podem exceder em muito a tenso nominal de compresso aplicada no
concreto, devido diferena de rigidez existente entre as fases do concreto.
Quanto dimenso mxima do agregado, utilizam-se agregados com menor
dimenso mxima caracterstica, possibilitando a reduo da concentrao de tenses
originadas pela incompatibilidade de mdulo de deformao entre a pasta e o agregado,
reduzindo microfissurao. Sugere-se o emprego de agregados com dimenso mxima
caracterstica entre 10 e 25 mm, apesar de que h dados que comprovem que o uso de
partculas com 25 mm prejudicam a resistncia e a obteno de baixa permeabilidade
(MEHTA, P. K.; ATCIN, 1990a, p.76). Segundo Neville (1997, p.180) e ACI 363
(1992, p.6), costumam limitar a dimenso caracterstica mxima do agregado em 19 mm
ou menos.
De acordo com o comit 363 do ACI (1992, p.6) agregados angulares podem
aumentar o consumo de gua da mistura e reduzir a trabalhabilidade, caso a
angulosidade seja muito acentuada. J as partculas lamelares devem ser evitadas, pois
so frgeis e, alm disso, so speras e produzem misturas que requerem maiores teores
de gua e aditivos.
Tambm so utilizados agregados grados com baixo peso especfico na
produo de CAD, onde tem-se a reduo do peso especfico do concreto. Estes
agregados chamados de leves so porosos e no muito resistentes, mas diminuir a massa
unitria de um concreto de 50 a 60 MPa para cerca de 2000 kg/m3 pode representar
vantagens econmicas (HOFF, 1990 apud AITCIN, 2000, p.609). Pesquisas recentes
vem sendo realizadas tentando otimizar a relao maior resistncia e menor massa
especfica, apresentaram concreto de alto desempenho com massa especfica de 1600
kg/m3 , atingindo resistncia compresso acima de 50 MPa (ROSSIGNOLO, 2003,
p.88).
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Captulo 2 Concreto de Alto Desempenho 14
2.2.4.2. Agregado mido
Em comparao com os demais materiais, a escolha do agregado mido no
interfere significamente nas propriedades do CAD. Experincias mostram que a
graduao da areia no afeta a resistncia inicial, podendo provocar uma baixa
resistncia nas idades mais avanadas, quando comparadas com uma areia bem
graduada, devendo-se levar em conta a textura superficial e o formato dos gros da areia
(AITCIN, 2000, p.225; MEHTA e MONTEIRO, 1994, p.241-243). Os usos de
agregados midos mais grossos so recomendados na produo do CAD, pois leva
pequeno decrscimo na quantidade de gua necessria para uma dada trabalhabilidade.
No CAD, utiliza-se agregado mido com mdulo de finura entre 3 e 3,2,
devido ao alto teor de partculas finas. Recomenda-se o agregado mido de forma
arredondada, com superfcie rugosa, tipo grosso e com granulometria contnua,
devendo-se evitar agregados modos artificialmente (NEVILLE, 1997, p.664).
O teor de umidade do agregado mido tambm outro aspecto importante,
devido a diferena da quantidade de gua incorporada ao concreto, conduzindo a uma
diferena na relao gua/aglomerante especificada. Portanto, o material deve ser
incorporado ao concreto com umidade controlada e sem variaes na sua massa.
2.2.5. gua
Segundo Neville (1997, p.193-195) a gua no apenas um lquido usado na
produo de concreto, porm envolve todo o desempenho desse material. Para a
produo de concreto de alto desempenho os requisitos de qualidade estabelecidos para
a gua so os mesmos exigidos na produo de concreto convencional.
2.3. MICROESTRUTURA DO CAD
O concreto pode ser considerado como um material no-homogneo composto
de trs fases distintas:
a pasta de cimento hidratada;
a zona de transio entre o agregado e a pasta de cimento hidratada;
os agregados.
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Captulo 2 Concreto de Alto Desempenho 15
A composio qumica do cimento Portland formada basicamente por quatro
componentes principais: Silicato triclcico (C3S), Silicato diclcico (C2S), aluminato
triclcico (C3A) e Ferroaluminato tetraclcico (C4AF).
A hidratao da pasta de cimento comea quando os compostos de silicatos
anidros entram em contato com a gua, assim a resistncia da pasta de cimento
hidratada influenciada pelos silicatos C2S e o C3S, atravs da formao de C-S-H
(AITCIN, 2000, p.97).
A relao gua/aglomerante e o grau de hidratao so responsveis pelo
volume e o tamanho de vazios capilares, os quais apresentam uma considervel
influncia no coeficiente de permeabilidade da pasta de cimento e, portanto, na
durabilidade a agentes agressivos (COSTENARO, 2003, p.14).
Quando a relao gua/aglomerante reduzida e a quantidade de finos no
CAD for relativamente grande, a pasta de cimento ter menor porosidade capilar e
menor espao livre, sendo a pasta bastante homognea e densa, caractersticas que
influenciam na resistncia compresso. De acordo com Paulon (1991) apud Costenaro
(2003, p.15) as adies minerais so capazes de gerar uma significativa reduo da
espessura da zona de transio, independente do tipo de agregado, indicando a reao
com C-H e o efeito fler.
Em decorrncia de utilizao de slica ativa ocorre praticamente a eliminao
ou a minimizao dessa zona de interface. Este fato pode ser observado nos resultados
referidos na literatura de Mehta e Monteiro (1994, p.18) nos quais verificou que a
espessura da zona de transio variou em torno de 50 m, para os sem adio de slica,
enquanto aos concretos com slica ativa os valores foram inferiores a 10 m.
No concreto convencional a interface entre a pasta e os agregados representa o
elo fraco da sua microestrutura (caracterizada pela presena de poros) e produtos de
hidratao, a partir de onde o colapso mecnico comea a se desenvolver, quando o
concreto submetido ao carregamento. Nos concretos de alto desempenho a zona de
transio tem estrutura densa, onde as partculas de C-S-H esto intimamente prximas,
aparece poucos poros capilares e hidrxido de clcio C-H.
Mudanas microestruturais como estas tornam o concreto de alto desempenho
mais resistente, com considervel melhoria na aderncia entre a pasta e o agregado, e a
pasta e a armadura. Com isso, a pasta de cimento e a zona de transio podem deixar de
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Captulo 2 Concreto de Alto Desempenho 16
ser o elo mais fraco do concreto. A forma de ruptura do concreto alterada, com as
fissuras atravessando tanto a pasta de cimento e a zona de transio quanto s partculas
dos agregados. Ocorrendo a fissurao a valores elevados aproximados ao limite
mximo de resistncia e quando acima deste, o CAD apresenta ruptura frgil.
Ento ao ensaiar os corpos-de-prova de CAD, estas caractersticas so
observadas, sendo descritas por vrios pesquisadores de CAD. Mehta e Monteiro (2001,
p.20) relatam fratura mais frgil e quebradia, j o autor Pereira Neto (1994, p.78)
constatou ruptura frgil.
A produo de concreto convencional no requer a seleo de agregados
particularmente resistentes, desde que sejam cumpridas as normas e exigncias de
desempenho estabelecidas nas mesmas. Todavia, caso as outras fases da mistura sejam
mais resistentes, os agregados, principalmente o grado, ser o elo fraco da estrutura.
Dessa forma, tanto a litologia quanto a granulometria dos agregados pode influenciar a
resistncia final do concreto (ATCIN e NEVILLE, 1993, p.24; ATCIN, 2000, p.224).
Segundo Pereira Neto (1994, p.79) com o aumento na resistncia da pasta do
CAD, se faz necessrio uma ateno especial ao agregado grado, pois a ruptura na
maioria das vezes do tipo trans-granular.
2.4. PROPRIEDADES DO CAD
O CAD possui propriedades que o diferencia do concreto de resistncia
convencional e por muitas vezes, passa ser mais vantajosa a sua utilizao. Apresenta
alta resistncia nas primeiras idades, baixa segregao, tanto no adensamento quanto no
lanamento, ausncia de exsudao (desde que bem dosado), facilidade de lanamento
(mesmo com baixa gua/aglomerante). As propriedades de baixa segregao, ausncia
de exsudao e facilidade de lanamento possibilitam concretagem mais fceis, onde o
acesso de vibradores um obstculo, e para estruturas com taxas de armaduras
elevadas. Devido s suas propriedades mecnicas de alta resistncia compresso
possvel a reduo do peso da estrutura e a reduo do nmero de colunas, traduzindo
em ganho de rea til. Cabe ressaltar as caractersticas de baixa permeabilidade, baixa
porosidade, alta resistncia abraso, maior proteo contra a corroso, entre outras
(ATCIN, 2000, p.93-595).
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Captulo 2 Concreto de Alto Desempenho 17
O comportamento do concreto endurecido pode ser caracterizado atravs das
propriedades mecnicas e durabilidade. As propriedades relativas ao comportamento do
concreto incluem a resistncia compresso fc, a resistncia trao ft, e o mdulo
de elasticidade Ec, e com a evoluo nas propriedades mecnicas do concreto, ter
uma evoluo quanto durabilidade, onde todas estas propriedades sero apresentadas a
seguir.
2.4.1. Estado Fresco
O processo de produo e comportamento do concreto de alto desempenho no
estado fresco freqentemente difere consideralmente do concreto convencional. Torna-
se necessrio que o processo de mistura e os parmetros de avaliao sejam adaptados
no sentido de assumirem um novo significado dos indicadores no controle de qualidade.
Enquanto fresco, os principais problemas que podem surgir so: perda de
abatimento, retardamento de pega, que atrasar o desenvolvimento da resistncia, e
segregao elevada da mistura. Segundo Alves (2000, p. 10-15) tais problemas ocorrem
por diversos fatores que podem ser drasticamente reduzidos quando algumas
propriedades forem controladas, como a massa especfica, o abatimento, a
trabalhabilidade e o teor de ar incorporado.
Sponholz (1998, p.19-20) trabalhabilidade a caracterstica mais importante
do concreto fresco e que afeta a resistncia mecnica e a durabilidade, caso no
corresponda s necessidades de produo, tais como, bombeamento, adensamento e
acabamento.
O CAD possui massa especfica em torno de 2500 kg/m3, fato que pode ser
explicado pelo alto consumo de cimento e baixa quantidade de gua. Como a
quantidade de gua no concreto de alto desempenho no suficiente para a hidratao
do cimento no trao, torna-se necessrio, como j mencionado, a utilizao de
superplastificantes para uma maior disperso dos gros aglomerantes e agregados.
Diferentemente do que ocorre no concreto convencional, o comportamento
reolgico do CAD possui distino, pois a quantidade de gua empregada no
suficiente na maioria das vezes para completa hidratao de todo o cimento contido no
trao, fazendo com a trabalhabilidade dependa dos aditivos qumicos. As partculas
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Captulo 2 Concreto de Alto Desempenho 18
cimentantes interagem fisicamente e o superplastificante interage com as partculas de
cimento em hidratao fazendo com que o CAD possa exibir uma perda de
trabalhabilidade mais acentuada que os concretos de resistncia convencional.
A utilizao de aditivos superplastificantes permite a obteno de CAD de alta
consistncia (abatimento de at 200 r20 mm) com coeso adequada para o lanamento
e sem risco de segregao. A trabalhabilidade do CAD determinada atravs do ensaio
do abatimento do tronco de cone, mas a sua avaliao torna-se difcil pelo fato de ser
um concreto muito fluido, fazendo com que o cone de concreto entre em colapso
(AITCIN, 2000, p.394).
Concretos de alto desempenho geralmente apresentam teores entre 1 a 3% de
ar aprisionado, valores que aumentam medida que a relao gua/aglomerante
reduzida. Atcin (2000, p.398) menciona que atravs de combinaes de
cimento/superplastificante (boa compatibilidade) possvel a obteno de teores de ar
incorporados entre 1% e 1,5% tambm para relaes gua/aglomerante de 0,30,
ressaltando que este fator tambm influencia na resistncia.
2.4.2. Estado Endurecido
2.4.2.1. Resistncia Compresso
A resistncia compresso a principal propriedade mecnica do concreto,
pois alm de estar relacionada estrutura interna do material, proporcionando uma
estimativa do desempenho do concreto, indica de forma indireta sua durabilidade (DAL
MOLIN, 1995, p.54).
Em concretos convencionais, a relao gua/aglomerante o fator mais
importante na determinao da porosidade e conseqentemente na resistncia do
concreto. Em CAD no basta ter como referncia a relao gua/aglomerante para se
saber a resistncia compresso; vai depender das propriedades e das propores de
seus materiais constituintes, do grau de hidratao, entre outros fatores.
Como j mencionado, a resistncia do CAD pode ser afetada pelas
propriedades mecnicas do agregado grado, por tornar-se o elo mais fraco dentro do
concreto. De acordo com Atcin (2000, p.495-498) para os concretos convencionais a
resistncia compresso do CAD aumenta medida que a relao gua/aglomerante
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Captulo 2 Concreto de Alto Desempenho 19
diminui. Quando o agregado grado torna-se a regio mais fraca do concreto,
comparado com a resistncia da pasta de cimento hidratada, existe um valor crtico da
relao gua/aglomerante, abaixo do qual qualquer reduo adicional desta relao no
resulta em aumentos significativos da resistncia compresso. Ento, a nica maneira
de aumentar a resistncia compresso desse concreto seria usando outro tipo de
agregado grado.
No CAD nota-se uma maior velocidade de ganho de resistncia nas primeiras
idades. Essa maior cintica pode ser atribuda proximidade inicial das partculas de
cimento no concreto fresco decorrente da baixa relao gua/aglomerante, da mistura e,
tambm do efeito fler, que provoca melhor distribuio dos gros e, com isso, a
diminuio dos vazios.
Os resultados obtidos para concretos de alta resistncia submetidos a ensaios
de resistncia compresso axial tambm podem ser influenciados pela capacidade
resistente do material utilizado para capeamento. A resistncia no ser prejudicada
quando materiais adequados forem utilizados e possibilitarem uma distribuio de
tenses uniforme em toda a seo transversal dos corpos-de-prova.
2.4.2.2. Resistncia Trao
Como mencionado no item anterior, a resistncia compresso do CAD
apresenta uma taxa de crescimento alta para as idades iniciais, se comparada do
concreto convencional. Verifica-se essa mesma caracterstica para a resistncia trao.
Autores como De Larrard & Malier citados por Costenaro (2003, p.53)
observaram que o concreto atinge o valor mximo de resistncia trao por volta dos
14 dias de idade, ao contrrio do valor da resistncia compresso, que mesmo aps os
14 dias continua a crescer, podendo ainda aumentar de 10 a 20 % do seu valor.
Os ensaios citados pelo ACI 363 R (1992, p.15) concluram que, para concreto
com baixa resistncia, a resistncia trao na compresso diametral pode chegar a 10%
da resistncia compresso, mas para resistncias maiores (acima de 84 MPa) pode ser
reduzido para 5%. A resistncia trao na compresso diametral observada 8% maior
para concreto feito de agregado britado do que feito de seixo rolado. Alm disso, a
resistncia compresso diametral fica em torno de 70% da resistncia flexo aos 28
dias.
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Captulo 2 Concreto de Alto Desempenho 20
Segundo Dal Molin (1995, p.168-173), o principal fator que afeta a resistncia
trao por compresso diametral a quantidade de slica ativa empregada na mistura,
e quanto ao efeito de cura (mida e ambiente), este apresenta influncia inferior sobre as
propriedades mecnicas do concreto. Observa-se que o efeito da slica ativa (adio de
10% em relao massa de cimento) provoca um aumento da resistncia trao por
compresso diametral de 22,5%, enquanto que a cura mida possibilitou um aumento de
apenas 5% em relao cura ambiente. Entretanto, o tratamento estatstico analisa essa
variao como significativa.
2.4.2.3. Mdulo de Elasticidade
Para pastas de cimento com baixas relaes gua/aglomerante, a ligao
interfacial entre agregado e a pasta de cimento normalmente alta e as propriedades
elsticas do agregado se tornam importantes no desempenho do concreto. Almeida
(1990) apud Sponholz (1998, p.11) comentam que enquanto alguns pesquisadores
indicam que sejam necessrios altos mdulos de elasticidade para obter CAD, outros
recomendam mdulo de elasticidade semelhante a pasta do concreto, para no criar
diferena de concentraes de tenses ao redor do agregado.
A maioria das normas existentes apresenta formulaes que relacionam
mdulo de deformao com resistncia compresso, cuja validade tem sido
comprovada para concretos convencionais. Ao elevar a resistncia para patamares
superiores a 50 MPa, parece ter um consenso na bibliografia de que as equaes no
mais podem ser aplicadas, pois superestimam os valores calculados de mdulo de
deformao (CARRASQUILLO et al., GUTIRREZ e ACI 363 R 92 apud DAL
MOLIN, 1995, p.62).
Atcin (2000, p.539) comenta que a resistncia no seja a nica propriedade
que torna vantajoso o uso do CAD, pode-se estabelecer uma relao direta entre as
caractersticas da microestrutura da matriz, que determinam a resistncia e outras
propriedades importantes, tais como a durabilidade.
2.4.2.4. Durabilidade
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Captulo 2 Concreto de Alto Desempenho 21
A durabilidade do concreto controlada pela sua permeabilidade e porosidade.
Com a reduo da permeabilidade e da porosidade, o concreto torna-se mais resistente
aos ataques dos agentes agressivos. Para isso preciso que os concretos possuam uma
estrutura densa e to impermevel quanto possvel, com um sistema de poros
descontnuos, conseguido atravs de uma baixa relao gua/aglomerante.
Alm da especificao da baixa relao gua/aglomerante para a obteno de
um CAD durvel, a cura do concreto tambm importante. Tanto que, se ocorrer
vibrao excessiva, que gera exsudao interna, quanto uma secagem prematura na
superfcie do concreto, uma rede de capilares poder aparecer na superfcie do concreto,
constituindo um caminho fcil penetrao de agentes agressivos (ATCIN, 2000,
p.544-545).
A permeabilidade quanto ao ingresso de cloretos no concreto talvez seja o
fenmeno mais arruinador em estruturas construdas com concretos de resistncia
normal, pois modificam a microestrutura do concreto e corroem as armaduras. A
penetrao dos ons cloretos desenvolve-se pelas microfissuras at ocorrer o lascamento
do recobrimento do concreto. Em CAD, devido ao refinamento da porosidade capilar, a
penetrao dos ons cloretos to baixa que quase impossvel a corroso de armaduras
de ao no protegidas.
No que se refere resistncia abraso, outra caracterstica extremamente
melhorada em relao ao concreto convencional. diretamente proporcional a
resistncia compresso e influenciada pela natureza do aglomerante e do agregado.
Neville (1997, p.517-519) comenta que a boa resistncia abraso do concreto no
somente devido a alta resistncia compresso do concreto, mas tambm devido boa
aderncia entre o agregado grado e a matriz, que impedem o desgaste da superfcie.
Martins (2005, p.104) e Rossignolo (2003, p.114) fizeram um estudo com
concreto de alto desempenho um adicionando borracha de pneu e o outro com ltex de
estireno butadieno (SB) respectivamente, ambos obtiveram valores altos de resistncia
ao impacto, em relao aqueles sem adio.
Quanto resistncia ao fogo, a baixa permeabilidade do CAD no permite a
sada do vapor formado pela gua da pasta de cimento hidratada, gerando presso de
vapor que pode conduzir fragmentao do concreto. Em relao ao CAD com
Borracha quanto resistncia ao fogo, pode vir a colaborar para a sada de vapor dgua
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Captulo 2 Concreto de Alto Desempenho 22
e evitar a fragmentao do concreto, todavia preciso fazer um estudo de toxidade
devido liberao de enxofre.
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Captulo 3 Cinza de Casca de Arroz 23
3. INFLUENCIA DE ADIES MINERAIS NO
CONCRETO
3.1. DEFINIO
Segundo a NBR 12653 (1992) e ASTM C 618 (1978), o termo pozolana ou
material pozolnico se aplica queles com pouca ou nenhuma propriedade cimentante,
mas que, quando finamente divididos e em presena de gua, so capazes de reagir com
hidrxido de clcio liberado durante o processo de hidratao dos minerais silicatos
que compem o cimento liberando com ele e fixando-o temperatura ambiente
(SANTOS, 1997, p.7).
As pozolanas desempenham um significante papel quando empregadas em
substituio ao cimento Portland, aumentando a resistncia mecnica do concreto, tendo
em vista que os mais importantes mecanismos que agem na microestrutura da pasta de
cimento so: a mudana na estrutura dos poros em funo do refinamento
proporcionado pelas reaes pozolnicas (atividade pozolnica) e o tamponamento e
obstruo dos poros, fissuras e vazios devidos poro fina dos gros (efeito fler)
(RIBEIRO et al., 2005, p.208).
De acordo com Silveira (1996, p.27) adies minerais so materiais com
propriedades pozolnicas e/ou cimentceas, adicionados ao concreto, antes ou durante
da mistura, em quantidades que variam geralmente entre 5 e 100% do peso do cimento.
O seu emprego pode ser feito de duas formas distintas:
substituio de parte do cimento, visando a reduo de custo e;
como adio em percentuais variveis em relao ao peso de cimento, o
que na atualidade consiste na forma mais empregada, geralmente com o uso
concomitante de aditivos superplastificantes.
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Captulo 3 Cinza de Casca de Arroz 24
As pozolanas podem classificadas como materiais naturais que no necessitam
de tratamentos e que levem a modificaes qumicas e mineralgicas (rochas
vulcnicas, terras diatomceas, argilas calcinadas), e como materiais artificiais so
originadas de transformaes qumicas (cinza volante, slica ativa, escria granulada de
alto-forno, cinza de casca de arroz).
O termo subprodutos industriais refere-se aqueles materiais que so
secundrios nas indstrias produtoras e que podem ou no sofrer algum tipo de
processamento. Segundo Cincotto (1988) apud Silva (2004, p.6) existe uma distino
entre os termos resduos e subproduto. A denominao resduo circunstancial,
referindo-se a um material acumulado, sem destinao; a partir do momento que
apresente uma aplicao qualificada, passa a ser um subproduto.
3.2 A CINZA DA CASCA DE ARROZ (CCA)
3.2.1 Consideraes Iniciais
A tecnologia moderna est intimamente ligada ao desenvolvimento de
materiais alternativos, onde, nos dias atuais, a premissa bsica busca do
desenvolvimento sustentvel. A indstria da construo civil depara-se com grande
potencial na insero dos resduos como materiais de construo, tornando-os como
subprodutos, reduzindo problemas relacionados aos aspectos ambientais e sociais,
atravs da utilizao de sistemas de reciclagem e da busca da sustentabilidade dos
processos de produo. Segundo Prudncio Jr. et al. (2003, 240-261) a incorporao de
resduos industriais ao concreto, tais como a Cinza de Casca de Arroz (CCA), pode ser
uma importante forma de conduz-la a uma finalidade nobre, ambientalmente correta,
tornando uma das solues para o aproveitamento de subprodutos poluentes.
A cinza de casca de arroz (CCA) um subproduto das indstrias
beneficiadoras de arroz, proveniente da combusto da casca de arroz utilizada como
fonte energtica para secagem e parboilizao dos gros. Mais recentemente, com a
crescente crise de energia, tem sido incentivada a utilizao de biomassa como
combustvel em usina termoeltrica sendo esta uma forma alternativa e eficiente de
gerao de energia eltrica minimizando a dependncia nacional em relao s usinas
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Captulo 3 Cinza de Casca de Arroz 25
hidreltricas. Principalmente no sul do pas, a gerao de energia eltrica atravs de
biomassa vem ganhando impulso nos ltimos anos. Vrias indstrias de beneficiamento
de arroz j instalaram usinas termoeltricas que utilizam o subproduto casca de arroz
como combustvel para gerao de vapor e energia. Diante deste contexto, so
produzidas CCAs tanto sem controle da temperatura (CCA residual), como com
controle da temperatura, sendo considerada um resduo produzido em grande
quantidade e sem destinao pela indstria e cuja deposio final um grave problema
ambiental.
O estado do Rio Grande do Sul um dos maiores produtores nacionais de
arroz e, segundo dados do IBGE (2006), a produo de arroz no pas foi estimada em
11.535.816 toneladas. Considerando-se que a casca equivale a 20% do gro em peso, e
que aps a sua combusto completa, se obtm em mdia 20% de cinza, estima-se que a
quantidade de 461.432 toneladas deste resduo sero geradas na safra de 2006 no pas.
As possibilidades de aproveitamento da casca de arroz e da cinza da casca de
arroz vem sendo objeto de estudo, onde trabalhos apontam solues para a utilizao
deste subproduto principalmente na indstria da construo.
No Brasil, o aproveitamento da cinza de casca de arroz como material
suplementar de cimentos e concretos tm despertado o interesse de vrios
pesquisadores, destacando-se trabalhos mais recentes como os de Isaia (1995), Silveira
(1996), Prudncio e Santos (1997), Gava (1999), Dafico (2001), Pouey e Dal Molin
(2001), Librio (2002), Rgo et al. (2002), Akasaki e Silva (2004), entre outros.
A Figura 2 Figura 2. Organograma de utilidades da cinza de casca de
arroz.apresenta um organograma de utilidades da casca de arroz, onde demonstra-se a
potencialidade deste produto (DELLA, 2001, p.779).
Similarmente cinza volante, a cinza da casca de arroz pode ser utilizada na
estabilizao fsico-qumica de solos arenosos. Em recente trabalho, Basha et al. (2005,
p.453) investigaram a influncia da substituio parcial de cimento Portland pela cinza
da casca de arroz no comportamento de um solo areno-siltoso tratado com cimento
Portland. Os resultados evidenciaram que a substituio parcial diminui
significativamente a perda da resistncia com a demora na compactao do solo.
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Captulo 3 Cinza de Casca de Arroz 26
Figura 2. Organograma de utilidades da cinza de casca de arroz. Fonte. DELLA (2001).
CCA uma pozolana extremamente atrativa para ser utilizada na confeco de
concretos, especialmente quando obtida pela combusto controlada da casca, tendo
como caracterstica uma alta atividade pozolnica. Exceto a cinza de casca de arroz,
nenhum outro material pozolnico, incluindo-se a slica ativa, tem a habilidade de
contribuir para o aumento na resistncia mecnica do concreto em baixas idades, como
1 e 3 dias. Isto abre as portas para o uso de misturas de cinza volante e outras pozolanas
normais como a CCA, com a ltima contribuindo para o ganho de resistncia devido o
efeito de empacotamento (MEHTA, 1992, p.419-443).
3.2.2 Caractersticas da CCA
O arroz uma das plantas que contm grandes quantidades de silicatos,
principalmente na casca. A casca constituda de aproximadamente 40% de celulose,
30% de lignina e 20% de slica (MEHTA & PITT, 1974, p.45-56). Aparentemente, a
slica transportada a partir do solo pela planta como cido monosslico, o qual
concentra-se na casca e no caule da planta por evaporao da gua e, finalmente, se
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Captulo 3 Cinza de Casca de Arroz 27
polimeriza para formar a membrana slico celulsica (HOUSTON, 1972 apud
SILVEIRA, 1996, p.39).
A casca de arroz quando sofre a combusto, 20% da casca convertida em
cinza, sendo que a lignina e a celulose podem ser removidas, permanecendo uma
estrutura celular, porosa, com alta superfcie especfica (50 a 100 m2/g), e grande
quantidade de slica (chegando a 95%).
Vrios autores citados por Silva (2004, p.11) comentam que aps o processo
de combusto, a cinza de casca de arroz apresenta uma composio qumica entre 74 a
97% de slica, independente do tipo de queima a que foi submetida.
Na verdade o que se observa que as condies de temperatura e tempo de
queima propiciam a formao de propores relativas de slica na forma polimrfica
(estruturas cristalinas diferentes: quartzo, tridimita e cristobalita) e amorfa (vtrea).
Segundo Della et al. (2001, p.780) quando a temperatura de queima da CCA
baixa ou quando o tempo de exposio da mesma a altas temperaturas pequeno, a
slica contida na cinza predominantemente amorfa. Ou seja, quanto menos tempo a
cinza ficar exposta a uma elevada temperatura, menos cristalizao ocorre.
Diversos autores, entre eles Metha e Pitt (1976) apud Silveira (1996, p.42) diz
que quando a combusto ocorre com temperatura entre 450 e 500o C, a slica ativa e
est na fase amorfa. Com o aumento da temperatura de aproximadamente de 600o C,
surge algumas fases cristalinas e quando a temperatura se eleva acima de 800o C produz
slica cristalina.
Costenaro (2003, p.60) relata que produzem cinza de casca de arroz cuja
combusto ocorre com temperatura de 300 C, na fase amorfa, num perodo de 2 horas.
J para a obteno da slica de casca de arroz este material recolocado no forno e
queimado a 6 horas, a uma temperatura de 600 C.
A Figura 3 mostra uma micrografia, com ampliao de 1000 vezes, de uma
seo transversal da cinza de casca de arroz produzida em laboratrio, em combusto
controlada (temperatura de 700 C) e com extremo cuidado no manuseio para se
preservar a estrutura silicosa da casca (DAFICO, 2001, p.2). Na parte superior da Figura
3, uma epiderme corrugada e densa claramente visvel. Segue-se logo abaixo, uma
estrutura em tubos e depois o parnquima, estrutura celular com paredes muito finas.
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Captulo 3 Cinza de Casca de Arroz 28
Figura 3. Micrografia da cinza de casca de arroz - estrutura original de slica amorfa. Fonte. DAFICO (2001).
A diferena bsica entre a CCA residual e a CCA produzida com a
temperatura de queima controlada o teor de material amorfo nas cinzas. Nota-se que
praticamente todos os autores pesquisados so unnimes com relao ao aparecimento
de fases cristalinas na slica contida na cinza da casca de arroz queimada a elevadas
temperaturas, especialmente acima de 500C, o que evidente ao se analisar
difratogramas de raios x das amostras analisadas (REGO, 2001 apud REGO, 2005,
p.901).
De acordo com os estudos realizados por Pouey & Dal Molin (2002, p.14), a
cinza queimada em processo controlado (amorfa) pode ter desempenho no concreto
superior cinza residual - cristalina (sem controle de queima).
As variaes nas caractersticas morfolgicas e fsicas das cinzas de casca de
arroz provenientes de diferentes processos de queima so mostradas no diagrama da
Figura 4, proposto por Hara et al e apresentado por Sensale (2000, p.3).
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Captulo 3 Cinza de Casca de Arroz 29
Figura 4. Caractersticas morfolgicas e fsicas da cinza de casca de arroz provenientes de diferentes processos de queima.
Fonte. SENSALE (2000).
Existem outros fatores que influenciam a pozolanicidade da CCA, como o alto
contedo de slica, rea superficial elevada e dimetro mdio (dependendo do grau de
moagem) geralmente inferior a 45 m.
Quando a cinza queimada a altas temperaturas possui rea superficial
pequena. A tendncia ao decrscimo da rea superficial com o aumento da temperatura
est relacionada com o fato das partculas sofrerem fuso e agregarem-se umas as
outras. Ento, para uma melhor condio de pozolanicidade da CCA queimada sem
controle de temperatura, necessrio que a mesma passe por um processo de moagem
para reduzi-la a um material mais fino (SILVA, 2004, p.13).
Um outro fator influente na qualidade da CCA est relacionado com o teor de
carbono, os quais tambm dependem do processo de combusto.
A cinza pode apresentar coloraes que variam entre o preto, o cinza e o
branco rosado. As mud