Artigo 1 - Concreto de pós reativos_ Uma análise teórica sobre as novas tendências

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Concreto de pós reativos: Uma análise teórica sobre as novas
tendências
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ARTIGO DE REVISÃO
FERREIRA, Gabriel Alves [1], SOUSA, Fernando Henrique Fernandes [2], FERNANDES, Ana Júlia
Maciel Marinho [3], CALDEIRA, Michael Vinicius Martins [4], NETTO, Antonio Jeronimo [5]
FERREIRA, Gabriel Alves. Et al. Concreto de pós reativos: Uma análise teórica sobre as novas
tendências. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 05, Ed. 06, Vol.
0 9 , p p . 2 2 - 3 3 . J u n h o d e 2 0 2 0 . I S S N : 2 4 4 8 - 0 9 5 9 , L i n k d e
acesso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-civil/pos-reativos
Contents
RESUMO
1. INTRODUÇÃO
2. CONCRETO DE PÓS REATIVO
3. METODOLOGIA
4. APRESENTAÇÃO, ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
REFERÊNCIAS
RESUMO
O concreto é o material de construção mais utilizado pelo homem. A ideia principal na
produção de qualquer concreto é a criação de um material com características próximas as
rochas com a vantagem de ser moldável. O concreto de pós reativos são uma evolução
frente aos demais, sendo composto basicamente por agregado miúdo, sílica ativa, pó
ultrafino (geralmente quartzo), aditivos de alta eficiência, água e cimento, o que por sua vez
apresenta relação água/cimento muito reduzida, situando-se entre 0,15 e 0,20. O presente
trabalho é uma pesquisa qualitativa com base bibliográfica, através de estudos e livros
publicados que expressem a análise teórica sobre as novas tendências do concreto de pós
reativos. O estudo deste visa evidenciar novas tendências no que diz respeito a novas
metodologias e novos materiais empregados na fabricação do concreto de pós-reativos. Na
atual pesquisa, são utilizadas bases de dados eletrônicos Scielo; ScienceDirect; Springerlink,
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de ano indefinido ao ano 2021, usando as palavras-chaves nos idiomas português e inglês.
Foi constatado mediante a revisão de literatura que as variáveis métodos de cura; uso de
novos materiais; e até testes nas condições de carregamentos, apresentam em sua
totalidade desempenho satisfatório quanto as condições físicas, químicas, mecânicas e de
durabilidade de concretos de pós-reativos.
Palavras-chave: Concreto Pós reativo, concreto, pós reativo, novos materiais, novas
tecnologias.
1. INTRODUÇÃO
O concreto é o material artificial de construção mais empregado no mundo, tendo como
principais componentes consumidos em seu processo de fabricação, cimento, areia,
agregados, água e aditivos (GCCA, 2019). Dentre outros fatores, o elevado consumo de
concreto pela indústria da construção civil é fruto da facilidade de obtenção de seus
materiais em preços baixos, facilidade de produção, versatilidade, durabilidade, entre outros
(BIZ, 2001).
O concreto vem sendo amplamente utilizado no setor da construção civil por ser uma ótima
opção para diversos tipos de construções (TUTIKIAN et al. 2011). O fato de o concreto
apresentar características similares as das rochas, com a vantagem de ser moldável,
endossa a utilização desse material (BIZ, 2001). Diante deste panorama, existem no mercado
concretos que apresentam diversas características.
Gusmão (2017) explica que os CPR são compostos por cimento, agregado miúdo, sílica ativa,
pó ultrafino, aditivos de alta eficiência e água. A relação água/cimento (a/c) é inferior aos dos
concretos comumente empregados, situando-se entre 0,15 e 0,20, um dos fatores que
garante seu elevado desempenho.
Tendo em vista sua alta empregabilidade, Menossi (2004) afirma que o concreto, à base de
cimento Portland emprega, em média, por metro cúbico, 42% de agregado graúdo (brita),
40% de agregado miúdo, 10% de cimento, 7% de água e 1% de aditivos químicos. Logo,
pode-se constatar que, aproximadamente, cerca de 82% do concreto é composto por
agregados. Diante disto, o elevado consumo de matérias primas não renováveis acarretam
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impactos ambientais negativos.
O concreto pós reativo se coloca como alternativa de projeto para obras da construção civil,
como por exemplo: obras hidráulicas e de saneamento; construções para armazenamento de
rejeitos radioativos; entre outros (VANDERLEI, 2004). Para isso, faz-se necessário o domínio
da técnica de produção e aplicação, para que o mesmo apresente características mecânicas
e de durabilidade compatíveis aos concretos produzidos inteiramente com os materiais
tradicionais (BIZ, 2001).
O objetivo consiste em analisar por meio de revisão de literatura as novas tecnologias e
novos materiais relacionados aos concretos de pós-reativos; e por fim analisar por meio de
revisão de literatura os avanços do uso de concreto de pós-reativos e as apontar algumas
oportunidades ainda não exploradas.
2. CONCRETO DE PÓS REATIVO
O CPR é fruto de pesquisas desenvolvidas na França por Pierre Richards, ex-diretor científico
da empresa francesa Bouygues, nomeado o inventor desse tipo de concreto, em 1990, por
meio de estudos de CAD que vinha realizando deste 1982. Dando sequência a suas
pesquisas, em parceria com empresas Lafarge e Rhodia, o conceito CPR foi expandido e deu-
se início ao uso fibras e aditivos especiais para o de concreto com fibras de ultra-alto
desempenho (sigla em francês BFUP – Béton Fibrés à ultrahautes performances). Nos dias de
hoje, o CPR é patenteado com o nome de Ductal® (TUTIKIAN et al. 2011).
Os CPR são aqueles formados de partículas com diâmetro máximo menor que 2 mm, os
mesmos têm sido empregados em elementos estruturais. O concreto garante elevadas
resistência à compressão, à tração e à flexão, quando adicionadas fibras metálicas na sua
composição. É tido como um material relativamente novo, por esta razão suas propriedades
e seu comportamento estrutural vêm sendo estudados. A precisão na dosagem e na análise
da composição granulométrica dos pós vêm dificultando a obtenção do CPR (VANDERLEI,
2004).
Diferente dos concretos convencionais, o CPR não é composto por agregado graúdo, o
tamanho médio de suas partículas é de 0,20 mm, daí o nome de Concreto de Pós Reativos,
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desta forma, diante do ponto de vista granulométrico, ele é considerado uma argamassa e
não um concreto. No entanto, devido as propriedades do mesmo, que são as mesmas do
concreto em grau superior, o termo concreto manteve-se (TUTIKIAN et al. 2011).
Além do fato de não possuir agregado graúdo o concreto de pós reativo tem outras
características que o difere dos demais concretos: grande quantidade de cimento, sílica ativa
e principalmente os materiais em pó. Além disso chama atenção a baixa relação entre
quantidade de água por quantidade de aglomerantes da mistura (BIZ, 2001). Dito isso, os
componentes básicos do concreto pós reativo são:
a) areia de quartzo;
b) sílica ativa;
c) pó ultrafino (geralmente pó de quartzo);
d) fibras de aço de pequenas dimensões;
e) cimento com baixo teor de C3A e baixa finura Blaine;
f) superplastificante de alta eficiência.
Em relação ao pó ultrafino sabe-se que o pó de quartzo é o mais indicado para a produção do
concreto pós reativo. A contribuição maior dos ultrafinos ao concreto partem basicamente
pelo fato destes contribuírem com o empacotamento da mistura, por isso as partículas de
ultrafinos devem se manter entre 5 μm e 25 μm (GUSMÃO, 2017). O empacotamento ocorre
basicamente por o pó ultrafino atua no fechamento de vazios entre os grãos deareia, isso
porque eles possuem dimensão inferiores as da areia, além disso eles intensificam as
reações pozolânicas durante o tratamento térmico que geralmente é empregado na cura
desses concretos.
Já em relação ao pó de brita (pedra) a vantagem de seu uso em relação ao pó de quartzo é
por este ser um rejeito de pedreiras, isto é, o uso do material rejeitado pelo processo de
britagem pode servir de reparo ambiental uma vez que este material volta a cadeia de
produção de concreto, reduzindo assim os vários danos ambientais, principalmente atrelados
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aos enormes volumes destes. Entretanto o uso deste material em substituição ao pó de
quartzo só é aceitável desde que se mantenham as propriedades mecânicas e de
durabilidade do concreto (MENOSSI, 2004). A Figura 1 mostra o pó de pedra sendo estocado
no pátio de uma pedreira.
Figura 1 – Estoque de pó de pedra
Fonte: Menossi (2004, p. 4).
O uso dos ultrafinos, isto é, o crescimento no uso de concreto pós reativos cresce a cada ano
principalmente devido aos inúmeros colapsos estruturais que ocorrem em concretos
convencionais. As principais causas que acarretam nesse desgaste estrutural têm relação
direta a seleção e uso inadequados dos componentes do concreto, o uso de ultrafinos tornou-
se uma boa alternativa principalmente por possuir uma boa uniformidade de propriedades e
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por promover melhora no desempenho do concreto. Além disso Menossi (2004) indica que pó
de pedra é uma boa alternativa dentre os ultrafinos usuais.
Em relação a dosagem do concreto sabe-se que nada mais é que o método utilizado para
especificar as proporções dos materiais a serem utilizados na fabricação de concretos,
atendendo as demandas em relação a propriedades especificadas em projetos estruturais. As
propriedades no estado fresco que geralmente são especificadas estão associadas à
trabalhabilidade e consistência do concreto, além do que no estado endurecido o concreto
deve garantir requisitos especificados de propriedades mecânicas e de durabilidade
(ANDRADE, 2015).
Os princípios básicos para a dosagem do concreto de pós reativo baseiam-se na eliminação
de agregados graúdos otimizando a distribuição granulométrica através do uso de fílers.
Diante das características e propriedades necessárias ao CPR, devido à sua demanda por
uma microestrutura densa e com pouquíssimos defeitos, é possível que o emprego de
técnicas de empacotamento de partículas possa ser utilizado na dosagem (ANDRADE, 2015).
3. METODOLOGIA
O presente estudo é uma revisão sistemática, usando dados secundários e de abordagem
qualitativa. Essa forma de investigação disponibiliza evidências relacionadas a uma
estratégia de determinada intervenção, mediante a aplicação de métodos explícitos e
sistematizados de busca, apreciação crítica e síntese da informação selecionada (SAMPAIO;
MANCINI, 2007).
Segundo Galvão e Pereira (2014), os métodos para elaboração de revisões sistemáticas
preveem os seguintes passos: elaboração da pergunta de pesquisa; busca na literatura;
seleção dos artigos e extração dos dados; avaliação da qualidade metodológica dos artigos;
síntese dos dados, seguido de redação.
De acordo com Tasca (2010), o ato de analisar um contexto definindo uma problemática e
todas as questões relacionadas, dão início a um processo de pesquisa científica, fazendo com
que se busquem diferentes informações em bases bibliográficas. A partir de uma base
bibliográfica procura-se entre trabalhos com a mesma temática informações que podem
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contribuir com a escrita do trabalho, entre artigos acessados em periódicos especializados,
havendo grande importância na escolha destes dentro de tantos existentes, para compor de
maneira segura, informações que levem a uma escrita profunda (SEVERINO, 2007).
A primeira etapa da revisão sistemática consiste em definir uma pergunta sobre o que se
investiga. Quais os fatores que contribuem para tal?
Em seguida, deve-se buscar evidências, através da definição de termos ou palavras-chave.
Posterior a esta definição, definem-se as estratégias de busca, definição das bases de dados
e de outras fontes de informação a serem pesquisadas. Na atual pesquisa, foram utilizadas a
base de dado eletrônica Scielo; ScienceDirect; Springerlink, de ano indefinido ao ano 2021,
no idioma português e inglês, usando as palavras-chaves: Concreto Pós reativo. Concreto.
Pós reativo. Novos materiais. Novas tecnologias. Além de seus respectivos termos em inglês.
No terceiro momento, acontece a revisão e seleção dos estudos pesquisados, selecionando
assim aqueles que se adequem ao objetivo da pesquisa. Na quarta fase da revisão
sistemática, é avaliado a qualidade metodológica do material selecionado, afim de utilizar
adequadamente o material na pesquisa sobre novos materiais e novas tecnologias
empregadas na produção de concreto de pós reativos.
4. APRESENTAÇÃO, ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Alguns dos avanços percebidos nos concretos de pós reativos, nos últimos anos, relacionam-
se ao melhoramento do concreto a partir do uso de novas fibras. Al-Tikrite e Hadi (2017) a
partir de constatações empíricas observam que variados tipos de fibras adicionadas ao
concreto pós reativo proporcionam resultados distintos no concreto, isso porque, variar o tipo
de fibra afeta propriedades no estado fresco, endurecido e até mesmo de durabilidade. Os
autores apontam que utilizar fibra de aço deformada industrial e fibra de aço residual
recuperada de pneus descartados em percentuais de adição de 3% e 4% ao volume total
afetam a consistência do concreto pós reativo em até 3% e 4%, respectivamente. Em relação
a microfibra de aço industrial os autores observaram que a adição de 4% proporcionou o
maior aumento na resistência à compressão, resistência à tração, módulo de elasticidade.
Outros avanços relacionados aos concretos de pós reativos é o uso de cura térmica para
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melhoramento de suas propriedades. Yanzhou et al. (2015) produziram concreto de pó
reativo com pó de escória de fósforo em substituição a pó de quartzo, em cura térmica a
95°C. Os resultados obtidos apontam que a resistência à compressão e à flexão melhoraram
por meio da técnica diferenciada de cura e mediante o uso do pó de escória de fósforo.
Investigações adicionais (análise termogravimétrica e microscopia eletrônica de varredura)
feitas pelos autores demonstram o efeito da hidratação sequencial de compósitos cimentícios
durante o tratamento térmico. Essas características microestruturais, segundo os autores,
permitiriam ao concreto pós reativo produzido com escória de fósforo ter excelentes
propriedades mecânicas e de durabilidade. Além disso Ruan et al. (2018), estudaram o efeito
da nano-ZrO2 (NZ) em cura a água e cura térmica. Os autores mostraram que as resistências
à tração na flexão, à compressão e de ruptura do concreto pós reativo com nano-ZrO2 a 3%
curadas em água quente a 90° C por dois dias apresentam um aumento de 35,0%, 15,0% e
17,0% em comparação com a de concreto pós reativo com 3% de NZ curada em água por 28
dias. Tanto a massa de hidróxido de cálcio (CH) quanto a orientação do cristal CH do
concreto pós reativo com cura por calorsão inferiores às do concreto pós reativo com a cura
por água.
Em relação aos nano-materiais estes vem sendo utilizados como componente de reforço ao
concreto de pós reativos. O dióxido de titânio revestido com nano sílica oxidada (SiO2) como
apontam Han et al. (2017), proporcionaram aumento nas tensões de flexão e de compressão
aos 28 dias de 87% / 6,69 MPa e 12,26% / 12,2 MPa em relação ao concreto de pós reativo
sem o dióxido de titânio revestido com nano sílica, respectivamente. Os autores ao
realizarem outras investigações em que constataram que a aceleração da hidratação do
cimento causada pelo efeito núcleo desempenha um papel dominante nos primeiros dias,
além do que o revestimento de nano SiO2 na superfície do TiO2 é benéfico para a dispersão do
material na matriz e o conseguinte efeito pozolânico, modificando as microestruturas e as
propriedades mecânicas do concreto.
Outra nova tendência é o uso de concreto de pós reativo na indústria nuclear de modo a
aumentar o nível de proteção da mesma. Gökçe et al. (2018), conduziram pesquisa em que à
atenuação de raios gama e nêutrons quando o agregado de massa convencional foi
substituído por agregado de massa densa (barita). Para isso, foram preparadas misturas
reativas de concreto em pó 100% agregado de quartzo, 100% agregado de barita e suas
misturas de 50 a 50% em volume. Como resultado, a barita aumentou significativamente os
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coeficientes de atenuação de raios gama do concreto pós reativo. O desempenho mecânico
do concreto pós reativo, no entanto, foi acentuadamente reduzido como resultado da
substituição da barita. Uma mistura que contém 40% de agregado barita do volume total
agregado foi encontrada como uma mistura de concreto de pós reativo ideal para proteger
simultaneamente nêutrons e raios gama.
Materiais mais “excêntricos” também surgem como novidades na produção de concreto de
pós reativos. Li et al. (2020) utilizaram escória de titânio foi usada como um agregado
alternativo para preparar o concreto. Os resultados mostraram que o agregado de titânio
poroso e de baixa atividade apresentou alta adsorção em água e hidratação secundária
adequada durante a moldagem e o endurecimento. Isso acelerou a reação de hidratação
precoce do concreto e melhorou significativamente a interface pasta/agregado. Ca2+, Mg2+ e
Si4+ presentes na escória de titânio lixiviou e gerou C-S-H secundário ao redor do agregado
durante a hidratação.
Em relação a condições de carregamentos, os autores Wang et al. (2020) realizaram testes
em corpos de prova de concretos de pós reativos incorporados de grafeno sob cargas quase
estáticas. O efeito de tenacidade à compressão como apontam os pesquisadores foi
aumentando significativamente após a incorporação de grafeno. Sob carregamento dinâmico
de elevada taxa de deformação à resistência à compressão dinâmica, a deformação máxima
e a deformação final do concreto pós reativo reforçada com grafeno foram aumentadas em
59,1 MPa / 63,9%, 4300 µe / 66,0% e 12150 µe / 32,7%, respectivamente. Os mecanismos de
reforço do grafeno na microestrutura do concreto pós reativo foram atribuídos
principalmente ao seu efeito de nucleação e ponte, e, portanto, melhoraram as propriedades
mecânicas do concreto.
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Variações nos métodos de cura; uso de novos materiais; e até testes nas condições de
carregamentos vem sendo utilizados no aprimoramento das condições físicas, químicas,
mecânicas e de durabilidade de concretos de pós-reativos.
É possível observar pelos resultados apresentados que os concretos pós reativos contendo os
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mais variáveis materiais e métodos de processo de fabricação empregados apresentam em
sua maioria desempenho satisfatório com as características propostas.
REFERÊNCIAS
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GALVÃO, T.F.; PEREIRA, M.G. Revisões sistemáticas da literatura passos para sua elaboração.
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[1] Graduando do curso de Engenharia Civil.
[2] Mestre em Engenharia Civil (UNISINOS). Graduado em Engenharia Civil (ITPAC).
[3] Mestra em Engenharia Civil (UNISINOS). Graduado em Engenharia Civil (ITPAC).
[4] MBA Projeto, Execução e Controle de Estruturas e Fundações. Graduado em Engenharia
Civil (ULBRA). Graduado em Construção de Edifícios (IFTO).
[5] Doutor em Engenharia Elétrica (UFCG). Mestre em Engenharia Elétrica (UFPB). Graduado
em Engenharia Elétrica (UFPB).
Enviado: Maio, 2020.
Aprovado: Junho, 2020.
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