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José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Materiais de Construção ( TC-031) ADITIVOS PARA CONCRETO Prof. José de Almendra Freitas Jr. freitasjose@terra.com.br Ministério da Educação Universidade Federal do Paraná Setor de Tecnologia Departamento de Construção Civil José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos “Aditivo” – 4o componente do concreto, (cimento / agregados / água/ aditivos). Todo concreto minimamente estudado usa aditivos, no 1o mundo 70 a 80% dos concretos usam algum tipo de aditivo. ADITIVOS PARA CONCRETO www.concretethinker.com José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS PARA CONCRETO • Aumentar a trabalhabilidade ou plasticidade do concreto; • Reduzir o consumo de cimento (custo); • Alterar acelerando ou retardando o tempo de pega; • Reduzir a retração; • Aumentar a durabilidade: � Inibindo a corrosão das armaduras; � Neutralizando as reações álcali-agregado; � Reduzindo o efeito do ataque por sulfatos; � Diminuir a permeabilidade. Finalidades: José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos NBR-11768 classifica alguns dos tipos de aditivos: TIPO Finalidade P plastificante ou redutor de água (mínimo 6% de redução); A acelerador do tempo de pega; R retardador do tempo de pega; PR plastificante e retardador do tempo de pega; PA plastificante e acelerador do tempo de pega; IAR incorporador de ar; SP superplastificante (mínimo 12% de redução de água); SPR superplastificante retardador; SPA superplastificante acelerador. ADITIVOS PARA CONCRETO José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos (Mehta e Monteiro, 2006) ADITIVOS TENSOATIVOS: INCORPORADORES DE AR - IAR Reduzem a tensão superficial da água e incorporam ou adicionam ar ao concreto, prendendo-o em bolhas de 0,1 a 0,8mm. Grau eficiência depende da presença de finos, quanto mais finos (também alto consumo de cimento), menos ar é incorporado. Excesso de ar incorporado diminui a resistência mecânica do concreto. José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS TENSOATIVOS: INCORPORADORES DE AR - IAR (Narciso Gonçalves da Silva, Giovana Collodetti, Douglas Z. C. M. Pichetti, Philippe Jean Paul Gleize, UTFPR) A inclusão de ar é preventiva e aumenta a resistência do concreto à deterioração devido aos ciclos de gelo/degelo. Criam bolhas de ar muito estáveis, fortes, pequenas e próximas umas das outras. José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS TENSOATIVOS: INCORPORADORES DE AR - IAR Finalidades: - Aumentar a plasticidade por diminuir o atrito entre os sólidos. - Diminuem a permeabilidade e aumentam a durabilidade (menor a/c). - Reduzem também a segregação e exsudação. - Aumentar a resistência do concreto ao fenômeno gelo-degelo. As bolhas deixam espaço para a formação dos cristais de gelo. (Mehta e Monteiro, 2006) José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Congelamento da água dentro do concreto – fenômeno gelo/degelo: Concreto permeável absorve a água no estado líquido; Temperaturas negativas formam gelo nos poros – aumento de volume da água em 9%; Congelamento também gera pressões osmóticas; Tensões internas decompõe o concreto. ADITIVOS TENSOATIVOS: INCORPORADORES DE AR - IAR (Prof. José Marques Filho) José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS TENSOATIVOS: INCORPORADORES DE AR - IAR Minimização dos efeitos fenômeno gelo/degelo: Recomendação de Incorporação de Ar - ACI 318 3,54,576 4550 4,55,537,5 4,5625 5619 5,5712,5 67,59 Exposição moderadaExposição severa Conteúdo de ar (%)Dimensão máxima nominal do agregado (mm) ACI Committe 318 José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS TENSOATIVOS: INCORPORADORES DE AR - IAR Efeitos da incorporação de ar ao concreto: Aumenta a % de ar, reduz a resistência à compressão. José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Aumentam a trabalhabilidade. São moléculas com extremidades laterais com cargas negativas. Um dos lados adere aos grãos de cimento (superfície positiva), e outro lado com carga negativa fica exposto. A repulsão elétrica entre as cargas negativas afasta os grãos de cimento cobertos pelo aditivo facilitando a trabalhabilidade. ADITIVOS TENSOATIVOS: PLASTIFICANTES OU REDUTORES DE ÁGUA- P, SP e PF Sem Aditivo Com Aditivo SP José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS TENSOATIVOS: PLASTIFICANTES OU REDUTORES DE ÁGUA- P, SP e PF Menos água ou Mais cimento Menos água = perda de trabalhabilidade Maior custo, Mais retração, Mais calor, ... Mais cimento = Aditivos P, PF e SP possibilitam: Menos água sem perda de trabalhabilidade. Diminuir a/c para obter um fc maior e um concreto melhor: M a i o r f c e u m c o n c r e t o m e l h o r José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Finalidades: 1) Aumentar a trabalhabilidade mantendo o a/c e a resistência mecânica. 2) Aumentar a resistência diminuindo o a/c, mantendo a trabalhabilidade. 3) Reduzir o consumo de cimento (custo) assim como o consumo de água mantendo o a/c e a resistência. ADITIVOS TENSOATIVOS: PLASTIFICANTES OU REDUTORES DE ÁGUA- P, SP e PF NBR 11768 José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS TENSOATIVOS: PLASTIFICANTES OU REDUTORES DE ÁGUA- P, SP e PF ( M e h t a e M o n t e i r o , 2 0 0 6 ) www.concretedecor.net Concreto Auto-adensável Molécula com grupo polar aniônico na cadeia de hidrocarbonetos. Antes Depois Grão de Cimento Envolvido Pelo aditivo José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS TENSOATIVOS: PLASTIFICANTES OU REDUTORES DE ÁGUA- P, SP e PF NBR 11768 (Mehta e Monteiro, 2006) José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos J o s é F r e i t a s J r . ) ADITIVOS TENSOATIVOS: PLASTIFICANTES OU REDUTORES DE ÁGUA- P, SP e PF Exemplos dos usos de aditivos plastificantes P, para as diferentes finalidades. Período de eficiência dos aditivos plastificantes depende de: • Quantidade aplicada (0,2 a 0,6 % do peso de cimento); • Temperatura ambiente (maior temperatura diminui o tempo); • Finura do cimento (mais fino, menor período); • Normalmente aditivos do tipo P - 2 a 4 horas. R$ 3,50/kgPlastificante R$ 40,00/m3Brita R$ 45,00/m3Areia R$ 0,40/kgCimento Ref. 04/2011Custos José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos J o s é F r e i t a s J r . ) EXEMPLOS DE USOS DE PLASTIFICANTES - P R$ 157,81Total 90 mmAbatimento R$ 4,481,28 kgAditivo plastificante (0,44%) R$ 22,040,551 m3Brita R$ 14,490,322 m3Areia ----172 litrosÁgua R$ 116,80292 kgConsumo de cimento 0,59Relação a/c 24 MPaRuptura média à compressão (28 dias) R$1) USO DE ADITIVO PARA AUMENTAR O ABATIMENTO R$ 153,33Total 60 mmAbatimento ----Aditivo plastificante R$ 22,040,551 m3Brita R$ 14,490,322 m3Areia ----172 litrosÁgua R$ 116,80292 kgConsumo de cimento 0,59Relação a/c 24 MPaRuptura média à compressão (28 dias) R$CONCRETO DE REFERÊNCIA José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos J o s é F r e i t a s J r . ) EXEMPLOS DE USOS DE PLASTIFICANTES - P R$ 159,07Total 60 mmAbatimento R$ 5,111,46 kgAditivo plastificante (0,5%) R$ 22,40,560 m3Brita R$ 14,760,328 m3Areia ----154 litrosÁgua R$ 116,8292 kgConsumo de cimento 0,53Relação a/c 31 MPaRuptura média à compressão (28 dias)R$2) USO DE ADITIVO P/ AUMENTO DE RESISTÊNCIA R$ 153,33Total 60 mmAbatimento ----Aditivo plastificante R$ 22,040,551 m3Brita R$ 14,490,322 m3Areia ----172 litrosÁgua R$ 116,80292 kgConsumo de cimento 0,59Relação a/c 24 MPaRuptura média à compressão (28 dias) R$CONCRETO DE REFERÊNCIA José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos J o s é F r e i t a s J r . ) EXEMPLOS DE USOS DE PLASTIFICANTES - P R$ 146,98Total 60 mmAbatimento R$ 4,061,16 kgAditivo plastificante (0,44%) R$ 23,000,575 m3Brita R$ 14,720,337 m3Areia ----155 litrosÁgua R$ 105,20263 kgConsumo de cimento 0,59Relação a/c 24 MPaRuptura média à compressão (28 dias) R$3) USO DE ADITIVO PARA REDUÇÃO DE CUSTO R$ 153,33Total 60 mmAbatimento ----Aditivo plastificante R$ 22,040,551 m3Brita R$ 14,490,322 m3Areia ----172 litrosÁgua R$ 116,80292 kgConsumo de cimento 0,59Relação a/c 24 MPaRuptura média à compressão (28 dias) R$CONCRETO DE REFERÊNCIA José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos (Granato –BASF) PLASTIFICANTES OU REDUTORES DE ÁGUA- P, SP e PF ADITIVOS TENSOATIVOS: Plastificantes - P - até 12% de redução de água Polifuncionais – PF - até 20% de redução de água Superplastificantes – SP – mais de 20% de redução de água José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos PLASTIFICANTES OU REDUTORES DE ÁGUA- P, SP e PF ADITIVOS TENSOATIVOS: Usos mais comuns: • Plastificantes e Polifuncionais: Para reduzir o consumo de cimento melhorar o abatimento, em concretos com fck até 40 MPa e para abatimentos de até 120 mm. • Superplastificantes Para produzir concretos de alta resistência e concretos auto-adensáveis, utilizando como “fluidificantes”. José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS TENSOATIVOS: SUPERPLASTIFICANTES – SP Superplastificantes - classe a parte de plastificantes. Adicionado ao concreto em 1 a 3% do peso de cimento sem segregar. Período de eficiência SP das 1as gerações – 45 minutos, obrigava a adição no local da obra e não na usina. 2ª geração - adição na obraAção de um SP sobre os grãos de cimento (GRACE) NBR 11768 (tipo SP) José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS TENSOATIVOS: SUPERPLASTIFICANTES – SP Gerações : 1ª - Lignosulfonados, Melanina-formaldeído; 2ª geração – Naftalênicos, eficiência por 1/2 hora; 3a geração – Policarboxilatos, eficiência por 1:30 horas custo alto - R$ 14,00/kg (04/2006) ADVA e GLENIUM. 2ª geração Naftalênico - Cor escura 3ª geração + Policarboxilatos - Cor clara NBR 11768 (tipo SP) José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS TENSOATIVOS: SUPERPLASTIFICANTES – SP Características: - Custo muito elevado, 5 a 6 X superiores aos tipo P. - Campo de aplicações é limitado: Concretos de alta resistência (fck > 40 MPa) – CAD/CAR Concretos com altíssima fluidez CAA – abatimentos de 250 mm - Ainda não é viável seu uso para a redução de custo. ADVA 170 GRACE (Concrebras) NBR 11768 (tipo SP) CAA José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS TENSOATIVOS:SUPERPLASTIFICANTES – SP Ação superplastificante – Gleniun 51 – MBT/BASF Gleniun 51 Grão de cimento hidratando José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos SUPERPLASTIFICANTES – SP - molécula José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos SUPERPLASTIFICANTES – SP José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Concreto sem SP Concreto com SP ADITIVOS TENSOATIVOS:SUPERPLASTIFICANTES – SP 100 g de SP ou 1% do peso do cimento José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS TENSOATIVOS: HIPERPLASTIFICANTES – (SP de 3ª geração +) Características: Redução de até 25% no a/c. Base de éter policarboxilato. Concretos auto adensáveis e concretos de alta resistência. Facilitam o preenchimento de formas com alta concentração de armadura, melhoram o acabamento em concreto aparente. Concretos com baixo consumo de cimento sem segregação, preservando as características durante o processo de bombeamento. NBR 11768 (tipo SP) Burjdubai CAA José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS TENSOATIVOS: POLIFUNCIONAIS Características: Plastificantes intermediários entre os plastificantes comuns e os superplastificantes. Reduções de água de 7% a 15%. Capacidade plastificante varia em função da dose. Atuam como plastificante ou redutor de água. Reduções de água próximas aos aditivos SP, mas com elevado período de eficiência. NBR 11768 (tipo P) Custos menores que os dos superplastificantes. Muito usado em centrais de concreto para aumentar o abatimento e possibilitar reduções no consumo de cimento e no custo. José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MODIFICADORES DO TEMPO DE PEGA • Afetam ao tempo de pega e desenvolvimento do endurecimento. • Interferem na facilidade de dissolução na água do cimento. • Aceleradores facilitam dissolução do cimento, os retardadores dificultam. • Composição química e finura do cimento afetam a velocidade de aceleração. José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MODIFICADORES DO TEMPO DE PEGA Um mesmo composto pode acelerar ou retardar, conforme a concentração na água de amassamento. Ex.: CaCl2 ou K2CO3 em 0,1 a 0,3%, retarda CaCl2 ou K2CO3 mais que 1%, acelera Aditivos com cloretos são nocivos às armaduras de aço pela ação potencializadora de corrosão do cloro. José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MODIFICADORES DO TEMPO DE PEGA Aplicações e efeitos: Retardadores - R Trazem flexibilidade no tempo de pega do concreto, aumentando o tempo de trabalhabilidade e acabamento do concreto, sendo adequados para aplicações mais complexas em condições de climas quentes. •Concretagens longas. •Melhor distribuição do calor de hidratação. •Menos retração. José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MODIFICADORES DO TEMPO DE PEGA Aplicações e efeitos: Retardadores - R • Dosagem máxima (+- 0,5% do peso do cimento); • Acima do limite o comportamento fica instável no início de pega; • Retardamento entre seis e oito horas; • Afetam as resistências iniciais (primeiras horas e dias); • Não prejudicam a resistência final. José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MODIFICADORES DO TEMPO DE PEGA Aplicações: Retardadores - R Em concretagens de grandes volumes os retardadores minimizam as juntas frias. Retardadores José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Aplicações e efeitos: Aceleradores - A – •Concretagens em clima frio; •Redução do tempo de aplicação de procedimentos de cura; •Aumenta a resistência inicial, acelerando a desforma; •Reduz a exsudação; •Aceleram o início de serviços acabamento (ex.: piso zero); •Concentração calor de hidratação; •Possibilita lançar o concreto em temperaturas de até -7°C sem o congelamento da água •Mais retração. ADITIVOS MODIFICADORES DO TEMPO DE PEGA José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Aplicações: Aceleradores - A – ADITIVOS MODIFICADORES DO TEMPO DE PEGA Provocam uma pega mais rápida e desenvolvimento mais rápido de resistência. Permitem a moldagem do concreto em temperaturas mais baixas, reduzindo tempo de acabamento dos projetos. Possibilitam a liberação de pavimentos mais cedo para o tráfego .... José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Efeitos do Cloreto de CEfeitos do Cloreto de Cáálcio lcio CaClCaCl22 no concretono concreto(Mehta e Monteiro, 1994) ADITIVOS MODIFICADORES DO TEMPO DE PEGA de CaCl2 José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos PRÉ-MOLDADOS Cimento ARI, aditivos aceleradores e cura térmica a vapor. Anéis para túneis Necessidade de desforma rápida para maior produtividade do equipamento. ADITIVOS MODIFICADORES DO TEMPO DE PEGA José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Aditivo aceleradorAditivo acelerador José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos INIBIDORES DE HIDRATAÇÃO (Estabilizadores) Interrompem processo de hidratação do cimento, chamados inibidores ou estabilizadores. ADITIVOS MODIFICADORES DO TEMPO DE PEGA Retardadores: ● Ação limitada pela dosagem máxima (+- 0,5% do peso do cimento); ● Ultrapassando limite, comportamento muito instável no início de pega; ● Retardamento entre seis e oito horas; ● Afetam as resistências iniciais (primeiras horas e dias); ● Não prejudicam a resistência final. Inibidores ou estabilizadores: ● Retardamento de até 40 horas; ● Pouco afeta resistências iniciais. José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Param a hidratação do cimento. Podem manter o concreto fresco dentro dos caminhões por horas ou inclusive dias. Também é utilizados para assegurar a qualidade do concreto que deve ser entregue em longas distâncias. (Concrebras) ADITIVOS MODIFICADORES DO TEMPO DE PEGA INIBIDORES DE HIDRATAÇÃO (Estabilizadores) RECOVER - Grace José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MINERAIS Aditivos São materiais silicosos moídos a pó, em geral provenientes de algum tipo de resíduo industrial, que quando adicionados ao cimento, produzem algumas características interessantes no concreto. Classificação: Pozolânicos - reagem fixando o hidróxido de cálcio, formando estruturas tipo C-S-H. Ex. cinzas volantes com baixo teor de cálcio. Cimentantes - reagem hidratando com a água. Ex. escória granulada de alto forno. Alguns aditivos tem reações tanto pozolânicas como cimentantes, como as cinzas volantes (fly ash) com elevado teor de cálcio. José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MINERAIS Reação pozolânica: Reação sílica SiO2 com hidróxido de cálcio Ca(OH)2, forma estruturas tipo C-S-H. Fixam a cal livre Ca(OH)2 no concreto. Estruturas C-S-H são muito menos solúveis que o hidróxido de cálcio. Minimiza a permeabilidade e melhora a durabilidade. Cristais de Ca(OH)2 tem baixa resistência mecânica, são muito solúveis e lixiviáveis. Reação cimentante: Hidratação de silicatos. Podem ser os silicatos do clinquer ou outros semelhantes. José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MINERAIS ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA: Geram principalmente reações pozolânicas. Tipos: Pozolanas comuns: Pozolanas naturais e cinzas volantes. Pozolanas altamente reativas: Sílica ativa e cinza de casca de arroz. Pozolanas pouco reativas: Escórias de alto forno esfriadas lentamente. José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA Pozolanas: Os materiais que diferem das classes anteriores e a cinza volante proveniente da queima de carvão sub-betuminoso. Classe E Cinza volante proveniente da queima de carvão betuminoso. Classe C Pozolanas naturais, materiais vulcânicos, terras diatomáceas, argilas calcinadas. Classe N Materiais que obedecem os requisitos:NBR 12653 José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Pozolanas - Cinzas volantes = Classe C Pó proveniente de fornos que queimam carvão mineral (termoelétricas) AÇÃO POZOLÂNICA – SiO2 + Ca(OH)2 + H2O Estruturas C-S-H Tamanho dos grãos e S.E. semelhante aos do cimento Portland ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA 1,51,51,5Álcalis disponível em Na2O (% máximo) 6,06,010,0Perda ao fogo (% máximo) 3,03,03,0Teor de umidade (% máximo) 5,05,04,0SO3 (% máximo) 50,070,070,0SiO2+Al2O3+Fe2O3 (% mínimo) NCNCLASSE NBR 12653Propriedade José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA Cinzas volantes: “FLY ASH” Pó proveniente de fornos que queimam carvão mineral moído como combustível, (Ex. termoelétricas a carvão). Constituídas por vidro de silicato contendo alumínio, ferro e álcalis. A pequena quantidade de matéria cristalina presente consiste geralmente de quartzo, mulita, silimanita, hematita e magnetita. Pós com 15-30% de partículas maiores do que 45 µm (200 a 300 m²/kg de finura Blaine). José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos w w w . f l y a s h d i r e c t . c o m / a s h _ i n d u s t r y . a s p ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA Cinzas volantes: “FLY ASH” As NBR não permitem a adição de cinzas volantes diretamente ao concreto, somente através das cimenteiras como adição ao cimento. José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos • Granulometria; • Características da superfície e • Morfologia dos grãos. Cinzas volantes: “FLY ASH” Quanto a % de CaO: • 1ª - menos de 10% de CaO; • 2ª - entre 10% a 30 % de CaO. SiO2 - 60 a 85% sílica-vidro e 10 a 30% em compostos cristalinos. Grau de reatividade, (velocidade de ganho da resistência mecânica), varia com: ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA Cinzas volantes: “FLY ASH” Efeitos sobre o concreto: - Retardam o ganho de resistência mecânica. Nas primeiras idades a resistência fica prejudicada devido a baixa velocidade das reações pozolânicas. Aos + - 60 dias a resistência se iguala a do clinquer hidratado. - Calor de hidratação fica menor e melhor distribuído no tempo. - Melhoram a trabalhabilidade do concreto fresco. Forma estruturas sólidas mais tarde que o clinquer. O formato dos grãos favorece a trabalhabilidade. José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Cinzas volantes: “FLY ASH” Efeitos sobre o concreto: - Minimiza a permeabilidade do concreto. Reação pozolânica fixa o hidróxido de cálcio minimiza sua solubilidade. - Minimiza a retração, por refinar os poros. - Minimiza as fissuras por contração térmica. Menor calor de hidratação. - Diminuem a possibilidade da ocorrência das reações álcali-agregados. Sílica das cinzas volantes “fixa” os álcalis nos 1os dias. ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA Resistência à compressão e as cinzas volantes http://constructionz.com/cementflyash José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA Cinzas volantes: “FLY ASH” Barragens: grandes massas de concreto CP-IV – 45% de cinzas volantes Menor calor de hidratação Minimiza reações álcali-sílica Salto Caxias - Copel Itaipú José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA Cinzas volantes: “FLY ASH” Calor de hidratação e as cinzas volantes http://constructionz.com/cementflyash ABCP José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Coleta das cinzas volantes ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA Cinzas volantes: “FLY ASH” Usina termo-elétrica a carvão mineral José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA Cinzas volantes: “FLY ASH” Melhoram a trabalhabilidade do concretofresco. • Forma estruturas sólidas mais tarde que o clínquer; • O formato dos grãos favorece a trabalhabilidade; • Facilita o bombeamento, adensamento nas formas e acabamento. Sem fly ash Com fly ash José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA Sílica ativa (microssílica): Partículas muito pequenas de sílica (SiO2), com 0,1 µm de diâmetro médio, solidificadas no estado amorfo (não cristalino), portanto extremamente reativas. Tamanho do grão de sílica ativa é de 1/100 do tamanho dos grãos do cimento ( C h e y r e z y e t a l . , 1 9 9 5 ) Imagem MEV Grãos de sílica ativa ao redor de um grão de cimento não hidratado. Sílica ativa Cimento anidro José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA S i l i c a F u m e A s s o c i a t i o n Sílica ativa (microssílica): 2.000.000 de grãos de S.A. para um grão de cimento José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA Sílica ativa (microssílica): Gera reações altamente pozolânicas, fixando a cal livre, selando muitos dos pequenos vazios internos do concreto, diminuindo a permeabilidade e aumentando muito a resistência mecânica do concreto. Grão de sílica ativa tem tamanho semelhante aos das partículas sólidas da fumaça de cigarro Imagem por Microscopia Eletrônica de Transmissão mostrando partículas de sílica ativa. (Fidjestöl e Lewis, 1999) José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA Sílica ativa (microssílica): Microfotografias com a mesma ampliação. S i l i a F u m e A s s o c i a t i o n Cimento Portland Sílica ativa 0,1 mm José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA Sílica ativa (microssílica): Também ajuda ao concreto combinando-se com os álcalis presentes no cimento, evitando as reações expansivas destes com a sílica presente nos agregados. Adição da Sílica Ativa ao concreto em caminhão betoneira (Concrebras) José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Concreto projetado com SA sofre menor perda por reflexão devido ao aumento de coesão. S i l i a F u m e A s s o c i a t i o n Sílica ativa (microssílica): Pó muito fino que tem superfície específica enorme; Prejudica enormemente a trabalhabilidade; Só é possível utilização c/ aditivos superplastificantes (SP); Em concretos - 5 a 10 % do peso de cimento. ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA Camargo S/A- Silmix Sílica ativa (microssílica): 550 kg/m3 360 kg/m3 2.220 kg/m3 20.000 m2/kg Esférico 0,2 µm Massa unitária Densificado (D) Não densificado (ND) Massa Específica Superfície Específica Formato da partícula Diâmetro médio da partícula Características Físicas (Valores aproximados) José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA Sílica ativa (microssílica): Camargo S/A- Silmix 20.000 10.000 400 a 700 300 a 500 Sílica Ativa Fumaça de cigarro Fly Ash (cinzas volantes) Cimento Portland Superfície Específica (m2/kg)Material Sílica ativa % Sílica SiO2 95/90 (média/mínimo) Características (Valores aproximados) José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos CAD Efeitos principais da sílica ativa: • Aumenta resistência mecânica; • Reduz porosidade e permeabilidade; • Aumenta durabilidade; • Reduz trabalhabilidade; • Melhora aderência; • Reduz reflexão em concreto projetado; • Reduz penetração de cloretos. ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA Sílica ativa (microssílica): José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA Sílica ativa (microssílica): Efeitos principais CAD (b) Zona de Transição pasta/agregado de um concreto de alta resistência, obtidas por microscopia eletrônica. (a) Zona de transição pasta/agregado de um concreto convencional típico. (Dalmolin, D.; 1995) José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA Sílica ativa (microssílica): Efeitos principais Aumenta resistência à compressão F O N T E : C a t á l o g o T é c n i c o T e c n o s i l % relativos à massa de cimento José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA Sílica ativa (microssílica): Efeitos principais Prejudica a trabalhabilidade I T A M B É Aumenta a coesão; Exige o uso de aditivos superplastificantes. “Efeito chicletes” Aumento de coesão devido a sílica ativa José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA Sílica ativa (microssílica): Produção Feita através da redução de quartzo a silício a 2.000°C, que é vaporizado, condensando em esferas minúsculas. www.tecnosilbr.com.br/silica_ativa.htm#características Depois de solidificadas, as pequenas partículas são coletadas em filtros eletrostáticos. José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Estrutura em Concreto Armado - CAD Altura: + de 705 m 154 a 189 pavimentos Pronto: 2009 w w w . b u r j d u b a i s k y s c r a p e r . c o m 2008.apr.14 Burj Dubai Emirados Árabes Unidos -2008 ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA Concretos utilizados nos pilares: Base: C80A (DMC 20mm) 0- 95 m - C80A (DMC 20mm) 95-452 m –C80 (DMC 14mm) 452-570 m –C60 Lajes e demais pilares - C50 Sílica ativa (microssílica): José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Casca de arroz - capa lenhosa do grão, dura, c/ alto teor de sílica (MEHTA, 1992), 50% celulose, 30% lignina e 20% sílica de base anidra. C/ queima, lignina e celulose removidas, resulta estrutura celular e porosa. Queimada parcialmente - cinza c/ certo teor de carbono c/ cor preta. Inteiramente queimada - cinza de cor acinzentada. Mesmo s/ controle rigoroso da queima apresenta propriedades pozolânicas. Finura, densidade e forma da partícula influencia propriedades pozolânicas e a retenção de água pelo concreto. ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA Cinza de casca de arroz: José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos (Cincotto,1990) Cinza da casca de arroz ( x 1.000) ( B i g n o , I s a b e l l a – I M E - R J ) ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA Cinza de casca de arroz: Efeitos similares a sílica ativa mas em menor intensidade, sobre a resistência mecânica, permeabilidade e a trabalhabilidade. CINCOTTO et al. (1990) obtiveram bons resultados nas propriedades mecânicas de argamassas substituindo até 50% de cimento Portland por cinza de casca de arroz. 0,05%Fe2O3 0,59%CaO 3,40%Kl2O 0,09%SO3 92,85%SiO2 1,00%Al2O3 1,85%MgO 0,61%Na2O Cinza de Casca de Arroz(produzida em leito fluidifizado) José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA (Joaquim Sampaio, Joana S. Coutinho, M. N. Sampaio) Cinza de casca de arroz: José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivosADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA Cinza de casca de arroz: Fluxograma simplificado da geração de cinza a partir da queima da casca de arroz em leito fluidizado (CIENTEC, 1986) José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA Cinza de casca de arroz: Aspecto do concreto com cinza de casca de arroz durante ensaio de abatimento, slump test. (Sílvia Santos) José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos (Joaquim Sampaio, Joana S. Coutinho, M. N. Sampaio) Metacaulim: Argila caolinítica beneficiada por secagem, moagem e calcinação (750 a 1000oC). Pozolana de alta reatividade, em fase amorfa (vítrea). Sofre reação pozolânica c/ hidróxidos das pastas de cimento Portland, formando estruturas C-S-H. Caulim: Al2Si2O5(OH)4 Metacaulim - Al2Si2O7 ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Metacaulim: Efeitos sobre o concreto fresco: Causa uma diminuição na segregação e exsudação, ficando o concreto com aparência “argamassada”, com melhor trabalhabilidade e maior coesão, permitindo um melhor acabamento superficial. Efeitos sobre o concreto endurecido: · Aumenta a resistência à compressão · Aumenta o módulo de elasticidade da pasta matriz · Reduz a penetração de íons de cloretos · Reduz a absorção de água · Reduz a retração · Reduz o calor de hidratação · Reduz a reatividade álcali-agregado ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Metacaulim: Efeitos sobre concreto projetado: • Dispensa o uso de aditivo acelerador na maioria dos casos; • Diminui o tempo de início de pega; • Acelera o ganho de resistência nas primeiras horas; • Garante maior aderência ao substrato. ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Metacaulim: ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA 5Ca.(OH)2 + Al2Si2O7→ 5CaO.Al2O3.2SiO2.5H2O Hidróxido de cálcio Metacaulim Cristais de Gelenita 2,59 kg/m3Massa Específica: < 1,0% retido na # 500Finura: 32.000 m2/kgSuperfície Específica: < 3,0%Fe2O3 40%Al2O3 51%SiO2 Características Físico-Químicas: Produto Metacaulim HP José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Itambé O resultado da reação é o ferro gusa, onde sobrenadam as escórias a temperaturas superiores a 1100°C. Resíduos provenientes do alto-forno siderúrgico, onde argilas calcárias (cástinas) são usadas como fundentes, e corretoras de pH. No alto-forno misturam-se o minério de ferro, (basicamente Fe2O3), o coque de carvão mineral (basicamente carbono), junto com as argilas calcárias. ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO CIMENTANTE Escórias de alto forno: José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos A escória líquida é resfriada bruscamente por meio de jatos de água sob alta pressão nos granuladores (8 a 10m3 de água por 1tf de escória). Não há tempo para formação de cristais, a escória se granula "vitrificando" e recebe o nome de Escória Granulada de Alto-Forno. Esta escória, com propriedades cimentícias, com aspecto de uma areia grossa, porosa, com um tamanho máximo do grão, de 5mm, cor branca amarelada e marrom. Escória granulada de alto forno: ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO CIMENTANTE www.slagcement.org José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Agregados de escória de alto forno: ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO CIMENTANTE www.slagcement.org www.slagcement.org A escória sai do alto forno na forma de um líquido viscoso entre 1350°C e 1500°C. Se resfriada lentamente, esta energia térmica é perdida, ocorrendo a cristalização. Na condição cristalina a escória não possui capacidade aglomerante, sendo utilizada como agregado para concreto, pavimentação e lastro de vias férreas. José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos • Resíduo do alto-forno siderúrgico; • Presença de C2S e C3S; • Grãos c/ 45 µm e 500 m²/kg de finura Blaine; • Resíduo industrial nocivo ao meio ambiente. Coque de carvão mineral - C Minério de ferro – Fe2O3 Cástinas - CaCO3 SiO2 Fe2O3 C3S C2S .... (José Freitas Jr.) ALTO-FORNO SIDERÚRGICO ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO CIMENTANTE Escória de alto forno: José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Nas escórias existe um importante percentual de silicato de cálcio. O uso das escórias no concreto é interessante o por: • Reduzir o custo do aglomerante; • Consumir material danoso ao meio ambiente; • Tornar a pasta endurecida mais resistente ao ataque por sulfatos; • Deixa o concreto menos permeável. ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO CIMENTANTE Escória de alto forno: w w w .slag ce m e nt .o rg As NBR não permitem a adição de escórias de alto forno diretamente ao concreto, somente através das cimenteiras como adição ao cimento. José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO CIMENTANTE Escória de alto forno componentes: Composição das escórias de alto-forno no Brasil, comparativamente ao Cimento Portland Comum (JOHN, 1995) 30,681,31CaO/SiO2 média -0,03 – 0,20,5 – 1,5S -0,2 – 1,50 – 2FeO 30,4 – 2,50 – 2Fe2O3 -1,5 – 92,5 – 9MgO 58 – 1911 – 18Al2O3 2238 – 5530 – 35SiO2 6624 - 3940 – 45CaO Cimento PortlandEscória ÁcidaEscória Básica José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos OUTROS ADITIVOS IMPERMEABILIZANTES e HIDROFUGANTES Aditivos Impermeabilizantes: Obturam os poros do concreto reduzindo a penetração de umidade sobre pressão. Aditivos hidrofugantes: Repelem eletricamente a água e reduzindo a penetração de umidade. Ambas as técnicas não funcionam bem com fatores a/c ou consumos de cimento muito altos, por ter sua eficiência prejudicada pela fissuração do concreto. José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Em geral tem o efeito colateral de retardar a pega. Basicamente existem três tipos que impermeabilizam o concreto:: Hidrofugantes: ● Sais inorgânicos que reagem com a cal livre do cimento formando sais cálcicos insolúveis; ● Materiais hidrófugos que se diferem daqueles do primeiro apenas por já se apresentarem na sua forma final, não reagindo com os componentes do cimento; Impermeabilizantes: ● Géis constituídos de partículas globulares que, após a quebra da emulsão no meio alcalino do cimento, aglutinam-se na presença de água, reduzindo a seção dos capilares. OUTROS ADITIVOS IMPERMEABILIZANTES e HIDROFUGANTES José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos (Freitas Jr., J.) OUTROS ADITIVOS HIDROFUGANTES Sem aditivo hidrofugante Com aditivo hidrofugante José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos OUTROS ADITIVOS HIDROFUGANTES (Vanderlei, R. D.; UEM, 2008) Concreto sem hidrofugante Concreto com hidrofugante José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Aluminatos ou sulfoaluminatos que reagem c/ cal do cimento e a água, desprendendo hidrogênio que forma bolhas e provoca expansão. Expansões de 3 a 8 % no volume da massa. A porosidade criada prejudica as características mecânicas do concreto. Usados p/ compensar os efeitos da retração em concretos, caldas para injeção e argamassas com a finalidade de torná-las expansivas. Uso em “chumbamentos” de peças e “encunhamento” de alvenarias. OUTROS ADITIVOS EXPANSORES Encunhamento de alvenarias usando argamassa com expansor. (Freitas Jr., J. A.) José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos OUTROS ADITIVOS INIBIDORES DE CORROSÃO Bloqueiam a formação da micropilha (reação anódica/catódica) por um tempo, retardandoo início da corrosão do aço. Reduzem principalmente os efeitos dos cloretos. Prejudicam a trabalhabilidade. Existem também inibidores de corrosão para aplicação superficial no concreto endurecido. Proteção adicional das armaduras através de inibidores introduzidos no concreto na produção ou por impregnação posterior. (Sika, 1996) Impregnação Mistura na massa José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Baseados no lítio Hidróxido, carbonato ou fluorito de lítio, funcionam reagindo com os álcalis antes da sílica dos agregados. O produto da reação não é expansivo. Inconveniente: tóxico. OUTROS ADITIVOS CONTROLADORES DAS REAÇÕES ÁLCALI-SÍLICA: Aplicação de lítio por impregnação em pavimento afetado por RAA. A d a m s , N . ; S t o k e s , D . , C o n c r e t e I n t . , 8 / 2 0 0 2 ) Aditivo a base de lítio misturado na massa de concreto para pavimento. w w w . a x i m c o n c r e t e . c o m José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos OUTROS ADITIVOS CONTROLADORES DAS REAÇÕES ÁLCALI-SÍLICA: Aditivos minerais pozolânicos •Pequenas partículas silicosas reagem e “consomem” os álcalis, enquanto a pasta tem muitos vazios; •Não sobra álcalis para reagir com a sílica dos agregados; •Cinzas volantes prejudicam o ganho de resistência; •A sílica ativa prejudica a trabalhabilidade e tem alto custo. José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos OUTROS ADITIVOS REDUTORES DE RETRAÇÃO: ARR Reduzem a tensão superficial da água no interior dos vazios capilares. Fenômeno que resulta na minimização das tensões decorrentes da saída da água. A água não forma mísulas que atraem e aproximam as paredes dos poros. Atualmente aditivos de custo alto, mas tem aplicações interessantes em pisos de concreto, por exemplo, minimizando nestes a necessidade de juntas. José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos Materiais de Construção ADITIVOS PARA CONCRETO REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS: •CONCRETO: Estrutura, Propriedades e Materiais, P. Kumar Mehta e Paulo J. M. Monteiro, São Paulo: Pini, 1994. •CONCRETE, Microstucture,Properties and Materials, , P. Kumar Mehta e Paulo J. M. Monteiro, McGraw-Hill, 2006 •MANUAL DO CONCRETO DOSADO EM CENTRAL – ABESC •Palestras Eng. José Eduardo Granato - BASF Construction Chemicals Brasil •Grace Aditivos •ESTUDO DA VIABILIDADE DA UTILIZAÇÃO DE CINZAS DE CASCA DE ARROZ RESIDUAL EM CONCRETOS E ARGAMASSAS, Sílvia Santos, UFSC, 1997. •CONTRIBUIÇÃO AO CONHECIMENTO DAS PROPRIEDADES DO CIMENTO PORTLAND DE ALTO FORNO, Arnaldo Battagin e Mauro Esper, ABCP, 1988
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