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MARIA FERNANDA PORTO ESTUDO EXPLORATÓRIO DE CONCRETO LEVE AUTOADENSÁVEL COM ARGILA EXPANDIDA Londrina 2018 MARIA FERNANDA PORTO ESTUDO EXPLORATÓRIO DE CONCRETO LEVE AUTOADENSÁVEL COM ARGILA EXPANDIDA Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Engenharia Civil da Universidade Estadual de Londrina, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Prof.ª Dr.ª Berenice Martins Toralles. LONDRINA/PR 2018 MARIA FERNANDA PORTO ESTUDO EXPLORATÓRIO DE CONCRETO LEVE AUTOADENSÁVEL COM ARGILA EXPANDIDA Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de graduação em Engenharia Civil da Universidade Estadual de Londrina, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil. BANCA EXAMINADORA _____________________________________ Profª Drª Berenice Martins Toralles Universidade Estadual de Londrina _____________________________________ Me. Gersson Sandoval Universidade Estadual de Londrina _____________________________________ Meº. Guilherme Perosso Universidade Estadual de Londrina Londrina, 26 de janeiro de 2018 AGRADECIMENTOS Gostaria de agradecer primeiramente aos meus pais, pelo apoio e amor incondicional, pela presença constante e por serem o meu maior exemplo de determinação e perserverança. Aos meus irmãos, Tarcísio, Ricardo, Melissa e Joice, por estarem sempre presentes mesmo com a distância e por acreditarem mais em mim do que muitas vezes eu acreditei. À minha orientadora, Berenice Martins Toralles, por todo conhecimento repassado, pela paciência e apoio durante todo este trabalho. Aos alunos de iniciação científica, Ester Meira Ramos Amorin e Carlos Lazari pelo tempo disponibilizado em favor do meu trabalho. Especialmente ao Carlos, que esteve presente em toda a produção do concreto autoadensável. À empresa Cinexpan por toda a disposição em fornece o agregado leve necessário para a realização desta pesquisa. Aos técnicos dos Laboratórios de Materiais pela paciência e auxílio durante os ensaios e aos técnicos do Labotório de Maquetes pela disposição em produzir o equipamento para as minhas análises. Às meninas que dividem apartamento comigo, Luana e Verena, pela paciência durante esses cinco anos e por sempre estarem disponíveis quando que eu precisei. Aos meus amigos, pelos choros, risadas, madrugadas acordados, por estarem presentes em todos os momentos, por compartilharem esses cinco anos de engenharia comigo, pela paciência com todas as minhas reclamações e por sempre acreditarem em mim. Levarei vocês para sempre comigo. E a todos que contribuíram, direta ou indiretamente, para a realização deste trabalho. “Um homem feliz está muito satisfeito com o presente para falar muito sobre o futuro”. Albert Einstein PORTO, Maria Fernanda. Estudo exploratório do concreto autoadensável leve com argila expandida. 2018 p. 111. Trabalho de Conclusão de Curso em Engenharia Civil – Universidade Estadual de Londrina, Londrina, 2018. RESUMO O concreto leve autoadensável (CLAA) é um tipo de concreto de alto desempenho desenvolvido a partir do concreto autoadensável (CAA) que une as propriedades do concreto leve – diminuição das cargas estruturais, alta capacidade de isolamento, resistência contra o fogo e ataques químicos – e do concreto autoadensável – aumento da durabilidade, capacidade de preenchimento passagem do material e resistência à segregação. Este trabalho tem como objetivo a produção do concreto leve autoadensável com a incorporação de agregados de argila expandida em substituição aos agregados convencionais, além disso, pretende comparar os efeitos de diferentes tipos de adições, em argamassa, com relação às propriedades em estado fresco através de testes não normativos desenvolvidos no laboratório de materiais de construção da Universidade Estadual de Londrina. Para tanto, o procedimento experimental foi dividido em duas etapas, a primeira é chamada de etapa exploratória, na qual se realizou os estudos em fase de argamassa e a segunda, chamada de etapa de produção do concreto autoadensável leve, trata de adequar o traço do concreto leve autoadensável a partir do traço utilizado para a produção da argamassa e avaliar as características no estado fresco e endurecido do CLAA e da sua referência. Na etapa exploratória, foi possível determinar que os testes desenvolvidos nesta etapa necessitam de mais estudos para definir os limites de uma argamassa utilizável no concreto autoadensável, além disso, determinou-se que a adição de calcário dolomítico produz as argamassas mais fluídas, com pouca exsudação enquanto que a utilização da sílica ativa faz com que haja uma diminuição significativa da fluidez, porém com um controle maior sobre a exsudação dos materiais, por fim, a adição do pó de basalto apresentou um caráter intermediário entre as duas outras adições. Já na etapa de produção do concreto leve autoadensável notou-se que o concreto autoadensável de referência (CAAREF) ficou aquém das características necessárias de autoadensabilidade, enquanto que o concreto leve autoadensável (CLAA100) obteve resultados adequados de fluidez - 66 cm de espalhamento e t500 de 4,3 segundos no slump-flow e 6 segundos no tempo de escoamento no funil V – e não atingiu o requerido para a habilidade passante nos ensaios de anel J e caixa L. Com relação as propriedades mecânicas aos 7 dias, o CAAREF obteve 35,9 MPa de resistência à compressão, 2,15 kg/dm³ de massa específica e 7,19% de absorção. Já o CLAA100 obteve 38,8 MPa de resistência à compressão, 1,82 kg/dm³ de massa específica e uma absorção de 9,6%. Tais resultados mostram que a substituição do agregado graúdo basáltico pelo agregado leve de argila expandida pode gerar resultados satisfatórios na produção do concreto leve autoadensável. Palavras chave: Concreto autoadensável leve (CLAA), argila expandida. PORTO, Maria Fernanda. Exploratory study of self-compacting ligthweigh concrete with expanded clay. 2018 p. 111. Conclusion Work of Graduation in Civil Engineering - State University of Londrina, Londrina, 2018. ABSTRACT The self-compacting lightweight concrete (SCLC) is a type of high performance concrete developed from the self-compacting concrete (SCC) that join the properties of lightweight concrete – reduced structural loads, high insulation capacity, fire and chemical resistance – and properties of self-compacting concrete – increase durability, filling capacity and resistance to segregation. This work has the goal of producing self- compacting lightweight with the incorporation of aggregates of expanded clay replacing the conventional aggregates, besides that, intends to compare the effects of different types of additions, in mortar, in relation to the properties in fresh state through non- normative tests developed in the laboratory of building materials of the State University of Londrina. Therefore, the experimental proceed was divided in two steps, the first, was called the exploratory stage, in which the mortar phases studies was carry out. The second, called the production stage of self-compacting lightweight concrete, inwhich deals with the adjustment of the trace of the self-compacting lightweight concrete from the trace used for the production of the mortar and the evaluation of the characteristics in the fresh and hardened state of the CLAA and its reference. In the exploratory stage was possible to determine that the non-normative tests developed in this stage requires further studies to define the limits of a usable mortar as a self- compacting concrete. In addition, it was determined that the addition of dolomitic produces the most fluid mortars with little exudation during the tests. While the use of active silica causes a significant decrease in the flowability, but with a greater control over the exudation of the materials. Finally, the addition of the basalt powder presented an intermediate character between the two other additions. Meanwhile, in the production stage of the self-compacting lightweight concrete, it was noticed that the reference self-compacting concrete (CAAREF) do not reach the necessary characteristics of self-compacting concrete. The self-compacting lightweight concrete (CLAA100) obtained adequate fluidity results - 66 cm of spreading and t500 of 4.3 seconds in the slump flow and 6 seconds in the time of flow in the funnel V - and did not reach the required for the passing ability in the tests of ring J and box L. Concerning the mechanical properties at 7 days, CAAREF obtained 35.9 MPa of compressive strength, 2.15 kg/ m³ of specific mass and 7.19% of absorption. Already the CLAA100 38.8 MPa of compressive strength, 1,82 kg/dm³ of specific mass and an absorption of 9.6%.These results show that basaltic aggregate replacement by the light aggregate of expanded clay can generate very satisfactory results in the production of lightweight self-compacting concrete. Keywords: self-compacting lightweight concrete (SCLC), expanded clay. LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Comparação entre a composição volumétrica do concreto convencional e do CAA. ..................................................................................................................... 19 Figura 2 - Traços de CAA na literatura nacional e internacional.Erro! Indicador não definido. Figura 3 - Procedimento de dosagem segundo Okamura, Ozawa e Ouchi .............. 22 Figura 4 - Procedimento de dosagem segundo Gomes et al (2002) ........................ 23 Figura 5 - Procedimento de dosagem segundo Tutikian .......................................... 25 Figura 6 - Procedimento de dosagem segundo Melo ............................................... 26 Figura 7 - Construção das arquibancadas da Arena Pernambuco. .......................... 27 Figura 8 - Construção das rampas de acesso da Arena Pernambuco. .................... 28 Figura 9 - Museu Iberê Camargo realizado em CAA branco. ................................... 28 Figura 10 - Histórico do concreto autoadensável leve .............................................. 31 Figura 11 - Tipos de adições e seus efeitos na produção do concreto autoadensável .................................................................................................................................. 34 Figura 12 - Espectro dos agregados leves ............................................................... 37 Figura 13 - Traços de CLAA obtidos na literatura nacional e internacional.. ............ 40 Figura 14 - Características obtidas com as dosagens de CLAA. .............................. 40 Figura 15 – Tronco de cone...................................................................................... 42 Figura 16 - Slump-flow ............................................................................................. 43 Figura 17 - Funil V: (a) Concreto, (b) Argamassa ..................................................... 45 Figura 18 – Anel Japonês ......................................................................................... 46 Figura 19 - Caixa L ................................................................................................... 48 Figura 20 - Argila Expandida (AL1) imersa em água. ............................................... 53 Figura 21 - Argila expandida utilizada na produção do concreto autoadensável leve. .................................................................................................................................. 53 Figura 22 - Fluxograma da metodologia ................................................................... 55 Figura 23 - Fluxograma da etapa exploratória. ......................................................... 56 Figura 24 - Curvas granulométricas das areias. ....................................................... 58 Figura 25 - Infográfico do procedimento de mistura das argamassas. ..................... 61 Figura 26 - Equipamento para realização do teste A. ............................................... 63 Figura 27 - Teste B ................................................................................................... 64 Figura 28 - Fluxograma da etapa de produção do concreto autoadensável leve. .... 65 Figura 29 - Infográfico do primeiro procedimento de mistura utilizado na produção do CAAREF e do CLAA100. ............................................................................................... 67 Figura 30 - Infográfico do procedimento final de mistura utilizado na produção do CAAREF e do CLAA100. ............................................................................................... 67 Figura 31 - Gráfico das médias de velocidades no teste A com o traço 1 de argamassa .................................................................................................................................. 71 Figura 32 - Gráfico do espalhamento no tronco de cone do traço 1 de argamassa . 72 Figura 33 - Argamassas traço 1 - a) ARG1_SIL, b) ARG1_CAL e c) ARG1_BAS. .. 74 Figura 34 – Gráfico das médias de velocidades obtidas no teste A com o traço 2 de argamassa................................................................................................................. 76 Figura 35 - Gráfico do espalhamento no ensaio do tronco de cone do traço 2 de argamassa................................................................................................................. 77 Figura 36 - Argamassas traço 2 - a) ARG2_SIL, b) ARG2_CAL e c) ARG2_BAS ... 79 Figura 37 - Gráfico do teste B no traço 2 de argamassa .......................................... 79 Figura 38 - Granulometria da argila expandida AL2. ................................................ 83 Figura 39 - Granulometria do agregado graúdo de basalto. ..................................... 84 Figura 40 - Granulometria das composições de agregado miúdo e graúdo. ............ 85 Figura 41 - Primeira tentativa de produção do concreto. .......................................... 86 Figura 42 - Concreto autoadensável leve após ajuste da quantidade de argamassa. .................................................................................................................................. 87 Figura 43 - Primeira produção do concreto autoadensável leve de referência. ........ 88 Figura 44 - Traço de concreto autoadensável com adição de sílica ativa. ............... 89 Figura 45 - Traço final do concreto autoadensável. .................................................. 90 Figura 46 - Slump-flow teste do concreto autoadensável de referência ................... 91 Figura 47 - Ensaio do anel J para o concreto autoadensável de referência. ............ 92 Figura 48 - Ensaio Funil V para o concreto autoadensável de referência. ............... 93 Figura 49 - Ensaio da caixa L para o concreto autoadensável de referência. .......... 94 Figura50 - Slump flow teste do concreto autoadensável leve.................................. 95 Figura 51 - Ensaio do anel J para o concreto autoadensável leve. .......................... 96 Figura 52 - Ensaio do funil V do concreto autoadensável leve. ................................ 97 Figura 53 - Ensaio da caixa L do concreto autoadensável leve. ............................... 98 Figura 54 - Corpos de prova do concreto autoadensável de referência após a desmoldagem. ........................................................................................................... 99 Figura 55 - Distribuição dos agregados no corpo de prova do concreto autoadensável de referência. .......................................................................................................... 101 Figura 56 - Corpos de prova do concreto autoadensável leve após a desmoldagem. ................................................................................................................................ 102 Figura 57 - Distribuição dos agregados no corpo de prova do concreto autoadensável leve. ......................................................................................................................... 103 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Classificação das adições ........................................................................ 33 Tabela 2 - Propriedades das argilas expandidas comercializadas no Brasil............. 38 Tabela 3 - Classe de espalhamento segundo ABNT NBR 15823-1/2017 ................. 43 Tabela 4 - Classe de viscosidade plástica aparente segundo a ABNT NBR 15823- 1/2017 ....................................................................................................................... 44 Tabela 5 - Classificação dos resultados do Funil V segundo a ABNT NBR 15823- 1/2017. ...................................................................................................................... 46 Tabela 6 - Classificação dos resultados do anel japonês segundo a ABNT NBR 15823- 1 (2017) ..................................................................................................................... 47 Tabela 7 - Classificação dos resultados da Caixa L segundo ABNT NBR 15823-1/2017 .................................................................................................................................. 48 Tabela 8 - Propriedades da sílica ativa ..................................................................... 52 Tabela 9 - Propriedades do superplastificante ADVA CAST 525 .............................. 54 Tabela 10 - Propriedades do superplastificante CQ Flow 3750. ............................... 54 Tabela 11 - Propriedades do Látex PVA. .................................................................. 54 Tabela 12 - Ensaios de caracterização do agregado miúdo ..................................... 57 Tabela 13 - Composição granulométrica das areias. ................................................ 57 Tabela 14 - Massa específica, massa unitária e teor de pulverulento das areias. .... 60 Tabela 15 - Traço unitário 1 da argamassa. ............................................................. 60 Tabela 16 - Traço unitário 2 da argamassa. ............................................................. 61 Tabela 17 - Ensaios no estado fresco realizado em argamassa. .............................. 62 Tabela 18 - Ensaios para caracterização dos agregados graúdos ........................... 65 Tabela 19 - Traço unitário para o concreto autoadensável obtido através dos ensaios com a argamassa. ..................................................................................................... 66 Tabela 20 - Traço unitário final do concreto autoadensável obtido após os ajustes. 66 Tabela 21 - Ensaios no estado fresco ....................................................................... 68 Tabela 22 - Ensaios no estado endurecido ............................................................... 69 Tabela 23 - Resultados obtidos no teste A do traço 1 de argamassa ....................... 70 Tabela 24 - Resultados do ensaio do tronco de cone no traço 1 de argamassa ...... 71 Tabela 25 - Área relativa de espalhamento (Gm) das argamassas - traço 1. ........... 73 Tabela 26 - Massa específica no estado fresco do traço 1 de argamassa ............... 74 Tabela 27 - Resultados obtidos no ensaio de viscosidade no traço 2 de argamassa .................................................................................................................................. 75 Tabela 28 - Resultados do ensaio do tronco de cone no traço 2 de argamassa ..... 76 Tabela 29 - Área relativa de espalhamento (Gm) do traço 2 de argamassa. ............ 77 Tabela 30 - Massa específica no estado fresco do traço 2 de argamassa ............... 80 Tabela 31 - Massa específica, massa unitária e absorção da argila expandida AL1. .................................................................................................................................. 81 Tabela 32 - Massa específica, massa unitária e absorção da argila expandida AL2. .................................................................................................................................. 82 Tabela 33 - Massa específica, massa unitária e absorção do AGB. ......................... 83 Tabela 35 - Traço de concreto após ajuste da quantidade de argamassa. .............. 86 Tabela 36 - Resistência à compressão do concreto autoadensável de referência aos 7 dias. ...................................................................................................................... 100 Tabela 37 - Absorção e massa específica do concreto autoadensável de referência. ................................................................................................................................ 101 Tabela 38 - Resistência à compressão do concreto autoadensável leve aos 7 dias. ................................................................................................................................ 102 Tabela 39 - Absorção e massa específica do concreto autoadensável leve. .......... 104 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 14 1.1 JUSTIFICATIVA .................................................................................................. 14 1.2 QUESTÃO DA PESQUISA .................................................................................. 15 1.3 OBJETIVO GERAL ............................................................................................. 15 1.4 OBJETIVO ESPECÍFICO .................................................................................... 16 1.5 DELIMITAÇÃO DA PESQUISA ........................................................................... 16 1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO ............................................................................ 16 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................. 17 2.1 CONCRETO AUTOADENSÁVEL (CAA) ............................................................. 17 2.1.1 Dosagem de Concreto...................................................................................... 19 2.1.1.1 Método Okamura, Ozawa e Ouchi (2000) ..................................................... 21 2.1.1.2 Método Gomes et al. (2002) .......................................................................... 23 2.1.1.3 Método Tutikian (2004) ..................................................................................24 2.1.1.4 Método Repette-Melo (2005) ......................................................................... 25 2.2 CONCRETO AUTOADENSÁVEL LEVE (CLAA) ................................................. 29 2.2.1 Histórico ........................................................................................................... 30 2.2.2 Materiais constituintes ...................................................................................... 31 2.2.2.1 Cimento ......................................................................................................... 31 2.2.2.2 Adições .......................................................................................................... 32 2.2.2.3 Aditivos .......................................................................................................... 34 2.2.2.4 Agregado miúdo ............................................................................................ 35 2.2.2.5 Agregado graúdo leve ................................................................................... 36 2.2.2.6 Água .............................................................................................................. 38 2.2.3 Dosagem autoadensável leve .......................................................................... 39 2.2.4 Propriedades do CLAA em Estado Fresco ....................................................... 41 2.2.4.1 Tronco de cone ............................................................................................. 41 2.2.4.2 Slump-flow ..................................................................................................... 42 2.2.4.3 Funil V ........................................................................................................... 44 2.2.4.4 Anel japonês .................................................................................................. 46 2.2.4.5 Caixa em L .................................................................................................... 47 2.2.5 Propriedades no Estado Endurecido ................................................................ 48 2.2.5.1 Resistência à compressão ............................................................................ 49 3 MATERIAIS E MÉTODOS ..................................................................................... 51 3.1 MATERIAIS ......................................................................................................... 51 3.1.1 Cimento ............................................................................................................ 51 3.1.2 Sílica ativa ........................................................................................................ 51 3.1.3 Pó de basalto ................................................................................................... 52 3.1.4 Fíler calcário dolomítico .................................................................................... 52 3.1.5 Agregado miúdo ............................................................................................... 52 3.1.6 Agregado graúdo .............................................................................................. 52 3.1.7 Aditivo redutor de água .................................................................................... 54 3.1.8 Água ................................................................................................................. 54 3.1.9 Látex PVA ........................................................................................................ 54 3.2 MÉTODOS .......................................................................................................... 55 3.2.1 Etapa exploratória ............................................................................................ 56 3.2.1.1 Caracterização do cimento e das adições ..................................................... 56 3.2.1.2 Caracterização do agregado miúdo .............................................................. 57 3.2.1.3 Dosagem argamassa .................................................................................... 60 3.2.1.3 Ensaios em argamassa ................................................................................. 61 3.2.2 Etapa de produção do concreto leve autoadensável ........................................ 64 3.2.2.1 Caracterização do agregado graúdo ............................................................. 65 3.2.2.2 Dosagem e mistura do concreto autoadensável leve .................................... 66 3.2.2.3 Moldagem e cura ........................................................................................... 68 3.2.2.4 Ensaios no estado fresco .............................................................................. 68 3.2.2.5 Ensaios no estado endurecido ...................................................................... 68 4 RESULTADOS E ANÁLISE ................................................................................... 69 4.1 ETAPA EXPLORATÓRIA .................................................................................... 70 4.1.1 Argamassa – Traço 1 ....................................................................................... 70 4.1.2 Argamassa – Traço 2 ....................................................................................... 75 4.1.3 Conclusões da etapa exploratória .................................................................... 80 4.2 ETAPA DE PRODUÇÃO DO CONCRETO AUTOADESÁVEL LEVE ................. 81 4.2.1 Caracterização do agregado graúdo ................................................................ 81 4.2.2 Ajuste do traço ................................................................................................. 85 4.2.3 Ensaios no Estado Fresco ................................................................................ 90 4.2.3.1 Concreto Autoadensável de Referência ........................................................ 90 4.2.3.1.1 SLUMP-FLOW............................................................................................ 91 4.2.3.1.2 ANEL JAPÔNES ........................................................................................ 92 4.2.3.1.3 FUNIL V ...................................................................................................... 92 4.2.3.1.3 CAIXA L ...................................................................................................... 94 4.2.3.2 Concreto Leve Autoadensável ...................................................................... 95 4.2.3.2.1 SLUMP-FLOW............................................................................................ 95 4.2.3.2.2 ANEL JAPONÊS ........................................................................................ 96 4.2.3.2.3 FUNIL V ...................................................................................................... 97 4.2.3.2.4 CAIXA L ...................................................................................................... 98 4.2.4 Ensaios no Estado Endurecido ........................................................................ 99 4.2.4.1 Concreto Autoadensável de Referência ........................................................ 99 4.2.4.2 Concreto Leve Autoadensável .................................................................... 102 5 CONCLUSÕES .................................................................................................... 105 REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 107 14 1 INTRODUÇÃO O concreto autoadensável é considerado como um concreto especial e para que sejapossível que o mesmo seja utilizado com mais regularidade sistemas para a sua dosagem, fabricação e construção devem ser estabelecidos (OKAMURA e OUCHI, 2003). Este material traz como benefícios a redução dos esforços pelos operários para realização do lançamento, o que gera redução no tempo de manuseio e adensamento, ocasionando maior produtividade e menor custo final da concretagem (BORJA, 2011). Já o concreto leve, conhecido pela indústria da construção como um material de características opostas ao concreto autoadensável, é uma solução para a diminuição do peso próprio da estrutura enquanto que o CAA é um material moderno que facilita o lançamento e diminui problemas de durabilidade. Por isso foram feitos alguns esforços de combinar as vantagens desses dois materiais em um novo material chamado concreto leve autoadensável (CLAA) (VAKHSHOURI; NEJADI, 2016). A racionalização dos processos construtivos como forma de acelerar a produtividade das estruturas de concreto, principalmente em elementos pré- fabricados, tem estimulado os estudos de estruturas em concreto leve e concreto autoadensável em substituição ao uso do concreto convencional (ASSUNÇÃO, 2016). Por fim, o concreto leve autoadensável é um tipo de concreto de alto desempenho desenvolvido a partir do concreto autoadensável, unindo as propriedades do concreto leve – diminuição das cargas estruturais, alta capacidade de isolamento, resistência contra o fogo e ataques químicos - e do concreto autoadensável – aumento da durabilidade, capacidade de preenchimento, passagem do material e resistência a segregação (BORJA, 2011; PAPANICOLAOU e KAFFETZAKIS, 2011). Desta forma, este trabalho tem o objetivo de agregar conhecimento ao desenvolvimento do concreto leve autoadensável realizando um estudo da produção do mesmo e assim verificando os principais pontos de dificuldade. 1.1 JUSTIFICATIVA Apesar das vantagens apresentadas pelo material, há pouca literatura disponível sobre o concreto leve autoadensável, sendo que os estudos são 15 concentrados na região asiática. No Brasil, o tema está sendo pouco estudado e seu foco principal é com o uso da argila expandida, porém, em todos os trabalhos o assunto foi tratado apenas academicamente, sem aplicações do CLAA na indústria. Na literatura internacional, este material tem sido apresentado como ideal para o uso em indústria de pré-fabricados (ASSUNÇÃO, 2016). O CLAA pode ser a resposta para os crescentes requisitos da construção de elementos estruturais mais esbeltos e fortemente armados graças à redução de peso e a facilidade de lançamento. Além disso, a vibração de concretos leves tende a ser menos eficiente, fazendo com que o concreto leve autoadensável seja mais competitivo (BOGAS; GOMES; PEREIRA, 2012). A indústria de pré-fabricados vem se destacando no cenário da construção civil brasileira como uma legítima representante da industrialização da construção civil (DONIAK e GUTSEIN, 2011). Graças a sua rapidez e produtividade, os elementos pré-fabricados de concreto encontram-se cada vez mais utilizados em obras industriais, comerciais, estádios, edificações habitacionais e obras de infraestruturas. Assim, a aplicação de novas tecnologias, como concretos leves autoadensáveis, podem contribuir para incrementar o potencial da pré-fabricação no Brasil (ASSUNÇÃO, 2016). Portanto, o estudo do concreto leve autoadensável se justifica pelo fato do mesmo ser um material com grande potencial principalmente para a indústria de pré- fabricados, por aumentar a rapidez e a produtividade, por produzir peças com menor peso próprio e, portanto, com maior facilidade de manuseio e transporte, por diminuir o ruído do processo de adensamento e por garantir o melhor acabamento das peças. 1.2 QUESTÃO DA PESQUISA É possível utilizar agregados leves na produção do concreto autoadensável? 1.3 OBJETIVO GERAL Produzir concretos leves autoadensáveis (CLAA) com a incorporação de agregados de argila expandida em substituição aos agregados convencionais. 16 1.4 OBJETIVO ESPECÍFICO Comparar o efeito de diferentes tipos de adições minerais, em argamassa, com relação às propriedades em estado fresco. 1.5 DELIMITAÇÃO DA PESQUISA Esta pesquisa se aplica ao estudo de concretos autoadensáveis leves produzidos com cimento CPIIZ-32 utilizando argila expandida em substituição ao agregado graúdo de basalto. Assim como, o estudo da influência das adições minerais, em argamassa, com relação às propriedades no estado fresco. 1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO A estrutura do trabalho, para facilitar o entendimento do mesmo, está dividida em seis capítulos. No primeiro capítulo encontra-se a introdução sobre o tema, a justificativa, o objetivo, a delimitação da pesquisa e a estrutura do trabalho. O segundo capítulo contém a revisão bibliográfica apresentando um breve histórico do tema, as características do material estudado assim como seus materiais constituintes. Além disso, descreve as propriedades no estado fresco, os métodos de ensaios para determinação destas características, as propriedades no estado endurecido do concreto leve autoadensável e alguns métodos de dosagem. O terceiro capítulo trata dos materiais e métodos a serem utilizados para alcançar o objetivo deste trabalho. Os resultados, assim como as análises do mesmo, estão apresentados no quarto capítulo. No quinto capítulo estão expostas as conclusões sobre os resultados obtidos assim como sugestões para trabalhos futuros. Por fim, no sexto capítulo encontra-se as referências bibliográficas apresentadas ao longo deste trabalho. 17 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 CONCRETO AUTOADENSÁVEL (CAA) O CAA é considerado uma das grandes revoluções ocorridas na tecnologia do concreto nas últimas décadas, possibilitando várias vantagens como diminuição do tempo da construção e redução da mão de obra no canteiro por eliminar a etapa de adensamento. Além disso, proporciona a melhora do acabamento final da superfície, 18 o que evita falhas no concreto, permitindo a liberdade de formas e uso de peças com seção reduzida e, por fim, elimina o ruído do processo de adensamento (TUTIKIAN e DAL MOLIN, 2015). Um concreto só será autoadensável se alcançar simultaneamente as seguintes propriedades: fluidez, coesão necessária para escoamento entre as barras de aço e resistência à segregação (EFNARC, 2005). Dependendo da abordagem escolhida para controlar a exsudação e a segregação, Mehta e Monteiro (2014) classificam os concretos autoadensáveis em duas categorias: (a) com grande teor de finos, ou seja, mais de 400kg/m³ de cimento + adições; (b) com aditivos químicos modificadores de viscosidade que diminuem o alto consumo de finos. As principais diferenças entre o concreto convencional e o concreto autoadensável são as características reológicas superiores do último. Este tem por característica ser um concreto fluído com abatimento acima de 200mm e um espalhamento acima de 600mm, propriedades estas que são alcançadas com uma maior proporção de pasta de cimento-agregado e utilização de aditivos modificadores de viscosidade e superplastificantes (MEHTA; MONTEIRO, 2014). Segundo Borja (2011), a viscosidade do concreto é uma propriedade relacionada à sua consistência no estado fresco, quanto maior a viscosidade do concreto, maior a sua resistência ao escoamento. Viscosidade é medida por um coeficiente que dependedo atrito interno em consequência à coesão das partículas de seus componentes. Portanto, quanto maior seu coeficiente de viscosidade, menor é a sua fluidez e também menor é a velocidade com que o fluído se movimenta (MANUEL, 2005). Além disso, viscosidades muito baixas podem ocasionar segregação enquanto que viscosidades elevadas podem prejudicar a capacidade de preenchimento. Assim, deve-se procurar dosar CAAs com viscosidades relativamente baixas evitando a segregação através do correto proporcionamento da mistura, escolha do tipo e teor de aditivo, determinação do teor de finos e pela distribuição granulométrica dos materiais constituintes. Melo (2005) reforça a necessidade de maior atenção quanto à definição do traço, uma vez que é indispensável obter a fluidez adequada, evitando qualquer segregação e recomendando o ajuste do traço em laboratório a partir da pasta, seguindo para argamassa e, por fim, para o concreto. 19 Basicamente, todos os materiais utilizados na fabricação do concreto convencional podem ser utilizados na fabricação do CAA, porém, para obter suas características no estado fresco é necessária maior adição de finos, aditivos superplastificantes e, eventualmente, aditivos modificadores de viscosidades (BORJA, 2011). A composição dos materiais utilizados na fabricação do CAA pode ser visualizada na Figura 1 por meio da comparação entre as quantidades volumétricas encontradas em um concreto convencional e no concreto autoadensável. Figura 1 - Comparação entre a composição volumétrica do concreto convencional e do CAA. Fonte: Adaptado de Okamura e Ouchi (2003) A utilização dos melhores materiais disponíveis aliada a uma dosagem perfeita e um excelente projeto estrutural não garante um produto final (concreto endurecido) com a qualidade desejada, pois os processos de lançamento, vibração e cura do concreto são fundamentais e os mais difíceis de ser controlados. Com a utilização do CAA, o lançamento e o adensamento deixam de ser os pontos fracos, mas não eliminam os cuidados com as outras operações (MANUEL, 2005). Por isso, a introdução do CAA no mercado representa um grande avanço tecnológico, que pode levar a uma melhor qualidade do concreto produzido e a um processo construtivo mais rápido e econômico (SONEBI, 2004). 2.1.1 Dosagem de Concreto 20 A dosagem do concreto autoadensável tem sido foco de diversos estudos pelo mundo (ASSUNÇAO, 2016; REPETTE, 2011). A dificuldade no proporcionamento do CAA ocorre pelo fato de que se deve alcançar características como elevada fluidez, resistência à segregação, capacidade de passar por regiões confinadas e de adensar através da ação do seu peso próprio (REPETTE, 2011). No Brasil, diversos métodos de dosagem foram realizados com destaque para os propostos por Gomes (2002), Tutikian (2004), Repette e Melo (2005), Tutikian e Dal Molin (2008) (ASSUNÇÃO, 2016). Durante a dosagem, alguns princípios básicos devem ser adotados: para alcançar a elevada fluidez, a pasta de concreto deve espaçar adequadamente os agregados, fazendo com que o atrito interno entre os mesmos não prejudique a capacidade do concreto de escoar e para resistir a segregação, o concreto deve ter uma viscosidade suficientemente elevada, mantendo os agregados em suspensão, evitando a segregação por ação da gravidade ou pela restrição à passagem (bloqueio) (REPETTE, 2011). Na Figura 2 abaixo podem ser visualizados alguns traços de concreto autoadensável encontrados na literatura, além disso, apresenta-se as características de resistência à compressão e slump flow obtidas em cada dosagem. 21 Figura 2 - Traços de CAA encontrados na literatura nacional e internacional. CIM=Cimento, CV=cinza volante, FC=Fíler calcário, EAF=Escória de alto forno, SA=Sílica ativa, CCA=Cinza da casca de arroz, SP=Aditivo superplastificante, VMA=Aditivo modificador de viscosidade, fc28=resistência à compressão aos 28 dias; Fonte: Adaptado de Manuel (2005). 2.1.1.1 Método Okamura, Ozawa e Ouchi (2000) O método foi apresentado pela primeira vez em 1998 na Universidade de Tóquio e sua base considera que o concreto é dividido em duas fases: argamassa e CIM CV F EAF SA CCA AREIA BRITA ÁGUA SP VMA Slump flow (mm) fc28 350,0 134 0 0 0 0 852 934 175 0,54% 0 700 40,0 Ravindrarajah et al., 2003 350,0 168 0 0 0 0 835 917 192,5 2,79 0 740 55,6 Ravindrarajah et al., 2003 285,0 0 265 0 0 0 915 770 180 5 0 650 50,9 Zhu e Bartos, 2002 330,0 0 178 0 0 0 825 830 180 7,2 0 695 42,0 Ho et al., 2001 515,0 0 196 0 0 0 688 818 160 12,04 0 615 59,6 Nunes, 2001 498,0 0 190 0 0 0 703 779 177 8,84 0 600 46,6 Nunes, 2001 506,0 0 193 0 0 0 719 742 180 9,09 0 622 51,0 Nunes, 2001 421,0 0 211 0 0 0 727 799 211 4,9 0 770 37,3 Lisbôa, 2004 378,0 200 0 0 0 0 714 818 181 0,95% 0 680 - Takada, 2004 285,0 122 0 0 0 0 772 905 187 5,76 0 679 39,1 Ferreira, 2001 518,0 0 284 0 0 0 295 974 254 3,37 0 590 43,0 Tutikian, 2004 501,0 200 0 0 0 0 771 721 190 8,8 0 660 77,5 Gomes, 2002 350,0 0 100 0 0 0 788 815 200 4,05 1,28 700 - Djelal et al., 2004 500,0 0 80 0 0 0 1080 420 200 9,4 0 650 40,0 Corinadelsi e Moriconi, 2004 350,0 115 0 0 0 0 785 735 175 7,8 0,56 755 48,5 Poon e Ho, 2004 375,0 275 0 0 0 0 690 660 190 9,7 0 760 63,5 Poon e Ho, 2004 250,0 160 0 0 0 0 742 837 225 0,50% 0 600 25,3 Sonebi, 2004 362,0 191 0 0 0 0 641 942 164 2,93 0 708 - Grünewald e Walraven, 2001 400,0 0 0 170 0 0 815 815 181 5,2 0 800 - Han e Yao, 2004 391,0 0 168 0 0 0 689 809 223 5,9 0 - - Chopin et al., 2004 485,0 208 0 0 0 0 620 945 200 1,60% 0 - 79,6 Xie et al., 2004 408,0 45 0 0 0 0 1052 616 174 1602 0 710 - Ouchi et al., 2003 529,0 53 0 0 0 0 1236 530 179 7,0 0 710 46,6 Leite, 2007 527,0 0 0 0 52,7 0 1236 530 179 7,0 0 655 64,8 Leite, 2007 493,0 49 0 0 0 0 1040 818 167 6,6 0 815 68,2 Leite, 2007 491,0 0 0 0 49,1 0 1040 818 167 6,6 0 745 80,6 Leite, 2007 325,0 0 48,3 0 0 0 785 987 188 4,6 0 - 42,3 Mebrouki et al., 2014 328,4 0 0 0 0 115,82 821,04 844,42 232,28 2,34 0 605 33,2 Mendes, 2015 358,1 0 0 0 0 125,19 816,9 844,55 219,87 2,25 0 720 34,6 Mendes, 2015 408,9 0 0 0 0 143 726,53 856,74 224,26 2,96 0 665 35,7 Mendes, 2015 404,1 0 101 0 0 0 782,1 871,2 202 0,11% 0 705 38,3 Petry, 2015 Materiais (kg/m³) Características do CAA Autor, ano 22 agregado graúdo; e que os componentes pasta, relação água/materiais finos e aditivo superplastificante são decisivos para a obtenção da autoadensabilidade e da resistência do material (GOMES e BARROS, 2009). Na Figura 3 é possível observar os procedimentos propostos para a obtenção do concreto autoadensável segundo os elaboradores da metodologia. Figura 3 - Procedimento de dosagem segundo Okamura, Ozawa e Ouchi Fonte: Assunção (2016) Durante o procedimento, para determinar os componentes da mistura é necessário: fixar os volumes de agregados, assumir a relação água/materiais finos, em volume, de 0,9 a 1,0, determinar a dosagem do superplastificante de modo a atender as características de fluidez e viscosidade e testar a autoadensabilidade do concreto em ensaios do tipo U, espalhamento e Funil-V (GOMES e BARROS, 2009). Os principais parâmetros da dosagem deste método são determinados por meio de ensaios realizados nas fases de pasta e argamassa através de ensaios espalhamento com o tronco cônico e tempo relativo de escoamento pelo Funil-V (ASSUNÇÃO, 2016). A dosagem do superplastificante é determinada através de ensaios em argamassa por meio da relação superplastificante/materiaisfinos e da relação água/materiais finos (GOMES e BARROS, 2009). Já os ensaios em pasta auxiliam na determinação da composição ideal de finos (cimento + adição mineral), pois para cada composição de pasta (cimento + adição mineral + água), elaborada com diferentes 23 relações de água/volume de finos, determina-se o espalhamento relativo (ASSUNÇÃO, 2016). 2.1.1.2 Método Gomes et al. (2002) A metodologia propõe a obter um CAA de alta resistência através da otimização da composição da pasta e do esqueleto granular separadamente, misturando esses elementos através da definição do volume ideal de pasta (FOCHS; RECENA; SILVA, 2013). O modelo sugere que a viscosidade e a fluidez da pasta governem o comportamento do fluxo do concreto. (GOMES e BARROS, 2009). A dosagem é dividida em três fases: obtenção da composição da pasta, determinação da proporção de mistura dos agregados e seleção do conteúdo de pasta (GOMES e BARROS, 2009). Na Figura 4 pode-se visualizar a esquematização do método. Figura 4 - Procedimento de dosagem segundo Gomes et al (2002) Fonte: Adaptado de Gomes; Gettu; Agulló (2003). 24 Na primeira etapa define-se a combinação entre cimento, água, adição e superplastificante que levará à uma pasta com fluidez máxima, menor relação de superplastificante/cimento e com resistência à segregação. Na segunda etapa define- se a composição de agregado graúdo com agregado miúdo que gerará o menor índice de vazios. E, por fim, na terceira etapa, determina-se o volume de pasta necessário para atender as características de autoadensabilidade através dos ensaios de espalhamento, funil V, caixa L e tubo U (FOCHS; RECENA; SILVA, 2013). 2.1.1.3 Método Tutikian (2004) O método de Tutikian (2004) tem por base o método de dosagem para concretos convencionais exposto por Helene e Terzian (1992) cujo princípio básico é a obtenção de um concreto autoadensável a partir de um concreto convencional cujo teor de argamassa deve ser previamente determinado (MANUEL, 2005). O procedimento pode ser dividido em seis passos, como visualizado na Figura 5, sendo eles: (TUTIKIAN, 2004) 1. Escolha dos materiais constituintes de acordo com as características que se desejar obter; 2. Determinar o teor de argamassa da mistura que deve ser mantido constante até o final da dosagem; 3. Definir os traços rico, intermediário e pobre para que sejam desenhadas as curvas de dosagem para as famílias de materiais selecionados; 4. Transformação do concreto convencional em CAA através da incorporação do aditivo superplastificante; 5. Concomitantemente ao quarto passo, adição dos materiais finos que irão corrigir a segregação do material; 6. Realização dos ensaios de autoadensabilidade. 25 Figura 5 - Procedimento de dosagem segundo Tutikian Fonte: Tutikian (2004) É importante notar através da Figura 5 que além das etapas que determinam as características de autoadensabilidade do CAA, Tutikian também propõe uma etapa extra para analisar a substituição de parte dos finos por aditivos modificadores de viscosidades (VMA), determinando qual medida para aumento da coesão é mais vantajosa para a produção. Além disso, há a etapa de determinação da resistência à compressão das amostras produzidas. 2.1.1.4 Método Repette-Melo (2005) Esta metodologia foi desenvolvida por Melo e tem como base a obtenção de composição de CAA para resistência à compressão pré-determinadas, sendo a relação água/cimento obtida através de resistência conhecidas para o cimento utilizado na mistura (PETRY, 2015). Inicialmente, determina-se o teor de substituição do cimento por adições em pastas produzidas com relação água/aglomerante definidas de forma que não haja exsudação ou segregação nessas misturas (GOMES e BARROS, 2009). Em seguida, determina-se a relação volumétrica do agregado miúdo/argamassa, através dos ensaios de espalhamento e fluidez nas argamassas, alterando-se o teor de aditivo (PETRY, 2015). 26 Já o volume de agregado graúdo é determinado em relação ao volume total de concreto para que se obtenha resultados adequados nos ensaios de espalhamento, fluidez, e Caixa-L, além disso, verifica-se sua estabilidade e distribuição através de uma análise visual. Por fim, ajusta-se o concreto conforme obtém-se os resultados dos ensaios acima citados (PETRY, 2015). Na Figura 6 é possível observar o fluxograma da dosagem do método Repette- Melo (2005). Figura 6 - Procedimento de dosagem segundo Melo Fonte: Melo (2005) 2.1.2 Aplicações Desde a primeira aplicação no Japão – um edifício em 1990 – a utilização de concreto autoadensável em estruturas aumentou gradualmente graças a sua diminuição do tempo de construção, por assegurar a compactação em zonas esta apresenta problemas e por eliminar os ruídos durante a etapa de adensamento (OKAMURA e OUCHI, 2003). Os mesmos autores também apresentam como produção em larga escala a ponte suspensa Akashi-Kaikyo, inaugurada em abril de 1998 com o maior vão livre do mundo da época. Nesta obra, foi utilizado fíler calcário como adição e agregado com dimensão máxima de 40 mm, notou-se então que a utilização do CAA reduziu o prazo de execução de dois anos e meio para dois anos. Segundo Tutikian e Dal Molin (2015), o desenvolvimento do concreto autoadensável é maior no setor de pré-fabricados do que in loco, pois sua produção 27 é mais fácil de controlar em um ambiente industrializado. Desta forma, os mesmos citam obras como a do tabuleiro de concreto autoadensável pré-fabricado e protendido do metro do Amsterdã Arena, no qual a utilização do CAA aumentou a vida útil das formas, gerando ganho econômico; pilares pré-fabricados de fundação que trocaram sua execução de concreto convencional para concreto autoadensável e tiveram uma redução no tempo da produção de 7,5 minutos para 1,5 minutos, entre outras aplicações. No Brasil, um dos exemplos da aplicação do concreto autoadensável é a Arena Pernambuco, arena multiuso construída para a Copa das Confederações de 2013 e para a Copa do Mundo de 2014. Dentre todo o volume de concreto utilizado na obra, 40% do mesmo era autoadensável, tendo como exemplo desta utilização as estruturas pré-moldadas das arquibancadas, pilares, vigas de apoio, degraus e paredes das rampas de acesso (CALADO et al., 2015). Nas Figuras 7 e 8 é possível visualizar as arquibancadas e rampas de acesso executadas. Figura 7 - Construção das arquibancadas da Arena Pernambuco. Fonte: Portal 2014 (2012a) 28 Figura 8 - Construção das rampas de acesso da Arena Pernambuco. Fonte: Portal 2014 (2012b) Outro exemplo de aplicação no Brasil é a obra do Museu Iberê Camargo realizada em Porto Alegre com a utilização de concreto autoadensável branco de alta resistência, como apresentado na Figura 9. Figura 9 - Museu Iberê Camargo realizado em CAA branco. Fonte: Vieira (2008). 29 Além disso, o CAA também tem sido utilizado em recuperações de estruturas antigas nas quais a vibração não é aconselhada pois poderia aumentar as falhas ou até haver a ruptura do elemento. Um exemplo desta utilização é a ponte The Katelbridge na Holanda que foi recuperada em 2002 utilizando-se um concreto autoadensável de 35 MPa (TUTIKIAN e DAL MOLIN, 2015). 2.2 CONCRETO AUTOADENSÁVEL LEVE (CLAA) Este material pode ser considerado como uma evolução com relação ao CAA, principalmente por conta das possibilidades geradas pela série de vantagens deste tipode concreto, como por exemplo, a redução do peso próprio das estruturas, gerando redução no custo das fundações e a melhora no conforto termo acústico (HELA; HUBERVOTÁ, 2005 apud ASSUNÇÃO, 2016). A baixa massa específica pode contribuir de forma desfavorável aos métodos de dosagem atualmente utilizados para concretos autoadensáveis convencionais, principalmente, na caracterização das propriedades reológicas (BORJA, 2011). O aparente contraste entre a baixa massa específica ou a baixa energia da mistura durante a fluidez e a autoadensabilidade, característica esta que depende desta energia, faz com que a produção do concreto autoadensável leve seja adversa. Porém, desde que seja adequadamente produzido, o CLAA pode alcançar os requisitos de desempenho em alto nível (PAPANICOLAOU e KAFFETZAKIS, 2011). Haist et. al (2003 apud Papanicolaou e Kaffetzakis 2011) afirmam que as elevadas quantidades de finos nas argamassas tornam o CLAA um material ideal para o bombeamento, desde que o problema da absorção de água pelos agregados leves sob a pressão do bombeamento seja tratado pela correta composição da pasta. Este desempenho foi conferido graças a estrutura porosa do agregado leve e, portanto, sua capacidade de absorver pasta e depois liberá-la. O CLAA, ao levar em conta a redução de peso e a facilidade de aplicação, pode ser a resposta para as crescentes exigências da construção de elementos estruturais mais delgados e mais fortemente armados. O aumento do custo de produção de um concreto leve autoadensável é menor quando comparado ao autoadensável convencional pois, concretos leves vibrados necessitam de maiores volumes de material aglomerante, tornando a diferença menos significativa (BOGAS; GOMES; PEREIRA, 2012). 30 2.2.1 Histórico As utilizações do concreto leve datam dos períodos da República Romana, Império Romano e Império Bizantino entre os anos de 509 a.C e 1453 d.C, cujo material era uma combinação de cal com rochas vulcânicas. Entre as obras mais importantes com a utilização deste material no período temos: diversas paredes e fundações do Coliseu romano (75 a 80 a.C), a cúpula do panteão do Roma (125 a.C), a Catedral de Santa Sofia em Istambul (532 a 537 d.C), entre outros. Com a queda do Império Romano, a utilização do concreto leve só voltou a ser impulsionada com a produção dos agregados leves artificiais (VERZEGNASSI, 2015). A primeira produção de concreto autoadensável teria ocorrido na década de 80 pela necessidade de um material que possuísse coesão e elevada fluidez para que fosse lançado 40.000 m³ submersos de concreto na obra da doca de São Marco em Trieste na Itália (MEHTA e MONTEIRO, 2015). Segundo Klein (2008) o precursor do concreto autoadensável teria sido o professor Hajime Okamura da Kochi Univesity of Technology em 1986 no Japão. A necessidade de um produto que eliminasse a etapa de adensamento veio da redução do número de trabalhadores qualificados no país para a execução de elementos estruturais e do aumento dos problemas de durabilidade. Na década de 90, a produção do CAA se difundiu para outros países interessados no concreto de alto desempenho, como Suécia, Holanda, França, Irlanda e Inglaterra. Sendo que mais recentemente, os estudos passaram para EUA, Canadá, Índia, China, Espanha, Portugal, Brasil e outros países (LEITE, 2007). Domone (2007) faz um levantamento sobre os estudos em concreto autoadensável e cita apenas dois estudos utilizando agregado graúdo leve até aquele momento, em um tabuleiro de ponte e outro em painéis estruturais. No Brasil, destacam-se os estudos de concreto leve autoadensável de Borja (2011), Verzegnassi (2015) e Assunção (2016) todos utilizando argila expandida como agregado graúdo em diferentes porcentagens de substituição e diferentes tipos de adições. Na Figura 10 apresenta-se uma linha do tempo com as informações apresentadas neste histórico. 31 Figura 10 - Histórico do concreto autoadensável leve Fonte: A Autora. 2.2.2 Aplicações As aplicações de concreto leve autoadensável são raras ou geralmente relacionadas à indústria de pré-moldados (PAPANICOLAU e KAFFETZAKIS, 2011). Segundo os mesmos autores, alguns exemplos de aplicações incluem painéis pré- moldados, pré-fabricado de espessura reduzida, assentos de estádio pré-moldados, lajes de piso compostas e vigas protendidas. 2.2.2 Materiais constituintes Os materiais constituintes do CLAA são, em sua maioria, os mesmos utilizados na produção do CAA, ou seja, há uma grande quantidade de materiais finos – aglomerantes e adição minerais - superplastificantes, aditivo modificadores de viscosidade, agregado miúdo e graúdo. Este item tem a finalidade de descrever todos os materiais acima citados. 2.2.2.1 Cimento Segundo Tutikian e Dal Molin (2015) os concretos autoadensáveis são produzidos com os mesmos cimentos utilizados nos concretos convencionais, desde que atendam às exigências de durabilidade e de projeto. 32 Porém, segundo Gjork (1992 apud Tutikian e Dal Molin 2008), quanto maior a superfície específica do cimento, maior é a quantidade dessas partículas em contato com a água, o que aumenta a frequência de colisão entre elas, reduzindo a tensão de escoamento e aumentando a viscosidade da mistura. Assim, cimentos de maior superfície específica são mais indicados desde que tomados os devidos cuidados com calor de hidratação e retração do material. O CAA necessita de uma grande quantidade de finos, que compreendem principalmente o cimento, porém, seu teor deve ser limitado para evitar efeitos indesejados como os acima mencionados, além do alto custo que este insumo representa (MELO, 2005). A quantidade ideal de cimento está em torno de 200 a 450 kg/m³, segundo Gomes e Barros (2009), dependendo das utilizações de adições. Quando a dosagem ultrapassa 500 kg/m³, cuidados adicionais devem ser tomados com relação à retração do material, enquanto que para valores inferiores a 300 kg/m³ deve-se assegurar a utilização de outro material cimentício, como cinza volante ou escória. Melo (2005) cita que na literatura há um expressivo número de publicações empregando o cimento Tipo I da ASTM C 150 – semelhante ao CPI da NBR 5732 – com finura (Blaine) de 360 m²/kg na confecção de CAA. Há também alguns autores utilizando cimentos compostos, cujos principais são o cimento Portland com escória de alto-forno – equivalente ao CPIII da NBR 5732 – e cimentos Portland pozolânicos tipos P e IP da ASTM C 595 – sendo o último equivalente o CPIV. 2.2.2.2 Adições Segundo Mehta e Monteiro (2014) as adições minerais são geralmente materiais silicosos finamente divididos, adicionados ao concreto em quantidades variadas, desde 6 até 70% por massa do material cimentício total com a funcionalidade de melhorar características como trabalhabilidade, aumento da resistência final, fortalecimento da zona de transição e aumento da durabilidade com relação ao ataque por sulfato e à expansão pela relação álcali-agregado. Uma das características principais do CAA é a sua elevada resistência a segregação, apesar de sua alta fluidez ou deformabilidade no estado fresco. Para atingir esta característica, normalmente são utilizadas adições minerais e/ou aditivos modificadores de viscosidade (TUTIKIAN e DAL MOLIN, 2015). 33 Ainda segundo Tutikian e Dal Molin (2015) as adições minerais podem ser divididas em dois grandes grupos: adições minerais quimicamente ativas e sem atividade química. O primeiro pode ser tanto um material pozolânico, ou seja, depende do cimento Portland para atuar como a sílicaativa, o metacaulim e a cinza da casca de arroz, ou um material cimentante, ou seja, que possui hidróxido de cálcio na sua composição como a escória granulada de alto forno. Já o segundo tipo, sem atividade química ou inertes, são os fílers cuja ação se resume a um efeito físico de empacotamento granulométrico e ação como pontos de nucleação para hidratação dos grãos de cimento. Como exemplo de adição sem atividade química temos o pó de calcário e o pó granítico. A EFNARC (2005) afirma que devido às propriedades requeridas no estado fresco, adições inertes e pozolânicas/hidráulicas são comumente usadas para melhorar a coesão e a resistência a segregação. A adição também irá regular o teor de cimento para reduzir os efeitos do calor de hidratação e de retração. Ainda segundo a EFNARC (2005) as adições podem ser classificadas de acordo com a sua capacidade de reação com a água, como apresentado na Tabela 1. Tabela 1 - Classificação das adições Tipo I Inertes ou semi-inertes Fíler mineral (calcário, dolomítico, etc) Pigmentos Tipo II Pozolânica Cinza volante Silica ativa Hidráulicas Escória de alto-forno Fonte: EFNARC (2005) Por fim, Tutikian e Dal Molin (2015) recomendam que as adições minerais devem ser escolhidas de acordo com críticos técnicos e econômicos desde que apresentem área específica maior que os elementos que estão substituindo, quando for o caso. Na Figura 11 é possível visualizar alguns exemplos de adições, suas características e seus efeitos na produção do concreto autoadensável. 34 Figura 11 - Tipos de adições e seus efeitos na produção do concreto autoadensável Fonte: Adaptado de Tutikian e Dal Molin (2015) e Repette (2011) 2.2.2.3 Aditivos A ABNT NBR 11768:2011 define que aditivos para concreto são produtos adicionados durante o processo de produção do concreto, em quantidades menores que 5% da massa do material cimentício com objetivo de modificar as propriedades do concreto no estado fresco e/ou endurecido. Os dois principais tipos de aditivos usados no CAA são: os superplastificantes e os modificadores de viscosidade (AMV). Os primeiros permitem que se alcancem elevada fluidez na mistura e são divididos de acordo com a sua composição química. Já os AMV são produtos à base de polissacarídeos que oferecem aumento da coesão, prevenindo-se a exsudação e segregação do material, utilizado em substituição aos componentes finos (TUTIKIAN e DAL MOLIN, 2015). É inevitável a utilização de superplastificantes no concreto autoadensável, pois ele é o responsável por garantir uma das principais propriedades do mesmo, a fluidez. Os superplastificantes são uma categoria especial de agentes redutores de água, geralmente empregados quando há exigida alta fluidez com baixa relação água/cimento (GOMES e BARROS, 2009). 35 Tutikian e Dal Molin (2015) afirmam que os aditivos superplastificantes à base de policarboxilatos são os mais utilizados no CAA pois a dispersão das partículas com a utilização deste material é mais eficiente, isso ocorre graças às suas cadeias ramificadas que aumentam sua área superficial em contato com as partículas de cimento. O tipo e finura do cimento interferem na adsorção do aditivo durante a hidratação do cimento. Teores acima do ponto de saturação não melhoram o desempenho dos aditivos superplastificantes, podendo retardar a pega, provocar a exsudação, diminuir a resistência à segregação e aumentar os custos (HARTMANN et al, 2011). A influência dos aditivos nas propriedades do concreto depende da dosagem do cimento, da consistência, do processo de mistura, da temperatura ambiente, da natureza do cimento e da granulometria dos agregados (FOCHS, 2011). 2.2.2.4 Agregado miúdo Segundo a ABNT NBR 7211:2009 os agregados miúdos podem ser definidos como grãos que passam pela peneira ABNT 4,8 mm e ficam retidos na peneira ABNT 0,075 mm. Todas as areias, de uma forma geral, podem ser utilizadas na produção de concretos autoadensáveis, podendo-se empregar tanto areais naturais quanto às obtidas de processos industriais. As primeiras são mais recomendadas por possuírem forma mais arredondada e textura mais lisa. Já as industriais normalmente apresentam composição granulométrica com descontinuidades, podendo ser corrigidas realizando-se composições com outras areias (TUTIKIAN e DAL MOLIN, 2015). A influência dos agregados miúdos nas propriedades do CAA é significativamente maior que a do agregado graúdo. Frações de partículas de tamanho inferior a 0,125 mm devem ser incluídas no teor de finos da pasta e também devem ser consideradas no cálculo da relação água/finos (EFNARC, 2005). O formato das partículas do agregado miúdo influencia diretamente na deformabilidade do CAA no estado fresco. Quanto mais anguloso for o seu formato, maior a dificuldade no escoamento do concreto (OKAMURA e OUCHI, 2003). 36 A forma e a distribuição do tamanho das partículas do agregado também são importantes e afetam a compactação e o índice de vazios. A umidade, a absorção de água, a classificação e as variações nas quantidades de finos dos agregados devem ser cuidadosamente monitoradas para manter a qualidade do CAA (GOMES e BARROS, 2009). Segundo Fochs (2011) a maior presença de finos melhora a coesão da mistura, já a forma lamelar aumentar o índice de vazios e reduz a trabalhabilidade da mistura. O alto volume de pasta nas misturas ajuda a reduzir o atrito interno entre as partículas de areia, porém ainda é necessária uma boa distribuição granulométrica. Muitos métodos de dosagem usam areias misturadas para ajustar o agregado com uma curva granulométrica otimizada e isso também ajuda na redução do teor de pasta (EFNARC, 2005). Segundo Gomes e Barros (2009), o volume comum de agregado miúdo para a produção do concreto autoadensável varia entre 40% e 50% do volume de argamassa. 2.2.2.5 Agregado graúdo leve Agregados que possuem massa unitária menor do que 1120 kg/m³ são, geralmente, considerados leves e encontram aplicação na produção de vários tipos de concretos. O menor peso do agregado leve se deve à sua microestrutura celular ou altamente porosa (MEHTA e MONTEIRO, 2014). A massa unitária dos agregados leves pode variar de 80 a 900 kg/m³, agregados mais porosos são, geralmente, mais frágeis e, portanto, mais adequados para a produção de concreto não estruturais, enquanto que, agregados menos porosos são mais resistentes e, portanto, adequados para fins estruturais (MEHTA e MONTEIRO, 2014). A obtenção dos agregados leves naturais ocorre através da britagem de rochas ígneas vulcânicas, como pedra-pomes, escória ou tufo, enquanto que os agregados leves sintéticos são produzidos pelo tratamento térmico de alguns materiais, como argilas, folhelho, ardósia, diatomita, perlita, vermiculita, escória de alto forno e cinza volante (MEHTA e MONTEIRO, 2014). O único agregado leve produzido no Brasil é a argila expandida, cuja produção ocorre em fornos rotativos nas seguintes etapas: homogeneização, desintegração, 37 mistura e nova homogeneização, laminação, pelotização, secagem e queima, resfriamento, classificação e estocagem (SANTOS et al, 1989 apud VERZEGNASSI, 2015). A Figura 12 apresenta o espectro dos agregados leves, ou seja, a variedade de agregados leves desde os mais porosos até os menos porosos, assim como suas possíveis aplicações. Figura 12 - Espectro dos agregados leves Fonte: Mehta e Monteiro (2014) Algumas características do agregado leve podem influenciar nas propriedades finais doconcreto produzido, entre elas estão a forma e textura superficial, a porosidade e a absorção de água. A forma e a textura superficial dependem, essencialmente, do seu processo de fabricação e afetam diretamente a resistência mecânica do concreto pois estão relacionadas ao consumo de água necessário para obter a trabalhabilidade desejada. Além disso, também podem afetar a bombeabilidade e a relação entre agregados miúdo e graúdo (ROSSIGNOLO, 2009; BORJA, 2011). Por ser capaz de absorver mais água do que o agregado convencional, a porosidade e a absorção de água são importantes propriedades no agregado leve, sendo que estes podem absorver até 25% em massa seu peso em seco. Estas características podem aumentar a retração por secagem, formar excesso de bolhas de ar, aumentar a massa específica e diminuir a resistência ao fogo (ROSSIGNOLO, 2009; BORJA, 2011). Por causa do excesso de absorção de água, Rossignolo (2009) recomenda que haja a pré-saturação do agregado, para evitar prejuízos à trabalhabilidade do mesmo. 38 Um benefício ocorrido em detrimento da saturação do agregado é a melhora da cura interna, pois estas partículas agem como reservatórios que podem liberar água para a hidratação cimentícia, retardando a retração por secagem (MEHTA E MONTEIRO, 2014). Outra vantagem da absorção é a melhoria das propriedades da zona de transição e melhora da cura interna do concreto (HOLM; BREMNER, 1994 apud ROSSIGNOLO, 2009, p.39). Agregados como a argila expandida apresentam superfície lisa e formato arredondado o que leva a uma diminuição da absorção de água, gerando melhor trabalhabilidade com menor relação água/cimento, porém o formato esférico facilita a segregação (ROSSIGNOLO, 2009). Na Tabela 2 é possível visualizar as propriedades das argilas expandidas comercializadas no Brasil. Tabela 2 - Propriedades das argilas expandidas comercializadas no Brasil Nome comercial Massa específica (kg/dm³) Massa unitária (Kg/dm³) Dimensão (mm) Absorção de água 24h (%) 0500 1,5 0,9 0 – 4,8 6 1506 1,1 0,6 6,3 – 12,5 7 2215 0,6 0,5 12,5 - 19 10 Fonte: Adaptado Rossignolo (2009) 2.2.2.6 Água Apesar de ser um componente que não exige controle de qualidade, é o parâmetro mais importante no controle das propriedades do estado fresco e endurecido. A quantidade de água na mistura depende de vários fatores como: tipo de cimento, propriedades dos agregados, quantidade de finos na mistura, uso de aditivos e adições, entre outros. A relação água/cimento pode variar de 0,32 a 0,50 (GOMES e BARROS, 2009). Na prática, alterações de 5 a 10 litros/m³, ocorridas principalmente devido a um controle falho da umidade dos agregados, podem fazer com que a dosagem do concreto não apresente a trabalhabilidade necessária, ou ainda, que haja segregação da mistura (VERZEGNASSI, 2015). 39 2.2.3 Dosagem autoadensável leve Para dosagem de concreto leve autoadensável pode-se utilizar um método de dosagem de concreto autoadensável, porém é necessário conciliar as características do CLAA, como propriedades reológicas e propriedades dos agregados leves, para que haja a adequação do método utilizado. Adequar essas características na produção do CLAA é objeto de inúmeras pesquisas (ASSUNÇÃO, 2016). Borja (2011) produziu concretos leves autoadensáveis a partir de traços de concretos leves estruturais, utilizando areia natural e argila expandida. A dosagem foi realizada a partir do método da ACI 211.2-98 para concretos leves estruturais e a partir de tentativa e erro adequada para obter as características de autoadensabilidade. Bogas, Gomes e Pereira (2012) produziram concretos leves autoadensáveis utilizando argilas expandidas disponíveis da Península Ibérica através do método de dosagem de Okamura e Ouchi (2003) com alterações recomendadas por Nepomuceno (2005). Detectou-se que é possível produzir CLAA com adequada estabilidade e autoadensabilidade com resistências à compressão entre 37,4 MPa e 60,8 MPa, utilizando-se de 490 a 599 kg/m³ de materiais finos e 33% de cinza volante em massa relativa ao cimento. Já Assunção (2016) desenvolveu CLAA com argila expandida a partir do CAA referência utilizando-se da metodologia de Okamura, Ozawa e Ouchi (2000) com algumas modificações. Notou-se então que o teor de argila na composição de agregados graúdos do concreto autoadensável interfere significativamente nas características como fluidez, coesão e resistência à segregação. Kaffetzakis e Papanicolaou (2016) propõem uma metodologia baseada no conceito de ponto de empacotamento ideal (optimum packing point), desenvolvida pelos mesmo autores em 2012, em uma análise estatística do conjunto. Porém, seu estudo não foi realizado com argila expandida e sim com agregados de pedra-pomes. Dessa forma, na Figura 13 apresenta-se os traços elaborados por diversos autores nacionais e internacionais e na Figura 14 as características obtidas com cada traço. 40 Figura 13 - Traços de CLAA obtidos na literatura nacional e internacional. CIM=Cimento, F=Fíler calcário, CC = Cinza de biomassa de cana-de-açucar, MET= Metaulim, SA = Sílica Ativa, CV=cinza volante, SP=Aditivo superplastificante, VMA=Aditivo modificador de viscosidade, AIA = Aditivo Incorporador de ar, (a) Composição volumétrica de agregados. Fonte: A Autora. Figura 14 - Características obtidas com as dosagens de CLAA. fc7=resistência à compressão aos 7 dias e fc28=resistência à compressão aos 28 dias; Fonte: A Autora CIM F CC MET SA CV AGREGADO MIÚDO AGREGADO GRAÚDO LEVE AGREGADO GRAÚDO NORMAL ÁGUA SP VMA AIA 1 555,5 0 0 0 0 0 493,8 561,3 0 230 6,7 0 0 2 500 0 27,8 27,8 0 0 493,8 561,3 0 230 6,7 0 0 3 500 0 0 55,6 0 0 493,8 561,3 0 230 6,7 0 0 4 500 0 55,6 0 0 0 493,8 561,3 0 230 6,7 0 0 5 444,5 0 111,1 0 0 0 493,8 561,3 0 230 6,7 0 0 6 320 175 0 0 0 0 945 363 0 195 4,5 0 0 7 360 140 0 0 0 0 945 363 0 195 5,0 0 0 8 440 69 0 0 0 0 945 363 0 195 6,2 0 0 9 460 0 0 0 46 0 814,2 0,266(a) 0,066(a) 175,4 4,6 0 0 10 325 0 0 0 0 164 839 0 0 173 3,7 0 0 11 460 0 0 0 0 0 861 234 405 175 0,5 a 2% 0 0,023 12 460 0 0 0 0 0 861 469 0 175 0,5 a 2% 0 0,023 Materiais (kg/m³) Item Slump flow (mm) T500 (s) Funil V (s) Caixa L Anel J (mm) Massa específica (kg/m³) fc7 (MPa) fc28 (MPa) Absorção (%) 1 560 3,8 5,39 0,83 - 1746 27,5 36 21,3 Borja, 2011 2 610 5,4 4,87 0,88 - 1749 23,7 30 11,5 Borja, 2011 3 620 5,0 5,1 0,9 - 1720 27,3 36,3 15,5 Borja, 2011 4 550 8,9 5,33 0,75 - 1724 22,7 32,2 13,1 Borja, 2011 5 600 4,5 4,17 0,81 - 1733 24,6 25,6 13,3 Borja, 2011 6 630 3,0 13 0,8 540 1770 24,6 26,7 11,6 Verzegnassi, 2015 7 620 3,0 8,5 0,8 540 1890 28,9 28,9 10,4 Verzegnassi, 2015 8 655 3,0 8,5 0,84 590 1840 35,3 35,3 9,7 Verzegnassi, 2015 9 590 2,93 - - 600 1921 37,8 46,5 - Assunção, 2016 10 660 2,0 13 0,85 - 1888(b) - 46,9 38,1 Bogas, Gomes e Pereira, 2012 11 680 7,0 14 - - 2135 - 45 - Choi et al., 2006 12 690 6,8 21 - - 1965 - 34 - Choi et al., 2006 Autor Características do CLAA Item 41 2.2.4 Propriedades do CLAA em Estado Fresco A determinação das propriedades no estado fresco do CLAA tem sido feita utilizando-se os dispositivos, ensaios e especificações propostos para o concreto autoadensável (ASSUNÇÃO, 2016). É comum, em bibliografias, a utilização dos ensaios de slump flow, funil V, caixa U, caixa L para avaliar as características em estado fresco do material (BOGAS; GOMES; PEREIRA, 2012; CHOI, et al., 2006). Dispositivos
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