Adições Minerais ao Concreto Materiais de Construção II

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1 Pontifícia Universidade Católica de Goiás Engenharia Civil Adições Minerais ao Concreto Materiais de Construção II Professora: Mayara Moraes Adições Minerais ASTM C125 Aditivos/adições (Admixtures): Qualquer material que não seja água, agregados, cimentos hidráulicos ou fibras usado como ingrediente do concreto ou argamassa e adicionado à massa imediatamente antes ou durante a mistura. 1

2 Adições Minerais Fonseca, 2010: ASTM C125 Aditivos Adições Aditivos/adições químicos (Admixtures): minerais Qualquer material que não seja água, agregados, cimentos hidráulicos ou fibras usado como ingrediente Alterar as do características concreto ou argamassa Somar ou e substituir adicionado à do cimento, sem alterar parcialmente o cimento massa imediatamente antes ou durante a mistura. sua proporção na composição do concreto (devido às suas propriedades semelhantes às do cimento) Histórico a.c.: Adições minerais Grécia: Cinzas vulcânicas (Ilha de Santorini) Alemanha: Tufos vulcânicos (trass) Outras regiões: Algilas calcinadas 79 a.c.: Cinzas pozolânicas Bahia de Nápoles Monte Vesúvio Puzzuoli Vila destruída pelas cinzas 2

3 Histórico Século XIX: Louis Vicat observou semelhanças entre as propriedades de alguns subprodutos de indústrias siderúrgicas e do cimento. Fabricação do cimento Portland com adição de escória. Início: Grandes desconfianças. Após 1950: Divulgação e informação. Êxito: Após a Segunda Guerra Mundial: Economia notável de combustível, uma vez que cada tonelada de clínquer substituído por escória gerava uma redução de 200 Kg no consumo de carvão (COUTINHO, 1997). Adições Minerais Pozolânicas Cimentantes Inertes Naturais Artificiais REAÇÃO POZOLÂNICA Pozolana + Ca(OH) 2 Cimentante Hidratação acelerada na presença de Ca(OH) 2 e gipsita EFEITOS FÍSICOS Empacotamento Pontos de Nucleação 3

4 Reação Pozolânica Cimento C-S-H Ca(OH) 2 Etringita Água -Resistência -Durabilidade -Coesão -Plasticidade (*) POZOLANA C-S-H Hidróxido de Cálcio HIDRATAÇÃO DO CIMENTO C-S-H IMAGENS DE MICROSCÓPIO ELETRÔNICO Etringita 4

5 Adições Minerais Classificação Cimentantes Cimentantes e pozolânicas Superpozolanas Pozolanas comuns Pozolanas pouco reativas Adições inertes (filler) Tipo de adições Escória granulada de alto-forno Cinzas voltantes com alto teor de cálcio Sílica ativa Metacaulim Cinzas de casca de arroz Cinzas voltantes com baixo teor de cálcio Argilas calcinadas Materiais naturais (origem vulcânica e sedimentar) Escória de alto-forno resfriada lentamente Cinzas de forno Escória de caldeira Palha de arroz queimada em campo Calácio, pó de cálcio, pó de pedra (MEHTA, MONTEIRO; 2008) Benefícios das adições minerais no concreto Benefícios econômicos: Benefícios ecológicos: Benefícios técnicos: DETALHADOS A SEGUIR Substituição parcial do cimento Energia de produção Subprodutos industriais Liberação de CO 2 Plasticidade e coesão Exsudação e segregação Durabilidade ( porosidade) Resistência Calor de hidratação Resistência a sulfatos 5

6 Benefícios das adições minerais no concreto Benefícios econômicos: As adições minerais melhoram as propriedades do Benefícios concreto, ecológicos: mas não se deve esperar que possam Benefícios compensar técnicos: a baixa qualidade dos constituintes do concreto ou de um traço pobre!! DETALHADOS A SEGUIR Substituição parcial do cimento Energia de produção Subprodutos industriais Liberação de CO 2 Plasticidade e coesão Exsudação e segregação Durabilidade ( porosidade) Resistência Calor de hidratação Resistência a sulfatos Influência das adições minerais nas propriedades do concreto fresco 1. Plasticidade e coesão: Maior relação volume de sólidos / volume de água ; Melhor trabalhabilidade; Facilidade de bombeamento e acabamento do concreto. 2. Exsudação e segregação: Maior volume de finos e menor consumo de água para uma dada trabalhabilidade; Menor quantidade de canais de exsudação. 6

7 Exsudação em concretos com sílica ativa (CANMET, 1985 apud MALHOTRA; MEHTA, 1996) Influência das adições minerais nas propriedades do concreto fresco 3. Consumo de água: Efeito dispersor das partículas pequenas (forças eletrostáticas); Superpozolanas (extrema finura): Consumo de água Uso de aditivos superplastificantes. 4. Calor de hidratação: Clínquer: estágio de energia elevado Reação pozolânica: menor calor de hidratação do que nas reações de hidratação do cimento. Risco de fissuração térmica diminuído. 7

8 Calor de hidratação em concretos com adições pozolânicas (MASSAZZA; COSTA, 1978 apud MALHOTRA; MEHTA, 2008) Influência das adições minerais nas propriedades do concreto endurecido 1. Resistência Mecânica: Formação de composto mecanicamente resistente; Refinamento dos poros e dos cristais na pasta; Maior resistência da matriz na zona de transição; 2. Durabilidade: Redução na porosidade e permeabilidade do concreto; Menor possibilidade de entrada de agentes nocivos. 8

9 Porosidade por intrusão de mercúrio (PIM) (ROSSIGNOLO, 2005) Influência das adições minerais nas propriedades do concreto endurecido 3. Resistência a sulfatos: Refinamento dos poros; Redução da quantidade de Ca(OH) 2 disponível para combinar com sulfatos e gerar compostos expansivos. 4. Reação álcali-agregado: Menor absorção de água; Redução do total de álcalis do aglomerante (substituição de parte do cimento); Consumo de parte dos álcalis pela reação pozolânica. 9

10 Reatividade potencial álcali-agregado (CARMO; PORTELA, 2006) Adições Minerais mais Utilizadas em Concreto 10

11 Cinzas Volantes Sub-produto da combustão de carvão mineral. Teor de cálcio variável: Depende do tipo de carvão utilizado. Teor de carbono não-queimado variável: Teores acima de 5% - indesejável. Principais efeitos: Retardamento do tempo de pega; Baixo calor de hidratação; Trabalhabilidade e coesão; Redução da porosidade. Partículas vítreas esféricas (MEHTA; MONTEIRO, 2008) Sílica Ativa Subproduto da produção de silício metálico; Pozolana altamente reativa; Principais efeitos no concreto: Refinamento dos poros; Melhoria das resistências mecânicas; 10 a 40% (resistência à compressão) Aumento da coesão da pasta. Diâmetros Médios: Sílica ativa: 0,1-0,12 mm Cimento: ~10 mm Cinza volante : ~10 mm Metacaulim: 1,5mm Desvantagens: Aumento do consumo de água; Carbonatação: Consumo elevado do Ca(OH) 2 ; Diminuição do PH da água capilar. 11

12 Granulometria (Sílica Ativa x Cinza volante) (MEHTA; MONTEIRO, 2008) Escória de alto-forno Sub-produto da fabricação de ferro-gusa. Composição: Cal, Sílica, Alumina. Principais efeitos no concreto: Melhor trabalhabilidade (dispersão das partículas); Refinamento dos poros; Maiores resistências (microestrutura mais densa); Resfriamento rápido: Partículas vítreas (não-cristalinas). Moagem (finuras adequadas). 12

13 Cinzas de Casca de arroz 1 ton (Arroz) 200 kg (Casca) 40 kg (Cinza). Propriedades similares à da sílica ativa. Combustão controlada: Sílica na forma não-cristalina; Estrutura celular porosa; Pozolana altamente reativa. Micrografia eletrônica de varredura (a) sílica ativa (b) cinza de casca de arroz (MEHTA; MONTEIRO, 2008) Metacaulim Calcinação e moagem de argilas cauliníticas: 600 C a 900 C. Produto primário. Processo de produção rigorosamente controlado: Pozolana de alta pureza e reatividade. MCAR: Metacaulim de alta reatividade: Argilas extremamente finas; Altos teores de caulinita. Sílica e alumina no estado amorfo. Efeito semelhante ao da sílica ativa. 13

14 Fíller Calcário Materiais carbonáticos. Praticamente inertes na mistura. Diâmetro médio similar ao do cimento ou menor. Principais efeitos no concreto: Trabalhabilidade Densidade Permeabilidade Exsudação Cimentos Compostos POZOLANA ESCÓRIA FILLER 14

15 Tipos de Cimento Portland TIPO Comum Composto Composição (%) Sigla Clínquer + Escória Pozolana Fíler Gesso CP I CP I-S 95 a 99 1 a 5 CP II-E 56 a 95 6 a a 10 CP II-Z 76 a a 14 0 a 10 CP II-F 90 a a 10 Norma Brasileira NBR 5732 NBR Alto-forno CP III 25 a a a 5 NBR 5735 Pozolânico CP IV 45 a a 50 0 a 5 NBR 5736 ARI CP V - ARI 95 a a 5 NBR 5733 Teores Ideais para Concretos com Adições Minerais Adição Mineral Teor Ideal Sílica Ativa 5 a 20% Escória de Alto-Forno 55 a 70% Cinzas Volantes 25 a 60% Cinzas de Casca de Arroz 15 a 50% Fíller Calcário 10 a 50% (HOPPE FILHO, 2002 apud FURQUIM, 2006) 15

16 Obrigada!! 16