UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITARIO DE SINOP MT FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

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1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITARIO DE SINOP MT FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DOGLAS HENRIQUE FANK HUGO MANFRINATO FILHO JULIANE SOARES ANCEL RICK DOUGLAS RABUSKE DE ANDRADE WANDERSON VILELA NEVES SIQUEIRA YURI CHAIM NESRALA SEBA ADITIVOS E ÁGUAS PARA AMASSAMENTO SINOP 2013

2 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITARIO DE SINOP MT FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DOGLAS HENRIQUE FANK HUGO MANFRINATO FILHO JULIANE SOARES ANCEL RICK DOUGLAS RABUSKE DE ANDRADE WANDERSON VILELA NEVES SIQUEIRA YURI CHAIM NESRALA SEBA ADITIVOS E ÁGUAS PARA AMASSAMENTO Projeto de pesquisa apresentado à professora Jaqueline Pértile na disciplina de Materiais de Construção II como avaliação parcial da disciplina. Campus Universitário de Sinop - MT do curso de Engenharia Civil. SINOP

3 INTRODUÇÃO Hoje, os aditivos são de extrema importância quando o assunto é concreto. Podem até mesmo ser considerados como o quarto componente do concreto, além da agua, do cimento e dos agregados. Existem vantagens na utilização do aditivo, visando melhor qualidade, economia e racionalização da produção. Países de alta potencialidade na tecnológica como os Estados Unidos, Japão e Alemanha, chegam a usar aproximadamente 80% do concreto aditivado. Essa grande procura do aperfeiçoamento do concreto faz com que sejam pesquisados e aperfeiçoados constantemente, melhorando cada vez mais a eficiência do concreto na obra. Os aditivos são uma forma de melhorar o concreto para cada traço e para cada situação, os aditivos não transformam um concreto mal dosado e manuseado em um concreto bom, eles agem no sentido de aprimorar certas características para que se adaptem em determinado projeto. Tomando-se os cuidados necessários a relação custo-benefício destes produtos é muito satisfatória. As concretaras não abrem mão das qualidades que os aditivos trazem. Fazem, mesmo de um concreto bom, um concreto melhor. 3

4 OBJETIVO Objetivo geral Descrever os mais diversos tipos de aditivos para argamassas, explicando sua origem, função e aplicação. E mostrar os parâmetros sobre as águas de amassamento. Objetivos Específicos Vantagens e desvantagens do uso de aditivos; Discutir os aspectos principais da influencia dos tipos e das quantidades de impurezas carreadas pela agua na qualidade do concreto;. 4

5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Histórico Desde a idade média, os romanos e os incas já usavam em suas obras algumas substâncias que hoje chamamos de aditivos como: a albumina, que são o sangue e clara de ovos e os álcalis como a cal. No Brasil, pode ser constatado em várias obras históricas, igrejas e pontes, o uso de óleo de baleia na argamassa de assentamento das pedras com o intuito de plastificá-la. O desenvolvimento dos aditivos só ocorreu efetivamente em 1824, quando o inglês Joseph Aspdin patenteou um cimento artificial obtido pela calcinação de um calcário argiloso, que devido a sua semelhança após a pega, com uma pedra utilizada em construções verificada na ilha Portland, foi denominado cimento Portland. Em 1973, o produto passou a ser aditivo com gesso cru e cloreto de cálcio com o objetivo de regular o seu tempo de pega, enquanto isso no fim do mesmo século a Alemanha e a França utilizavam graxa de cal no cimento, que atuava como plastificante e hidrofugante. Após diversas pesquisas feitas com uma grande quantidade de materiais chegou-se a novos aditivos, tais como aceleradores, retardadores e impermeabilizantes que começaram a ser comercializados no inicio século 20, permitindo soluções inovadoras, práticas e econômicas na construção civil. 5

6 Definição Aditivos são produtos empregados na elaboração de concretos, argamassas e caldas de cimento para modificar certas propriedades do material fresco ou endurecido. Torna-os mais facilmente manuseáveis e incrementam sua resistência diante das solicitações físico-químicas. Classificam-se, segundo sua ação principal, em três grupos: Ação Física Ação Química Ação Físico-Química As substâncias ativas de suas formulações podem ser orgânicas ou inorgânicas, distribuídas num veículo líquido, pastoso ou sólido. Pertencem aos seguintes grupos: Sais minerais, sais de ácidos orgânicos, resinas, tensoativos, dispersores, umectantes e emulsionantes. 6

7 Efeitos dos aditivos Os aditivos, dependendo das suas características podem proporcionar ao concreto algumas vantagens: Aumento da trabalhabilidade sem aumento do consumo de água Redução do consumo de água com maiores resistências Redução da água e do cimento na mesma proporção Aumento das resistências iniciais Retardação ou aceleração da pega Redução da exsudação Aumento da durabilidade contra as ações físico-químicas Redução do coeficiente de permeabilidade Controle da expansão Anulação da retração ou leve expansão Redução da segregação Penetração do concreto em ferragens densas Melhor bombeamento Aumento da aderência do concreto a ferragem Melhor aspecto e acabamento Ausência de trincas e fissuras Correção de deficiências de finos no traço Possibilidade de concretagens em temperaturas elevadas Redução no custo unitário do concreto 7

8 Tipos de aditivos Como se sabe, a existência do concreto como hoje se conhece, ficou condicionada à descoberta do cimento Portland, que reage com a água para dar origem aos micro-cristais responsáveis pela resistência do concreto. À mistura do cimento com a água chama-se pasta, a adição do agregado miúdo dá origem à argamassa, e o agregado graúdo misturado a esta forma o concreto. Em função do tipo de utilização, podem ainda ser utilizados os chamados aditivos, cuja função pode ser melhorar ou modificar o comportamento do concreto, ou seu processo de cura para melhor adequá-lo ao uso que se pretende fazer. Aditivos são produtos químicos utilizados em pequenas quantidades para alterar o comportamento da mistura fresca, a taxa de endurecimento ou as propriedades do concreto endurecido. Os aditivos mais utilizados pelas usinas de concreto são os plastificantes e os retardadores de pega. Os plastificantes deixam a mistura mais plástica (mais mole) permitindo a diminuição da quantidade de água necessária para produção do concreto. Com menos água de constituição o concreto fica mais resistente. Já os retardadores de pega prolongam o tempo que o concreto fresco pode ser transportado, lançado e adensado, ou seja, faz com que a mistura fresca fique mole por mais tempo. Isso é fundamental no caso de concretos que são produzidos em empresas fornecedoras de concreto pré-misturado para que haja tempo suficiente para o transporte do material fresco da usina até a obra. Os principais tipos de aditivos utilizados na produção de concretos e classificados pela NBR são: Aditivo acelerador (tipo A) Os Aditivos aceleradores são produtos que diminui os tempos de inicio e fim de pega do concreto, bem como acelera o desenvolvimento das suas resistências iniciais. Pode-se salientar que esse produto é empregado quando o concreto necessita ser solicitado em curto prazo, que ele reduz o tempo de desforma e também que os aceleradores à base de cloreto são mais eficientes. 8

9 Para o seu preparo, o produto deve receber areia seca para melhor aproveitamento do aditivo. Assim, dosado conforme a resistência e o tempo de pega desejado o seu consumo poder chegar de 3 a 12% sobre a massa de cimento. As características dos aditivos aceleradores consistem em ser um liquido, não alcalino e compostos por sulfatos, além disso, ele pode atuar na hidratação do C3A e também acelera as reações do C3S. Esse tipo de produto não pode ser empregado em concreto armado devido a sua possibilidade de provocar corrosão intercristalina nos cabos submetidos a tensão. Como todos os aditivos, o acelerador tem o seu campo de aplicação em varias ocasiões, como concretos projetados para túneis, taludes, canais, prémoldados, pavimentações, fundações, chumbamentos, reservatórios além de reparos e reforços estruturais. Aditivo plastificante (tipo P) Agem na superfície das partículas de cimento causando repulsão entre os grãos mergulhados na água da mistura. Podem ser utilizados para deixar o concreto mais plástico (mole) sem adição de mais água na mistura, ou que possibilita a redução de, no mínimo, 6% da quantidade de água do concreto, mantendo-se a mesma trabalhabilidade, de modo a produzir um concreto mais resistente sem a colocação de mais cimento. Pode ser usado como retardador (Tipo PR) ou acelerador (Tipo PA). Também podem ser chamados de redutores de água. Os resultados obtidos pelo emprego destes aditivos são: aumento da fluidez, maior trabalhabilidade, aumento da resistência e redução do consumo de cimento. Os materiais empregados como plastificantes são geralmente são: sais, modificações e derivados de ácidos lignossulfônicos, ácidos carboxílicos hidroxilados e polissacarídeos. 9

10 Imagem 01 Sequência de hidratação e endurecimento Fonte: BAUMGART, Aditivo retardador (tipo R) Os retardadores têm a função de retardar a hidratação inicial dos grãos de cimento. Também plastificam a mistura, pois incluem certa porcentagem de plastificantes em suas respectivas formulações. Agem na superfície dos grãos de cimento fazendo com que a partícula se dissolva mais lentamente na água de mistura. Seu efeito é o de prolongar o tempo que o concreto fresco pode ser transportado, lançado e adensado. Retardam a osmose da água nos grãos de cimento, agindo por defloculação e adsorção. Assim, dificultam e bloqueiam temporariamente a dissolução da cal dos silicatos e aluminatos, precipitando em forma de hidróxidos menos solúveis do que o hidróxido de cálcio. 10

11 O retardamento, devido ao envolvimento dos grãos de cimento por adsorção, prolonga por mais tempo as reações de pega. Facilita a dissipação de calor, desenvolvido durante a pega, evitando o surgimento de um forte gradiente de retração, causa da microfissuração superficial. Permitem maior tempo de manuseio do concreto, além de evitar o efeito acelerador das temperaturas elevadas. Após a pega, entretanto, não interferem no processo de endurecimento do cimento. Aditivo plastificante retardador (tipo PR): O aditivo plastificante retardador é a junção do aditivo plástico (que apresenta uma característica que aumenta o índice de consistência do concreto) com o aditivo retardador (que apresenta uma característica de retardar a hidratação inicial dos grãos de cimento), tornando assim um produto isento de cloreto que promove a dispersão do material cimentício, possibilitando a produção de concreto com um maior índice de consistência e redução da água de amassamento, conferindo maior tempo de pega. Aditivo plastificante acelerador (tipo PA): O aditivo plastificante retardador é a junção do aditivo plástico (que apresenta uma característica que aumenta o índice de consistência do concreto) com o aditivo acelerador (que apresenta uma característica de diminuir os tempos de inicio e fim de pega do concreto), tornando assim um produto isento de cloreto que promove a dispersão do material cimentício, possibilitando a produção de concretos com um maior índice de consistência e redução da água de amassamento. Simultaneamente, este produto propicia a aceleração das reações iniciais de hidratação do cimento e de endurecimento do concreto, resultando em rápido ganho das resistências iniciais. 11

12 Aditivos incorporador de ar (tipo IAR): Os aditivos incorporadores de ar são produtos que incorporam pequenas bolhas de ar ao concreto, produtos com maior plasticidade, Impermeabilidade e resistência aos ataques químicos de águas agressivas, Menor segregação e exsudação, Função primordial de suprir deficiências e Resistência ao ataque dos sulfatos. O seu modo de preparo consiste em adicionar água de amassamento e plastificante redutor de água, misturar o produtor por 5 minutos em uma betoneira deixando pronta a utilização. Sobre esse processo vale lembrar que existem alguns fatores que influenciam o volume de ar incorporado, como a quantidade de fino nos traços, a proporção de água na mistura (quanto mais seca, menos ar é introduzido), e a temperatura (que é inversamente proporcional ao ar introduzido). Pode-se salientar também sobre o seu consumo, que pode chegar de 0,04 a 12% sobre a massa de cimento. As Características dos aditivos incorporadores de ar consistem em ser um liquido isento de cloretos e composto basicamente por alquil-aril-sulfonado. Imagem 02 Alquil-aril-sulfonado. Fonte: BAUMGART, Os aditivos incorporadores de ar consistem em ser aplicados em varias ocasiões, como concreto massa, concretos em contato com água do mar, concreto pobre em finos além da argamassa com traço pobre em cimento. 12

13 Imagem 03 Aditivo incorporador de ar Fonte: BAUMGART, Aditivo superplastificante (tipo SP) O aditivo tipo SP é um produto que aumenta o índice de consistência do concreto mantida a quantidade de água de amassamento ou que possibilita a redução de, no mínimo 12% da quantidade de água de amassamento, para produzir um concreto com determinada consistência. O aditivo SP tem como características o custo muito alto, de 5 a 6 vezes superiores aos do tipo plastificantes; seu 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 o uso do aditivo SP para a redução de custos. Aditivo superplastificante retardador (tipo SPR) 13

14 O aditivo tipo SPR é um produto que combina os efeitos dos aditivos superplastificantes e retardador. Ele traz flexibilidade ao uso do concreto, aumentando o tempo de trabalhabilidade e acabamento do material. Um retardamento de 6 a 8 horas, ele afeta as resistências iniciais (primeiras horas e dias), e ainda não prejudica a resistência final. É adequado para aplicações complexas em climas quentes, em concretagens longas, melhorando a distribuição do calor de hidratação, tendo menos retração. A sua dosagem máxima é cerca de 0,5% do peso do cimento. Acima do limite terá um comportamento instável no inicio de pega. Utilizados em concretagens de grandes volumes os retardadores minimizam as juntas frias. Tendo como efeitos: a possibilidade de moldagem em temperaturas mais baixas do concreto, reduzindo o tempo de acabamento dos projetos; concretagens em climas frios (de até -7 C sem o congelamento da água); redução do tempo de aplicação de procedimentos de cura; aumento da resistência inicial (desforma mais rápida); redução da exsudação; acelerador do inicio de serviços acabamentos; e a concentração do calor de hidratação mais retração. Aditivo superplastificante acelerador (tipo SPA) O aditivo tipo SPA é um produto que combina os efeitos dos aditivos superplastificantes e acelerador. Tem como características provocar um pega mais rápido e um desenvolvimento mais rápido de resistência; os aceleradores à base de cloreto são os mais eficientes e quanto maior o consumo de cimento, maior a eficiência do acelerador. Exemplos de eficiência na utilização de aditivo tipo SPA: Pavimentos de concreto: liberação mais rápida do tráfego; Pré-moldados: liberação mais rápida da forma (maior produtividade). 14

15 Imagem 04 Tabela-resumo das características dos aditivos. Fonte: ABESC,

16 Água de amassamento Impurezas e sua influencia A respeito da adequação da agua à fabricação do concreto algumas especificações requerem apenas que ela seja limpa e livre de substancias deletéria. Outras especificações estabelecem que, se a agua não provem de fonte de qualidade comprovada devem ser feitos ensaios comparativos de resistência à compressão em corpos de prova de argamassa ou de concreto. No entanto, a possibilidade de uma agua ser ou não empregada com agua de amassamento fica condicionada a como e quais as impurezas que afetam negativamente o concreto e qual o teor máximo permissível de impureza. Substancias em suspensão Normalmente, as substancias que se encontram em suspensão na agua são silte e a argila, caracterizando-se sua existência pela turbidez do liquido. O Bureau of Reclamation estabelece o índice máximo de turbidez em 2000 partes por milhão, para aguas de amassamento. A pratica corrente brasileira limita a ocorrência máxima de resíduo solido em 5000 mg/1. Quanto a influencia dessas partículas, observa-se que uma pequena quantidade de argila bem dispersa, de dimensões iguais ou inferiores a 2x10-6m, poderá fechar os poros capilares do cimento endurecido ou os que existem entre o cimento e o agregado, contribuindo para o aumento e compacidade da massa. Apesar disso, a presença de maior quantidade desse material impede a cristalização perfeita dos produtos de hidratação, interpondo-se entre os cristais de crescimento e em vias de colagem e comprometendo a coesão interna do meio resultante. Quantidade de substancias em suspensão superiores à mencionada podem não afetar as resistências mecânicas do concreto, mas sim, outras propriedades da mistura. 16

17 Substancias em solução As substancias em solução encontradas nas aguas naturais são compostos principalmente por sais cuja a influencia se manifesta pela ação dos seus íons, os mais comuns são: cálcio, magnésio, sódio, carbonato, bicarbonato, sulfato, entre outros. Cujo a ação pode ser classificada em três tipos: a) íons que alteram as reações de hidratação do cimento; b) íons que podem levar à expansão a longo prazo ( como por exemplo, os sulfatos do álcalis ); c) íons capazes de provocar a corrosão das armaduras. No primeiro caso, a pega e o endurecimento, podem ser prejudicados pela combinação com o cálcio que elimina ou reduz o teor de hidróxido de cálcio livre alterando a hidratação dos componentes, em especial os aluminatos. No segundo caso, dentre os íons capazes de agir prejudicialmente em longo prazo, encontram-se os cátions sódio e potássio, e o ânion sulfato, podendo atuar diretamente sobre o cimento (íon sulfato) ou sobre o agregado (sulfato, sódio, potássio), uma vez que o cimento, meio altamente alcalino, favorece as reações expansivas; daí resulta a necessidade de limitar a concentração desses íons. Quanto aos íons que agem na corrosão das armaduras os mais importantes são os cloretos, os sulfetos, os nitratos e o amônio, com danos, principalmente quando se trata de concretos protendidos, nos quais, por estar a armadura submetida a tensões muito elevadas, a energia interna é grande, facilitando o desenvolvimento das reações químicas. A influência do ph. Embora o ph das águas naturais praticamente não tenha influência nas propriedades dos concretos, algumas considerações merecem destaque. Raramente tais águas apresentam valores de ph inferiores a 4 sendo o ácido contido rapidamente neutralizado pelo contato com o cimento. A acidez das águas naturais é comumente atribuída à concentração de dióxido de carbono (CO 2 ) em 17

18 solução, que raramente excede a 10 p.p.m de CO 2. O ácido clorídrico (HCl) e o ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) são outros indicadores de acidez do meio funcionando como retardadores de pega do cimento, cuidando- se, no entanto, que os teores de íons -- SO 4 e Cl - não se elevam acima dos limites permitidos. A influência das substancias orgânicas Dentre as substâncias orgânicas que, presentes na água, podem alterar as características dos concretos, os óleos minerais, hidratos de carbono e os açúcares. Os óleos minerais, numa concentração de até 2% da massa do cimento, não afetam a resistência mecânica do concreto. O aumento dessa concentração, por exemplo, 10% - provoca reduções que podem exceder cerca de 30%. Quanto aos açúcares, tidos como agentes retardadores da pega e redutores da resistência do concreto requerem um estudo mais aprofundado, pois nem sempre ele se comporta de maneira mencionada. Observa-se um retardo muito grande da pega e uma redução acentuada das resistências nas primeiras idades (entre 2 a 7 dias), sendo que nas idades posteriores as resistências se não melhoram, também não são prejudicadas. Concentrações maiores tornam ultrarrápidas as pegas, reduzindo efetivamente as resistências finais do concreto. Substâncias inorgânicas Dentre as substâncias inorgânicas carreadas pelas águas, algumas merecem especial atenção: os iodatos, os fosfatos, os arseniatos e os boratos de sódio, os cloretos e sulfatos de zinco e cobre os óxidos de zinco, os sulfetos de sódio e potássio, que, dependendo da concentração em que se encontram na água de amassamento podem causar sérios distúrbios tanto na pega, como nas resistências do concreto. Gases dissolvidos As quantidades de gases dissolvidos na água de amassamento são em geral, bem pequenas, e de influência quase nula no concreto fresco ou endurecido. 18

19 A ASTM indica que os gases mais comuns e as suas concentrações mais prováveis nas águas naturais são o dióxido de carbono livre (CO 2 ), oxigênio, ácido sulfídrico (H 2 S), amônia. Água do Mar As águas marítimas, que contém por volta de 3,5% de sais dissolvidos, não apresentam inconvenientes quando usadas como água de amassamento dos concretos simples. De modo geral, a experiência tem mostrado que, no concreto simples, a água do mar apresenta resultados praticamente iguais àqueles obtidos com água doce padrão, verificando-se, às vezes, ligeira aceleração da pega, aumento das resistências iniciais e leve diminuição das resistências finais, dependendo do tipo de cimento empregado. No concreto armado, a opinião geral é a favor da não utilização da água do mar, uma vez que, provavelmente, ocorrerá a corrosão do aço Águas Residuais de Indústrias Em se tratando de água residual cada caso deve ser tratado separadamente pois é impossível generalizar os tipos de impurezas carreadas, uma vez que são função do próprio processo industrial e do tipo de serventia da água. Na maioria das vezes quando analisado o comportamento de concretos executados com água contendo diversos tipos de resíduos industriais obtiveram-se bons resultados na maioria dos casos. 19

20 Conclusão Concluímos com este trabalho que os aditivos são muito importantes para a formação do concreto além da água, do cimento e dos agregados. Os aditivos melhoram o concreto para cada traço e situação, mas não consegue transformar um concreto mal dosado e manuseado em um concreto bom. Eles servem para aprimorar o concreto para que ele se adapte ao projeto. É usual dizer-se que toda água que serve para beber pode ser utilizada na confecção de concretos. A água utilizada no amassamento do concreto não deve conter impurezas que possam vir a prejudicar as reações entre ela e os compostos do cimento. Na realidade, os maiores defeitos provenientes da água de amassamento tem maior relação com o excesso de água empregada do que propriamente com os elementos que ela possa conter. Antes de ser iniciada uma obra de concreto, ou quando houver dúvidas a respeito da água a ser empregada na mistura do concreto, deve-se proceder à análise química e aos ensaios comparativos de comportamento executados em pastas e argamassas padrão 20

21 REFRÊNCIAS BAUMGART, Otto. Aditivos para concreto, argamassas e caldas de cimento. 12ªed ABESC Associação Brasileira das Empresas de Serviços de Concretagem. Aditivos para concreto. Disponível em: < Acesso em 26 de agosto de