TÉCNICA A INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA NA DESFORMA DO CONCRETO CONSULTORIA

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1 A INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA NA DESFORMA DO CONCRETO Paula Ikematsu () Gerente de área de Produto e Canais Técnicos da InterCement S/A Mestre em Engenharia Civil (Escola Politécnica da Universidade de São Paulo). paula.ikematsu@intercement.com Luis Antonio Laguna (2) Gerente de Marketing da InterCement S/A Engenheiro Civil (Universidade Anhembi Morumbi) luis.laguna@intercement.com. RESUMO O concreto é composto de: cimento, brita, areia, água e aditivos. Um dos principais fatores de seu endurecimento é em função às reações exotérmicas do cimento. Em dias com baixas temperaturas, principalmente durante o inverno, as peças concretadas poderão sofrer alterações em seus desempenhos habituais de desforma. Neste período as cimenteiras e concreteiras recebem inúmeras solicitações de ocorrências questionando o que realmente acontece com as peças concretadas nas primeiras idades. Muitas vezes elas não endurecem e não ganham resistências. Afinal, qual a origem destas patologias? O cimento está com problema? Os agregados ou a água estão contaminados? Os aditivos estão retardando a pega? Ou seriam as baixas temperaturas responsáveis pelo desempenho atípico de resistência do concreto? O objetivo deste artigo técnico é apresentar aos profissionais que trabalham com concreto qual a influência da temperatura no momento da desforma, avaliando o impacto de temperaturas abaixo de 5ºC nas características de início e fim de pega e na evolução das resistências à compressão, para esclarecer e prevenir eventuais problemas que possam ocorrer durante a concretagem e desempenho das peças. 2. INTRODUÇÃO Fábricas de artefatos e de estruturas pré-fabricadas que utilizam cimento na sua produção precisam de uma desforma rápida. Por isso, para o ganho de produtividade muitas vezes é utilizado o CPV ARI (Alta Resistência Inicial). Estas empresas enfrentam um problema comum durante o inverno, um período sazonal e crítico do ano, onde há a diminuição abrupta da temperatura em determinadas regiões. A velocidade de hidratação de qualquer tipo de cimento é influenciada diretamente pela temperatura durante a concretagem. No inverno é relativamente frequente o retardo de pega do concreto e, consequentes quedas das resistências nas idades iniciais, muitas vezes impossibilitando a desforma de peças estruturais. Por tanto, a falta de cuidados preventivos pode causar danos tanto no ciclo operacional das indústrias, bem como patologias irreversíveis devido à má hidratação das peças pela ineficiência do processo de cura, mesmo com o concreto ainda no estado fresco. No entanto, procedimentos podem e devem ser adotados para mitigar os efeitos da diminuição da resistência e do aumento no início e fim de pega do cimento. Assim mantêm-se a integridade das peças e a eficiência do processo produtivo nos períodos e nas regiões onde temos conhecimento de quedas de temperatura, muitas vezes abaixo de 5ºC.

2 . O PROCESSO DE HIDRATAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND O cimento Portland em geral é um produto que possui como componentes básicos: o calcário, a argila e o minério de ferro que, após serem calcinados e moídos formam um pó (pulverulento) com alta capacidade de aglomeração. Ao ser misturado com a água, ocorre a hidratação destes materiais resultando no endurecimento da mistura. É a intensidade do calor liberado na hidratação durante as primeiras idades que determina a velocidade do endurecimento do concreto e o crescimento da resistência. Figura : Processo de aglomeração do cimento¹. A formação de agulhas de etringita que são responsáveis pelo início de pega e, é derivada da hidratação dos aluminatos (CA e C4AF) com o gesso. Posteriormente, acontece a hidratação dos silicatos, e formação do C-S-H (Silicatos de Cálcio Hidratados) e Ca(OH)2 (Silicato de Cálcio Hidratado), estes compostos são responsáveis pelo ganho progressivo de resistência. A reação de hidratação é um processo exotérmico, ou seja, durante a reação do cimento com a água há a liberação de calor. O calor gerado pela reação exotérmica do cimento é chamado de calor de hidratação e é muito importante para a evolução das resistências. Por isso, quando trabalhamos em ambientes externos com baixas temperaturas, inferiores a 5ºC ou com água de dosagem do concreto com temperaturas inferiores a 25ºC geramos o chamado baixo nível de calor de hidratação que causa o retardamento das resistências iniciais. Se estas temperaturas chegarem a níveis inferiores a 0ºC, além do retardamento pode ocorrer a paralisação do início de pega do cimento, ou seja, o concreto não reage e fica no estado fresco. Microscopia eletrônica de varredura reproduzida de MEHTA, P. K. e MONTEIRO, P. J. M. Concreto: estrutura, propriedade e materiais, 994.

3 Figura 2: Concreto dosado a mais de 72 horas a baixas temperaturas, com aparência de concreto fresco. 4. ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA NA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO E NO TEMPO DE PEGA DO CONCRETO Este artigo técnico apresenta os resultados de estudos realizados para verificação da influência da temperatura e da relação água/cimento (a/c) na evolução da resistência à compressão, em diferentes idades de cura e nos tempos de início e final de pega do concreto. Para a realização do estudo foram realizados três traços de concreto com valores de relação a/c de 0,45, 0,60 e 0,75. Na dosagem dos concretos foi utilizada uma amostra de cimento Portland de alta resistência inicial CPV ARI da Cauê da unidade de Apiaí (Tabela ). Os corpos-de-prova de cada um dos traços foram mantidos desde a moldagem às temperaturas de 5ºC, 5ºC, 25ºC e 5ºC. Corpo-de-prova nº dia Resistência à compressão (MPa), nas idades dias 7 dias 28 dias 24,4 9,4 46,6 5,2 2 26,0 42,7 45,2 55,8 25,4 9,2 44,4 54, 4 25, 9,8 42, 5, Média (MPa) 25,2 40, 44,6 54, DRM (%),2 6,0 5,2, Ensaios Físicos Finura Resíduo na Peneira de 75um (%) 0,0 Massa Específica (g/cm³), Área Específica (cm²/g) Água da Pasta de Consistência Normal (%) 29,8 Início de Pega (h:min) :5 Fim de Pega (h:min) 4:55 Expansibilidade de Le Chatelier a Quente (mm) 0,5 Expansibilidade de Le Chatelier a Frio (mm) Tabela : Características do cimento 0,5

4 Os concretos foram preparados em laboratório, com betoneira estacionária de eixo vertical e mistura forçada. Os traços foram elaborados seguindo a melhor forma de empacotamento. Foi determinada uma família de concreto com teor de argamassa fixado em 49% e a consistência, medida pelo abatimento do tronco de cone mantida e constante de 80 ± 0 mm. Com esses parâmetros foi elaborada uma curva de Abrams com relações água/cimento iguais a 0,45, 0,60 e 0,75. Os traços foram preparados com areia média, brita e cimento CPV ARI Cauê Apiaí. Na Tabela 2 são apresentados os valores correspondentes a cada um dos traços elaborados. Identificação dos traços Traço Unitário em massa materiais secos (cimento: areia: brita) Relação a/c (kg/kg) Consumo de cimento (kg/m³) Massa específica (kg/m³) Abatimento Tronco de Cone (mm) Teor de ar (%) :,98:2, 0, ,0 2 :2,0:,0 0, , :2,660:,776 0, ,5 Tabela 2: Características das dosagens de concreto Para cada traço foram moldados corpos-de-prova cilíndricos 0 X 20 cm; esses corpos-de-prova foram colocados em quatro diferentes condições de temperatura (5ºC, 5ºC, 25ºC e 5ºC), sendo desformados no dia seguinte e mantidos em cura submersa nas temperaturas indicadas até a data de ruptura. Para cada temperatura foram moldados três corpos-de-prova para cada idade de ensaio ( dia, dias, 7 dias, 4 dias e 28 dias). Além da resistência à compressão, também foi verificado a influência da temperatura e da relação a/c no tempo de pega do concreto. Os resultados das análises são apresentados nas Tabela e na Tabela 4 e estão ilustrados no Gráfico. Relação a/c Temperatura (ºC) início 0,45 0,60 0,75 final início final início final :5 5:0 5:05 20:00 7:50 2:20 08:05 0:40 08:25 :45 :0 6:0 05:5 07:25 07:00 09:0 07:25 09:50 04:25 05:0 04:55 06:0 05:20 06:5 Tabela : Determinação dos tempos de pega do concreto (h:min) Gráfico : Comparação da Evolução da resistência à compressão em função dos traços a/c 0,45, 0,60 e 0,75.

5 Temperatura (ºC) Idade (dias) 0,45 Relação a/c 0,60 0,75 4,0,4 0,5 27,6 5,9 7, ,2 27,8 6, 4 45,4 2,4 9, ,4 7,5 24, 2,4 5,6 2, 8, 2,4 2, ,9 0,7 9,0 4 4,9 5,8 2, , 9, 27,4 25,7 4,7 7,7 6,8 26,6 7, ,2 0,6 20,4 4 4,0 8,7 2, 28 52,8 42,7 25,8 4,6 2,6,0 8, 26,0 8, ,7 0,5 2, 4 4,8 0,5 22, , 6, 2,9 Tabela 4: Determinação da resistência à compressão média (MPa). Através dos resultados apresentados, verificou-se que os tempos de início e final de pega aumentaram consideravelmente com a diminuição da temperatura e com o aumento da relação água/cimento. Da mesma forma a resistência à compressão dos concretos diminui com o aumento da relação água/cimento. Observa-se que a diferença da resistência à compressão na temperatura mais baixa (5ºC), nas idades de, e 7 dias em relação às demais temperaturas é bastante significativa. Portanto há influência da temperatura na evolução da resistência à compressão. Na Tabela 5 são apresentados os dados de resistência à compressão x relação a/c com dia. Através dos valores de resistência obtidos, tomou-se como base de resistência padrão a temperatura de 25ºC. O desempenho (aumento ou decréscimo) de resistência em relação ao ganho de resistência na temperatura de 25ºC é apresentado no Gráfico.

6 Relação a/c Temperatura (ºC) Idade (dias) 0,45 0,60 0,75 0,45 0,60 0,75 Resistência (MPa) Desempenho (%) 5 4,4 0, ,4 5,6 2, ,7 4,7 7, ,6 2, Tabela 5: Resistência à compressão média x relação a/c e desempenho (%). Gráfico 2: Resistência à compressão x relação água cimento. Gráfico : Desempenho do concreto x relação água cimento. No Gráfico 2 e no Gráfico observa-se a influência da temperatura na variação de resistência do concreto (ganho ou perda) frente à temperatura de verão (t=5ºc) e inverno (t=5ºc e t=5ºc), confrontado com a temperatura de referência (t=25ºc). Logo, um concreto com relação a/c 0,75, para uma temperatura de 5ºC apresenta uma queda de resistência de 7% quando comparada com a temperatura ambiente (25ºC). Já para a temperatura de 5ºC temos um aumento de resistência de 69%. Figura : Aspecto geral do concreto preparado com cimento CPV ARI e relação a/c = 0,45, curado a 5 C, aos dias². Figura 4: Aspecto geral do concreto preparado com cimento CPV ARI e relação a/c = 0,45, curado a 5 C, aos dias³.

7 Na Figura o concreto mantido em um cura a 5ºC apresenta uma microestrutura porosa e com poucas agulhas de etringita. Já na Figura 4 o concreto curado a 5ºC apresenta uma microestrutura densa e com várias agulhas de etringita formadas e interligadas, o que reflete em um concreto com resistências superiores aos dias. Portanto, a formação da microestrutura do concreto também é afetada pela temperatura externa durante a sua cura. 5. AÇÕES PREVENTIVAS PARA MINIMIZAR O EFEITO DAS BAIXAS TEMPERATURAS NO CONCRETO Fica claro através dos dados apresentados neste artigo, que as empresas necessariamente, devem tomar cuidados preventivos quando trabalharem com concreto no período do inverno ou em dias de muito frio com temperaturas abaixo de 5ºC. Por isso sugerimos algumas ações para atenuar este impacto do inverno, como: Durante o tempo frio todas as superfícies do concreto devem ser cobertas logo após o lançamento, a fim de, manter o calor no concreto. Podem-se os seguintes recursos: lonas enceradas, polietileno inflado, lençóis plásticos e papel impermeável de espessura suficiente. Improvisar estufas com lonas plásticas durante a cura inicial do concreto, mantendo a cobertura distante +/-0 cm da superfície das peças. Figura 5: Cura com lona em peças pré-fabricadas. Figura 6: Cura com lona em blocos e pavers. Prolongar o tempo de espera antes da desforma, umedecendo e mantendo-as pelo maior tempo possível. Não utilize água de dosagem com temperaturas inferiores a 20ºC. Se necessário, aquecer a água de amassamento na temperatura entre 25ºC e 70ºC (nunca aquecê-la acima de 80ºC, por motivo de segurança para os funcionários). Um aquecedor por imersão (resistências) pode funcionar nestes casos ou a instalação de um chuveiro elétrico nas saídas das caixas d água que alimentam os misturadores. Realizar as concretagens se possível sempre no período da manhã aproveitando o máximo a temperatura ao longo do dia. É importante ressaltar que a tendência natural no final da tarde e período da noite, termos temperaturas mais baixas. Em caso de desforma muito rápida utilizar cura a vapor através de caldeiras, acelerando o início de pega do cimento. Utilizar aquecedores no local onde as peças estarão em cura inicial. Estocar os materiais em ambiente com temperatura uniforme controlada de 2+/-2ºC por um período mínimo de 24 horas antes da mistura do concreto. Um método adequado é cobrir o agregado com lona e em seguida injetar ar quente. ² ³ Microscopia eletrônica de varredura (2000x) reproduzida de SILVA, C. O. S.; VIEIRA, S. R. S. S.; BATTAGIN, A. F. Influência da temperatura de cura nas características reológicas, físico-mecânicas e microestruturais do concreto. ABCP. ² SENAI. Trabalhando com concreto em tempo frio. Brasília.

8 Para desformas rápidas é possível utilizar aditivos aceleradores de pega, no entanto alguns cuidados devem ser tomados: Aditivos a base de cloretos não devem ser utilizados em hipótese alguma em peças que possuem armaduras, neste caso o recomendado é a utilização de aceleradores sem cloretos. A utilização de aditivo a base de policarboxilatos também são indicados em temperaturas baixas, eles não aceleram a reação, no entanto não funcionam como auxiliares no retardamento da pega como aditivos a base de lignosufonatos ou naftalenos. Se os cuidados acima forem adotados durante a dosagem é possível minimizar os efeitos das baixas temperaturas no concreto e consequentemente manter as suas características melhorando desta forma o seu desempenho. Todas as sugestões oferecidas, antes de aplicadas, devem ser supervisionadas pelo responsável técnico da obra, que avaliará as necessidades de material e mão de obra da concretagem para evitar à má qualidade dos materiais utilizados ou por erros de procedimentos de mão de obra. 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS Quando se realizam concretagens em tempo frio, é praticamente impossível determinar quanto tempo o concreto levará para iniciar o seu estágio de endurecimento, pois depende de vários fatores para ganhar resistência, sendo que a temperatura é um dos principais. Temperaturas muito baixas podem interromper o processo de endurecimento, promovendo também um retardamento na pega pela falta de água para as reações de hidratação. Lembrando que, mesmo durante o inverno é importante realizar a cura de peças concretadas, pois além de baixas temperaturas, há condições de ventos fortes e baixa umidade do ar. Desse modo, conclui-se que no caso de concretagens realizadas em temperaturas baixas, desde que não haja o risco de congelamento, a evolução da resistência à compressão é prejudicada até a idade de 7 (sete) dias. Isso acontece, principalmente para relações a/c mais altas (considerando-se o tipo de cimento estudado), sendo que a resistência continua evoluindo normalmente após essa idade e atingindo resistências próximas e até maiores que os concretos curados às temperaturas mais elevadas. Portanto, quando o cimento está dentro das normas técnicas brasileiras, foi corretamente armazenado e está dentro do prazo de validade, provavelmente não será responsável pela não evolução de resistência de peças concretadas em baixas temperaturas.