21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais 09 a 13 de Novembro de 2014, Cuiabá, MT, Brasil

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1 APLICAÇÃO DE TÉCNICAS DE PLANEJAMENTO FATORIAL PARA AVALIAR O EFEITO DA ADIÇÃO DE ADITIVO PLASTIFICANTE RETARDADOR NO TEMPO DE PEGA E PROPRIEDADES DE CONCRETOS DE CIMENTO PORTLAND S. Schwaab 1, A. Schackow 1, A. B. Kramer 1, S.L. Correia 1 Campus Universitário Prof. Avelino Marcante, s/n, CEP samoelschwaab@yahoo.com.br 1 Universidade do Estado de Santa Catarina, Centro de Ciências Tecnológicas (UDESC/CCT), Joinville, SC RESUMO Este trabalho investiga o efeito da incorporação de aditivo plastificante retardador de pega em misturas de concretos para construção. A investigação foi realizada utilizando um projeto fatorial fracionado para o planejamento e análise dos experimentos. Para cada fator, três níveis foram selecionados: teor do aditivo em relação àmassa de cimento (0,6, 0,8 e 1 %, em massa), relações água-cimento (W/C, de 0,6, 0,7 e 0,8 em massa) e agregado-cimento (A/C, de 5,8, 6,3 e 6,8 em massa). Propriedades no estado fresco (tempo de pega) e endurecido (resistência à compressão aos 7 dias) foram avaliadas. Com as medidas, análises estatísticas juntamente com a metodologia de superfícies de respostas possibilitaram avaliar os efeitos dos fatores nas propriedades. Os resultados mostraram que o teor de plastificante retardador acima de 0,80 % produz concretos com tempo superior a 10 h, porém seu conteúdo não afeta a resistência à compressão aos 7 dias. Palavras-chaves: concreto, aditivo retardador, planejamento fatorial, propriedades físico-químicas e mecânicas. INTRODUÇÃO O atual aquecimento do setor da construção civil na economia, aliado a alta demanda por novas formas de produção e aplicação, têm gerado uma grande procura por novas tecnologias na área de fabricação de concretos. 1165

2 Uma das estratégias muito utilizada na indústria de concreto é o emprego de aditivos para concreto, que hoje já é parte integrante nas misturas de concretos. A melhora das propriedades relacionadas à trabalhabilidade desses materiais constitui um dos inúmeros benefícios obtidos pelo uso de aditivos (1). O uso de produtos adicionados ao concreto para melhorar suas propriedades remonta a civilizações antigas como a romana, onde eram empregadas substâncias como clara de ovo e sangue. Entretanto, foi no século passado que a tecnologia de fabricação de aditivos se consolidou, sendo desenvolvidos produtos que permitiramuma melhora significativa de certas propriedades do concreto fresco e endurecido e seu emprego em produções de larga escala (2),(3). Uma das propriedades fundamentais do concreto é o seu tempo de pega em estado fresco, o qual limita seu uso na obra. A densidade, a qual está relacionada com a as características de compactação, desempenha um importante papel na resistência mecânica e durabilidade (4). Dessa forma, o emprego de aditivos plastificantese polifuncionais (5),(6) desempenham um papel importante para se obter concretos com trabalhabilidade desejada, e que geralmente também podem proporcionar uma redução no consumo decimento no traço entre 6 e 15% (7).Produtos auxiliares e complementares podem ser usados visando uma redução de água, melhora nos processos de hidratação do cimento e o retardamento de pega do concreto (5),(7). Assim, diante do exposto, este trabalho tem por objetivo avaliar o efeito da adição do aditivo plastificante retardador em concretos para construção civil. Um projeto fatorial fracionado foi utilizado para o planejamento e análise dos experimentos para as propriedadestempo de pega e resistência a compressão após 7 dias de cura, como uma função dos fatores teor de aditivo adicionado, relações água-cimento e agregado-cimento. MATERIAIS E MÉTODOS Materiais a) Cimento Portland, tipo CP II F40. b) Agregado graúdo, formado por brita 0 artificial, retirada de rochas da região norte de SC. 1166

3 Fatores 21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais c) Agregado miúdo, constituído por areia média extraída de rios da região nordeste de SC. d) Aditivo plastificante (ou redutor de água) retardador de pega. e) Água, fornecida pela concessionária local. Procedimento Experimental Como ponto de partida para a pesquisa, utilizou-se um traço fornecido pela empresa GrupoMax Mohr, denominado piloto: fator água-cimento (W/C) de 0,7 (massa), fator agregado-cimento (A/C) de 6,3 (massa) e teor de aditivo de 0,8 % (em massa)relativo ao peso de cimento. Com base nesses dados, foram adotados limites para os níveis dos fatores citados, Tab. 1. Para uma melhor compreensão dos efeitos dos fatores e suas interações, um projeto fatorial fracionado foi utilizado para o planejamento e análise dos experimentos para as propriedades tempo de pega e resistência a compressão após 7 dias de cura, como uma função dos fatores teor de aditivo adicionado (AD), relações água-cimento (W/C) e agregado-cimento (A/C). O projeto foi realizado de forma aleatória visando eliminar possíveis erros de experimento.o planejamento experimental foi delineado com o auxílio do software Statistica 8.0 (StatSoft, Inc, 2008). Tab. 1. Limites adotados para os fatores. Aditivo (% em relação ao peso de cimento) Fator Agua-Cimento (W/C) Fator Agregado-Cimento (A/C) Limites 0,6 0,8 1,0 0,6 0,7 0,8 5,8 6,3 6,8 A mistura dos componentes do traço foi realizada em uma betoneira comum com capacidade de 120 litros, no Laboratório de Materiais de Construção do Departamento de Engenharia Civil da UDESC/CCT Joinville. O tempo de pega (TP) foi medido utilizando calorímetro Impac, com o auxilio do Software ImpacLog 1.0. Foram utilizados moldes de resina de engenharia (PVC) para a obtenção de corpos-de-prova cilíndricos com dimensões 200 mm x 100 mm. A cura foi feita 1167

4 colocando-se os mesmos em um tanque com água saturada com hidróxido de cálcio, a 25 C, pelo período de sete dias. A resistência à compressãoapós 7 dias de cura (RC7) foi obtida em uma prensa hidráulica, informatizada, marca EMIC, modelo PC 200 I, com capacidade nominal de 200 tf, no laboratório de Materiais de Construção Civil, do departamento de Engenharia Civil da UDESC/CCT Joinville. Os resultados foram analisados com o auxílio do software Statistica 8.0 (StatSoft, Inc, 2008). RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tab. 2 apresenta as misturas de concretos obtidas a partir da Tab. 1, com auxílio do Statistica 8.0 e as medidas das propriedades AB, TP e RC7. Tab.2. Traços e valores medidos paratp e RC 7. Mistura Fator W/C (massa) Fator A/C (massa) Aditivo (AD,%) Resultados das medidas TP (h) RC7 (MPa) 1 0,6 5,8 0,6 8,50 18,0± 0,2 2 0,7 5,8 1,0 13,33 11,1 ± 0,2 3 0,8 5,8 0,8 9,50 06,4 ± 0,2 4 0,6 6,3 1,0 10,00 18,4 ± 0,4 5 0,7 6,3 0,8 9,00 10,7 ± 0,6 6 0,8 6,3 0,6 8,66 9,3 ± 0,5 7 0,6 6,8 0,8 11,00 18,4 ± 0,5 8 0,7 6,8 0,6 9,00 16,3 ± 0,3 9 0,8 6,8 1,0 11,00 11,7 ± 0,4 De acordo com a análise de variância realizada para o TP, apenas os fatores A/C quadrático (x 2 1 ), W/C quadrático (x 2 2 ) e AD linear (x 3 ) são estatisticamente significantes a um nível de significância de 0,10. A equação final ajustada para o modelo do TP pode ser representada pela Equação (A): TP = 5,06 0,01x 1 2 0,52x ,834x 3 (A) O tempo de pega é principalmente influenciado pelo teor de aditivo adicionado. Esse fato está coerente com as aplicações desse componente em concretos. O efeito dos fatores W/C, A/C e AD no TP são estudados de uma forma 1168

5 mais otimizada quando se utiliza a Fig. 1, na forma de gráfico de contorno. A Fig. 1 representa graficamente o efeito dos fatores citados, para uma relação A/C constante de 6,3. Pode ser observado que tempos de pega superiores a 10 h podem ser obtidos para misturas com quaisquer W/C e com no mínimo 0,80 % de aditivo retardador (para uma A/C constante de 6,3) (5). Fig. 1. Efeito do teor de aditivo no tempo de pega em função da W/C, para concretos(a/c = 6,3). Como ocorreu para o TP, a análise de variância realizada para a RC7 mostra que apenas os fatores A/C linear (x 1 ), W/C linear (x 2 ) e AD quadrático (x 2 3 ) são estatisticamente significantes. A equação final ajustada para o modelo da RC7 pode ser representada pela Equação (B): RC7 = 23,01 + 3,65x 1 45,75x 2 0,94x 3 2 (B) A RC7 é principalmente influenciada pela W/C, de modo que nos tempos iniciais da cura, ainda não há uma hidratação significativa e ainda altos valores de W/C originam poros, reduzindo a RC7 (8). A Fig. 2 representa graficamente o efeito dos fatores citados, para uma relação A/C constante de 6,3. Pode ser observado que misturas com RC7 acima de 16 MPa são produzidas com W/C inferior a 0,63, independentemente do teor de aditivo adicionado (até o limite de 1,0 % estudado), mantendo constante A/C em 6,3 (8). 1169

6 Fig. 2. Efeito do teor de aditivo no tempo de pega em função da W/C, para concretos(a/c = 6,3). CONCLUSÕES O planejamento experimental utilizando um projeto fatorial fracionado e o uso da metodologia de superfícies de respostas mostrou-se eficiente no estudo das propriedades de tempo de pega e resistência à compressão após 7 dias de cura de concretos produzidos com a adição de aditivo plastificante retardador. A técnica possibilitou o cálculo de modelos de regressão que descreve as propriedades em função do teor de aditivo, razão água-cimento e razão agregado-cimento. O tempo de pega é influenciado pelo teor de aditivo adicionado, podendo-se obter concretos com tempos de pega superiores a 10 h para teores acima de 0,80 % em relação à massa de cimento. Misturas de concretos com resistências à compressão superiores a 16 MPa são produzidas com W/C inferior a 0,63, independentemente do teor de aditivo adicionado (até o limite de 1,0 % estudado), mantendo constante A/C em 6,3. O uso de planejamento fatorial pode ser usado para selecionar as melhores combinações dos parâmetros para a fabricação de concretos com propriedades específicas. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem o suporte financeiro recebido da UDESC-Joinville e 1170

7 dacapes (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal), e são gratos ao Grupo Max Mohr (Joinville, SC, Brasil) pelo fornecimento dos materiais usados no trabalho. REFERÊNCIAS 1. HARTMANN, C. T. Avaliação de aditivos superplastificantes base policarboxilatos destinados a concretos de cimento Portland f. Dissertação (Mestrado em Engenharia) Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo. Ok 2. ISAIA, G.C.Concreto: Ensino, pesquisa e realizações. Ibracon, São Paulo, Vol01 p , MEHTA, P. K., MONTEIRO P. J. M.. Concrete: Microstructure, Properties and Materials. São Paulo: PINI, MARTIN, J. F. M. Aditivos para Concreto. In ISAIA, G. C (Ed.).Concreto: Ensino, Pesquisa e Realizações. São Paulo: IBRACON, p v. 1, COLLEPARDI, M. P.; MONOSI, S; MORICONI, G. Influence of lignosulphonate, glucose and gluconate on the c3a hydration. Cement and ConcreteResearch. Vol. 13, pp , KILINCKALE, F. M., DOGAN G. G. Performance of Concretes Produced with Superplasticizer. Journal of Applied Polymer Science, Vol. 103, , CORRÊA, A. C.A..Estudo do desempenho dos aditivos plastificantes e polifuncionais em concretos de cimento portland tipo cpiii p. Dissertação (Pós-graduação em Engenharia Civil) Curso de Engenharia Civil, Departamento de Tecnologia em Construção, Universidade Federal Fluminense, Niterói Rio de Janeiro. 8. NIKBIN, I.M., BEYGI M.H.A., KAZEMI M.T., AMIRI J.V., RABBANIFAR S., RAHMANI E., et al. A comprehensive investigation into the effect of water to cement ratio and powder content on mechanical properties of self-compacting concrete. Construction and Building Materials. 2014;57:

8 USING FACTORIAL DESIGN TO ASSESS THE EFFECT OF RETARDANT PLASTICIZER ADDITIVE ON SETTING TIME AND COPRESSIVE STRENGTH OF CEMENT PORTLAND CONCRETES ABSTRACT This paper investigates the effect of the incorporation of retardant plasticizer additiveon concrete mixtures. The investigation was performed using a fractional factorial design for the planning and analysis of experiments. For each factor, three levels were selected: the content of the additive relative to the cement weight (0.60, 0.80 and 1.00 wt. % by weight), water-cement ratio (W/C ratio of 0.6, 0.7 and 0.8 by weight) and aggregate-cement (A/C of 5.8, 6.3 and 6.8 by weight). Properties in the fresh state (setting time) and hardened (7-day compressive strength) were evaluated. With these measures and statistical analyses results, as well the response surface methodology were possible to evaluate the effects of these factors on properties. The results showed that the amount of retardant plasticizer above 0.80 wt. % produce concretes with setting time higher than 10 h, however its content does not affect the 7-day compressive strength. Keywords: concrete, additive, factorial design, physical-chemical and mechanic properties. 1172