Palavras-chave: concreto, resistência à compressão,cimento portland branco,escória de alto forno.

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1 INFLUÊNCIA DO NÍVEL DE RESISTÊNCIA MECÂNICA, PERÍODO DE CURA E DA COMPOSIÇÃO DO AGLOMERANTE NA RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO DE CLORETO E NO CUSTO ESTIMADO DO CONCRETO Henrique Carvalho Siqueira (1); Antônio Luiz Guerra Gastaldini (2)*; Geraldo Cechella Isaia (3); André Lübeck (4); Daniel Sacchet Barin (5); Karina K. Veiga (6) (1) Doutorando em Eng. Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Brasil, henrisiq@gmail.com (2) Departamento de Estruturas e Construção Civil Centro de Tecnologia Universidade Federal de Santa Maria, Brzsil. gastaldini@terra.com.br (3) Departamento de Estruturas e Construção Civil Centro de Tecnologia Universidade Federal de Santa Maria, Brzsil. gisaia@terra.com.br (4) Engenharia Civil Universidade do Pampa,Brasil. andrelubeck@hotmail.com (5) Engenharia Civil Universidade Federal do Pampa Brasil, danielbarin@brturbo.com.br (6) Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Maria, Brasil. kkveiga@gmail.com RESUMO Sempre que se tem por objetivo uma qualidade específica para o concreto, seja resistência mecânica ou à penetração de íons cloretos ou alguma outra característica, é fundamental buscar diversas maneiras de alcançá-la possibilitando a escolha da alternativa mais viável técnica e economicamente. A qualidade do concreto pode ser medida através de parâmetros relativos ao transporte de certos íons, gases e líquidos através de seus poros, como os coeficientes de difusão, permeabilidade, absorção capilar e de migração. O presente trabalho teve por objetivo comparar o desempenho de concretos com níveis de resistência à compressão de 10MPa a 40MPa, compostos com cimento portland branco e escória de alto forno, curados por diferentes períodos, 3, 7 e 28 dias quanto a resistência à penetração de cloretos, avaliada segundo o método da ASTM C Dos resultados obtidos constata-se que o aumento no período de cura, para um mesmo nível de resistência à compressão, reduz o custo/m 3 e a carga passante. É possível obter com cura de sete dias, em função da composição do concreto, o mesmo nível de resistência à compressão e valores semelhantes de custo/m 3 e carga passante, obtidos com cura de 28 dias. Palavras-chave: concreto, resistência à compressão,cimento portland branco,escória de alto forno.

2 1 INTRODUÇÃO A evolução tecnológica exige a busca de elementos inovadores e materiais com bom desempenho técnico e vida útil satisfatória. Neste contexto, os concretos compostos com cimento portland branco promovem uma diferenciação no produto acabado, mantendo suas características essenciais, e propiciando um grande efeito visual e estético. O grande obstáculo para o incremento na sua utilização está no custo do concreto, quase três vezes àquele composto com cimento cinza. Uma forma de redução do custo é a substituição do CPB por adições minerais. Dentre estas, as possíveis de serem utilizadas no CPB são a sílica ativa e a escória de alto-forno, devido, principalmente, às suas colorações esbranquiçadas, não havendo grandes prejuízos à cor final da estrutura. Com o uso da sílica, tornam-se praticamente inviáveis substituições acima de 20%, sendo o teor ótimo entre 8% e 15% (TOUTANJI & EL-KORCHI, 1995; SHANNAG, 2000; SONG et al., 2007). A razão, para isso, é que os benefícios da sua atividade químico-física na estrutura passam a não acompanhar o aumento do custo por metro cúbico de concreto, não justificando o seu uso. Já com a escória, substituições de até 70% podem gerar, em idades avançadas e dependendo da característica a ser analisada, concretos tão bons, ou até mesmo melhores que os concretos sem adições (BABU & KUMAR, 2000; CHENG et al., 2005; ROSA, 2005; SCHNEIDER, 2005). A substituição do cimento por teores elevados de escória resulta em menor desempenho mecânico nas primeiras idades, o que pode ser contornado com a utilização de ativadores químicos (COLLINS & SANJAYAN, 1998),(SPERB, 2003), (SCHNEIDER, 2005). Resultados de pesquisas realizadas com o cimento portland branco tem sido publicado, abordando o seu comportamento mecânico, (HAMAD,1995) e (BENITEZ et al.2002), carbonatação (KIRCHHEIM,2003), ataque por cloretos (RIZZON,2006) e a sua microestrutura (KORB,2007). Contudo, no levantamento bibliográfico executado não foram encontrados trabalhos ou referências que abordam aspectos de durabilidade de concretos compostos com cimento portland branco e adições minerais. 2 OBJETIVO O presente trabalho teve por objetivo comparar o desempenho de concretos compostos com cimento portland branco e escória de alto forno, curados por diferentes períodos, 3, 7 e 28 dias quanto à resistência a penetração de cloretos, avaliada segundo o método da ASTM C Apesar das críticas com relação a esse método de ensaio, uma vez que pesquisadores afirmam que os resultados fornecidos pelo teste rápido de penetração de cloretos - TRPC não representam a resistência à penetração de cloretos e sim uma medida de condutividade elétrica do concreto, (ANDRADE, 1993;ISAIA, 1996; SHI et al,1998; WEE et al, 2000; CALÇADA, 2002), especificações baseadas na ASTM C 1202 são comuns na indústria da construção nos EUA (BRYANT, 2009). O autor afirma que o Departamento de Transporte da Virgínia está realizando um programa piloto usando a norma ASTM C 1202 como especificação de desempenho, assim como a autoridade portuária de New York e New Jersey também usa esta norma como especificação de desempenho para o concreto. 3 METODOLOGIA 3.1 Materiais utilizados Como aglomerantes foram utilizados o cimento portland branco e a escória de alto forno cujas características físicas e químicas são apresentadas na tabela 1. O agregado miúdo utilizado foi a areia natural (lavada) com dimensão máxima característica de 4,75mm e módulo de finura 2,45. O agregado graúdo foi a pedra britada (lavada) com dimensão máxima característica de 19 mm e módulo de finura 6,87. O ativador químico utilizado foi o sulfato de sódio (comercial por razões econômicas) em teor de 4% sobre a massa de aglomerante.

3 Utilizou-se um aditivo superplastificante de 3ª geração, à base de éter policarboxílico modificado, quando necessário, para obtenção de consistências pré-fixadas em 90 ± 10 mm. 3.2 Dosagem Foram investigadas quatro composições de aglomerante: uma composta com 100% de CPB (REF), outras duas compostas com 50% e 70% de escória (50E e 70E) e uma composta com 50% de escória e 4% de ativador químico, 50A, cada uma em três relações a/ag (0,30, 0,42 e 0,55). A Tabela 2 apresenta o consumo dos materiais por m³ de concreto. Foi adotado como teor ótimo de argamassa o valor 52%. Quando utilizada a adição mineral, foi realizada a correção na quantidade de areia, visando manter o mesmo teor de argamassa, em massa, do traço de referência. Tabela 1 Características físicas e químicas dos aglomerantes Porcentagem em massa dos materiais (%) Componentes CPB-40 Escória Perda ao fogo 11,60 SiO 2 17,95 33,84 Al 2 O 3 2,98 10,35 Fe 2 O 3 0,21 0,67 CaO 59,40 44,50 MgO 2,87 7,99 SO 3 3,09 S 0,83 Na 2 O 0,43 0,20 K 2 O 0,36 0,40 Início de Pega 100 min Massa específica (g/cm³) 2,97 2,92 Área específica Blaine (cm²/g) Resíduo na # 0,075mm (%) 0,29 Tabela 2 Consumo de materiais por m 3 de concreto e custo de elaboração Mistura a/agl Materiais (kg/m³ de concreto) Cimento Escória Areia Brita Aditivo* Ativador Água Custo/m 3 0,30 516,7 640,7 1064,3 1,70 153,8 403,21 REF CPB 0,42 415,4 706,2 1038,6 0,33 174,3 310,65 0,55 305,0 820,4 1039,9 167,7 241,05 0,30 260,0 260,0 624,0 1071,2 1,46 155,0 284,81 50E CPB 0,42 208,5 208,5 696,2 1042,3 0,27 174,9 220,64 0,55 152,9 152,9 813,3 1042,7 168,2 173,50 0,30 156,2 364,5 619,6 1072,6 1,46 155,2 234,91 70E CPB 0,42 125,2 292,2 692,8 1043,4 0,29 175,1 185,15 0,55 91,8 214,2 810,9 1043,5 168,3 147,32 0,30 260,0 260,0 624,0 1071,2 5,25 20,80 152,3 457,72 50A CPB 0,42 208,5 208,5 696,2 1042,3 0,13 16,68 175,0 260,16 0,55 152,9 152,9 813,3 1042,7 12,23 168,2 203,89

4 O custo relaciona-se fortemente com a relação a/ag por meio de equações exponenciais do tipo C = A/B x (onde: C = custo; A e B = constantes; e x = a/ag), cujos valores são apresentados na tabela 3. Tabela 3 - Valores de A, B e r 2 das equações que correlacionam custo/m 3 e relação a/ag. Coeficientes Mistura A B r² REF 743,639 7,817 1,00 50E 512,870 7,248 1,00 70E 409,041 6,455 1,00 50A 1129,749 24,924 0, Ensaios A resistência à compressão axial foi determinada em corpos de prova cilíndricos de 100mm x 200 mm de acordo com a NBR 5738 e A resistência a penetração de cloretos foi realizada de acordo com procedimento proposto pela ASTM C 1202, em corpos de prova de 95mm x 51 mm. A cura dos concretos foi realizada em câmara úmida à temperatura 23 ± 2 C e umidade > 95% onde os corpos-de-prova permaneceram, até as idades de ensaio que foram de 3,7 e 28 dias. 4 ANÁLISE DE RESULTADOS Sempre que se tem por objetivo uma qualidade específica para o concreto, seja resistência mecânica ou à penetração de íons cloretos ou alguma outra característica, é fundamental buscar diversas maneiras de alcançá-la possibilitando a escolha da alternativa mais viável técnica e economicamente. Na discussão a seguir é apresentada qual das quatro misturas investigadas é a mais adequada para cada propriedade analisada, tendo em vista o período de cura de 3, 7 e 28 dias. Assim, as tabelas 4 e 5 apresentam os valores de resistência à compressão e penetração de cloretos nas idades de 3, 7 e 28 dias como também, as equações exponenciais do tipo fc = A/B x e Q = C/D x que correlacionam tanto a resistência à compressão quanto a resistência à penetração de cloretos com a relação a/ag. A partir dessas equações e daquelas apresentadas na tabela 3 foi possível construir a tabela 6 que apresenta para os níveis de resistência de 10MPa a 40MPa os valores da relação a/ag para esses níveis de resistência como, também, o custo/m 3 (elaboração) e a carga passante e classificação da resistência à penetração de cloretos segundo a ASTM C 1202 para os diferentes prazos de cura. A figura 1 apresenta a relação custo/mpa das misturas investigadas em igualdade de relação a/ag. Constata-se, aos 3 dias, que as misturas contendo escória apresentam uma relação R$/MPa elevada. Isto se deve ao fato desta reagir lentamente e começar a mostrar suas ações benéficas em idade posterior. Na idade de sete dias a adição de escória resulta em concretos de menor custo/mpa, quando comparados ao concreto de referência, em todas as misturas de relação a/ag = 0,42, além da mistura 70E na relação a/ag = 0,30 e 50A na relação a/ag = 0,55. Aos 28 dias o uso da escória é benéfico para a relação custo/mpa em todas as misturas e relações a/ag pesquisadas, destacando-se a mistura 70E, por apresentar os melhores resultados em todas as relações a/ag. Esses resultados estão de acordo com os relatados por SCHNEIDER (2005). Da análise da tabela 6 constata-se que para os níveis de resistência à compressão mais elevados o uso de ativador químico resulta em maiores custos/m 3. Isso é devido ao fato de que a demanda de aditivo superplastificante aumenta quanto menor for a relação a/ag, e este é um componente que apresenta custo elevado. Exemplo disto é a amostra 50A, a/ag = 0,30, a qual possui um custo/m 3 de R$ 457,72 e supera o concreto de referência em 13,5%. Verifica-se, também, com esperado, que o aumento no

5 Tabela 4 - Resistência à compressão aos 3, 7 e 28 dias Resistência à compressão (MPa) Mistura Idade a/ag 3 dias 7 dias 28 dias Idade A A B A r 2 0,30 53,2 60,7 67,6 3 dias 132,58 22,56 0,99 REF 0,42 34,4 36,4 47,2 7 dias 144,93 21,45 0,96 0,55 24,4 28,1 39,7 28 dias 123,12 8,31 0,95 0,30 34,4 48,2 57,1 3 dias 126,60 93,36 0,97 50E 0,42 16,8 28,7 38,3 7 dias 159,91 56,67 1,00 0,55 11,0 17,5 27,7 28 dias 133,52 18,04 0,99 0,30 23,5 46,3 57,3 3 dias 110,47 213,48 0,98 70E 0,42 10,3 23,9 36,3 7 dias 182,25 107,98 0,99 0,55 6,1 14,3 27,5 28 dias 132,87 18,60 0,97 0,30 41,3 50,1 60,3 3 dias 107,65 21,31 0,97 50A 0,42 32,1 40,3 49,6 7 dias 100,30 9,53 0,99 0,55 19,3 28,5 37,8 28 dias 106,72 6,50 0,99 A = coeficientes A e B da equação fc = A/B x que correlacionam a resistência à compressão fc e relação a/ag = x Tabela 5 Resultados do ensaio acelerado de penetração de cloretos (ASTM C1202/05) Carga passante (C) Mistura A/AG Idade 3 dias 7 dias 28 dias C A D A r 2 0, dias 1841,22 0,05 0,93 REF 0, dias 1244,64 0,05 1,00 0, dias 1111,92 0,09 1,00 0, dias 1991,31 0,16 1,00 50E 0, dias 665,11 0,14 1,00 0, dias 578,50 0,43 1,00 0, dias 1262,43 0,04 1,00 70E 0, dias 565,46 0,16 1,00 0, dias 402,65 0,48 1,00 0, dias 658,52 0,04 1,00 50A 0, dias 657,62 0,37 1,00 0, dias 543,47 0,47 0,96 A = coeficientes A e B da equação Q = C/D x que correlacionam a carga passante Q e relação a/ag = x

6 período de cura resultou em diminuição nos custos de elaboração e na carga passante. O aumento no teor de escória reduziu o custo/m 3 e a carga total passante, mas não chegou a alterar a classificação proposta pela ASTM C Figura 1 Relação custo/mpa em função do período de cura, tipo de mistura e relação a/ag Para cura de 3 dias e nível de resistência de 10MPa as misturas com escória apresentaram mesma classificação da ASTM C 1202 quanto a resistência a penetração de cloretos, contudo, o aumento no teor de escória aumentou o custo/m 3. Para o nível de 20MPa a mistura ativada apresenta menor custo/m 3, inferior a da mistura 70E com igual classificação da norma referida. Para esse nível de resistência a mistura de referência apresenta custo/m 3 inferior àqueles das misturas com escória, 50E e 70E, entretanto, alto risco de penetração de cloretos. Para o nível de resistência de 30MPa a mistura composta com 50% de escória apresenta menor custo/m 3 com menor risco de penetração de cloretos do que a mistura de referência. As misturas compostas com escória sem ativador químico, curadas por 3 dias, não conseguem atingir nível de resistência de 40MPa. Somente as misturas REF e 50A atingem esse valor. A primeira apresenta menor custo/m 3 e risco alto de penetração de cloretos. A segunda, 50A, apresenta custo mais elevado (~ 20%) porém apresenta baixo risco de penetração de cloretos. Para os concretos curados por 7 dias e níveis de resistência de 20MPa, 30MPa e 40MPa a mistura 70E apresentou menor custo/m 3 e menor risco de penetração de cloretos quando comparado a mistura de referência e 50E. Essa mistura, quando produzida com relação a/ag = 0,47 e com este período de cura atinge o nível de resistência de 30 MPa, apresenta um custo/m 3 = R$170,26 e carga total passante de 1338C. Para esse mesmo período de cura a mistura de referência atinge esse mesmo nível de resistência quando produzida com relação a/ag = 0,51 a um custo/m 3 = R$260,56 e apresenta carga total passante de 5735C, ou seja, classificada pela ASTM C 1202 de alto risco de penetração de cloretos. Para cura de 28 dias e nível de resistência de 30MPa as misturas aglomerantes REF e 50A apresentam relações a/ag fora dos limites de confiança. Apenas para esse nível de resistência a mistura 50E apresenta melhor desempenho quanto à penetração de cloretos do que a mistura 70E, contudo, apresenta um maior custo/m 3. Para o nível de resistência à compressão de 40MPa a mistura 70E apresenta menor custo/m 3 e carga total passante. A mistura 50E atinge esse nível de resistência à

7 40 MPa 30 MPa 20 MPa 10 MPa Nível de resistênciaa Mistura a/ag a/ag a/ag Tabela 6 - Relação a/ag, risco de penetração de cloretos e custo/m 3 para o nível de resistência à compressão de 10MPa, 20MPa, 30MPa e 40MPa e período de cura de 3, 7 e 28 dias. Cura de 3 dias Cura de 7 dias Cura de 28 dias ASTM C 1202 CUSTO /M 3 ASTM C 1202 CUSTO /M 3 ASTM C 1202 CUSTO /M 3 REF n/c - - n/c - - n/c E 0, ,16 n/c - - n/c E 0, ,73 0, ,40 n/c A n/c - - n/c - - n/c - - REF 0, , n/c E 0, ,68 0, ,76 n/c E 0, ,22 0, ,26 n/c A 0, , n/c - - REF 0, ,93 0, ,56 n/c E 0, ,51 0, ,54 0, ,10 70E n/c - - 0, ,38 0, ,02 50A 0, ,94 0, ,48 n/c - - REF 0, ,24 0, ,53 0, ,0 50E n/c - - 0, ,54 0, ,21 70E n/c - - 0, ,22 0, ,42 50A 0, ,08 0, ,25 0, ,20 Classificação ASTM C 1202 alta > 4000C; moderada C; baixa: C; muito baixa C n/c = fora dos limites de confiança. quando produzida com relação a/ag = 0,42, a um custo/m 3 de R$ 223,31 e apresenta uma carga total passante de 825C. Quando curada por apenas 7 dias a mistura 70E, produzida com relação a/ag = 0,32 a um custo/m 3 de R$ 225,22 apresenta uma carga total passante de 1016 C, ou seja pouco inferior àquela da mistura 50E curada por 28 dias, embora mude a classificação de norma. A mistura de referência quando produzida com relação a/ag = 0,55 e curada por 28 dias, apresenta nível de resistência à compressão de 40MPa e carga total passante de 4180C a um custo/m 3 de R$ 240,0. A mistura 50E quando produzida com relação a/ag = 0,34 e curada por apenas 7 dias, apresenta o mesmo nível de resistência à compressão, carga total passante de apenas 1016C a um custo/m 3 de R$ 225,22. 5 CONCLUSÕES Dos resultados obtidos constata-se que a substituição de parte do cimento por escória de alto forno contribui para a redução no custo/m 3 além de melhorar o desempenho do concreto com relação à penetração de cloreto, avaliada segundo a norma ASTM C Nesses concretos o aumento no

8 período de cura resultou em alteração na classificação quanto à resistência a penetração de cloreto. O mesmo não ocorreu para a mistura de referência. O ativador químico utilizado mostrou-se eficaz na melhoria da resistência mecânica nas idades iniciais, além de aumentar a resistência à penetração de cloretos e diminuir o custo/m 3, em função do período de cura adotado. O aumento no período de cura, para um mesmo nível de resistência à compressão, reduz o custo/m 3 e a carga passante mudando de classificação segundo a ASTM C 1202 quanto a resistência à penetração de cloretos. É possível obter com cura de sete dias, em função da composição do concreto, o mesmo nível de resistência à compressão e valores semelhantes de custo/m 3 e carga passante, obtidos com cura de 28 dias. Assim, a mistura 70E quando produzida com relação a/ag = 0,32 e curada por sete dias atinge o nível de resistência de 40MPa e apresenta um custo/m 3 = R$ 225,22 e uma carga total passante de 1016 C. Para atingir esse mesmo nível de resistência à compressão a mistura 50E (relação a/ag = 0,42) precisa ser curada por 28 dias, a um custo/m 3 = R$223,21 e apresenta uma carga total passante de 825 C, ou seja, pouco inferior a da mistura 70E, embora mude de classificação quanto a resistência à penetração de cloreto, segundo a norma ASTM C REFERÊNCIAS ANDRADE, C. Calculation of chloride diffusion coefficients in concrete from ionic migration measurements. Cement and Concrete Research, USA: Pergamon, v. 23, p , ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Concreto - Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos: NBR Rio de Janeiro, Concreto Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova: NBR Rio de Janeiro, AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS. ASTM C : Standard Test Method for Electrical Indication of concrete s Ability to Resist Chloride Ion Penetration. Philadelphia, BABU, K.G.; KUMAR, V.S.R. Efficiency of ggbs in concrete. Cement and Concrete Research, v.30, n.7, p BENITEZ, A.; BALZAMO, H.; MIGOYA, E. Hormigones de alta prestación elaborados com cemento gris y cemento blanco. In: 4º Jornadas de desarrollo e innovación, noviembre, Disponível em: Acesso em: 27/11/2007. CALÇADA, L.M.L.; et al. Evaluation of the effectiveness of ASTM C1202 in measuring the concrete s ability to resist chloride ion penetration. In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON HIGH-PERFORMANCE CONCRETE, AND PERFORMANCE AND QUALITY OF CONCRETE STRUCTURES, 3., Recife-PE. Proceedings...Recife: UPE, CD-ROM. CHENG, A.; HUANG, R.; WU, J-K.; CHEN, C-H. Influence of GGBS on durability and corrosion behavior of reinforced concrete. Materials Chemistry and Physics, v.93, n.2-3, p , out TOUTANJI, H.A.; EL-KORCHI, T. The influence of silica fume on the compressive strength of cement paste and mortar. Cement and Concrete Research, v.25, n.7, p COLLINS, F.; SANJAYAN, J. G. Early age strength and workability of slag pastes activated by NaOH and Na2CO3. Cement and Concrete Research, v. 28, n. 5, p , 1998.

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