CONCRETO LEVE AUTO ADENSÁVEL EMBORRACHADO (CLAAE) Propriedades reológicas, mecânicas, microestruturais e acústicas

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1 1 CONCRETO LEVE AUTO ADENSÁVEL EMBORRACHADO (CLAAE) Propriedades reológicas, mecânicas, microestruturais e acústicas Ma. Andressa Fernanda Angelin Mestra em Tecnologia e Inovação Doutoranda da Faculdade de Tecnologia FT/UNICAMP Prof.ª Dr.ª Luísa Andréia Gachet Barbosa Orientadora Limeira/SP 2015

2 2 INTRODUÇÃO A busca por materiais alternativos de menor massa específica, que garantam a manutenção das propriedades mecânicas, associado à facilidade de manuseio e aplicação em estruturas de concreto armado, representa grande desafio na formulação e conhecimento do desempenho de concretos leves auto adensáveis emborrachados (CLAAE), que tem tecnologia pouco difundida em nível nacional, e surge no cenário internacional como um material inovador e alternativo ao concreto convencional.

3 3 BASE TEÓRICA CONCRETO LEVE - Baixa densidade = Economia com infraestrutura - Manutenção das propriedades mecânicas = Elementos estruturais - Facilidade no transporte de peças = Maior produtividade CONCRETO AUTO ADENSÁVEL - Facilidade no manuseio e aplicação = Preencher espaços/ferragens - Redução no tempo de adensamento = Custos mais baixos na operação - Uso de adições minerais e plastificantes = Coesão e fluidez CONCRETO EMBORRACHADO - Aumento da tenacidade = Maior capacidade de amortecimento - Descarte de pneus inservíveis = Ganho ambiental

4 4 ESTADO DA ARTE CONCRETO AUTO ADENSÁVEL (CAA) Não necessita de vibração mecânica, agindo apenas pela ação da gravidade; Reduz o tempo de execução das obras, assim como ruídos e vibrações; Deve resistir ao fenômeno de segregação, ou seja, precisa apresentar tensões de escoamento negativas e baixa viscosidade plástica (argila expandida); Faz-se necessário o uso de adições minerais e químicas, menor relação água/cimento e menor teor de agregado graúdo, pois interferem diretamente nos parâmetros reológicos; A mistura densa e coesa resulta em uma microestrutura mais compacta, aumenta as propriedades mecânicas, térmicas e acústicas.

5 5 ESTADO DA ARTE CONCRETO AUTO ADENSÁVEL (CAA) Devido ao teor elevado de argamassa, pode ocorrer: Maior tendência ao encolhimento de rachaduras; Menor absorção de energia. SOLUÇÃO! Agregados especiais, como a borracha, que absorvem melhor as energias de ruptura.

6 6 ESTADO DA ARTE CONCRETO LEVE AUTO ADENSÁVEL (CLAA) Utilização de agregados leves, como argila expandida; Uso conjunto de agregados leves e adições minerais, como a sílica ativa, maximiza a eficiência estrutural e reduz custo com transporte, devido a sua baixa densidade; Argila expandida proporciona o efeito de rolamento, garantindo maior fluidez e coesão a mistura; Usar duas granulometrias de argila expandida promove o melhor empacotamento dos grãos, preenchendo, assim, os vazios existentes. CUIDADO! A argila expandida absorve muita água, o que interfere nas propriedades reológicas do CAA, ou seja, deve ocorrer uma pré-saturação do mesmo.

7 7 ESTADO DA ARTE CONCRETO AUTO ADENSÁVEL EMBORRACHADO (CAAE) O uso de pneus inservíveis em concretos traz ganhos ambientais, econômicos e de desempenho; Há um aumento significativo da tenacidade, ductilidade e amortecimento, ou seja, concretos emborrachados absorvem mais energia de ruptura que o convencional; Devido a superfície rugosa das partículas de borracha, há um aumento da coesão das misturas; Materiais emborrachados são excelentes isolantes térmicos e acústicos.

8 8 ESTADO DA ARTE CONCRETO AUTO ADENSÁVEL EMBORRACHADO (CAAE) Devem ser incorporados na granulometria e porcentagem ideal; Incorporações acima de 30% não são recomendadas; Observa-se uma diminuição na trabalhabilidade em concreto emborrachados, acarretando no uso de aditivos superplastificantes; Há uma fraca ligação entre a superfície da borracha e a pasta de cimento, deixando o concreto mais frágil; Observa-se uma diminuição quanto a resistência à compressão e rigidez, porém com o uso de adições minerais, tais aspectos são melhorados.

9 9 OBJETIVO O propósito deste estudo foi testar a teoria dos CLAAE, comparando diferentes porcentagens de substituição da areia pelo pó de borracha, analisando seus principais parâmetros reológicos e mecânicos. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: 1. Buscando minimizar a queda da resistência mecânica, distribuições granulométricas de argila expandida foram testadas; 2. Adições minerais de sílica ativa foram realizadas a fim de se obter maior coesão nas misturas de concreto; 3. Ensaios especiais de microestrutura e desempenho acústico foram realizados.

10 10 MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental Figura 1: Sílica ativa e cimento Portland CPV ARI. Figura 2: Areia fina e pó de borracha.

11 11 MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental Figura 3: Argila expandida - Tipo C15 e C05. Figura 4: Superplastificante Techiflow. Detalhe da estrutura porosa da argila expandida

12 12 MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental DOSAGEM DOS CONCRETOS - 1ª ETAPA - Buscar a melhor distribuição granulométrica das argilas expandidas; - Avaliar a resistência à compressão e a densidade; - Utilizar o traço de melhor desempenho como referência. DOSAGEM DOS CONCRETOS - 2ª ETAPA - Substituir a areia fina por pó de borracha em duas porcentagens distintas; - Avaliar o desempenho reológico, mecânico, microestrutural e acústico.

13 13 MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental DOSAGEM DOS CONCRETOS 1ª ETAPA Tabela 1: Dosagem dos concretos da 1ª etapa. Cimento Sílica ativa Areia fina C05 C15 Água SPA T1 0,36 (55%) 0,21 (45%) 0,01 T2 1 0,1 2,11 0,43 (65%) 0,17 (35%) 0,43 0,008 T3 0,49 (75%) 0,12 (25%) 0,0075 SPA: superplastificante

14 14 MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental 1ª ETAPA PRODUÇÃO E MOLDAGEM DOS CONCRETOS - Umedecimento das argilas expandidas; - Moldagem de corpos-de-prova cilíndricos de 100 mm de diâmetro x 200 mm de altura; - Cura úmida após a desforma. SEQUÊNCIA DA MISTURA 1º argilas expandidas 2º areia fina 2 minutos 4º metade da água 5º cimento Portland 6º restante da água 3 minutos 7º sílica ativa 2 minutos 8º superplastificante

15 15 MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental Figura 5: Pré-umedecimento da argila expandida. Figura 6: Materiais e moldes separados. Figura 7: Moldes com concreto.

16 16 MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental Figura 8: Corpos-de-prova de concreto após desforma. Figura 9: Corpos-de-prova de concreto em cura úmida. Prescrição: ABNT NBR 5738:2008 Temperatura: 23ºC (+/- 2ºC) e Umidade: 95%

17 Escoamento INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES 17 MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental ENSAIOS NO ESTADO FRESCO (ABNT NBR 15823:2010) Figura 10: Espalhamento. Figura 11: Viscosidade. Figura 12: Habilidade passante. H1 H2

18 18 MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental ENSAIOS NO ESTADO ENDURECIDO Figura 13: Resistência à compressão. Figura 14: Densidade. Superfície seca Imerso Seco Prescrição: ABNT NBR 6118:2014 Prescrição: ABNT NBR 9778:1986

19 19 RESULTADOS PARCIAIS E DISCUSSÕES 1ª ETAPA Tabela 2: Reologias dos concretos da 1ª etapa. Slump (mm) ABNT NBR 15823:2010 (mm) Funil V (s) ABNT NBR 15823:2010 (s) Caixa L T ,86 T2 570 > ou = < ou = 9 0,87 ABNT NBR 15823:2010 > ou = 0,80 T ,87 - Valores mínimos de auto adensibilidade foram atingidos em todos os traços; - Todos os concretos apresentaram tempo de escoamento inferior a 9 segundos; - A habilidade passante acima de 0,80 foi atingida por todos os concretos desenvolvidos na 1ª etapa, não sendo, também, observado o fenômeno de segregação.

20 Resistência à compressão (MPa) INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES 20 RESULTADOS PARCIAIS E DISCUSSÕES 1ª ETAPA 70 Figura 15: Resistência à compressão dos concretos da 1ª etapa ,1 45,6 58,4 40,8 41,5 60,3 7 dias 28 dias Tabela 3: Densidade dos concretos da 1ª etapa. ME, 28 dias (kg/m 3 ) T T T T1 T2 T3 TRAÇO - Nas primeiras idades há maior exigência da argamassa quanto à resistência; - Aos 28 dias, os agregados interferem nos ganhos mecânicos e, granulometrias menores de argila expandida são mais resistentes; - O traço T1 apresentou menor densidade, porém, menor resistência aos 28 dias.

21 21 MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental DOSAGEM DOS CONCRETOS 2ª ETAPA Tabela 4: Dosagem dos concretos da 2ª etapa. Cimento Sílica ativa Areia fina Pó de borracha B1 2,01 0,045 (5%) B2 1 0,1 1,90 0,052 (10%) C05 C15 Água SPA 0,49 (75%) 0,12 (25%) 0,43 0,01 SPA: superplastificante

22 22 MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental 2ª ETAPA PRODUÇÃO E MOLDAGEM DOS CONCRETOS - Umedecimento das argilas expandidas; - Moldagem de corpos-de-prova cilíndricos de 100 mm de diâmetro x 200 mm de altura e 59 mm de diâmetro x 50 mm de altura; - Cura úmida após a desforma. SEQUÊNCIA DA MISTURA 1º argilas expandidas 2º areia fina 3º pó de borracha 2 minutos 4º metade da água 5º cimento Portland 6º restante da água 3 minutos 7º sílica ativa 2 minutos 8º superplastificante

23 23 MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental ENSAIOS NO ESTADO ENDURECIDO Figura 16: Resistência à tração por compressão diametral. Figura 17: Absorção acústica. Figura 18: MEV e EDS. Prescrição: ABNT NBR 7222:1982 Prescrição: ASTM E 2611 TUBO DE IMPEDÂNCIA

24 24 RESULTADOS PARCIAIS E DISCUSSÕES 2ª ETAPA Tabela 5: Reologias dos concretos da 2ª etapa. Slump (mm) ABNT NBR 15823:2010 (mm) Funil V (s) ABNT NBR 15823:2010 (s) Caixa L B ,89 B2 580 > ou = < ou = 9 0,90 ABNT NBR 15823:2010 > ou = 0,80 - Valores mínimos de auto adensibilidade foram atingidos em todos os traços; - Todos os concretos apresentaram tempo de escoamento inferior a 9 segundos; - A habilidade passante acima de 0,80 foi atingida por todos os concretos desenvolvidos na 2ª etapa, não sendo, também, observado o fenômeno de segregação; - Houve a necessidade de mais SPA nas misturas com borracha, pois, as partículas de borracha reduzem a fluidez da mistura, porém, há maior coesão.

25 Resistência à compressão (MPa) INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES 25 RESULTADOS PARCIAIS E DISCUSSÕES 2ª ETAPA Figura 19: Resistência à compressão dos concretos da 2ª etapa. 60,3 - B1 e B2 apresentaram valores maiores que 20 MPa; - Quando o pó de borracha é , ,2 7 dias 28 dias adicionado a mistura de CLAA, há uma queda brusca na resistência à compressão; - Além de serem pontos frágeis na mistura, a incorporação da borracha produz porosidade no concreto, isso ocorre devido a sua 0 Referência B1 B2 TRAÇO estrutura irregular.

26 Densidade (kg/m 3 ) INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES 26 RESULTADOS PARCIAIS E DISCUSSÕES 2ª ETAPA Figura 20: Densidade dos concretos da 2ª etapa Por apresentarem mais agregados leves, B1 e B2 apresentaram densidade menores que o concreto de referência Referência B1 B2 TRAÇO

27 Resistência à tração por compressão diametral (MPa) INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES 27 RESULTADOS PARCIAIS E DISCUSSÕES 2ª ETAPA Figura 21: Resistência à tração por compressão diametral dos concretos da 2ª etapa. 6 5,2 - Assim como os resultados obtidos 5 4 4,4 3,37 4,27 3,38 no ensaio de resistência à compressão, os resultados à tração nos CLAAE foram menores que os 3 2 2,56 7 dias 28 dias CLAA, porém observou-se uma queda mais amena, ou seja, os resíduos de borracha tendem a 1 resistir melhor aos esforços de 0 Referência B1 B2 TRAÇO tração.

28 28 RESULTADOS PARCIAIS E DISCUSSÕES 2ª ETAPA Figura 22: MEV e EDS do CLAAE Argila Expandida. C-S-H ITZ PASTE EXPANDED CLAY - Redução da ITZ; - Poros não interconectados devido as bolhas de gases originadas no processo de fabricação da argila; - Si + O representam estabilidade térmica e acústica do material.

29 29 RESULTADOS PARCIAIS E DISCUSSÕES 2ª ETAPA Figura 23: MEV e EDS do CLAAE Pó de Borracha. PASTE - Poros irregulares; - Assim como a presença de Si e O, altos valores de C indicam ganhos acústicos.

30 30 RESULTADOS PARCIAIS E DISCUSSÕES 2ª ETAPA Figura 24: Coeficiente de Absorção CAA convencional. - CAA com agregados convencionais possuem coeficiente de absorção menor que os CAA com argila expandida ou com pó de borracha; - O resíduo de borracha se mostrou mais eficiente quanto a esta propriedades, fato atribuído a sua estrutura química. Figura 25: Coeficiente de Absorção CAA com argila expandida. Figura 26: Coeficiente de Absorção CAA com pó de borracha.

31 31 CONCLUSÕES Desenvolvimento experimental adequado; Nenhuma incompatibilidade entre os materiais de partida; Metodologia de dosagem eficiente; Concretos apresentaram coesão, consistência e trabalhabilidade; A resistência à compressão dos CLAA produzidos apresentaram resistência mecânica maior que 20 MPa aos 28 dias, assim como os CLAAE, apesar de obterem valores menores; Agregados leves melhoram as condições microestruturais dos concretos com a diminuição da espessura da zona de transição; Resíduo de borracha apresenta maior absorção acústica que outros agregados.

32 32 PRÓXIMOS PASSOS Realizar outras substituições da areia fina pelo pó de borracha; Serão testados tratamentos do pó de borracha, de forma a minimizar a queda de resistência mecânica. Testes de durabilidade serão realizados, assim como de módulo de elasticidade, amortecimento e resistência ao impacto; Ensaios de Raio-X complementarão a análise microestrutural; Placas de concreto serão moldadas a fim de medir a perda de transmissão dos CLAAE; Os resultados serão tratados estatisticamente com o auxílio do software ANOVA.

33 33 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS GANESAN, N.; BHARATI RAJ, J.; SHASHIKALA, A. P. Flexural fatigue behavior of self-compacting rubberized concrete. Construction and Building Materials, v. 44, p. 7 14, GESOGLU, M. et al. Shear thickening intensity of self-compacting concretes containing rounded lightweight aggregates. Construction and Building Materials, v. 79, p , GOPI, R. et al. Light expanded clay aggregate and fly ash aggregate as self-curing agents in self-compacting concrete. Asian Journal of Civil Engineering, v. 16, n. 7, p , GUNEYISI, E.; GESOGLU, M.; BOOYA, E. Fresh properties of self-compacting cold bonded fly ash lightweight aggregate concrete with different mineral admixtures. Materials and Structures, v. 74, p , KHALIL, E.; ABD-ELMOHSEN, M.; ANWAR, A. M. Impact Resistance of Rubberized Self-Compacting Concrete. Water Science, v. 29, n. 1, p , LOTFY, A.; HOSSAIN, K. M. A.; LACHEMI, M. Lightweight Self-consolidating Concrete with Expanded Shale Aggregates: Modelling and Optimization. International Journal of Concrete Structures and Materials, v. 9, n. 2, p , KARAHAN, O. et al. Fresh, Mechanical, Transport and Durability Properties of Self-Consolidating Rubberized Concrete. ACI Materials Journal, v. 109, YUNG, W. H.; YUNG, L. C.; HUA, L. H. A study of the durability properties of waste tire rubber applied to selfcompacting concrete. Construction and Building Materials, v. 41, p , 2013.

34 34 OBRIGADA! Contato: Ma. Andressa Fernanda Angelin Mestra em Tecnologia e Inovação Doutoranda da Faculdade de Tecnologia FT/UNICAMP