Usos e Viabilidade Econômica dos Aditivos Plastificantes e Superplastificantes em Concreto

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1 Usos e Viabilidade Econômica dos Aditivos Plastificantes e Superplastificantes em Concreto 1

2 Universidade Federal do Paraná Integrantes: 1. Gustavo Batista Mohacsi; 2. Kauane Tavares; 3. Roberto Araújo Ortega; 4. Polyana Roque; 5. Victor Eduardo Bueno Ataide Professor: Marcelo Medeiros Disciplina de Materiais de Construção Civil I TC030 Departamento de Construção Civil UFPR

3 Abordagem 1. Definição normativa; 2. A importância do uso de aditivos; 3. Aditivos Plastificantes e Superplastificantes Princípio ativo; 4. Vantagens; 5. Desvantagens; 6. Viabilidade Econômica; 7. Estudo de Caso laboratorial; 8. Aplicações efetivas. 3

4 Definição Normativa NBR :2011 4

5 NBR 11768:1992/2011 Aditivos químicos para concreto de cimento Portland Requisitos 1. Plastificantes: Produto que aumenta o índice de consistência do concreto mantida a quantidade de água, ou permite redução de no mínimo 6% de água mantendo mesma consistência. 2. Superplastificantes: Produto que aumenta o índice de consistência do concreto mantida a quantidade de água, ou permite redução de no mínimo 12% de água mantendo mesma consistência. 3. Hiperplastificantes: Produto que aumenta o índice de consistência do concreto mantida a quantidade de água, ou permite redução de no mínimo 20% de água mantendo mesma consistência. 5

6 Bases dos Plastificantes e Superplastificantes Bases dos Plastificantes Lignosulfonatos. Naftaleno sulfonado. Policarboxilatos. Bases dos Superplastificantes Resina melamina-formaldeído. Naftaleno sulfonado. Policarboxilatos. 6

7 Aditivos Plastificantes Os aditivos plastificantes são polímeros orgânicos derivados de lignossulfonatos e são usados para produzir concretos com maior resistência por meio da redução no teor de água, também para obter uma resistência específica para um consumo de cimento menor, ou, aumentar o abatimento sem alterar o conteúdo de água (ACI 212.3R-91). 7

8 Princípio ativo As partículas de cimento têm uma forte tendência a flocularem quando misturadas com água. Essa tendência decorre de diversos tipos de interações: forças de van der Waals entre as partículas, interações eletrostáticas e fortes interações envolvendo moléculas de água ou hidratos (AÏTCIN et al, 1994). 8

9 Princípio ativo As moléculas do aditivo se adsorvem nas superfícies dos grãos de cimento conferindo a eles uma carga elétrica negativa. Esta carga gera uma repulsão eletrostática entre partículas vizinhas de cimento, promovendo defloculação e dispersão destas partículas (JOLICOEUR e SIMARD, 1998; COLLEPARDI, S. et al, 1999; COLLEPARDI, M., 2003). A ação do aditivo plastificante tem, também, algum efeito na dispersão do ar na água, o que pode levar a um efeito secundário de incorporação de ar, principalmente os que têm lignossulfonato como agente (NEVILLE, 1997; JOLICOEUR e SIMARD, 1998; COLLEPARDI, M., 2003). Já os superplastificantes, por serem produtos sintéticos, feitos de matériasprimas que não contêm açúcares ou impurezas, não apresentam estes efeitos. 9

10 Princípio ativo 10

11 Princípio ativo Os lignossulfonatos em dosagens elevadas, podem retardar o tempo de pega em 1 a 3 horas (ACI 212.3R-91). Esse efeito decorre da variação na composição destes aditivos, principalmente dos lignossulfonatos, que, por serem sub-produtos, se torna difícil a remoção completa de açúcares e outras impurezas, inibindo a nucleação e o crescimento dos produtos de hidratação (JOLICOEUR et al, 2003). As Segundo Blick, Peterson e Winter (1974), é possível produzir concretos com resistência à compressão de cerca de 50 a 60 MPa usando-se aditivo à base de lignossulfonatos. Além do que, observa-se que o concreto é menos segregável e também tem maior fluidez. A exsudação é reduzida, em parte pela incorporação de ar. 11

12 Método de Adição Alguns autores afirmam que o aditivo é melhor adsorvido quando adicionado com atraso em relação à mistura de cimento e água e assim, promove maior fluidez. Neville (1997) diz que, para aditivo plastificante, um atraso de apenas 29 segundos. Já Meyer e Perenchio (1979) sugerem um atraso de 1 ou 2 minutos. Collepardi, M. (1984) diz que bons resultados podem ser obtidos com a adição do aditivo ao final do período de mistura do cimento, agregados e água, ou, caso este procedimento seja difícil de se adotar na prática, a adição após 30 segundos também é uma boa opção. 12

13 Aditivos Superplastificantes A distinção entre os aditivos plastificantes e os superplastificantes se dá muito mais na intensidade do que no tipo de performance. Enquanto que, o primeiro promove um aumento no abatimento de 50 a 70 mm, o segundo pode aumentá-lo em 150 a 200 mm. 13

14 Interação Física Os mecanismos de dispersão dos superplastificantes podem ser oriundos basicamente de dois efeitos: 1) Repulsão eletrostática; Mesmo do Plastificante. 2) Repulsão estérica. Este efeito, chamado de barreira estérica, é produzido pela presença de longas ramificações de cadeias poliméricas, que se adsorvem nas superfícies de partículas cimentícias, impedindo que estas se aglomerem. (COLLEPARDI, S. et al, 1999). 14

15 Efeitos no Concreto Um dos maiores benefícios do uso de superplastificantes em concreto é a melhora das suas características de fluidez. No entanto, o aumento no abatimento alcançado inicialmente é perdido em um período relativamente curto, aproximadamente 30 a 60 minutos e, em seguida, a consistência da mistura volta à original (RAMACHANDRAN e MALHOTRA, 1984; COLLEPARDI, M., 2003). Outra possível solução para atenuar a perda de fluidez com o tempo é o uso de aditivos retardadores de pega. 15

16 Efeitos no Concreto Os superplastificantes são indicados na produção de concretos com resistência à compressão aos 28 dias maior que 41 MPa e são essenciais quando se requer uma resistência mínima de 69 Mpa nessa idade, em condições de campo (ACI 212.4R-93). 16

17 Método de Adição Já Aiad, El-Aleem e El-Didamony (2002) e Aiad (2003) obtiveram melhores resultados em seus experimentos para atrasos de 10 a 15 minutos, observando melhoras nas propriedades reológicas de pastas de cimento por períodos de tempo de até duas horas. 17

18 A importância do uso de aditivos redutores de água Plastificantes e Superplastificantes Redução da relação a/c. Toda a água que excede o ponto de saturação do cimento resulta em poros. As propriedades mecânicas do concreto como resistência, permeabilidade e durabilidade estão diretamente relacionadas com a porosidade da peça e a menor relação a/c. Redução do consumo de cimento; De forma geral, os Plastificantes e Superplastificantes atuam na melhoria das propriedades do concreto cru pois proporciona fluidez e posteriormente melhoria no produto final. 18

19 Uso de Aditivos Plastificantes Concretos de alta resistência. Concretos bombeados. Concreto projetado. Concretos aparentes. Concretos de alto desempenho. Concreto protendido. Concreto pré-moldado. Concreto gelado. 19

20 Campos de aplicação de Superplastificantes Concretagem de edifícios, pavimentos, pontes, reservatórios e silos. Concreto bombeado, pré-moldado e protendido. Concreto de alto desempenho, com sílica ativa (microsílica). Concreto para reparos especiais. Concretos para pisos industriais e pavimentos. Concretos autoadensáveis. 20

21 Vantagens na aplicação 1. Redução da relação água/cimento. 2. Redução da retração por secagem. 3. Redução da permeabilidade. 4. Facilitação da manipulação, adensamento, transporte e aplicação. 5. Aumento da fluidez. 6. Aumento da resistência mecânica. 7. Aumento da durabilidade. 8. Aumento da resistência a ataques de cloreto. 9. Melhor aderência às armaduras. 10. Melhor acabamento. 21

22 BETINA ROYER, ROSANA M. N. ASSUNÇÃO, GUIMES RODRIGUES 22

25 Desvantagens 1. Custo elevado. 2. Falhas de dosagem podem produzir retardamento da pega, segregação excessiva e exsudação. 3. Efeito temporário, logo, é necessário cuidado com o tempo na aplicação do aditivo. 25

26 COLLEPARDI, M.,

27 Custos 27

28 Plastificante 1L de plastificante é utilizado em 400kg a 588kg de cimento Valor de 1L de plastificante: entre R$17 e R$28 28

29 Superplastificante Valor de 1L de superplastificante: entre R$17 e R$46 1L de plastificante é utilizado em 83kg a 400kg de cimento 29

30 Estudo de caso - Laboratorial 30

31 Resumo Análise de desempenho em múltiplos traços do aditivo Murasan BWA 18 MC Bauchimie; Fonte: Escola Técnica Estadual Vasco Antônio Venchiarutti, alunos de Tecnologia dos Materiais de Construção III: Gustavo Mohacsi e Danilo Wulf, Professores Orientadores: Eng. MSc. Hélio Françozo e Eng. Carlos Facheris Ano de elaboração: Metodologia: Conforme regulamentado na NBR 7215 Determinação da Resistência a Compressão. 31

32 Resultados Mohacsi e Wulf,

33 Resultados Mohacsi e Wulf,

34 Exemplos de Aplicação 34

35 A construção de Usinas Hidrelétricas e Barragens demanda cuidados específicos com a durabilidade da estrutura. Deve-se ter a redução significativa de água, melhora da trabalhabilidade e consequentemente aumentam a durabilidade da estrutura. Devido a longa distância é comum a utilização de matérias primas locais. Neste caso, ocorre a necessidade do desenvolvimento de um aditivos in loco. 35

36 Muitas vezes os pavimentos que necessitam de esbeltez e adensamento como as estruturas de grande porte. Os plastificantes e superplastificantes são eficazes no uso de concretos préfabricados e bombeados. Por isso também são também chamados de redutores da tensão superficial da água de mistura. Não tem influência sobre o processo químico do cimento, evita a segregação e a exsudação, reduzindo a retração do concreto, o que é bom. 36

37 Reduzem o tempo de desforma e permitem que o concreto resista, mesmo em baixas idades, às pressões hidrostáticas, evitando o carregamento da pasta de cimento por água corrente. São empregados quando o concreto necessita ser solicitado a curto prazo: fundações, túneis, pavimentações, reparos urgentes. 37

38 EXEMPLOS DE APLICAÇÃO O uso de aditivos plastificantes tem o objetivo de diminuir a permeabilidade do material. Em estruturas marítimas essa é uma alternativa interessante, já que melhora o empacotamento das partículas, conferindo menor porosidade e, consequentemente, maior resistência às intempéries. Melhorando o desempenho do concreto frente aos agentes agressivos. 38

39 Estações de Tratamento de Efluentes são estruturas que estão em contato com diversas substâncias químicas que agridem e diminuem a durabilidade, além disso estão sujeitas a ataques provenientes dos gases, agentes de limpeza, além da abrasão consequência do constante fluxo de água. Desta maneira devem ser protegidas e impermeabilizadas com o objetivo de aumentar a vida útil do sistema e evitar intervenções. 39

40 Referências: 1. Mohacsi e Wulf, Análise comparativa das características da argamassa em função dos aditivos Murasan BWA 18 e Centrement Stabi 520. ETECVAV Escola Técnica Estadual Vasco Antônio Venchiarutti. 2. Andrade, Maria Aparecida, 2013 Centro Universitário do Intituto Mauá de Tecnologia Avaliação da composição de polímeros de Naftaleno Sulfonado Aldeídeo Consensado. 3. Modro, NLR 2009 UDESC, Universidade Estadual de Santa Catarina, Avaliação do Concreto de Cimento Portland com uso de aditivos, publicado na revista Matéria. 4. Royer, Betina; Assunção, Rosana Instituto de Química UFU Efeito da aplicação de PSSna como aditivos em argamassas e concretos de cimento Portland. 5. NBR: 11768:1992 e Sanepar; 40