ESTUDO DE DOSAGEM DE CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO

ESTUDO DE DOSAGEM DE CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO A. B. Seitenfuss, M. S. Lima, A. W. Silva Universidade Federal do Tocantins, Alanbour@uft.edu.br, Caixa Postal 266, Palmas-TO, 77001-090. RESUMO As características principais do concreto de alto desempenho são a elevada resistência mecânica e excelente durabilidade, o que resulta em redução das seções de peças comprimidas e ganho de área útil. O Brasil ainda carece de pesquisas acerca dos métodos de dosagem do CAD e este ainda é subutilizado no país. Nesta pesquisa utilizou-se cimento CPV, areia natural, agregado granítico, superplastificante líquido e em pó e microssílica com base no método desenvolvido por Mehta & Aïtcin em diferentes traços que variaram: fator água/cimento; diferentes teores dos dois aditivos superplastificantes. O desempenho do concreto foi verificado através de teste de resistência à compressão e secundariamente trabalhabilidade e massa específica. Observou-se que o aumento da resistência do CAD é em função da diminuição da relação a/c e do aumento dos teores de superplastificante. No entanto os corpos de prova moldados com concreto de pouca trabalhabilidade apresentaram imperfeições que comprometem a resistência final. Palavras-chave: Dosagem, Concreto de Alto desempenho, Superplastificante, Sílica ativa. INTRODUÇÂO A evolução nas resistências mecânicas do concreto se deve aos avanços obtidos na tecnologia do concreto nas últimas décadas, destacando-se os estudos da estrutura interna do material e a ascensão dos novos materiais como os superplastificantes e adições minerais [1]. A utilização de adições como a sílica ativa foi possibilitada pelo uso do aditivo superplastificante e essa combinação que permitiu a produção do Concreto de Alto Desempenho [2]. O CAD se caracteriza pela baixa relação água cimento e elevado consumo de material cimentício e requer elevado rigor técnico e científico na sua dosagem, controle da qualidade do cimento e agregados, muito mais cuidado no seu preparo, e acompanhamento da execução na obra em que será utilizado [3]. Apesar de não haver uma definição única que caracterize o CAD, no Brasil os concretos convencionais têm resistência a compressão entre 20 e 40 MPa, portanto 1204

concretos de resistência acima de 45 MPa já são considerados concretos especiais ou concreto de elevado desempenho [4]. A utilização de baixa relação água/aglomerante reduz a porosidade e por conseguinte a permeabilidade do concreto [5]. Além disso a microssílica utilizada produz um efeito pozolânico que consiste na rápida reação com Hidróxido de cálcio Ca(OH)2 que forma o gel de silicato de cálcio, o qual torna o concreto mais impermeável subdividindo poros capilares em poros gel [6]. Dessa forma não só as elevadas propriedades mecânicas justificam a utilização do CAD, mas também suas características que elevam a vida útil e reduzem os custos de manutenção da estrutura. Helene [7] afirma que em breve projetar estruturas com concreto de fck 50 Mpa será antieconômico, principalmente edifícios altos e em pontes e viadutos de grande vão. Isso porque a tendência é de estruturas mais altas, esbeltas, de maiores vãos, em ambientes urbanos ou industriais carregados de agentes agressivos. Mendes [8] cita como principais vantagens da utilização do CAD: - redução significativa nas dimensões de pilares de edifícios altos, aumentando a área útil, principalmente, nos andares mais sobrecarregados; - redução do peso próprio da estrutura e da carga nas fundações; - possível redução nas taxas de armadura dos pilares; - maior rapidez na desforma, aumentando a velocidade de execução da obra; - menor segregação propiciando melhor acabamento em peças pré-moldadas; - aumento da durabilidade das estruturas. - possível redução de custos devida, principalmente, à diminuição das dimensões dos elementos estruturais e pelo aumento da velocidade de execução. Os materiais componentes do concreto são heterogêneos e possuem características físicas e químicas diversificadas portanto a obtenção de um concreto homogêneo que atenda as características esperadas exige esforços para harmonização destes materiais[9]. O emprego do superplastificante é outro empecilho para a adequação dos métodos de dosagem pois a forma de atuar de diferentes tipos de aditivo costuma variar muito[10]. MATERIAIS E MÉTODOS Para o desenvolvimento do trabalho foram utilizados os seguintes materiais (cuja caracterização se encontra na Tab. 1): 1205

- cimento Portland CPV-ARI (alta resistência inicial); - areia de rio; - brita 0 de granito; - pedrisco granítico; - aditivo superplastificante líquido polifuncional; - aditivo superplastificante em pó; - água da rede de abastecimento (SANEATINS). - sílica Ativa; Tab. 1 Caracterização dos materiais Massa específica Módulo de Finura DMC Areia 2610 3.3 1.2 Brita 0 2727 8.1 12.5 Pedrisco 2710 4.5 4.8 Cimento 3090 Sílica 2205 Devido ao seu maior teor de C3S e superior área superficial, o cimento do tipo CPV é o mais adequado para a produção de CAD, pelo menos quando se está buscando maiores resistências à compressão [11]. É importante lembrar que apesar de, em geral, produzir concretos mais resistentes as características do CPV fazem com que este demande uma maior dosagem de superplastificante e dificulte o lançamento do concreto se não for utilizado retardador de pega, além de possuir elevado calor de hidratação [6]. O método de dosagem de Mehta & Aïtcin é considerado de fácil desenvolvimento e execução, e recomendado para resistências de 60 a 120 MPa, que dividem-se nos graus A, B, C, D e E, as quais equivalem a resistências médias de 65, 75, 90, 105 e 120 MPa, respectivamente. Parâmetros considerados no método de dosagem Mehta & Aïtcin [10]: - relação pasta de cimento/agregado: fixada em 35 e 65% do volume; - Consumo de água tabelado para a classe escolhida e varia no intervalo de 120 a 160 litros por metro cúbico de concreto; - teor de cimento: é calculado pela diferença entre o volume de pasta de cimento (fixado em 35%) e o volume de água e ar incorporado (2%); A Tab. 2 apresenta as recomendações para dosagem de CAD pelo método Mehta/Aïtcin. 1206

Tab. 2 Dosagem de concreto de alto desempenho Mehta/Aïtcin. Classe Resistência Prevista (Mpa) Consumo de água (kg/m³) Material cimentício (m³/m³) Agregados graúdos: Agregados miúdos A 65 175 0,155 2,00 : 3,00 B 75 160 0,170 1,95 : 3,05 C 90 145 0,185 1,90 : 3,10 D 105 135 0,195 1,85 : 3,15 E 120 120 0,210 1,80 : 3,20 Fonte: Adaptado de JUCÁ [0] Foram executados 4 traços diferentes: T1 Dosagem conforme a classe C, e 1% de superplastificante em pó em relação à massa de aglomerantes. T2 Dosagem conforme a classe C, e 1,25% de superplastificante líquido. T3 Dosagem conforme a classe D, e 2,5% de superplastificante líquido. T4 Dosagem conforme a classe D, e 3,75% de superplastificante líquido. Na Tab. 3 estão as frações em volume utilizadas para os quatro traços de concreto e a Tab. 4 apresenta a proporção em peso dos materiais utilizados na produção dos concretos e a relação água/aglomerante. Tab. 3 Volume de materiais na composição das misturas. Consumo de água (m³/m³) Material cimentício (m³/m³) Agregado graúdo (m³/m³) Agregado miúdo (m³/m³) T1 0,145 0,185 0,403 0,247 T2 0,145 0,185 0,403 0,247 T3 0,135 0,195 0,410 0,240 T4 0,135 0,195 0,410 0,240 Observações adicionais: - Nas misturas em que a quantidade de água dosada se apresentou insuficiente, utilizou-se uma quantidade extra de água que elevou o fator água aglomerante - A quantidade de sílica foi estabelecida em 10% da massa de cimento. Tab. 4 Traço em massa das 4 dosagens utilizadas. Cimento Sílica Água Agregado Agregado Superplastificante água/aglom. Relação graúdo miúdo T1 1 0,1 0,305 2,31 1,35 0,011* 0,277 T2 1 0,1 0,367 2,31 1,35 0,0138 0,334 T3 1 0,1 0,305 2,22 1,24 0,0275 0,277 T4 1 0,1 0,290 2,22 ** 1,24 0,0413 0,264 (*) Superplastificante em pó (**) Utilização do pedrisco e não brita 0. 1207

RESULTADOS E DISCUSSÃO Para melhor avaliar a eficiência dos aditivos superplastificantes, relacionar a trabalhabilidade do concreto com seu desempenho mecânico e julgar a aplicabilidade dos concretos dosados realizou-se o ensaio de abatimento para cada um dos traços antes da concretagem dos corpos de prova. O resultado destes ensaios assim como do ensaio de massa específica está na Tab. 5. Tab. 5 Valores de Abatimento (slump test) e massa específica Abatimento Massa específica aparente T1 6,5 cm 2380 T2 1,5 cm 2413 T3 7 cm 2422 T4 2,4 cm 2377 Antes da ruptura dos corpos de prova, realizaram-se as seguintes inferências através de análise visual: - Pelo fato de os corpos de prova não terem sido capeados, detectou-se irregularidades na superfície de alguns deles, em especial naqueles oriundos dos traços T2 e T4 que apresentaram menor trabalhabilidade (slump < 3 cm). Essas falhas podem ocasionar redução sensível da resistência do corpo de prova. - Alguns corpos de prova dos traços T2 e T4 apresentaram heterogeneidade das seções. Isso evidencia os problemas de se trabalhar com concreto de baixa trabalhabilidade. - O aspecto da pasta de cimento nos corpos de prova do traço T4 demonstrou que o aglomerante não reagiu como deveria, indicando que a água da mistura era insuficiente. Para cada traço de concreto foram ensaiados à compressão 3 corpos de prova com idade de 7 dias e 3 com idade de 14 dias. Na Tab. 6 pode-se visualizar os valores de resistência à compressão obtidos nos ensaios. Tab. 6 Valores de resistência à compressão aos 7 e 14 dias. 7 dias 14 dias T1 41 44 47 40 40 45 T2 26 17 48 29 40 41 T3 51 54 58 46 47 50 T4 2 2 2 6 5 5 1208

Não considerando os corpos de prova com valores discrepantes, a resistência aos 7 dias para o concreto dos traços T1, T2 e T3 variaram de 50 a 64 % dos valores que poderia esperar-se em função da relação água aglomerante obtida. Em relação à composição da pasta é possível afirmar que o que influencia os resultados é o não conhecimento das interações entre os materiais utilizados, devido ao fato de o método não especificar o tipo de cimento a ser utilizado, o tipo do superplastificante, e não poder prever como será a reação com a sílica e com diferentes tipos de areia e pedra. Em relação a geometria do corpo de prova, a não execução do capeamento e as imperfeições influenciadas pela pouca trabalhabilidade do concreto também podem ter reduzido os valores finais de resistência. Apesar disso os resultados obtidos são superiores aos concretos convencionais (até 40 Mpa). A análise comparativa entre os valores de resistência à compressão dos traços T1, T2 e T3 mostra que o melhor desempenho foi obtido pelo terceiro, sendo este dosado com o maior teor de superplastificante. O valor de 2,5% de superplastificante em relação à massa de aglomerante se mostrou compatível para os outros parâmetros deste traço, mesmo assim a eficácia do aditivo não foi ideal pois o fator água/aglomerante inicial precisou ser incrementado e o abatimento ainda ficou abaixo de um concreto de alta trabalhabilidade. A execução do traço T2 com o teor de 1,25%, que é o recomendado pelo fabricante para utilização com CPV, mostrou que este deve ser aplicado para misturas com fator água/aglomerante maior que 0,35. Apesar de atingir resistência razoável, a trabalhabilidade alcançada para a pasta foi muita baixa e comprometeu alguns corpos de prova. Por sua vez, o traço T1, que utilizou 1% de superplastificante em pó (para o qual a dosagem recomendada pelo fabricante é de até 0,5%) apresentou no ato da concretagem desempenho semelhante ao traço T3 em se tratando de trabalhabilidade e fator água aglomerante. No entanto o desempenho mecânico foi consideravelmente inferior. Por fim o traço T4 mostrou que a alta dosagem de superplastificante (3,75%) não trouxe melhoria no desempenho, o que indica que o ponto de saturação do aditivo está bem abaixo deste teor. Além disso a utilização do pedrisco destoou a interação entre a água, os aglomerantes e os agregados. 1209

CONCLUSÕES Neste trabalho experimental exemplificou-se a obtenção de concreto de alto desempenho através do método Mehta & Aïtcin. Indica-se como recomendações para que se atinja os valores de resistência mecânica prescritos pelo método: um maior estudo da interação entre os materiais que permita, por exemplo, selecionar um aditivo mais eficaz para cada situação; seleção de agregado graúdo de resistência superior; pasta mais trabalhável para evitar falhas de concretagem; e execução do recapeamento dos corpos de prova. Para os materiais utilizados observou-se que utilização de teor de aditivo até duas vezes maior que o recomendado pelo fabricante resultou na pasta com maior trabalhabilidade, menor fator água/aglomerante e melhor desempenho mecânico. AGRADECIMENTOS À Impercia Atacadista Ltda pelo fornecimento dos aditivos químicos e minerais. Ao prof. Bruno Carrilho de Castro pela orientação. Aos técnicos Miller Almeida e Fernanda Brito, responsáveis pelos laboratórios de materiais do CEULP-ULBRA e da UFT, respectivamente, pela colaboração. REFERÊNCIAS 1. AÏTCIN, P. C.; NEVILLE, A. 120 MPa sem mistério. Revista Téchne, São Paulo, v. 3, n. 19, p. 29-33, 1995. 2. AÏTCIN, P. C. Concreto de alto desempenho. São Paulo: Editora Pini, 2000. 3. SILVA, R. N. Um estudo sobre o concreto de alto desempenho. Monografia (Graduação em Engenharia Civil) - Universidade Estadual de Feira de Santana, Feira de Santana - BA. 4. SILVA, I. J. Contribuição ao estudo dos concretos de elevado desempenho: propriedades mecânicas, durabilidade e microestrutura. 2000. 279 p. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Universidade de São Paulo, São Carlos. 5. MEHTA, P. K Advancements in concrete technology. Concrete International, p. 69-76, 1999. 6. FERRARI, A. A. Propriedades mecânicas do concreto de elevado desempenho fabricado com diversos materiais. 1995. 167 p. Dissertação 1210

(Mestrado em Engenharia de Estruturas) Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte. 7. MENDES, S. E. S. Estudo Experimental de Concreto de Alto Desempenho Utilizando Agregados Graúdos disponíveis na região Metropolitana de Curitiba. 2002. 146 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal do Paraná, Curitiba. 8. HELENE, P. R. L. Concreto de elevado desempenho: O material para construção das obras nos anos 2000. CD-ROM: Concreto de Alto Desempenho, versão 1.0. Produzido por NUTAU/USP. 1997. 9. NEVILLE, A. M. Propriedade do Concreto. São Paulo: Editora Pini, 1997 10. JUCÁ, T. P., et al. Estudo da Dosagem de Concreto de Alto Desempenho: comparativo de custos. In: CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO, 43, 2001, Foz do Iguaçu. Anais... São Paulo: IBRACON, 2001. p. 1-11. 11. CASTRO, A. L. de; LIBORIO, J. B. L.; PANDOLFELLI, V. C. A influência do tipo de cimento no desempenho de concretos avançados formulados a partir do método de dosagem computacional. Cerâmica, São Paulo, v. 57, n. 341, p. 10-21, 2011. STUDY OF MIX-PROPORTIONING OF HIGH PERFORMANCE CONCRETE ABSTRACT The main characteristics of the high performance concrete (HPC) are high mechanical strength and excellent durability, which results in reduction of compressed parts section and gain of useful area. Brazil still lacks research on the methods of dosage of HPC and it is still underutilized in the country. In this research were used CPV cement, natural sand, granitic aggregate, liquid and powder superplasticizer and microsilica based on the method developed by Mehta & Aïtcin in different mix-proportions ranging: water/cement ratio and different levels of the two superplasticizers additives. The performance of the concrete was checked by compression test and, secondarily, workability and density. It was observed that the increase in resistance of the HPC is due to the decrease of the w/c ratio and increasing amounts of superplasticizer. However the specimens molded whith low workability concrete showed imperfections that impair the final strength. Key-words: mix-proportioning, high performance concrete, superplasticizers, silica fume. 1211