SUMÁRIO 1. Introdução 02 2. Definição 02 3. Importância 02 4. Nomenclatura, especificação e classificação 02 5. Tensoativos 03 5.1 Nomenclatura e Composição 03 5.2 Aplicação 04 6. Modificadores de pega 06 6.1 Nomenclatura 06 6.2 Mecanismo de ação 06 6.3 Aplicação 07 7. Aditivos minerais 08 7.1 Importância 08 7.2 Classificação 09 7.3 Aplicação 12 8. Conclusão 14 9. Referências Bibliográficas 14 10.Anexos 15 INTEGRANTES DO GRUPO Página 1
1. INTRODUÇÃO Os aditivos já eram usados pelos romanos muito antes da existência do cimento Portland. Na Roma antiga, eles usavam clara de ovo, sangue de animal entre outros ingredientes como aditivo. O enorme crescimento da indústria de aditivos ocorreu devido ao entendimento de que as propriedades do concreto, tanto no estado fresco como no estado endurecido, podem ser modificadas pela adição de certos materiais a misturas de concreto. Atualmente é comum em alguns países o fato de que 70 a 80% de todo o concreto produzido contenha um ou mais aditivos. Assim, torna-se importante que os engenheiros civis estejam familiarizados com os aditivos comumente usados, juntamente com suas aplicações e limitações características. Ao contrário dos países desenvolvidos no Brasil há um certo receio na utilização do aditivo no concreto, isto é, por causa do desconhecimento e a falta de informação, geralmente associada à correção de uma dosagem mal feita. Com o objetivo de mudar a mentalidade dos profissionais da próxima geração, no que diz respeito ao uso de aditivos, as industrias de aditivos estão procurando investir na educação, através de realização periódica de palestras para escolas de engenharia, tanto em nível de graduação como de pós-graduação. Tudo o que envolve o concreto está evoluindo, e dessa forma, torna-se necessário cada vez maior uso dos aditivos. 2. DEFINIÇÃO Segundo a ASTM C 125, aditivo é um material empregado como constituinte do concreto ou argamassa e adicionado na betoneira imediatamente antes ou durante a mistura. Segundo a NBR 11768, aditivos para concreto de cimento Portland são produtos que adicionados em pequena quantidade a concretos de cimento Portland modificam algumas de suas propriedades, no sentido de melhor adequá-las a determinadas condições. 3. IMPORTÂNCIA Algumas finalidades importantes para as quais os aditivos são empregados: - para aumentar a plasticidade do concreto sem aumentar o teor de água, - reduzir a exsudação e a segregação, - retardar ou acelerar o tempo de pega, - acelerar a velocidade de desenvolvimento da resistência nas primeiras idades, - retardar a taxa de evolução de calor, - aumentar a durabilidade em condições específicas de exposição. 4. NOMENCLATURA, ESPECIFICAÇÕES E CLASSIFICAÇÕES As substâncias empregadas como aditivos podem ser divididas, de modo amplo em dois tipos. Algumas substâncias começam a agir instantaneamente sobre o sistema água-cimento, por modificação da tensão superficial da água e por adsorção à superfície das partículas de cimento; outras se dissociam em seus íons constituintes e Página 2
afetam as reações químicas entre os compostos do cimento e a água, de alguns minutos até algumas horas após a adição. São também empregados como aditivos materiais insolúveis finamente moídos, tanto de fontes naturais ou como subprodutos de algumas indústrias. Os sais solúveis e os polímeros, agentes tensoativos ou outros, são adicionados ao concreto em quantidades muito pequenas, principalmente com o propósito de incorporar ar, tornar o concreto fresco plástico, ou controlar o tempo de pega. Com o uso de aditivos plastificantes é possível aumentar a fluidez sem aumentar o teor de água, ou reduzir o teor de água mantendo uma mesma consistência do concreto fresco. Os plastificantes são também chamados de aditivos redutores de água. A NBR 11768 classifica os aditivos: - Tipo P: plastificante; - Tipo R: retardador; - Tipo A: acelerador; - Tipo PR: plastificante retardador; - Tipo PA: plastificante acelerador; - Tipo IAR: incorporador de ar; - Tipo SP: superplastificante; - Tipo SPR: superplastificante retardador; - Tipo SPA: superplastificante acelerador. A avaliação do efeito do aditivo é comparativa, em relação a um concreto de referência sem aditivo, segundo a NBR 11768. A NBR 10908 - Aditivos para argamassa e concreto - Ensaios de uniformidade, prescreve métodos para determinação do ph, do teor de sólidos, massa específica e teor de cloretos, que orientam o consumidor na verificação da uniformidade de aditivos de um lote ou de diferentes lotes de uma mesma procedência. A NBR 11768 estabelece que as propriedades do concreto contendo o aditivo em exame devem ser analisadas comparativamente ao concreto de referência, quanto aos seguintes requisitos: redução de água, tempo de pega, exsudação, resistência à compressão, resistência à tração por compressão diametral ou tração por flexão e mudança de comprimento. Os ensaios são realizados de acordo com a norma NBR 2317 - Verificação de desempenho de aditivos para concreto. Os aditivos minerais são comumente adicionados ao concreto em grandes quantidades. Além da redução do custo e melhora da trabalhabilidade do concreto fresco, eles podem ser empregados com sucesso para melhorar a resistência do concreto à fissuração térmica, à expansão álcali-agregado, e ao ataque por sulfato. São comumente empregados como aditivos minerais os materiais pozolânicos naturais e subprodutos industriais tais como a cinza volante e a escória. 5. TENSOATIVOS 5.1. Nomenclatura e Composição Os produtos tensoativos englobam aditivos geralmente empregados para incorporação de ar ou redução de água em misturas de concreto. Aditivo incorporador de ar: um dos constituintes do concreto, que é empregado com a finalidade de incorporar ar. Aditivo redutor de água: reduz a quantidade de água de amassamento requerida para produzir um concreto com uma dada consistência. Página 3
As substâncias tensoativas consistem essencialmente de moléculas orgânicas de cadeia longa, com uma extremidade hidrófila (que atrai a água) e uma hidrófoba (que repele a água). Os tensoativos são adsorvidos nas interfaces ar-água e cimento-água com uma orientação da molécula que determina se o efeito predominante é de incorporação de ar ou de fluidificação do sistema água-cimento. Os tensoativos empregados como aditivos incorporadores de ar geralmente consistem de: - sais de resinas de madeira; - materiais protéicos e ácidos graxos; - e alguns detergentes sintéticos. Os tensoativos empregados como plastificantes são geralmente: - sais; - modificações e derivados de ácidos lignossulfônicos; - ácidos carboxílicos hidroxilados; - e polissacarídeos. Aditivos superplastificantes ou redutores de água de alta eficiência consistem de: - sais de sulfonados de melanina; - ou condensados de naftaleno-formaldeido. 5.2. Aplicações 5.2.1. Aditivos incorporadores de ar A aplicação mais importante de aditivos incorporadores de ar é em misturas de concretos dosados para resistir a ciclos de congelamento e descongelamento. Proporciona a melhoria da trabalhabilidade dos concretos, particularmente naqueles traços que contêm menos cimento e água, agregados de textura rugosa ou agregados leves. Por isso é normalmente empregado na produção de concretos massa e de concretos leve. Um excesso de aditivo pode causar um retardamento excessivo na hidratacão do cimento. Como também, grandes quantidades de ar incorporado são acompanhadas de uma perda de resistência correspondente. 5.2.2. Aditivos redutores de água Os resultados obtidos pelo emprego de aditivos redutores de água são: aumento da fluidez, aumento da resistência e redução do consumo de cimento. Para melhor ilustrar os benefícios conseguidos pelo emprego do aditivo redutor de água, será apresentada uma tabela, onde a avaliação do efeito do aditivo e comparativa em relação a um concreto de referência sem aditivo. Página 4
Séries de consumo (A) Concreto de referência (sem aditivo) Objetivo de uma dada dosagem de aditivo: (B) Aumento da fluidez (C) Aumento da resistência (D) Redução do consumo de cimento Consumo de Relação cimento(kg/m 3 ) Água/Cimento Abatimento (mm) Resistência à compressão (MPa) 7 dias 28 dias 300 0,62 50 25 37 300 0,62 100 26 38 300 0,56 50 34 46 270 0,62 50 25,5 37,5 O procedimento da série B é útil quando o concreto deve ser lançado através de seções densamente armadas ou por bombeamento. O procedimento da série C pode ser necessário quando as especificações de trabalho limitam a relação água-cimento máxima, mas exigem uma resistência inicial elevada. Na série D, além da economia de custo, a redução de cimento pode ser importante quando o principal objetivo em concreto massa for a redução na elevação de temperatura. É importante notar que todos os benefícios não foram conseguidos ao mesmo tempo. O período de eficiência dos tensoativos é bastante limitado porque logo após o início das reações de hidratação entre os compostos do cimento Portland e a água, grande quantidade de produtos tais como a etringita começam a se formar. 5.2.3. Superplastificantes Os superplastificantes são também chamados aditivos redutores de água de alta eficiência por serem capazes de reduzir o teor de água de três a quatro vezes, em um dado traço de concreto, quando comparados a aditivos redutores de água normais. Comparados aos aditivos redutores de água normais, quantidades relativamente grandes de superplastificantes de até 1% em massa de cimento, podem ser incorporadas às misturas de concreto sem causar exsudação excessiva e retardamento do tempo de pega, apesar da consistência ser da ordem de 200 a 250 mm de abatimento. Página 5
Comparada à redução de água de 5 a 10%, conseguida pelo emprego de plastificantes normais, a redução de água no intervalo de 20 a 25%, pode ser freqüentemente conseguida no concreto de referência, sem redução da consistência. O aumento nas propriedades mecânicas é geralmente proporcional à diminuição na relação água/cimento. Tem importância especial na indústria de concreto pré-moldado, onde são requeridas resistências iniciais elevadas para uma reciclagem mais rápida das fôrmas. 6. MODIFICADORES DE PEGA 6.1. Nomenclatura e Composição Além dos tipos de tensoativos já descritos, há um grande número de substâncias que podem ser empregadas como aditivos retardadores; por outro lado, existem substâncias que podem acelerar o tempo de pega e a velocidade de desenvolvimento da resistência nas primeiras idades. É interessante que, algumas substâncias agem como retardadores quando empregadas em pequenas quantidades, mas em dosagem elevada comportam-se como aceleradores. Forsen foi o primeiro a apresentar uma análise global da ação de aditivos químicos sobre a pega do cimento Portland. Uma versão modificada da classificação de Forsen, abrangendo tanto retardadores como aceleradores é mostrada na figura a seguir. A composição das substâncias comumente empregada em cada classe está também indicada na figura. 6.2. Mecanismo de Ação É hoje geralmente aceito que, ao menos as reações iniciais de compostos do cimento Portland com a água, dão-se por dissolução-precipitação, isto é, os compostos primeiro se ionizam e em seguida formam-se os compostos hidratados em solução. É razoável admitir que pela adição de certas substâncias solúveis ao sistema cimento Portland-água, pode-se ser capaz de influenciar a velocidade de ionização dos compostos do cimento ou a velocidade de cristalização dos produtos de hidratação, afetando em conseqüência as características de pega e endurecimento da pasta. De acordo com Joisel a ação das substâncias modificadoras da pega do cimento Portland pode ser atribuída mais à ação sobre a dissolução dos constituintes anidros, do que sobre a cristalização dos compostos hidratados. Uma vez que a maior parte dos aditivos químicos ionizam em água, adicionando-o ao sistema cimento-água é possível alterar o tipo de concentração de constituintes iônicos da solução aquosa, influenciando assim a dissolução dos compostos do cimento de acordo com as seguintes diretrizes propostas por Joisel. a) Um aditivo acelerador deve promover a dissolução dos cátions (íons de cálcio) e ânions do cimento. Uma vez que existem vários ânions a dissolver, o acelerador deve Página 6
promover a dissolução daquele constituinte que tem a menor velocidade de dissolução durante o período inicial de hidratação. b) Um aditivo retardador deve impedir a dissolução dos cátions (íons de cálcio), e ânions do cimento, de preferência o ânion que tem a maior velocidade de dissolução durante o período inicial de hidratação. c) A presença de cátions monovalentes em solução (i.e., K + ou Na + ) diminui a solubilidade dos íons cálcio mas tende a promover a solubilidade dos íons silicato e aluminato. Em pequenas concentrações, o primeiro efeito é dominante; em grandes concentrações, torna-se dominante o segundo efeito. d) A presença de certos ânions monovalentes em solução (i.e., Cl -, NO3 - ) ou SO4-2, reduz a solubilidade de silicatos e aluminatos mas tende a promover a solubilidade dos íons cálcio. Em pequenas concentrações predomina o primeiro efeito; em grandes concentrações torna-se predominante o segundo efeito. Disto se pode concluir que o efeito global, quando um aditivo químico é adicionado ao sistema cimento Portland-água, será determinado por um número de efeitos complementares e oposto, ambos dependentes do tipo de concentração dos íons fornecidos ao sistema pelo aditivo. Os aceleradores orgânicos desempenham um papel importante em aplicações de concreto armado e protendido, onde o emprego de aditivos aceleradores contendo cloretos é considerado indesejável. As substâncias químicas listadas na Classe IV (figura anterior) agem como fortes retardadores através de mecanismos outros que não os discutidos. Tensoativos, tais como os gluconatos e os lignossulfonatos, agem como retardadores por atrasarem a formação de ligações entre os produtos de hidratação; outros reduzem a solubilidade dos constituintes anidros do cimento por formarem produtos insolúveis e impermeáveis ao redor das partículas. Os fosfatos são comumente encontrados como ingredientes dos aditivos comerciais retardadores de pega. 6.3. Aplicações 6.3.1. Aditivos aceleradores De acordo com o relatório do Comitê ACI 212: Os aditivos aceleradores são úteis para modificar as propriedades do concreto de cimento Portland, particularmente em clima frio, de forma: a) acelerar o início de operação de acabamento, e, quando necessário, a aplicação de isolamento de proteção; b) reduzir o tempo requerido para cura e proteção adequadas; c) aumentar a velocidade de desenvolvimento da resistência inicial de modo a permitir desforma mais rápida e liberar mais cedo a construção para serviços; d) permitir uma vedação mais eficiente de vazamento contra pressão hidráulica. Uma vez que o cloreto de sódio é de longe o acelerador mais conhecido e o mais amplamente empregado, os efeitos de adições de CaCl2.2H2O em quantidades de 0,5 a 2,0% do cimento, em massa, sobre os tempos de pega e as resistências à compressão correspondentes são mostrados na figura a seguir. 6.3.2. Aditivos retardadores De acordo com o comitê ACI 212, são importantes na prática da construção as seguintes aplicações de retardo da pega. Página 7
a) Compensação de condições de temperatura ambiente desfavoráveis, particularmente em clima quente. O emprego amplo de aditivos retardadores é feito para permitir lançamento adequados e superar prejuízos e os efeitos aceleradores de temperaturas elevadas. b) Controle da pega de grandes unidades estruturais para manter o concreto trabalhável durante o lançamento. Isto é particularmente importante para a eliminação de juntas frias e descontinuidades em grandes unidades estruturais. O controle de pega pode também evitar a fissuração de vigas de concreto, de tabuleiros de pontes, e de construção mista, devido à deflecção da fôrma por movimentos associados ao lançamento em unidades adjacentes. 7. ADITIVOS MINERAIS 7.1. Importância Aditivos minerais são materiais silicosos finamente moídos, adicionados ao concreto em quantidades relativamente grandes, geralmente na faixa de 20 a 100% da massa do cimento Portland. Fornos de usinas termoelétricas que empregam carvão como combustível e fornos metalúrgicos que produzem ferro fundido, silício metálico e ligas de ferro-silício, são as maiores fontes de subprodutos, os quais estão sendo produzidos num volume de milhões de toneladas a cada ano em muitos países industrializados. Acumular estes subprodutos em aterros representa uma perda de material e causa sérios problemas de poluição ambiental. O descarte como agregado para concreto e em sub-leito de rodovias é um aproveitamento menos nobre que não utiliza o potencial destes materiais pozolânicos e cimentantes. Quando as propriedades pozolânicas ou cimentantes de um material são tais que ele pode ser um substituto parcial do cimento Portland no concreto, isto resulta numa economia significativa de energia e custo. Da descrição da reação pozolânica e das propriedades dos cimentos Portland compostos, fica claro que os benefícios de engenharia a serem provavelmente derivados do emprego de aditivos minerais no concreto incluem melhora da resistência à fissuração térmica devido ao calor de hidratação mais baixo, aumento das resistências e da impermeabilidade por refinamento dos poros e uma durabilidade maior a ataques químicos, tais como águas sulfatadas e expansão álcaliagregado. Página 8
7.2. Classificação Alguns aditivos minerais são pozolânicos (ex. cinza volante com baixo teor de cálcio), alguns são cimentantes (ex. escória granulada de alto-forno), enquanto outros são tanto cimentantes como pozolânicos (ex. cinza volante com elevado teor de cálcio). Objetivando uma descrição detalhada dos aditivos minerais mais importantes dados abaixo, os materiais estão divididos em dois grupos: a) Materiais naturais: materiais que tenham sido processados com o único propósito de produzir uma pozolana. O processamento consiste usualmente de britagem, moagem, classificação por tamanho; em alguns casos pode também incluir ativação; b) Subprodutos: materiais que não são produtos primários de suas respectivas indústrias produtoras. Subprodutos industriais podem ou não requerer um processamento qualquer (ex. secagem e pulverização) antes do emprego como aditivos minerais. 7.2.1. Materiais Naturais Exceto as terras diatomáceas, todos os materiais pozolânicos naturais são derivados de rochas ou minerais vulcânicos. Durante erupções vulcânicas explosivas o esfriamento rápido do magma, composto principalmente de aluminossilicatos, resulta na formação de vidros ou fases vítreas com estruturas desordenadas. Classificação Composição química e mineralogia Características das partículas Cimentantes e pozolânicos Escória granulada de alto-forno (cimentante) Cinza volante alto-cálcio (cimentante e pozolânico) com alto teor de cálcio Microssílica Na maior parte silicatos vítreos contendo principalmente cálcio, magnésio, alumínio e sílica. Podem estar presentes em pequena quantidade compostos cristalinos do grupo da melilita. Na maior parte de vidro de silicato contendo principalmente cálcio, magnésio, alumínio, e álcalis. A pequena quantidade de matéria cristalina presente consiste geralmente de quartzo e C3A; podem estar presentes cal livre e periclasio; CS e C4A3S podem estar presentes em carvões de elevado teor de enxofre. O carbono não queimado é comumente inferior a 2%. Pozolanas altamente reativas É essencialmente constituída de sílica pura na forma não cristalina. O material não processado tem a dimensão da areia e contém 10 a 15% de umidade. Antes de empregado deve ser seco e moído até partículas menores que 45 µm (comumente cerca de 500m²/kg de finura Blaine). As partículas têm textura rugosa. Pó com 10-15% de partículas maiores do que 45 µm (comumente 300-400 m²/kg de finura Blaine). Muitas partículas são esferas sólidas menores do que 20 µm de diâmetro. A superfície da partícula é geralmente lisa mas não limpas quanto as cinzas volantes de baixo teor de cálcio. Pó extremamente fino consistindo de esferas sólidas de diâmetro médio de 0,1 µm (área específica, por adsorção de nitrogênio, de 20 m²/g). Página 9
Cinza de casca de arroz Cinza volante de baixo teor de cálcio Materiais naturais Escória de alto-forno resfriada lentamente, cinza de grelha, escória, cinza de arroz queimada em campo. É essencialmente constituída de sílica pura na forma não cristalina. Pozolanas comuns Na maior parte vidro de silicato contendo alumínio, ferro, e álcalis. A pequena quantidade de matéria cristalina presente consiste geralmente de quartzo, mulita, silimanita, hematita, e magnezita. As pozolanas naturais contêm quartzo, feldspato e mica, além de vidro de aluminossilicato. As partículas são geralmente menores do que 45 µm mas são altamente celulares (área específica, por adsorção de nitrogênio, de 60m²/g) Pó com 15-30% de partículas maiores que 45 µm (comumente 200 a 300 m²/kg de finura Blaine). A maior parte das partículas são esferas sólidas com 20 µm de diâmentro médio, podem estar presentes cenosferas e plerosferas. As partículas são moídas abaixo de 45 µm, na maior parte e têm textura rugosa. Pozolanas pouco reativas Consiste essencialmente de silicatos Os materiais devem ser moídos a cristalinos e somente uma pequena um pó muito fino para desenvolver quantidade de matéria não uma certa atividade pozolanica. cristalina. As partículas moídas têm textura rugosa. Devido à evolução simultânea de gases dissolvidos, a matéria solidificada adquire freqüentemente uma estrutura porosa com uma área específica elevada, o que facilita um ataque químico subsequente. A alteração do vidro vulcânico sob condições hidrotermais pode levar à formação de minerais zeolíticos, os quais são compostos do tipo (Na2Ca) O.Al2O3.4SiO2.xH2. Este produto, chamado tufo vulcânico é caracterizado por uma textura compacta. Acredita-se que a alteração progressiva dos aluminossilicatos de um vidro vulcânico seja responsável pela formação dos argilo-minerais. As argilas não são pozolânicas a menos que a estrutura cristalina dos minerais aluminossilicasos da argila seja transformada por tratamento térmico numa estrutura amorfa ou desordenada. Terras diatomáceas consistem de opalina ou sílica amorfa hidratada derivada de esqueletos de diatomáceas, as quais são minúsculas plantas aquáticas com paredes celulares compostas de carapaças silicosas. É difícil classificar as pozolanas naturais porque os materiais raramente contêm somente um constituinte ativo. Todavia, com base no principal constituinte presente, pode-se fazer uma classificação em vidros vulcâncios, tufos vulcânicos, argilas ou folhelhos calcinados, e terras diatomáceas. A descrição do seu processo de formação e características relevantes são dadas abaixo: 7.2.1.2. Vidros Vulcânicos: São exemplos de materiais pozolânicos a terra de Santorin da Grécia, a pozolana de Bácoli da Itália, e a pozolana de Shirasu do Japão, os quais derivam a sua reatividade característica com cal principalmente do vidro de aluminossilicato não alterado. Página 10
7.2.1.3. Tufos Vulcânicos: As pozolanas de Segni-Lácio (Itália), e o trass da Renânia e Bavária (Alemanha), representam tufos vulcânicos típicos. Os tufos zeolíticos, com textura compacta são nitidamente resistentes, possuindo resistência à compressão da ordem de 100 a 300 kg/cm 2. Após moagem da massa compacta ao tamanho de partículas finas, os minerais zeolíticos mostram reatividade considerável com a cal e desenvolvem características cimentantes similares às das pozolanas que contêm vidro vulcânico. 7.2.1.4. Argilas ou folhelhos calcinados: Argilas e folhelhos não mostrarão reatividade apreciável com a cal a menos que a estrutura cristalina dos argilo-minerais presentes seja destruída por tratamento térmico. Em outras palavras, qualquer argila pode não fornecer um aditivo mineral adequado para concreto. 7.2.1.5. Terra diatomácea: As diatomitas são altamente reativas à cal, mas a microestrutura do seu esqueleto é responsável por um consumo elevado de água, prejudicial à resistência e durabilidade do concreto contendo esta pozolana. Além disso, contêm geralmente grandes quantidades de argila. 7.2.2. Subprodutos Industriais As cinzas de combustão de carvão e de alguns resíduos agrícolas, a sílica volatilizada de alguns processos metalúrgicos, e a escória granulada da indústria metalúrgica de materiais ferrosos e não ferrosos são os principais subprodutos industriais adequados ao emprego com aditivos minerais em concreto de cimento Portland. Os mais importantes subprodutos industriais são cinza volante, microssílica e escória granulada de alto-forno. 7.2.2.1 Cinza volante: Durante a combustão do carvão pulverizado em usinas termoelétricas modernas, quando o carvão passa pela zona de alta temperatura do forno, a matéria volátil e o carbono são queimados, enquanto a maior parte das impurezas minerais, tais como as argilhas, o quartzo, e o feldspato, fundem-se a alta temperatura. O material fundido é rapidamente transportado para zonas de temperatura mais baixa, onde se solidifica em partículas esféricas de vidro. Parte da matéria mineral aglomera formado cinza de grelha, mas a maior parte dela é arrastada pela corrente de exaustão do gás e é chamada de cinza volante (cinza de carvão pulverizado). Esta cinza é subseqüentemente removida do gás por precipitadores eletrostáticos. A cinza volante empregada como um aditivo mineral exerce uma influência considerável sobre o consumo de água, a trabalhabilidade do concreto fresco, e a velocidade de desenvolvimento da resistência no concreto endurecido. 7.2.2.2 Escória granulada de alto-forno: Na produção de ferro fundido, também chamado ferro-gusa, se a escória é resfriada lentamente ao ar, os seus constituintes químicos estarão comumente presentes na forma de melilita cristalina (solução sólida), a qual não reage com a água à temperatura ambiente. Se moído até partículas muito finas, o material será fracamente cimentante e pozolânico. Todavia, quando a escória líquida a alta temperatura é resfriada bruscamente com água ou com uma combinação água-ar, a maior parte da cal, magnésia, sílica, e alumina são mantidas em estado não cristalino ou vítreo. O Página 11
produto resfriado bruscamente em água é chamado escória granulada devido à formação de partículas de dimensão de areia, enquanto a escória resfriada ao ar e em uma quantidade limitada de água, que está na forma de pelotas é chamada escória pelotizada. Sabe-se que as partículas de escória menores do que 10µm contribuem para as resistências iniciais do concreto até 28 dias; partículas de 10µm a 45µm contribuem para resistências a longa idade, mas, partículas maiores do que 45µm são difíceis de hidratar. 7.2.2.3. Microssíliba: A microssílica, também conhecida por outros nomes, como fumos de sílica condensada, sílica volatizada ou simplesmente fumos de sílica, é um subproduto de fornos e arco e de indução das indústrias de silício metálico e ligas ferro-silício. A microssílica apresenta distribuição granulométrica das partículas duas ordens de grandeza mais finas. É por isso que o material, por outro lado, é altamente pozolânico, mas por outro, cria problemas de manuseio e aumenta apreciavelmente o consumo de água do concreto, a menos que se acrescente aditivo redutor de água. 7.2.2.4. Cinza de casca de arroz: A casca de arroz é a carapaça produzida durante a operação de beneficiamento do arroz colhido. A cinza formada durante a queima a céu aberto ou pela combustão não controlada em fornos industriais, geralmente contém uma grande proporção de minerais de sílica não reativos tais como a cristobalita e a tridimita, e deve ser moída a tamanhos de partículas muito finas, de modo a desenvolver atividade pozolânica. Por outro lado, uma cinza altamente pozolânica pode ser produzida por combustão controlada quando a sílica é mantida na forma não cristalina e em estrutura celular. 7.3. Aplicações 7.3.1. Melhoria da trabalhabilidade: Em concretos frescos que mostram uma tendência à exsudação e à segregação, é sabido que a incorporação de partículas finamente divididas geralmente melhora a trabalhabilidade por reduzir o tamanho e volume de vazios. Quanto mais fino o aditivo mineral, menor a quantidade que será necessária para aumentar a coesão e, conseqüentemente, a trabalhabilidade de um concreto recentemente misturado. O tamanho pequeno e a estrutura vítrea das cinzas volantes e escórias tornam possível reduzir a quantidade de água requerida para uma dada consistência. Os concreto com adição de cinza volante, com uma relação mais baixa de água para materiais cimentantes total, mostraram coesão e trabalhabilidade melhoradas. A diminuição na segregação a exsudação pelo emprego de aditivo mineral tem importância considerável quando o concreto é lançado por bombeamento. Os benefícios sobre a coesão e o acabamento são particularmente importantes em concretos magros ou os de agregado deficiente em finos. 7.3.2. Durabilidade à fissuração térmica: Admitindo-se que devido ao calor de hidratação a temperatura máxima em concreto massa é atingida dentro de uma semana após o lançamento, o emprego de um aditivo mineral oferece a possibilidade de diminuir a elevação de temperatura quase em proporção direta com a quantidade de cimento Portland substituído pelo aditivo. Isto ocorre porque, em condições normais, estes aditivos não reagem em nível significativo por vários dias. Como regra prática, o calor de hidratação total produzido pelas reações Página 12
pozolânicas envolvendo aditivos minerais é considerado como a metade do valor médio produzido pela hidratação do cimento Portland. 7.3.3. Durabilidade a ataques químicos: A permeabilidade do concreto é fundamental na determinação da taxa de transferência de massa relacionada às ações químicas destrutivas, tais como a expansão álcali-agregado e o ataque por soluções ácidas ou sulfatadas. Uma vez que a reação pozolânica envolvendo aditivos minerais é capaz de refinar os poros, o que reduz a permeabilidade do concreto, tanto os estudos de laboratório como os de campo mostraram uma melhoria considerável na durabilidade química de concretos contendo aditivos minerais. A cinza volante além da permeabilidade e do teor de hidróxido de cálcio da pasta de cimento, a resistência ao sulfato é controlada pela quantidade de alumina reativa presente. Não se deve esperar que as cinzas volantes que contêm uma grande proporção de alumina reativa na fase vítrea ou nos constituintes cristalinos reduzam a resistência do concreto a sulfatos. Cinzas volantes de alto teor de cálcio, contendo alumina altamente reativa na forma de C3A ou C4A3S são portanto menos adequadas do que as cinzas volantes de baixo teor de cálcio para melhorar a resistência do concreto ao sulfato. A resistência ao sulfato do concreto de cimento Portland contendo escória granulada de alto-forno depende da quantidade de escória empregada e do teor de alumina da escória. Com a relação às pozolanas altamente reativas, parece que mesmo que presentes em quantidades baixas, da ordem de 30%, estes aditivos são capazes de consumir quase completamente o hidróxido de cálcio presente na pasta de cimento sendo por isso excelentes não só por melhorar a resistência do concreto ao ataque ácido como também ao ataque por sulfato. 7.3.4. Produção de concreto de alta resistência: Devido a considerações de ordem econômica e durabilidade, os aditivos minerais são geralmente empregados como substituinte parcial do cimento Portland no concreto. Nas quantidades comumente empregadas, muitas cinzas volantes de baixo teor de cálcio e pozolanas naturais tendem a reduzir as resistências iniciais até 28 dias, mas melhorar as resistências últimas. Comparado ao concreto sem aditivo, os concretos contendo uma escória granulada de alto-forno ou cinza volante de alto teor de cálcio, mostram comumente resistências mais baixas a 1 e 3 dias, mas os ganhos de resistência podem ser substanciais após cerca de 7 dias de cura. As pozolanas altamente reativas são capazes de produzir resistência elevada no concreto, tanto nas primeiras idades quanto nas idades posteriores, especialmente quando um agente redutor de água foi adicionado para reduzir o consumo de água. Por outro lado, quando empregado como um substituinte parcial dos agregados miúdos, todos os aditivos minerais são capazes de aumentar as resistências do concreto tanto nas primeiras idades quanto nas idades posteriores. O ganho de resistência nas primeiras idades é devido em parte a uma ligeira aceleração na hidratação do cimento Portland; o ganho de resistência nas idades finais, que pode ser substancial, é devido principalmente à reação pozolânica, que ocasiona um refinamento dos poros e substituição do constituinte mais fraco por mais forte. Se a eliminação dos poros grandes e a redução do hidróxido de cálcio são elementos necessários à produção de concretos com uma elevada resistência à compressão, os aditivos minerais parecem adequar-se bem em desempenhar um papel Página 13
chave na produção de concretos de alta resistência, independente de serem empregados como substitutos do cimento ou do agregado miúdo, ou ambos. 8. CONCLUSÃO Os aditivos tornaram-se parte integrante do concreto de tal modo que num futuro próximo a definição de traços de concreto deve ser revista para incluir os aditivos como um dos seus constituintes. Uma vez que os produtos comerciais podem conter muitos ingredientes desconhecidos, é sempre desejável fazer uma investigação em laboratório antes de empregar um aditivo ou uma combinação de dois ou mais aditivos. Todavia, os problemas associados ao mau uso dos aditivos continuam a crescer. A origem da maior parte dos problemas parece estar na incompatibilidade entre um dado aditivo e uma composição do cimento ou entre dois ou mais aditivos que podem estar presentes no sistema. Os tensoativos, tais como as substâncias incorporadoras de ar, os lignossulfonatos e os superplastificantes são especialmente sensíveis a efeitos de interação dos íons aluminato, sulfato e álcalis presentes na fase aquosa no início da hidratação do cimento. Perda de ar ou de espaçamento adequado entre bolhas de ar em concreto contendo superplastificante ou um aditivo mineral excessivamente fino é um assunto de grande preocupação na indústria de concreto. Por isso, é altamente recomendável a realização de ensaios de laboratório envolvendo materiais e condições de obra antes do emprego efetivo de aditivos em construção em concreto, particularmente quando grandes projetos são empreitados ou quando os materiais de preparo do concreto estão sujeitos a variações significativas de qualidade. Finalmente, os aditivos podem certamente melhorar as propriedades de um concreto, mas não se deve esperar que compensem a baixa qualidade dos constituintes do concreto ou de um traço pobre. 9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS - Antônio de Souza Coutinho (LNEC) - Paulo Fernando A. Silva (PINI) - Adam Neville (CALGARY) - Paulo Helene (USP) - L.A. Falcão Bauer (FALCÃO BAUER) - ABESC (Associação Brasileira das Empresas de Serviços de Concretagem) - ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) Página 14
10. ANEXOS TABELA DE FINALIDADE E SIMILARIDADE DE EXEMPLARES Página 15