CONDUTIBILIDADE TÉRMICA DE BETÕES ESTRUTURAIS DE AGREGADOS LEVES PRODUZIDOS COM DIFERENTES TIPOS DE LIGANTE

CONDUTIBILIDADE TÉRMICA DE BETÕES ESTRUTURAIS DE AGREGADOS LEVES PRODUZIDOS COM DIFERENTES TIPOS DE LIGANTE S. REAL J.A. BOGAS Eng.ª Civil Prof. Eng.ª Civil IST IST Lisboa; Portugal Lisboa; Portugal sofia.real@tecnico.ulisboa.pt abogas@civil.ist.utl.pt M. G. GOMES J. PONTES Prof. Eng.ª Civil Eng.º Civil IST IST Lisboa; Portugal Lisboa; Portugal maria.gloria.gomes@tecnico.ulisboa.pt jorge.pontes@tecnico.ulisboa.pt RESUMO No presente artigo caracteriza-se a condutibilidade térmica de betões estruturais de agregados leves (BEAL) produzidos com diferentes tipos de ligante e tipos de agregado, para resistências entre cerca de 15 e 65 MPa e classes de massa volúmica D1,6-D2,0. Desse modo, é possível abranger os diferentes tipos de BEAL mais correntemente utilizados em elementos estruturais. A caracterização dos betões envolveu a realização de ensaios de condutibilidade térmica para quatro teores de humidade, tendo em consideração 5 tipos de agregado leve (AL) com características físicas bastante distintas, 8 tipos de ligante que incluem a incorporação de diferentes percentagens de filer calcário, sílica de fumo e cinzas volantes e também misturas com diferentes relações a/l. É avaliada a influência dos constituintes do betão e são estabelecidas relações em função da massa volúmica do betão e do teor de humidade. Palavras-chave: agregados leves, betão leve estrutural, condutibilidade térmica, cinza, filer calcário, sílica de fumo 1. INTRODUÇÃO O betão leve surge com o principal objetivo de reduzir a carga permanente nas construções, contribuindo ainda para o aumento da sua capacidade de isolamento térmico [1, 2]. A utilização de betões leves com melhores propriedades de isolamento térmico, em elementos estruturais e não estruturais da envolvente de edifícios, permite a redução das trocas de calor, contribuindo potencialmente para a obtenção de edifícios energeticamente mais eficientes e ambientalmente mais sustentáveis [3]. A condutibilidade térmica do betão depende principalmente da sua massa volúmica e do seu teor de humidade, sendo ainda influenciada pela dimensão e distribuição dos poros, composição química dos componentes sólidos, fases e estrutura do material (cristalina, amorfa) e temperatura [4, 5]. A condutibilidade térmica dos materiais tende a aumentar com a massa volúmica, o teor de humidade, a temperatura e a percentagem de fases cristalinas presentes [4, 5, 6]. Dado que os agregados ocupam cerca de 70 a 80% do volume do betão, a incorporação de agregados de menor condutibilidade térmica pode conduzir a aumentos significativos da sua capacidade de isolamento térmico [7, 8, 9]. A reduzida condutibilidade térmica do ar aprisionado na estrutura porosa dos agregados leves (AL) [6, 10] é o principal fator responsável pelo aumento da capacidade de isolamento térmico dos betões estruturais de agregados leves (BEAL) face aos betões de massa volúmica normal (BAN) de igual composição. Por sua vez, o aumento do teor de cimento contribui para o incremento da condutibilidade térmica [4, 11, 13]. Demiroǧa e Gül [10] refere que a substituição parcial de cimento por diferentes percentagens de cinzas volantes (CZ) ou sílica de fumo (SF) conduz à diminuição da condutibilidade térmica, apontando como causa principal a redução promovida na massa volúmica do betão, e como potencial causa secundária o conteúdo amorfo da sílica de fumo e das cinzas volantes. O mesmo é sugerido por Fu e Chung [14]. Vários autores verificam que a propriedade que melhor se relaciona com a condutibilidade térmica do betão é a massa volúmica, sugerindo relações exponenciais entre estas propriedades [2, 13, 15, 16]. ACI213 [15] refere aumentos de 6 a 9% na condutibilidade térmica dos BEAL por cada 1% adicional de teor de humidade em massa. Assim, a elevada absorção de água nos AL afeta a capacidade de isolamento térmico dos BEAL, na medida em que a sua saturação conduz a maiores valores do teor de humidade [17]. No presente trabalho, pretende-se caracterizar a condutibilidade térmica de BEAL produzidos com diferentes tipos de ligante e tipos de agregado, envolvendo uma ampla gama de classes de resistência e de massa volúmica. Desse modo, é 1

possível abranger os diferentes tipos de BEAL mais correntemente utilizados. Pretende-se analisar a influência dos principais parâmetros de composição na condutibilidade térmica dos BEAL, nomeadamente: tipo de agregado; relação a/l; tipo e dosagem de ligante; teor de humidade. 2. PROGRAMA EXPERIMENTAL 2.1 Materiais Para o presente estudo, foram selecionados quatro tipos de agregado grosso leve: dois tipos de agregado leve de argila expandida de origem nacional, designados por Leca e Argex, sendo a Argex fornecida em duas frações granulométricas distintas (Argex 2-4 e Argex 3-8F); um tipo de agregado de cinzas volantes sinterizadas proveniente de Inglaterra e designado por Lytag; um tipo de agregado de ardósia expandida proveniente dos EUA e designado por Stalite. As principais características destes agregados com porosidades bastante distintas são indicadas na Tabela 1. Para os betões de referência produzidos com agregados grossos de massa volúmica normal, foram selecionadas duas britas calcárias de diferente granulometria (Bago de arroz e Brita 1, Tabela 1). Tanto as duas frações de Argex como as de brita calcária foram posteriormente combinadas de modo a possuírem granulometria idêntica à dos restantes agregados grossos leves (66% Brita 1 e 34% Bago de Arroz; 30% Argex 3-8F e 70% Argex 2-4). Todos os betões foram produzidos com areia natural siliciosa, correspondendo a cerca de 30% de Areia Fina e 70% de Areia Grossa (Tabela 1). Na produção dos betões foi utilizado cimento tipo I 42,5R, filer calcário (FL) com 38,6% de resíduo no peneiro de 45 m, CZ de classe F com 13,8% de resíduo no peneiro de 45 m e índice de reatividade de 84,4%, e ainda SF com 94,3% de SiO 2 e de 96,4% de resíduo no peneiro de 45 m, dado ser fornecida de forma aglomerada. Nas misturas de maior compacidade, foi ainda utilizado um superplastificante de base policarboxilica. Propriedade Leca Argex 2-4 Tabela 1 - Caracterização dos agregados Agregados leves Argex 3-8F Lytag Stalite Brita 1 Agregados de massa volúmica normal Bago de Arroz Areia Fina Massa volúmica seca 1076 669 597 1338 1483 2646 2683 2605 2617 Baridade seca 624 377 330 750 760 1309 1346 1569 1708 Absorção às 24h (%) 15,8 21,4 19,3 17,9 3,6 0,7 0,4 0,2 0,3 Fração granulométrica (di/di) 4/11,2 4/8 4/11,2 4/11,2 8/16 0/8 4/11,2 0/1 0/4 Porosidade total (%) 58,9 73,1 76,1 47,0 43,1 - - - - 2.2 Composição e produção de misturas Com o objetivo de se analisarem os BEAL mais correntes, foram definidas diversas composições, de modo a abranger diferentes classes de resistência e massa volúmica. Assim, com base numa vasta campanha experimental foram ensaiados diferentes betões produzidos com areia de massa volúmica normal e 4 tipos distintos de agregado grosso leve (Tabela 1). Os betões foram produzidos tendo em consideração diferentes relações a/l (0,35 a 0,65) e diferentes tipos de ligante, definidos de acordo com o especificado na norma EN197-1 [18], que incluem percentagens variáveis, em peso, de SF, CZ e FL, nomeadamente: CEM I 42,5R; CEM II/A-D (6% e 9% SF); CEM II/A-V (15% CZ); CEM II/B-V (30% CZ); CEM II/A-L (15% FL); CEM II/B-L (30% FL); CEM IV/A (10% SF e 20% CZ); CEM IV/B (10% SF e 40% CZ). Foram também produzidos betões de referência com agregados finos e grossos de massa volúmica normal (AN). No total, foram consideradas as cerca de 126 composições indicadas na Tabela A1, em anexo. A relação a/l corresponde à água efetiva disponível para hidratação. Os betões foram produzidos com 350 l/m 3 de agregado grosso. Paralelamente, foram ainda considerados 6 tipos de pastas, e 3 misturas de argamassa e 9 misturas de betão com variação de volume de agregado leve (250, 300 e 400 l/m 3 ) de composição semelhante à dos betões produzidos com cimento Tipo I, de modo a melhor caracterizar as características térmicas das diferentes fases constituintes dos betões produzidos. Os betões foram produzidos numa misturadora de eixo vertical com descarga de fundo. Em geral, os AL foram previamente colocados em água durante cerca de 24 horas de modo a controlar melhor a trabalhabilidade e a água efetiva da mistura. Em seguida, os agregados foram secos superficialmente com toalhas absorventes e colocados na misturadora com a areia e 50% da água de amassadura. Após dois minutos de mistura, deixou-se repousar durante um minuto, tendo-se adicionado, em seguida, o cimento e parte da restante água e passado mais um minuto, o superplastificante com 10% de água. No total, a mistura durou cerca de sete minutos. Apenas nos betões produzidos com Argex, os agregados foram inseridos na betoneira inicialmente secos e a absorção de água durante a mistura foi estimada tendo em consideração o método sugerido por Bogas et al. [19]. Areia Grossa 2

2.3 Preparação dos provetes e métodos de ensaio Para cada mistura, foram moldados 2 cubos de 100 mm de aresta para determinação da massa volúmica seca, 4 cubos de 150 mm de aresta para determinação resistência à compressão e 1 cilindro de 105x250 mm para determinação do coeficiente de condutibilidade térmica. Após desmoldagem às 24 h, os vários espécimes foram curados em água até perfazerem 28 dias de idade. Os ensaios de compressão, bem como os de massa volúmica seca, foram efetuados aos 28 dias de acordo com as normas EN 12390-3 [20] e EN12390-7 [21], respetivamente. Para a realização de ensaios de condutibilidade térmica, utilizou-se o equipamento ISOMET2114 com uma sonda plana, da Applied Precision, Ltd. Este equipamento determina a condutibilidade térmica através de um método transiente, isto é, mede a resposta a um impulso de calor aplicado a uma amostra (em equilíbrio térmico com o meio ambiente), de modo a criar um fluxo de calor (ASTM D 5334-14 [22], ASTM D 5930-09 [23]). O equipamento determina a condutibilidade térmica ( ) em W/m.K, a capacidade térmica volumétrica (c ) em J/m 3.K, a temperatura média de ensaio (T mean ) em ºC, calculando ainda, a partir dos restantes valores, a difusividade térmica (a) em m 2 /s. De acordo com o fabricante, o erro associado ao ensaio para as gamas utilizadas (0,3-2 W/m.K e 2-6 W/m.K) é de cerca de 10% para, de 15%+1x10 3 J/m 3.K para c e de 1ºC para T mean. Para cada composição, a condutibilidade térmica foi medida em provetes cilíndricos de 105 mm de diâmetro e 50 mm de altura, que foram previamente seccionados dos cilindros de 105x250 mm. Após 28 dias de cura húmida, os 3 provetes foram ensaiados para 4 teores de humidade diferentes, correspondentes ao estado saturado, seco e ainda 2 níveis intermédios de humidade. De acordo com o ITE50 [24], os valores de base dos produtos com marcação CE são referenciados a uma temperatura média de ensaio de 10ºC. Desse modo, optou-se por apresentar os resultados obtidos convertidos, de acordo com a norma ISO/FDIS 10456 [25], para uma temperatura de 10ºC, apesar de esta norma ser recomendada apenas para métodos estacionários. 3. ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS Na Tabela A1, em Anexo, indicam-se os valores médios da massa volúmica seca,, resistência à compressão,, coeficiente de condutibilidade térmica dos betões no estado seco, eco, e incremento de condutibilidade térmica com o teor de humidade,. A resistência à compressão dos BEAL produzidos variou entre cerca de 14,8 e 65,3 MPa e a massa volúmica seca entre 1440 e 1890 kg/m 3. Desse modo, foi possível abranger uma vasta gama de BEAL correntes enquadrados nas classes de resistência LC12/13 a LC55/60 e de massa volúmica D1,6 a D2,0. Dependendo do tipo de agregado leve e relação a/l, a perda de resistência à compressão dos BEAL face aos BAN de igual composição variou entre cerca de 10 a 63%, sendo essa perda superior nos BEAL com agregados de maior porosidade (Argex, Tabela 1). Destacase o facto dos agregados de menor porosidade (Stalite) terem permitido a produção de BEAL com resistência semelhante a ligeiramente inferior à dos BAN, tendo conduzido a betões com níveis de eficiência estrutural mais elevados ( / ). Nos betões com agregados de massa volúmica intermédia, apenas se obtiveram eficiências estruturais superiores para relações a/l superiores a 0,45, no caso do Lytag, e a 0,55, no caso da Leca. O agregado Argex mostrou-se mais adequado para produção de betões de baixa resistência, onde a redução de massa volúmica é um fator condicionante. Para a gama de resistências e massas volúmicas analisadas, foi possível produzir betões com condutibilidade térmica no estado seco entre 0,70 e 1,36 W/m.K (BEAL) e 1,35 e 2 W/m.K (BAN). Conforme referido em 1, a propriedade do betão que melhor se relaciona com a sua condutibilidade térmica é a massa volúmica [2, 15, 16]. Tendo em consideração 126 resultados envolvendo betões de diferentes composições e tipos de agregado, confirma-se que a condutibilidade térmica evoluiu de forma exponencial com a massa volúmica, apresentando coeficientes de correlação superiores a 0,9 (Figura 1). Tendo em consideração betões de idêntica composição, a redução média atingida no coeficiente de condutibilidade térmica face aos betões convencionais foi de 40, 47, 49 e 53% nos BEAL com Stalite, Lytag, Leca e Argex, respetivamente. Tendo em consideração a relação entre a eficiência estrutural e a condutibilidade térmica ( /(. )) de betões de igual composição com cimento tipo I, verifica-se que o melhor desempenho médio foi obtido nos BEAL com Stalite (2,2), seguido dos betões com Lytag e Leca (2,1), Argex (1,7) e AN (1,4). Na Figura 1, confirma-se também que, em geral, os resultados obtidos no presente estudo apresentaram tendências semelhantes ao documentado por outros autores para betões com diversos tipos de agregado. Valores da mesma ordem de grandeza são indicados no FIP [4], ITE50 [24], ISO/FDIS 10456 [25], Protolab [27], Zhihua et al. [28] e Van Geem et al. [32]. No entanto, constata-se que em média os coeficientes de condutibilidade térmica obtidos no presente estudo tiveram tendência para ser cerca de 20% superiores face ao documentado pelos vários autores referidos. Van Geem et al. [32] apresenta um estudo envolvendo 3 métodos diferentes (guarded hot plate test, hot wire test, calibrated hot box test), onde constata a variabilidade de resultados entre métodos, o que pode explicar as diferenças verificadas entre os resultados obtidos e os apresentados por outros autores, sendo que não foram encontradas referências de BEAL ensaiados com o método adotado no presente trabalho. 3

Real, S.; Bogas, J.A.; Gomes, M.G.; Pontes, J., Condutibilidade térmica de betões estruturais de agregados leves 2.2 1.8 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 y = 0,1402e 0,0012x R² = 0,93 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 Massa volúmica seca Presente Estudo Bogas (2011) FIP (1983) Figura 1: Relação entre a massa volúmica seca e a condutibilidade térmica seca [2, 4, 16, 24-32] De referir ainda que as curvas indicadas por Newman [2] e Sacht et al. [33] são relativas a teores de humidade no betão de 3% e os valores do ITE50 [24] e ISO/FDIS 10456 [25] relativos a teores de humidade de equilíbrio. Os resultados apresentados pelos restantes autores referem-se a valores no estado seco. Todos os autores realizaram os ensaios através de métodos estacionários (maioritariamente pelo método guarded hot plate), exceto Van Geem et al. [32], cujos valores representados na Figura 1 são referentes a ensaios realizados através do método transiente, hot wire test. Tendo em consideração os resultados obtidos no presente estudo para diferentes tipos de agregado (Figura 2), verificase que, para uma dada massa volúmica, o coeficiente de condutibilidade térmica teve tendência para ser sistematicamente superior nos betões com agregados mais porosos. Reciprocamente, para iguais coeficientes de condutibilidade térmica, os BEAL com agregados menos porosos apresentam maior massa volúmica. Apesar de algumas diferenças estarem associadas à variabilidade do próprio ensaio, estas tendências traduzidas pelas relações indicadas na Figura 2 demonstram que a condutibilidade térmica não é apenas afetada pela sua massa volúmica, mas também pela composição das fases constituintes do betão, embora este último assuma menor importância. Sabendo que todos os betões indicados na Figura 2 apresentam o mesmo volume de agregado grosso, verifica-se que a condutibilidade térmica dos betões foi mais sensível a pequenas variações introduzidas na massa volúmica da argamassa. De facto, para um dado tipo de agregado, os betões associados a maior massa volúmica, e como tal argamassas mais densas, apresentaram coeficientes de condutibilidade mais elevados do que os BEAL de igual massa volúmica produzidos com AL menos poroso e argamassas menos densas. Assim, parece concluir-se que, para iguais variações de massa volúmica, as características da argamassa, afetadas pelo tipo de ligante, relação a/l e volume de pasta, assumiram maior influência na condutibilidade térmica do que o tipo de agregado. Protolab Zhihua et al (2006) ISO/FDIS 10456 (2007) Sengul et al (2010) Akçaozoglu et al (2012) Alengram et al (2013) Lo-Shu et al (1980) Van Geem et al (1982) ACI 213 (1967 de FIP 1983) Newman (1993) Valore (1980) ITE 50 (2006) Lightweight concrete in general (FIP 1983) 2.5 1.5 0.5 Leca Stalite AN Lytag Argex 1400 1700 2000 2300 Massa volúmica seca Figura 2: Relação entre a massa volúmica seca e a condutibilidade térmica seca por agregado 4

Real, S.; Bogas, J.A.; Gomes, M.G.; Pontes, J., Condutibilidade térmica de betões estruturais de agregados leves De modo a compreender melhor os aspetos referidos, nas secções seguintes analisa-se a influência isolada de cada um dos parâmetros relevantes da composição dos BEAL. 3.1 Influência da relação a/l na condutibilidade térmica Na Figura 3, confirma-se que, independentemente do tipo de agregado, os betões associados a menores relações a/l (para relações agregado/pasta idênticas) e, como tal, matrizes mais densas, tenderam a apresentar coeficientes de condutibilidade térmica ligeiramente superiores para iguais valores de massa volúmica. Tendo em consideração apenas cimentos tipo I, na Figura 4, confirma-se que para cada tipo de agregado, a condutibilidade térmica teve tendência para decrescer com o aumento da relação a/l, ou seja, com o aumento da porosidade da pasta do betão. Os betões com diferentes relações a/l estão também associados a ligeiras diferenças no volume de areia e de pasta, o que afeta a condutibilidade térmica. No entanto, essas diferenças foram pouco significativas, tendo sido geralmente inferiores a 4%. Apenas nos betões com a/l=0,65, a variação da relação areia/pasta atingiu cerca de 9%, o que pode justificar a alteração na tendência de observada entre a/l=0,55 e a/l=0,65. 2.5 1.5 0.5 1400 1700 2000 2300 Massa volúmica seca a/l = 0,35 a/l = 0,45 a/l = 0,55 a/l = 0,65 Figura 3: Relação entre a massa volúmica seca e a condutibilidade térmica seca por relação a/l 2.5 1.5 0.5 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Relação a/c Leca Stalite AN Lytag Argex Figura 4: Relação entre a relação água/cimento (a/c) e a condutibilidade térmica seca 3.2 Influência do tipo e volume de agregado na condutibilidade térmica A condutibilidade térmica do betão é afetada pela condutibilidade térmica dos seus constituintes, sendo que no caso dos agregados, esta depende essencialmente da sua porosidade e composição mineralógica [4, 5]. Na Figura 5, confirma-se que para um mesmo tipo de cimento (neste caso, CEM I) e uma dada relação a/l, a condutibilidade térmica decresceu de forma aproximadamente linear com o incremento do nível de porosidade do agregado. Em termos médios, a aumentos de 1% na porosidade dos agregados leves selecionados corresponderam reduções de cerca de 0,6% na condutibilidade térmica, tendo em conta betões com 350 l/m 3 de agregado grosso. Isso permite perceber o potencial de redução da condutibilidade térmica, quando se adota um determinado tipo de AL. Em geral, foram obtidos elevados coeficientes de correlação, o que indicia que a porosidade do agregado deva ser a principal propriedade que afeta a sua condutibilidade térmica, devendo-se obter relações idênticas caso se optem por outros tipos de agregado leve. Reforça-se o propósito de se estabelecerem relações gerais entre o coeficiente de condutibilidade térmica e a massa volúmica do betão. A Figura 6 relaciona o volume de agregado grosso com a condutibilidade térmica seca. Verifica-se que para um betão com, a mesma relação a/l, a mesma relação areia/ligante e o mesmo tipo de agregados finos e grossos, a condutibilidade térmica diminuiu com o aumento do volume de agregado. Tal resulta da alteração introduzida na massa volúmica do betão. 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 40 60 80 Porosidade do agregado (%) a/c = 0,35 a/c = 0,45 a/c = 0,55 a/c = 0,65 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 200 300 400 Volume de agregado (l/m 3 ) Leca Lytag Stalite Figura 5: Relação entre a porosidade do agregado e a condutibilidade térmica seca Figura 6: Relação entre o volume de agregado grosso e a condutibilidade térmica seca 5

/ seco (%) / seco (%) Real, S.; Bogas, J.A.; Gomes, M.G.; Pontes, J., Condutibilidade térmica de betões estruturais de agregados leves 3.3 Influência das adições na condutibilidade térmica Nos casos em que o tipo de ligante promoveu um maior refinamento da microestrutura da pasta, constata-se que os BEAL apresentaram coeficientes de condutibilidade ligeiramente superiores (Figura 7, Tabela A1). As diferenças observadas entre os diferentes tipos de betões estão também relacionadas com o facto da utilização de adições de menor densidade do que o cimento conduzirem a maiores volumes de pasta e menores volumes de areia, o que contribui também para a redução do. As diferenças na relação areia/pasta podem atingir cerca de 13% no caso de se utilizarem cimentos tipo IV/B, com grande percentagem de substituição. De modo a perceber melhor a influência do tipo de ligante na condutibilidade térmica do betão, foram produzidas e ensaiadas pastas de igual composição, onde se fez variar apenas o tipo e percentagem de adição (Figura 8). Desse modo, eliminou-se o efeito dos agregados e da relação a/l. Para as diferentes pastas observam-se diferenças no coeficiente de condutibilidade inferiores a 18%. As reduzidas diferenças são atribuídas à pequena variação introduzida pelos ligantes na massa volúmica das pastas. Constatações semelhantes foram obtidas por Demiroǧa e Gül [10] e Fu e Chung [14] em betões leves produzidos com sílica de fumo e cinzas volantes. 2.5 1.5 0.5 1400 1700 2000 2300 Massa volúmica seca CEM I CEM IIAD1 CEM IIAD2 CEM IIAV CEM IIBV CEM IIAL CEM IIBL CEM IVA CEM IVB Figura 7: Relação entre a massa volúmica seca e a condutibilidade térmica para diferentes tipos de ligante 0.8 0.6 0.4 0.2 CEM I 0,45 CEM II/A- D(2) 0,45 CEM II/B-V CEM II/B-L 0,45 0,45 Figura 8: Condutibilidade térmica de pastas com diferentes tipos de ligante 3.4 Influência do teor de humidade na condutibilidade térmica Em geral, verifica-se uma variação linear do coeficiente de condutibilidade térmica com o aumento do teor de humidade dos betões, independentemente da composição do betão e tipo de agregado (Figura 9). Dependendo do tipo de BEAL, verificam-se variações de 3 a 9% no coeficiente de condutibilidade térmica por cada variação de 1% do teor de humidade, em massa. No ACI213 [15], que tem em conta apenas betões de baixa a moderada resistência (fc<40 MPa), sugere-se um intervalo de valores menos lato, de 6 a 9%. De um modo geral, não se verifica uma tendência de variação clara do coeficiente de condutibilidade térmica por cada grau de humidade em função do tipo de agregado (Figura 10, Tabela A1). Porém, em termos gerais, constata-se um incremento do coeficiente de condutibilidade térmica com o aumento da relação a/l. A variabilidade associada ao ensaio dificulta uma análise mais rigorosa. De referir ainda que dado que o teor de humidade é definido em percentagem de massa, é espectável que uma pequena variação deste parâmetro tenha maior significado nos betões de maior massa volúmica. 0 0 1.80 1.80 1.60 Argex CEM I 0,55 1.60 Lytag CEM I 0,35 1.40 1.20 0 0 4 8 12 Teor de Húmidade (%) Lytag CEM I 0,55 Leca CEM I 0,55 Stalite CEM I 0,55 1.40 1.20 0 0 10 20 Teor de Húmidade (%) Lytag CEM I 0,45 Lytag CEM I 0,55 Figura 9: Relação entre a condutibilidade térmica e o teor de humidade para relação a/l = 0,55 Figura 10: Relação entre a condutibilidade térmica e o teor de humidade para BEAL com Lytag 6

Na Tabela A1, em anexo, apresentam-se os valores do coeficiente para os betões estudados, a que corresponde a inclinação da reta de regressão linear entre o coeficiente de condutibilidade e o teor de humidade. Conforme referido por Smeplass [34], a perda do teor de humidade nos BEAL ocorre inicialmente no agregado e só depois ao nível da pasta, o que pode introduzir diferenças na relação entre a condutibilidade térmica e o teor de humidade, conforme se observa na Figura 10, para teores de humidade próximos da saturação (diferente inclinação entre 3º e 4º ponto). Desse modo, consideraram-se apenas os primeiros 3 pontos para a definição do valor de. 4. CONCLUSÕES No presente trabalho foi caracterizada a condutibilidade térmica de betões leves estruturais produzidos com diferentes tipos de agregado e ligante. Em seguida, resumem-se as principais conclusões obtidas: Para BEAL correntes, enquadrados nas classe de resistência LC12/13 a LC55/60 e de massa volúmica D1,6 a D2,0, confirma-se que a condutibilidade térmica evoluiu de forma exponencial com a massa volúmica, tendo-se obtido uma elevada correlação entre estas propriedades, mesmo tendo em conta diferentes tipos de ligantes, relações a/l e tipos de agregado. Em relação aos betões de massa volúmica normal de idêntica composição, a incorporação de 35% de agregado grosso leve permitiu atingir reduções entre 40 e 53% na condutibilidade térmica, consoante o tipo de AL. Verificou-se um melhor compromisso entre a eficiência estrutural e a condutibilidade térmica nos BEAL com agregados leves menos porosos. Os betões com AL de menor massa volúmica mostraram-se apenas adequados para betões de baixa resistência onde a massa volúmica e a condutibilidade térmica são fatores condicionantes no dimensionamento. Para iguais variações de massa volúmica, verificou-se que as características da argamassa assumiram maior importância na condutibilidade térmica do que o tipo de agregado leve; Para uma determinada massa volúmica, a condutibilidade térmica teve tendência para decrescer com o aumento da relação a/l, redução da relação areia/pasta, aumento do volume e nível de porosidade dos AL e diminuição do teor de humidade do betão. Verificou-se uma correlação elevada entre o nível de porosidade do agregado e a condutibilidade térmica. Em termos médios, observaram-se reduções de 0,6% no coeficiente de condutibilidade por cada incremento de 1% na porosidade dos agregados leves. A influência do tipo de ligante na condutibilidade térmica esteve essencialmente relacionada com as diferenças introduzidas ao nível da massa volúmica e relação agregado/pasta do betão. Dependendo do tipo de BEAL, verificaram-se variações de 3 a 9% no coeficiente de condutibilidade térmica por cada variação de 1% em massa no teor de humidade. 5. AGRADECIMENTOS O presente trabalho de investigação foi financiado pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT), através do projeto PTDC/ECM-COM1734/2012. Os autores agradecem ainda o apoio do CEris ICIST/IST no financiamento do presente trabalho e a colaboração das empresas Saint-Gobain Weber Portugal, Argex, Stalite, Lytag, SECIL e BASF pelo fornecimento dos materiais utilizados durante a campanha experimental. 6. REFERÊNCIAS [1] Chandra, S.; Berntsson, L. Lightweight aggregate concrete. Science, technology and applications. Noyes publications Wiliam Andrew Publishing, USA, 2003. [2] Newman, J.B. Properties of structural lightweight aggregate concrete. In Structural Lightweight Aggregate Concrete, by J.L.Clarke, pp 19-44. Chapman & Hall, 1993. [3] Liu, M. Y. J. et al. Evaluation of thermal conductivity, mechanical and transport properties of lightweight aggregate foamed geopolymer concrete. Energy and buildings, Volume 72, 2014, pp. 238-245. [4] FIP. FIP manual of Lightweight aggregate concrete. Fédération internationale de la précontrainte (FIP), second edition, Surrey University Press, 1983, 259p. [5] Holm, T. A.; Bremner, T. W. State-of-the-art report on high-strength, high-durability structural low-density concrete for applications in severe marine environments. US Army Corps of Engineers, Structural Laboratory, ERDC/SL TR-00-3, 2000, 104 p. [6] EuroLightConR2. LWAC Material Properties State of the art European Union Brite EuRam III, BE96-3942/R2, 1998, 109p. [7] Neville, A. M. Properties of concrete. 4th edition. Longman Group, UK Limited, 1995. [8] Lo-Shu, K. et al. Research on several physicomechanical properties of lightweight aggregate concrete. International Journal of. Lightweight Concrete, Volume 2, nº4, 1980, pp.185-191. [9] Chi, J. M. et al. Effect of aggregate properties on the strength and stiffness of lightweight concrete. Cement and Concrete Composites, Volume 25, 2003, pp. 197-205. 7

[10] Demiroǧa, R.; Gül, R. The effects of expanded perlite aggregate, silica fume and fly ash on the thermal conductivity of lightweight concrete. Cement and Concrete Research, Volume 33, 2003, pp. 723-727. [11] Ashworth, T.; Ashworth, E. Insulation Materials: Testing and Applications. in: R.S. Graves, D.C. Wysocki (Eds.), ASTM Special Technical Publication, Volume 1116, ASTM, Philadelphia, PA, 1991, pp. 415-429. [12] FIP State of Art Report, Principles of Thermal Insulation with Respect to Lightweight Concrete. FIP/8/1, C and CA, Slought, England, 1978. [13] Uysal, H. et al. The effects of different cement dosages, slumps, and pumice aggregate ratios on the thermal conductivity and density of concrete. Cement and Concrete Research, Volume 34, 2004, pp. 845-848. [14] Fu, X.; Chung, D.D.L. Effects of silica fume, latex, methylcellulose, and carbon fibers on the thermal conductivity and specific heat of cement paste. Cement and Concrete Research, Volume 27, 1997, pp. 1799-1804. [15] ACI213R. "Guide for Structural Lightweight-Aggregate Concrete". Amer. Concrete Institute, 2003. 38p. [16] Valore, R.C. Calculation of U-values of hollow concrete masonry, Concrete International, Volume 2, Nº2, 1980, pp. 40-63. [17] Díaz, J. J. C. et al. Hygrothermal properties of lightweight concrete: experiments and numerical fitting study. Construction and Building Materials, Volume 40, 2013, pp. 543-555. [18] EN197-1. Cement Part 1: Composition, specifications and conformity criteria for common cements. European Committee for standardization CEN, english version, 2011, 38p. [19] Bogas, J.A. et al. Estimation of water absorbed by expanding clay aggregates during structural lightweight concrete production. Materials and Structures, Volume 45, nº10, 2012, pp. 1565-1576. [20] EN 12390-7. Testing hardened concrete. Density of hardened concrete. European Committee for standardization CEN, english version, 2009, 12p. [21] EN 12390-3. Testing hardened concrete. Compressive strength of test specimens. European Committee for standardization CEN, english version, 2009, 19p. [22] ASTM Standard D5334-14. Standard Test Method for Determination of Thermal Conductivity of Soil and Soft Rock by Thermal Needle Probe Procedure. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2014. [23] ASTM Standard D5930-09. Standard Test Method for Thermal Conductivity of Plastics by Means of a Transient Line-Source Technique. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2009. [24] ITE50. Coeficientes de transmissão térmica de elementos da envolvente dos edifícios. Laboratório nacional de engenharia civil (LNEC), Carlos A. Pina dos Santos e Luís Matias. Versão actualizada, 2006. 40p. [25] ISO/FDIS 10456 Building materials and products Hygrothermal properties Tabulated design values and procedures for determining declared and design thermal values. 2007. 27p. [26] Bogas, J.A. Characterization of structural lightweight expanded clay aggregate concrete (in Portuguese). PhD thesis in Civil Engineering. Technical University of Lisbon, Instituto Superior Técnico, Lisbon, 2011. [27] Protolab - http://www.protolab.com.br/condutividade_termica.htm - Novembro 2014. [28] Zhihua, P. et al. Preparation of High Performance Foamed Concrete from Cement, Sand and Mineral Admixtures 2006 - DOI 10.1007/s11595-005-2295-4. [29] Sengul, O. et al. Effect of expanded perlite on the mechanical properties and thermal conductivity of lightweight concrete Energy and Buildings, Volume 43,2011, pp 671-676. [30] Akçaözoǧlu, S. et al. Thermal conductivity, compressive strength and ultrasonic wave velocity of cementitious composite containing waste PET lightweight aggregate (WPLA). Composites: Part B, Volume 45, 2013, pp. 721-726. [31] Alengram, U. J. et al. A comparison of the thermal conductivity of oil palm shell foamed concrete with conventional materials. Materials & Design, Volume 51, 2013, pp. 522-529. [32] Van Geem, M.G. et al. Calibrated hot box tests of thermal performance of concrete walls, Procedings, ASHREA/DOE Conference on Thermal Performance of the Exterior Envelope of Buildings II, Las Vegas, Nevada, 1982, pp.108-130. [33] Sacht, H. M. et al. Avaliação da condutividade térmica de concretos leves com argila expandida. Revista Matéria, v.15, n.1, 2010, pp 31-39. [34] Smeplass, S. Drying of LWAC. Second Internat. Symp. on structural lightweight aggregate concrete, Kristiansand, Norway: Editors: S. Helland et al, 2000, pp. 833-843. 7. ANEXO Na Tabela A1 apresentam-se as composições dos betões produzidos, bem como os resultados de massa volúmica seca,, resistência à compressão,, coeficiente de condutibilidade térmica seco, eco, e incremento de condutibilidade térmica com o teor de humidade,. 8

a) b) Mistura a) a/l M ligante V areia (l/m 3 ) Leca Stalite eco eco 0,35 450 314 43,3 1685 1,16 0,048 65,3 1851 1,36 0,059 76,3 2324 2 b) - 47,8 1767 1,20 0,048 28,5 1644 1,10 0,049 0,35 450 311 43,9 1682 0,96 0,048 65,3 1856 1,21 0,071 74,3 2239 2 b) - - - - - - - - - 0,35 450 309 41,4 1692 1,10 0,044 61,3 1883 1,30 0,068 84,2 2258 2 b) - - - - - - - - - 0,35 450 307 40,4 1655 1,00 0,054 54,2 1845 1,24 0,069 68,1 2251 2 b) - - - - - - - - - 0,35 450 300 35,4 1633 0,95 0,055 45,7 1806 1,18 0,062 68,1 2233 1,95 - - - - - - - - - 0,35 450 310 39,8 1579 1,01 0,058 60,2 1854 1,30 0,058 71,0 2297 1,96 - - - - - - - - - 0,35 450 306 37,0 1626 1,01 0,059 50,0 1834 1,25 0,066 64,2 2273 2 b) - - - - - - - - - 0,35 450 299 39,2 1672 1,07 0,042 52,9 1813 1,20 0,081 70,7 2202 1,90 - - - - - - - - - 0,35 450 290 29,3 1646 1,03 0,046 42,3 1809 1,15 0,068 58,2 2205 1,81 - - - - - - - - - 0,45 400 310 37,6 1659 1,06 0,056 49,9 1811 1,21 0,059 57,7 2248 1,98-41,2 1739 1,14 0,058 26,07 1541 0,94 0,057 0,45 400 307 34,4 1619 0,90 0,056 45,7 1748 1,07 0,062 59,8 2181 1,79-38,5 1681 0,91 0,049 - - - - 0,45 400 305 33,3 1581 1,01 0,063 43,8 1741 0,96 0,064 58,8 2158 1,83 - - - - - - - - - 0,45 400 304 33,5 1613 0,96 0,048 43,8 1768 1,14 0,049 53,4 2166 1,82-37,1 1705 0,98 0,057 23,7 1456 0,86 0,057 0,45 400 297 30,3 1620 0,83 0,049 38,4 1775 1,03 0,063 45,7 2225 1,83-33,9 1707 0,88 0,047 22,1 1461 0,70 0,036 0,45 400 306 32,5 1639 0,89 0,071 44,0 1805 1,12 0,064 53,0 2253 1,98 - - - - - - - - - 0,45 400 302 28,9 1610 0,92 0,040 36,3 1772 1,08 0,076 42,9 2239 1,88 - - - - - - - - - 0,45 400 296 31,2 1578 0,78 0,044 40,4 1722 0,97 0,053 48,5 2147 1,61 - - - - - - - - - 0,45 400 288 26,6 1538 0,70 0,040 28,6 1753 0,98 0,055 38,0 2076 1,45 - - - - - - - - - 0,55 350 315 32,6 1631 0,94 0,062 41,5 1796 0,99 0,057 47,8 2245 1,86-37,3 1725 0,93 0,053 22,5 1484 0,87 0,052 0,55 350 312 31,3 1576 0,87 0,047 42,4 1770 1,03 0,065 47,0 2177 1,71 - - - - - - - - - 0,55 350 310 29,8 1591 0,87 0,048 39,9 1758 0,98 0,067 45,0 2144 1,64 - - - - - - - - - 0,55 350 309 28,7 1614 0,84 0,049 36,7 1767 0,98 0,068 42,2 2189 1,82 - - - - - - - - - 0,55 350 304 25,2 1582 0,78 0,044 29,2 1759 0,97 0,061 36,0 2191 1,70 - - - - - - - - - 0,55 350 311 30,6 1597 0,90 0,055 34,8 1759 1,00 0,064 41,7 2183 1,78 - - - - - - - - - 0,55 350 308 25,8 1597 0,83 0,050 27,2 1735 1,00 0,071 32,7 2175 1,71 - - - - - - - - - 0,55 350 303 26,1 1550 0,75 0,053 32,3 1724 0,95 0,084 40,1 2177 1,59 - - - - - - - - - 0,55 350 295 16,9 1547 0,74 0,045 21,3 1721 0,92 0,069 25,9 2141 1,41 - - - - - - - - - 0,65 300 328 28,4 1620 1,01 0,069 31,9 1770 1,12 0,091 37,0 - - - 30,6 1694 0,94 0,087 19,8 1486 0,89 0,068 0,65 300 326 27,3 1583 0,95-29,0 1757 1,09-38,5 2177 1,81-28,3 1638 0,89 - - - - - 0,65 300 325 25,9 1570 0,93-30,5 1725 1,02-37,3 2164 1,76 - - - - - - - - - 0,65 300 324 24,3 1589 0,89-31,8 1791 1,06-32,7 2212 1,81-27,7 1732 0,99-18,9 1441 0,88-0,65 300 319 19,8 1545 0,84-27,0 1752 1,02-28,9 2175 1,70-26,3 1698 0,95-16,0 1469 0,75-0,65 300 325 23,6 1602 0,94-25,3 1757 1,10-30,2 2148 1,77 - - - - - - - - - 0,65 300 323 18,7 1559 0,83-20,8 1737 1,05-23,2 2162 1,79 - - - - - - - - - 0,65 300 318 21,6 1562 0,79-21,7 1745 0,96-27,4 2123 1,57 - - - - - - - - - 0,65 300 312 14,8 1543 0,74-19,6 1718 0,91-20,4 2111 1,35 - - - - - - - - - CEM II/A-D (6% e 9% SF); CEM II/A-V (15% CZ); CEM II/B-V (30% CZ); CEM II/A-V (15% FL); CEM II/B-V (30% FL); CEM IV/A (10% SF e 20% CZ); CEM IV/B (10% SF e 40% CZ) Resultado fora da gama do equipamento. Valor correspondente à fronteira entre as gamas 0,3-2W/m.K e 2-6W/m.K A.N. eco Lytag Argex eco eco Tabela A1 - Composição das misturas e resultados de ensaios realizados 9