19/09/2012

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Adições Minerais ao Concreto Materiais de Construção II

Pontifícia Universidade Católica de Goiás

Engenharia Civil

Professora: Mayara Moraes

Adições Minerais

ASTM C125

Aditivos/adições (Admixtures):

“Qualquer material – que não seja água, agregados, cimentos hidráulicos ou fibras – usado como

ingrediente do concreto ou argamassa e adicionado à massa imediatamente antes ou durante a mistura”.

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Adições Minerais

ASTM C125

Aditivos/adições (Admixtures):

“Qualquer material – que não seja água, agregados, cimentos hidráulicos ou fibras – usado como

ingrediente do concreto ou argamassa e adicionado à massa imediatamente antes ou durante a mistura”.

Fonseca, 2010:

Aditivos químicos

Adições minerais

“Alterar as características

do cimento, sem alterar

sua proporção na

composição do concreto”

“Somar ou substituir

parcialmente o cimento

(devido às suas

propriedades semelhantes

às do cimento)”

Histórico

1.500 a.C.: Adições minerais

Grécia: Cinzas vulcânicas (Ilha de Santorini)

Alemanha: Tufos vulcânicos (trass)

Outras regiões: Algilas calcinadas

79 a.C.: Cinzas pozolânicas

Bahia de Nápoles

Monte Vesúvio

Puzzuoli – Vila destruída pelas cinzas

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Histórico

Século XIX: Louis Vicat observou semelhanças entre as propriedades de alguns subprodutos de indústrias siderúrgicas e do cimento.

Fabricação do cimento Portland com adição de escória.

Início: Grandes desconfianças.

Após 1950: Divulgação e informação.

Êxito: Após a Segunda Guerra Mundial:

• Economia notável de combustível, uma vez que cada tonelada de clínquer substituído por escória gerava uma redução de 200 Kg no consumo de carvão (COUTINHO, 1997).

Adições Minerais

Pozolânicas Cimentantes Inertes

Naturais Artificiais

REAÇÃO POZOLÂNICA

Pozolana + Ca(OH)2 Cimentante

Hidratação acelerada na presença de

Ca(OH)2 e gipsita

EFEITOS FÍSICOS

Empacotamento Pontos de Nucleação

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Reação Pozolânica

Cimento

Água

C-S-H Ca(OH)2

POZOLANA

C-S-H

-Resistência

-Durabilidade

-Coesão

-Plasticidade (*)

Etringita

HIDRATAÇÃO DO CIMENTO

IMAGENS DE MICROSCÓPIO ELETRÔNICO

Hidróxido de Cálcio

C-S-H

Etringita

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Adições Minerais Classificação Tipo de adições

Cimentantes Escória granulada de alto-forno

Cimentantes e pozolânicas Cinzas voltantes com alto teor de cálcio

Superpozolanas

Sílica ativa

Metacaulim

Cinzas de casca de arroz

Pozolanas comuns

Cinzas voltantes com baixo teor de cálcio

Argilas calcinadas

Materiais naturais (origem vulcânica e

sedimentar)

Pozolanas pouco reativas

Escória de alto-forno resfriada lentamente

Cinzas de forno

Escória de caldeira

Palha de arroz queimada em campo

Adições inertes (filler) Calácio, pó de cálcio, pó de pedra

(MEHTA, MONTEIRO; 2008)

DETALHADOS A SEGUIR

Benefícios das adições minerais no concreto

Benefícios econômicos:

Benefícios ecológicos:

Benefícios técnicos: Plasticidade e coesão Exsudação e segregação Durabilidade (porosidade) Resistência Calor de hidratação Resistência a sulfatos

Substituição parcial do cimento Energia de produção

Subprodutos industriais Liberação de CO2

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DETALHADOS A SEGUIR

Benefícios das adições minerais no concreto

Benefícios econômicos:

Benefícios ecológicos:

Benefícios técnicos: Plasticidade e coesão Exsudação e segregação Durabilidade (porosidade) Resistência Calor de hidratação Resistência a sulfatos

Substituição parcial do cimento Energia de produção

Subprodutos industriais Liberação de CO2

As adições minerais

melhoram as propriedades do

concreto, mas não se deve

esperar que possam

compensar a baixa qualidade

dos constituintes do concreto

ou de um traço pobre!!

Influência das adições minerais nas propriedades do concreto fresco

1. Plasticidade e coesão:

Maior relação “volume de sólidos / volume de água”;

Melhor trabalhabilidade;

Facilidade de bombeamento e acabamento do concreto.

2. Exsudação e segregação:

Maior volume de finos e menor consumo de água para uma dada trabalhabilidade;

Menor quantidade de canais de exsudação.

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Exsudação em concretos com sílica ativa

(CANMET, 1985 apud

MALHOTRA; MEHTA, 1996)

Influência das adições minerais nas propriedades do concreto fresco

3. Consumo de água:

Efeito dispersor das partículas pequenas (forças eletrostáticas);

Superpozolanas (extrema finura): Consumo de água

Uso de aditivos superplastificantes.

4. Calor de hidratação:

Clínquer: estágio de energia elevado

Reação pozolânica: menor calor de hidratação do que nas reações de hidratação do cimento.

Risco de fissuração térmica diminuído.

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Calor de hidratação em concretos com adições pozolânicas

(MASSAZZA; COSTA, 1978 apud MALHOTRA; MEHTA, 2008)

Influência das adições minerais nas propriedades do concreto endurecido

1. Resistência Mecânica:

Formação de composto mecanicamente resistente;

Refinamento dos poros e dos cristais na pasta;

Maior resistência da matriz na zona de transição;

2. Durabilidade:

Redução na porosidade e permeabilidade do concreto;

Menor possibilidade de entrada de agentes nocivos.

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Porosidade por intrusão de mercúrio (PIM)

(ROSSIGNOLO, 2005)

3. Resistência a sulfatos:

Refinamento dos poros;

Redução da quantidade de Ca(OH)2 disponível para combinar com sulfatos e gerar compostos expansivos.

4. Reação álcali-agregado:

Menor absorção de água;

Redução do total de álcalis do aglomerante (substituição de parte do cimento);

Consumo de parte dos álcalis pela reação pozolânica.

Influência das adições minerais nas propriedades do concreto endurecido

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Reatividade potencial álcali-agregado

(CARMO; PORTELA, 2006)

Adições Minerais mais Utilizadas em Concreto

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Cinzas Volantes

Sub-produto da combustão de carvão mineral.

Teor de cálcio variável:

Depende do tipo de carvão utilizado.

Teor de carbono não-queimado variável:

Teores acima de 5% - indesejável.

Principais efeitos:

Retardamento do tempo de pega;

Baixo calor de hidratação;

Trabalhabilidade e coesão;

Redução da porosidade. Partículas vítreas esféricas

(MEHTA; MONTEIRO, 2008)

Sílica Ativa Subproduto da produção de silício metálico;

Pozolana altamente reativa;

Principais efeitos no concreto:

Refinamento dos poros;

Melhoria das resistências mecânicas; • 10 a 40% (resistência à compressão)

Aumento da coesão da pasta.

Desvantagens:

Aumento do consumo de água;

Carbonatação:

• Consumo elevado do Ca(OH)2; • Diminuição do PH da água capilar.

Diâmetros Médios:

Sílica ativa: 0,1-0,12 mm

Cimento: ~10 mm

Cinza volante : ~10 mm

Metacaulim: 1,5mm

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Granulometria (Sílica Ativa x Cinza volante)

(MEHTA; MONTEIRO, 2008)

Escória de alto-forno

Sub-produto da fabricação de ferro-gusa.

Composição: Cal, Sílica, Alumina.

Principais efeitos no concreto:

Melhor trabalhabilidade (dispersão das partículas);

Refinamento dos poros;

Maiores resistências (microestrutura mais densa);

Resfriamento rápido:

Partículas vítreas (não-cristalinas).

Moagem (finuras adequadas).

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Cinzas de Casca de arroz

1 ton (Arroz) 200 kg (Casca) 40 kg (Cinza).

Propriedades similares à da sílica ativa.

Combustão controlada:

Sílica na forma não-cristalina;

Estrutura celular porosa;

Pozolana altamente reativa.

Micrografia eletrônica de varredura

(a) sílica ativa (b) cinza de casca de arroz

(MEHTA; MONTEIRO, 2008)

Metacaulim

Calcinação e moagem de argilas cauliníticas:

600°C a 900°C.

Produto primário.

Processo de produção rigorosamente controlado:

Pozolana de alta pureza e reatividade.

MCAR: Metacaulim de alta reatividade:

Argilas extremamente finas;

Altos teores de caulinita.

Sílica e alumina no estado amorfo.

Efeito semelhante ao da sílica ativa.

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Fíller Calcário

Materiais carbonáticos.

Praticamente inertes na mistura.

Diâmetro médio similar ao do cimento ou menor.

Principais efeitos no concreto:

Trabalhabilidade

Densidade

Permeabilidade

Exsudação

ESCÓRIA

POZOLANA

FILLER

Cimentos Compostos

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Tipos de Cimento Portland

TIPO Sigla Composição (%)

Norma Brasileira Clínquer +

Gesso Escória Pozolana Fíler

Comum CP I 100 0

NBR 5732 CP I-S 95 a 99 1 a 5

Composto

CP II-E 56 a 95 6 a 34 0 0 a 10

NBR 11578 CP II-Z 76 a 94 0 6 a 14 0 a 10

CP II-F 90 a 94 0 0 6 a 10

Alto-forno CP III 25 a 65 35 a 70 0 0 a 5 NBR 5735

Pozolânico CP IV 45 a 85 0 15 a 50 0 a 5 NBR 5736

ARI CP V - ARI 95 a 100 0 0 0 a 5 NBR 5733

Teores Ideais para Concretos com Adições Minerais

Adição Mineral Teor Ideal

Sílica Ativa 5 a 20%

Escória de Alto-Forno 55 a 70%

Cinzas Volantes 25 a 60%

Cinzas de Casca de Arroz 15 a 50%

Fíller Calcário 10 a 50%

(HOPPE FILHO, 2002 apud FURQUIM, 2006)

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Obrigada!!