Concreto de Porto Alegre - Alta Resistencia

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

Patrcia Fiegenbaum Mallmann

CONCRETO DE PS REATIVOS: ADIO DE NANOSLICA

Porto Alegre julho 2013

PATRCIA FIEGENBAUM MALLMANN


Trabalho de Diplomao apresentado ao Departamento de Engenharia Civil da Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, como parte dos requisitos para obteno do

ttulo de Engenheiro Civil

Orientadora: Ana Paula Kirchheim Coorientador: Abraho Bernardo Rohden

Porto Alegre julho 2013

PATRCIA FIEGENBAUM MALLMANN


Este Trabalho de Diplomao foi julgado adequado como pr-requisito para a obteno do ttulo de ENGENHEIRO CIVIL e aprovado em sua forma final pela Professora Orientadora e pela Coordenadora da disciplina Trabalho de Diplomao Engenharia Civil II (ENG01040) da

Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

Porto Alegre, 3 de julho de 2013

Profa Ana Paula Kirchheim Dra. pela UFRGS

Orientadora

Abraho Bernardo Rohden Mestre pela UFRGS

Coorientador

Profa. Carin Maria Schmitt Coordenadora

BANCA EXAMINADORA

Profa. Denise Carpena Coitinho Dal Molin (UFRGS) Dra. pela Escola Politcnica da Universidade de So Paulo

Guilherme Hehr Trindade (UFRGS) MSc. pela Universidade Federal de Santa Maria

Abraho Bernardo Rohden (UFRGS) MSc. pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Profa. Ana Paula Kirchheim (UFRGS) Dra. pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Dedico este trabalho a meus pais, Alosio e Silvane, que sempre me apoiaram e especialmente durante o perodo do

meu Curso de Graduao estiveram ao meu lado.

AGRADECIMENTOS

Primeiramente agradeo aos meus pais, Alosio e Silvane, que sempre me incentivaram e apoiaram para que eu chegasse ao final deste curso.

Agradeo ao meu namorado, Robinson, pelo apoio e pela compreenso pelo tempo que no estive em sua companhia. E que, apesar da distncia, sempre me apoiou desde o incio.

Agradeo professora Ana Paula Kirchheim pela disponibilidade de me orientar e por estar sempre disposta a dar sugestes para tornar este trabalho melhor.

Tambm agradeo ao Abraho Bernardo Rohden pela dedicao e disponibilidade para que este trabalho se tornasse possvel, auxiliando nos ensaios e sempre me indicando um rumo pelo qual seguir.

Agradeo professora Carin Maria Schmitt pela dedicao e pela disponibilidade em guiar este e os demais trabalhos de concluso de curso.

Agradeo ao Guilherme Hehr Trindade, doutorando do NORIE, pelas dicas e apoio no final deste curso.

Agradeo aos laboratoristas do NORIE Airton, Nei e Gilmar pelo apoio na realizao dos ensaios.

Agradeo Tecnosil e Minerao Jundu pela doao do material que foi utilizado nesta pesquisa.

Eu acredito demais na sorte. E tenho constatado que,

quanto mais duro eu trabalho, mais sorte eu tenho.

Thomas Jefferson

RESUMO

O concreto de ps reativos um concreto de ultra alta resistncia que utiliza vrias estratgias para aumentar essa sua propriedade. Entre elas est tornar o concreto mais homogneo, com restrio na dimenso mxima dos agregados e mdulos semelhantes entre pasta e agregado, aumentar a sua densidade com empacotamento fsico dos materiais e aplicao de presso durante seu endurecimento, reduzir a quantidade de gua e acelerar as reaes qumicas dos produtos de hidratao para melhorar a microestrutura atravs de cura trmica. Nos ltimos anos a aplicao da nanotecnologia em materiais de construo tem aumentado exponencialmente, tendo destaque na utilizao da nanoslica, para aumentar as caractersticas de resistncia e durabilidade dos materiais cimentcios, pois a mesma tende a densificar a microestrutura. A nanoslica pode ser utilizada como adio no concreto, e se pressupe ser mais eficiente do que adies minerais como, por exemplo, a slica ativa e cinza volante, pois, por possuir partculas menores e maior rea especfica, ela reage mais rpido, podendo ser utilizada em menor quantidade. Embora muitos trabalhos apontem os benefcios da utilizao da nanoslica, ainda existem lacunas de conhecimento sobre o tema, principalmente quando da utilizao em concretos de ps reativos. Considerando estes princpios, no presente trabalho foi estudado o comportamento da nanoslica aplicada em concreto de ps reativos, analisando sua resistncia compresso e trao na flexo. Primeiramente foram realizados ensaios de verificao da compatibilidade do aditivo em que a nanoslica vem dispersa e do cimento. Sendo estes compatveis, foram ento moldados os corpos de prova para cada um dos ensaios. Como a nanoslica utilizada j vem dispersa em um aditivo, e no se sabe o teor de nanoslica na mistura, variou-se o teor de massa de nanoslica mais o seu aditivo dispersor em 0%, 1%, 2%, 3% e 4,3% em relao massa do cimento. Pelos resultados obtidos, verificou-se que, para o concreto estudado, a adio da nanoslica no influenciou na resistncia compresso, sendo atingido um valor de resistncia compresso mxima de 246,17 MPa. Porm para a resistncia trao na flexo, houve influncia da nanoslica, sendo que sua adio aumentou em 40% os valores observados, atingindo resistncia de aproximadamente 30 MPa, porm esta resistncia no variou com o aumento do teor da nanoslica.

Palavras-chave: Concreto de Alta Resistncia. Concreto de Ps Reativos. Concreto com Nanoslica.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Etapas do trabalho ........................................................................................... 18 Figura 2 Passarela de Sherbrooke, Quebec ................................................................... 35 Figura 3 Vista em 3D das abbodas .............................................................................. 36 Figura 4 Colunas de sustentao ................................................................................... 36 Figura 5 Abboda sendo instalada ................................................................................ 36 Figura 6 Abbodas instaladas ....................................................................................... 36 Figura 7 Representao esquemtica da matriz experimental ....................................... 44

LISTA DE QUADROS

Quadro 1 Caractersticas do cimento ............................................................................ 45 Quadro 2 Caractersticas do aditivo superplastificante ................................................. 47

LISTA DE GRFICOS

Grfico 1 Resistncia compresso mdia aos 7 dias .................................................. 56 Grfico 2 Resistncia compresso mdia aos 28 dias ................................................ 56 Grfico 3 Resistncia compresso potencial aos 7 dias ............................................. 57 Grfico 4 Resistncia compresso potencial aos 28 dias ........................................... 58 Grfico 5 Ganho de resistncia compresso com o tempo ......................................... 59 Grfico 6 Resistncia trao na flexo aos 28 dias .................................................... 61

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Composies tpicas de CPR (em massa) ...................................................... 20 Tabela 2 Valores de K para os diferentes protocolos de empacotamento ..................... 25 Tabela 3 Proporcionamento utilizado (em massa) ........................................................ 48 Tabela 4 - Tempos de escoamento pelo Funil de Marsh .................................................. 51 Tabela 5 Resistncia compresso aos 7 dias (todos os valores) ................................. 52 Tabela 6 Resistncia compresso aos 28 dias (todos os valores) ............................... 53 Tabela 7 Resistncia compresso aos 7 dias sem valores esprios ............................ 54 Tabela 8 Resistncia compresso aos 28 dias sem valores esprios .......................... 55 Tabela 9 Ganho de resistncia compresso com o tempo .......................................... 58 Tabela 10 Resistncia trao na flexo aos 28 dias (todos os valores) ...................... 60 Tabela 11 Resistncia trao na flexo aos 28 dias sem valores esprios ................. 60

LISTA DE SIGLAS

CAD concreto de alto desempenho

CAR concreto de alta resistncia

CP corpos de prova

CPR concreto de ps reativos

CPR 200 concreto de ps reativos com classe de resistncia de 200 MPa

CPR 800 concreto de ps reativos com classe de resistncia de 500 a 800 MPa

C-S-H silicato de clcio hidratado

DSP Densified System containing ultrafine Particles

GPa gigapascal

K ndice de empacotamento

MDF Macro Defect Free

MEC Modelo de Empacotamento Compressvel

MPa megapascal

TEOS tetraethoxysilane

TMOS trymethylethoxysilane

SUMRIO

1 INTRODUO ........................................................................................................... 14 2 DIRETRIZES DA PESQUISA .................................................................................. 16 2.1 QUESTO DE PESQUISA ...................................................................................... 16 2.2 OBJETIVOS DA PESQUISA ................................................................................... 16 2.2.1 Objetivo principal ................................................................................................. 16 2.2.2 Objetivo secundrio .............................................................................................. 16 2.3 HIPTESES ............................................................................................................... 16 2.4 DELIMITAES ...................................................................................................... 17 2.5 LIMITAES ........................................................................................................... 17 2.6 DELINEAMENTO DA PESQUISA ......................................................................... 17 3 CONCRETO DE PS REATIVOS ........................................................................... 19 3.1 PRINCPIOS BSICOS DOS CONCRETOS DE PS REATIVOS ...................... 21 3.1.1 Melhoramento da homogeneidade ....................................................................... 22 3.1.1.1 Efeito do tamanho do agregado ............................................................................ 22 3.1.1.2 Efeito do melhoramento das propriedades mecnicas da pasta ........................... 22 3.1.1.3 Efeito do limite do teor de areia ........................................................................... 23 3.1.2 Melhoramento da densidade ................................................................................ 23 3.1.2.1 Otimizao da distribuio granulomtrica .......................................................... 24 3.1.2.2 Aplicao de presso ............................................................................................ 25 3.1.3 Melhoramento da microestrutura ....................................................................... 25 3.1.4 Melhoramento da ductilidade .............................................................................. 27 3.2 MATERIAIS USADOS NA CONFECO DE CPR.............................................. 28 3.2.1 Areia ....................................................................................................................... 28 3.2.2 P de quartzo ......................................................................................................... 29 3.2.3 Cimento .................................................................................................................. 29 3.2.4 Superplastificante .................................................................................................. 30 3.2.5 Slica ativa .............................................................................................................. 30 3.3 PROPRIEDADES DO CPR ...................................................................................... 31 3.3.1 Desempenho mecnico .......................................................................................... 31 3.3.1.1 Resistncia compresso ..................................................................................... 31 3.3.1.2 Resistncia trao .............................................................................................. 32 3.3.1.3 Resistncia flexo .............................................................................................. 32 3.3.1.4 Mdulo de elasticidade ......................................................................................... 32

3.3.1.5 Coeficiente de Poisson ......................................................................................... 33 3.3.2 Durabilidade do concreto de ps reativos ........................................................... 33 3.4 APLICAES DO CPR ............................................................................................ 34 4 NANOSLICA ............................................................................................................. 37 4.1 PRODUO DA NANOSLICA .............................................................................. 37 4.1.1 Processo sol-gel ...................................................................................................... 38 4.1.2 Vaporizao da slica ............................................................................................ 39 4.1.3 Mtodo biolgico ................................................................................................... 39 4.1.4 Mtodo da slica olivina ........................................................................................ 39 4.2 APLICAES DA NANOSLICA ........................................................................... 40 4.2.1 Argamassa com nanoslica .................................................................................... 40 4.2.2 Argamassa com slica ativa e nanoslica .............................................................. 41 4.2.3 Concreto com cinza volante e nanoslica ............................................................. 41 5 PROGRAMA EXPERIMENTAL ............................................................................. 43 5.1 VARIVEIS .............................................................................................................. 43 5.1.1 Variveis dependentes .......................................................................................... 43 5.1.2 Variveis independentes ....................................................................................... 44 5.2 MATERIAIS .............................................................................................................. 45 5.2.1 Cimento .................................................................................................................. 45 5.2.2 Slica Ativa ............................................................................................................. 46 5.2.3 P de quartzo ......................................................................................................... 46 5.2.4 Nanoslica ............................................................................................................... 46 5.2.5 Aditivo Superplastificante .................................................................................... 46 5.2.6 gua ........................................................................................................................ 47 5.3 MTODOS ................................................................................................................. 47 5.3.1 Caracterizao da pasta ........................................................................................ 47 5.3.2 Produo dos concretos ........................................................................................ 48 5.3.2.1 Moldagem ............................................................................................................. 49 5.3.2.2 Cura ...................................................................................................................... 49 5.3.2.3 Ruptura ................................................................................................................. 50 6 RESULTADOS ............................................................................................................ 51 6.1 FUNIL DE MARSH ................................................................................................... 51 6.2 RESISTNCIA COMPRESSO .......................................................................... 52 6.3 RESISTNCIA TRAO NA FLEXO ............................................................. 59 7 CONCLUSES ........................................................................................................... 62

REFERNCIAS .............................................................................................................. 64

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Patrcia Fiegenbaum Mallmann. Porto Alegre: DECIV/EE/UFRGS, 2013

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1 INTRODUO

Devido s demandas do mercado da construo civil, novos materiais precisam ser desenvolvidos, seja devido necessidade de maior capacidade de carga, menor permeabilidade, maior durabilidade, ou quaisquer que sejam as caractersticas necessrias para a sua aplicao. Para suprir essas demandas, novas tecnologias vm sendo utilizadas como alternativas para o desenvolvimento de concretos, entre elas a tecnologia de concretos de ps reativos e a nanotecnologia.

O concreto de ps reativos (CPR) se apresenta como um novo e promissor material na rea de materiais de construo, sendo utilizado no mbito internacional em alguns segmentos da construo civil, principalmente na indstria de pr-moldados. Devido s suas caractersticas, o CPR tambm pode ser utilizado em obras hidrulicas e de saneamento, obras de contenes de rejeitos radioativos, estruturas espaciais leves, passarelas, entre outros (RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1510, traduo nossa; BLAIS; COUTURE, 1999, p. 60, traduo nossa). Segundo Vanderlei (2004, p. 1, 8), o concreto de ps reativos definido como um concreto cujas partculas possuem dimetro menor que 2 mm, ou seja, no contm agregado grado. No entanto, fazendo uma analogia ao significado de um concreto, Mehta e Monteiro (2008, p. 10-12, grifo do autor) definem que Concreto um material compsito que consiste, essencialmente, de um [...] aglomerante no qual esto aglutinadas partculas ou fragmentos de agregado. [...] [sendo que] o termo agregado grado se refere s partculas [...] maiores que 4,75 mm (peneira no 4) [.,..]. Para os autores, Argamassa uma mistura de areia, cimento e gua. como um concreto sem agregado grado., o que tambm o caso do CPR. Desta forma, talvez o termo mais adequado nesta questo seria o de compsito, por este material ser composto apenas por ps (areia de quartzo, cimento, p de quartzo e slica ativa), alm de gua e superplastificantes, embora na literatura, se utiliza o termo concreto.

O CPR geralmente possui uma relao gua/aglomerante muito baixa, prxima de 0,15, e ainda se pode acrescentar fibras de ao de pequenas dimenses para lhe dar uma maior ductilidade, sendo possvel, s vezes, evitar o uso de armadura passiva (RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1502, traduo nossa; PERRY; ZAKARIASEN, [2005], [p. 4], traduo nossa).

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Concreto de ps reativos: adio de nanoslica

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As nanopartculas so aplicadas nos concretos, pois, mesmo com baixas quantias, melhoram de uma forma geral a microestrutura desse material (GLEIZE, 2011, p. 1881). Dentre essas nanopartculas est a nanoslica. Esta possui propriedades melhores do que a slica ativa (microsslica), pois possui uma superfcie especfica maior, fazendo com que a sua reao pozolnica ocorra de forma mais acelerada, melhorando tambm a zona de transio e a ligao entre agregado e pasta de cimento. (LI et al., 2004, p. 189, traduo nossa)

O uso de concretos de ps reativos e da nanoslica no so muito difundidos na indstria da construo civil brasileira, e seu comportamento demanda estudos mais aprofundados. Da mesma forma, o efeito da adio de nanoslica em concretos de ps reativos, por ser um material relativamente novo no mercado, ainda no foi estudado no Brasil, sendo esta a justificativa para este trabalho.

Este trabalho est dividido em seis captulos, sendo o primeiro aquele que possui esta introduo. O segundo captulo contm as diretrizes da pesquisa, incluindo a questo de pesquisa, os objetivos, as hipteses, as delimitaes, limitaes e o delineamento da pesquisa. Nos captulos trs e quatro h uma reviso bibliogrfica sobre concretos de ps reativos e nanoslica, respectivamente. No quinto captulo est o programa experimental, com a

definio das variveis, dos materiais e mtodos utilizados nesta pesquisa. No sexto captulo esto apresentados os resultados e sua anlise e no stimo captulo as consideraes finais e sugestes de trabalhos futuros.

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2 DIRETRIZES DA PESQUISA

As diretrizes para desenvolvimento do trabalho so descritas nos prximos itens.

2.1 QUESTO DE PESQUISA

A questo de pesquisa do trabalho : como a variao de teores de adio de nanoslica influenciam nos valores das propriedades mecnicas estudadas de concretos de ps reativos?

2.2 OBJETIVOS DA PESQUISA

Os objetivos da pesquisa esto classificados em principal e secundrio e so descritos a seguir.

2.2.1 Objetivo principal

O objetivo principal do trabalho foi a anlise do comportamento de concretos de ps reativos com a adio de nanoslica frente s resistncias compresso e trao na flexo.

2.2.2 Objetivo secundrio

O objetivo secundrio do trabalho foi a verificao da evoluo da resistncia compresso com a idade para os concretos estudados.

2.3 HIPTESE

Tem-se por hiptese que a adio da nanoslica aumenta os valores das propriedades mecnicas estudadas, sendo mais significante na resistncia compresso do concreto de ps reativos, conforme maior for essa adio.

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2.4 DELIMITAES

Esta pesquisa se aplica a concretos de ps reativos denominados CPR 200, onde o 200 designa uma resistncia prxima de 200 MPa.

2.5 LIMITAES

So limitaes do trabalho:

a) a anlise da influncia das seguintes variveis, - cinco teores diferentes de nanoslica; - idade dos corpos de prova;

b) avaliao da resistncia compresso e da resistncia trao na flexo; c) cura trmica na temperatura de 80 C; d) aquecimento da gua para cura trmica muito acelerado.

2.6 DELINEAMENTO DA PESQUISA

O trabalho foi realizado atravs das etapas apresentadas a seguir que esto representadas na figura 1 e so descritas nos prximos pargrafos:

a) pesquisa bibliogrfica; b) elaborao do programa experimental; c) execuo do programa experimental; d) anlise dos resultados; e) concluses.

Na etapa de pesquisa bibliogrfica foi feita uma busca na literatura visando adquirir conhecimentos sobre os concretos de ps reativos, bem como o uso de adies nos concretos, especialmente a nanoslica. Esta etapa foi muito marcante no incio do trabalho, porm continuou sendo executada ao longo de todo o perodo.

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Figura 1 Etapas do trabalho

(fonte: elaborado pela autora)

Na etapa de elaborao do programa experimental foram escolhidos os teores de nanoslica utilizados. Foi definida a quantidade de corpos de prova (CP) para cada combinao em relao aos ensaios realizados.

Na etapa de execuo do programa experimental, j com o material adquirido, iniciaram os trabalhos de laboratrio, com a moldagem, cura e ensaio dos CP. Na etapa de anlise dos resultados foram avaliados os dados obtidos atravs dos ensaios, estabelecendo-se, por fim, as concluses do trabalho.

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3 CONCRETO DE PS REATIVOS

Os concretos estruturais so separados por classes, e a NBR 8953 (ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS, 2009, p. 2-3) divide os concretos estruturais em dois grupos. O grupo I, cujas resistncias compresso variam de 20 a 50 MPa, e o grupo II, cujas resistncias compresso variam de 55 a 100MPa. Normalmente os concretos so chamados de concretos convencionais, ou usuais, e concretos de alto desempenho, ou de alta resistncia, porm no h um valor que separe os dois tipos, pois o conceito de concreto convencional muda com o passar dos anos, e concretos considerados de alto desempenho hoje, amanh podero ser convencionais, conforme a evoluo do concreto (ITCIN, 2000, p. 4-5). Segundo Mehta e Monteiro (2008, p. 14), um concreto com mais de 40 MPa pode ser considerado um concreto de alta resistncia.

H ainda diferenas entre CAD e CAR, sendo que o CAD no necessariamente um concreto de alta resistncia, pois por desempenho avalia-se o desempenho global do concreto ou da estrutura. Como exemplo, algumas caractersticas que tornam este material de alto desempenho so, trabalhabilidade, esttica, acabamento, integridade ou durabilidade diferenciados de um concreto convencional (TUTIKIAN et al., 2011, p. 1285).

O concreto de ps reativos (CPR) est um passo alm desses concretos de alto desempenho, pois pode alcanar resistncias superiores a 200MPa, ultrapassando valores do que normalmente se pensa para um concreto de alta resistncia.

O CPR um material que possui uma maior homogeneidade em relao aos concretos convencionais e densidades elevadas, no entanto um material frgil, possuindo ruptura brusca, o que pode ser contornado pela utilizao de fibras de ao de pequenos dimetros em sua mistura. Ele possui um excelente desempenho mecnico, pois alm da alta resistncia compresso, tambm possui bons resultados trao e flexo quando contm fibras, alm de um mdulo de elasticidade elevado. Devido sua baixa permeabilidade, o CPR tambm um material muito durvel.

Um exemplo da altssima resistncia compresso desse concreto o valor de 810 MPa obtido por Richard e Cheyrezy (1995, p. 1509, traduo nossa) com a aplicao de presso

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durante o endurecimento do concreto, cura trmica acima de 250 C e incorporao de fibras e agregados de ao ao CPR. A composio deste concreto dada na tabela 1, juntamente com outras configuraes tpicas de CPR.

Tabela 1 Composies tpicas de CPR (em massa) CPR 200 CPR 800

Sem Fibras Com Fibras Agregado Silicoso Agregado

de Ao Cimento Portland 1 1 1 1 1 1 Slica Ativa 0,25 0,23 0,25 0,23 0,23 0,23 Areia 150-600 m 1,1 1,1 1,1 1,1 0,5 - P de Quartzo d50=10 m - 0,39 - 0,39 0,39 0,39 Superplastificante (Poliacrilato) 0,016 0,019 0,016 0,019 0,019 0,019 Fibra de Ao L=12 mm - - 0,175 0,175 - - Fibra de Ao L=3 mm - - - - 0,63 0,63 Agregados de Ao

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os 150 MPa, principalmente quando misturadas com cimento aluminoso. (BIRCHALL2 et al., 1983 apud RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1501, traduo nossa).

Aspectos sobre os componentes e propriedades do CPR so apresentados nos prximos itens.

3.1 PRINCPIOS BSICOS DOS CONCRETOS DE PS REATIVOS

Segundo Richard e Cheyrezy (1995, p. 1502, traduo nossa), os seguintes princpios bsicos devem ser aplicados na fabricao de concretos de ps reativos (CPR):

a) melhoramento da homogeneidade pela eliminao de agregados grados;

b) melhoramento da compactao pela otimizao da distribuio granulomtrica e aplicao de presso antes e durante o endurecimento;

c) melhoramento da microestrutura por posterior tratamento trmico;

d) melhoramento da ductilidade pela incorporao de fibras de ao de pequenas dimenses;

e) manter os procedimentos de mistura e moldagem o mais prximo possvel das prticas existentes.

Os autores ainda afirmam que os trs primeiros princpios levam a uma alta resistncia compresso da matriz, porm com uma baixa ductilidade, sendo sugerida a aplicao do quarto princpio (melhoramento da ductilidade), visando aumentar a resistncia trao do concreto. As medidas relacionadas homogeneidade e densidade sempre devem ser empregadas para este tipo de concreto, j que so as bases do conceito de CPR, enquanto que a presso e o tratamento trmico so realizados com o objetivo de aumentar o seu desempenho, mas no sendo obrigatrios, e sua aplicao deve ser avaliada para cada caso, [...] de acordo com a dificuldade das tecnologias envolvidas (aplicao de presso) e/ou do seu custo (tratamento trmico). (RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1502, traduo nossa).

A seguir so abordados estes tpicos com maiores detalhes.

2 BIRCHALL, J. D.; [MAJID, K. I.; STAYNES, B. W.; RAHMAN, A. A.; DAVE, N. J.; TAYLOR, H. F. W.;

TAMAS, F.; MAJUMDAR, A. J.; CHAMPION, A.; ROY, D. M.; BENSTED, J]. [Cement in the context of new materials for an energy-expensive future and discussion]. Philisophical Transactions of the Royal Society A, London, v. 310, [n. 1511], p. 31-42, [Sept.] 1983.

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3.1.1 Melhoramento da homogeneidade

A heterogeneidade nos concretos gerada devido introduo de agregados grados na sua mistura, o que pode causar uma srie de problemas, que so comuns em concretos convencionais. Normalmente os agregados e a pasta de cimento apresentam mdulo de elasticidade diferentes, surgindo deformaes diferenciais entre eles, causando fissuras nessa interface e reduzindo sua resistncia (MEHTA; MONTEIRO, 2008, p. 89).

No CPR, com a substituio do agregado grado por areia fina, e o uso de uma relao gua/aglomerante muito baixa, esses problemas so substancialmente reduzidos, j que (RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1503, traduo nossa; VANDERLEI, 2004, p. 9-10):

a) a pasta possui melhores propriedades mecnicas, com aumento do seu mdulo de elasticidade, diminuindo a diferena entre os mdulos do agregado e da pasta;

b) h a reduo da relao agregado/matriz; c) ocorre a supresso da zona de transio entre o agregado e a pasta.

3.1.1.1 Efeito do tamanho do agregado

Em concretos convencionais, os agregados formam um esqueleto rgido dentro da pasta de cimento, e quando uma fora de compresso aplicada, surgem tenses de cisalhamento e trao na interface pasta/agregado, que fissuram a pasta. Sendo que quanto maior for o dimetro do agregado, maior ser o tamanho da fissura (RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1503, traduo nossa).

Como no CPR o maior tamanho de agregado bastante reduzido, tambm sero significativamente menores as microfissuras de origens mecnicas (provindas de cargas externas), qumicas (devido retrao autgena) e termomecnicas (causadas por expanses diferentes entre a pasta e o agregado quando submetidos cura trmica) (RICHARD; CHYREZY, 1995, p. 1503, traduo nossa).

3.1.1.2 Efeito do melhoramento das propriedades mecnicas da pasta

Geralmente, em concretos convencionais, o mdulo de elasticidade da pasta menor do que o do agregado, possuindo valores entre 18 e 22 GPa para a pasta e de 70 GPa para o agregado

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silicoso, causando os problemas da heterogeneidade. J o CPR possui valores de mdulo de elasticidade maiores de 50 GPa, podendo ultrapassar 75 GPa quando se tem densidades muito elevadas. Com isso, possvel observar [...] que o mdulo global para a pasta e agregado ligeiramente superior do que do agregado silicoso., podendo ser removido o efeito da heterogeneidade, e at mesmo revert-lo (RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1503, traduo nossa).

Comparando a pasta do CPR com pastas cimentcias convencionais, o aumento do mdulo de elasticidade [...] tende a atenuar os efeitos associados perturbao do campo de tenses mecnicas. (RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1503, traduo nossa).

3.1.1.3 Efeito do limite do teor de areia

O grande volume de agregados no concreto convencional forma um esqueleto rgido nesse material, bloqueando a maior parte da retrao da pasta, deixando mais vazio dentro do concreto. No CPR, o agregado no forma um esqueleto rgido, pois [...] o volume de pasta presente pelo menos 20% maior do que o ndice de vazios da areia no compactada.. Assim, no ocorre um bloqueio global da retrao, apenas um bloqueio local da retrao da pasta em torno do agregado, diminuindo suas consequncias (RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1503, traduo nossa).

3.1.2 Melhoramento da densidade

Uma otimizao da distribuio granulomtrica desejvel, pois quanto melhor for o empacotamento das partculas, maior ser a densidade, e consequentemente, maior ser a resistncia compresso (RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1508, traduo nossa). Alm dessa otimizao da distribuio dos gros, tambm pode ser usada presso durante o endurecimento do concreto. J nos anos 1930, Eugne Freyssinet demonstrou a vantagem dessa aplicao no aumento da resistncia do concreto (FREYSSINET3, 1936 apud RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1501, traduo nossa).

3 Trabalho realizado por Eugne Freyssinet publicado em Cement and Concrete Manufacture, v. 9, em 1936, p.

71. A obra lida no apresenta o restante dos dados.

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3.1.2.1 Otimizao da distribuio granulomtrica

Dentre tantos modelos de empacotamento de partculas, neste trabalho foi utilizado o Modelo de Empacotamento Compressvel (MEC), desenvolvido por Larrard e sua equipe. Este mtodo utilizado para definir a distribuio granulomtrica de misturas secas, englobando todos os materiais que so utilizados no concreto (LARRARD4, 1999 apud FORMAGINI, 2005, p. 14).

As vantagens do MEC para ser utilizado na dosagem de concretos de ps reativos, ou outros de alto ou altssimo desempenho, so citadas por Silva (2004, p. 17):

a) o desenvolvimento deste mtodo segue os princpios cientficos, ou seja, fundamentado em uma observao dos fenmenos, levantamento de hipteses, estabelecimento de modelos matemticos que representam os fenmenos e nas comprovaes experimentais dos modelos estabelecidos;

b) ele inclui em seus modelos matemticos a contribuio dos novos materiais que esto sendo utilizados na confeco dos concretos atualmente, tais como, slica ativa, fler calcrio, superplastificantes, entre outros;

c) para comprovar a veracidade dos modelos o MEC utiliza um grande conjunto de dados experimentais para diversos concretos;

d) ele um mtodo capaz de ser implementado computacionalmente.

O mtodo consiste na relao entre as propriedades virtuais (geomtricas) e as reais aps um empacotamento dos materiais, considerando-se a interao entre os gros, o que tende a diminuir a compacidade da mistura devido aos efeitos de parede e de afastamento (FORMAGINI, 2005, p. 14-16). Cada tipo de empacotamento possui um ndice de empacotamento (K) diferente, sendo que alguns foram determinados por Larrard5 (1999 apud FORMAGINI, 2005, p. 25) e so apresentados na tabela 2.

4 LARRARD, F. de. Concrete Mixture Proportioning: a scientific approach. London: E & FN SPON, 1999.

Modern Concrete Technology Series, v. 9. 5 op. cit.

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Tabela 2 Valores de K para os diferentes protocolos de empacotamento

Protocolo de Empacotamento ndice K Lanamento simples 4,1 Pilonamento 4,5 Vibrao 4,75 Demanda de gua 6,7 Vibrao + compactao de 10 kPa 9 Empacotamento virtual

(fonte: FORMAGINI, 2005, p. 25)

3.1.2.2 Aplicao de presso

A aplicao de presso durante o endurecimento do concreto, dependendo do mtodo utilizado e da durao da aplicao, forar uma diminuio do ar aprisionado em poucos segundos. Se a frma permitir a sada de gua, mas sem permitir a sada das partculas mais finas do concreto (a sada da gua acontece se a presso for aplicada durante vrios minutos), a gua da mistura diminuir, causando um aumento na densidade relativa. Alm disso, se a presso for mantida durante o endurecimento do concreto, ocorre a reduo da porosidade causada pela retrao qumica. Essa presso prolongada induz microfissuras no concreto, o que identificado medindo-se o mdulo de elasticidade dinmico na desmoldagem, causadas pela [...] ruptura de ligaes rgidas criadas durante o endurecimento e pela expanso do agregado quando a presso liberada.. O concreto cura automaticamente essas microfissuras conforme endurece (RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1508, traduo nossa).

Quando todos os efeitos da presso ocorrem, possvel obter aumentos superiores a 6% na densidade relativa, sendo a resistncia compresso altamente dependente dessa densidade. J a resistncia trao no possui um aumento muito significativo com a aplicao de presso (RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1508, traduo nossa).

3.1.3 Melhoramento da microestrutura

Segundo itcin (2000, p. 405), [...] o concreto de alto desempenho contm mais cimento do que o concreto usual, [...] [sendo necessrio] ter algumas preocupaes sobre uma elevao [...] de temperatura ou gradientes trmicos [...] no interior de elementos estruturais.. Esse aumento da temperatura no interior do concreto leva a diferentes condies de hidratao do

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elemento estrutural e dos corpos de prova usados para controlar suas propriedades. A temperatura tambm no uniforme dentro do concreto, e uma temperatura muito elevada no incio do endurecimento pode causar microfissuras, se forem atingidas tenses maiores que as resistentes pelo concreto na sua idade, causadas pelo posterior resfriamento dessa massa.

Para o concreto convencional, sabe-se que as propriedades mecnicas do concreto pioram quando este submetido cura trmica (60 a 95 C). Ela aumenta a resistncia inicial deste concreto, mas acaba reduzindo sua resistncia final, quando comparado com uma cura normal, temperatura ambiente. A cura trmica modifica a microestrutura do concreto, aumentando a porosidade (BIZ, 2002, p. 27).

J para o CPR, a cura trmica geralmente benfica, pois melhora suas propriedades mecnicas atravs de uma melhor cristalizao dos produtos hidratados e acelera a reao pozolnica das adies minerais. No se sabe ainda exatamente o porqu dessa melhora, mas sabe-se que h a formao de outros compostos cristalinos quando a cura trmica aplicada. Com temperaturas menores do que 200 C, a reao do hidrxido de clcio com a slica ativa, por exemplo, forma tombemorita. Com temperaturas maiores ocorre a formao de truscottite, gyrolite, xonotlite e hillebrandite, dependendo da relao clcio/slica ativa (RICHARD; CHEYREZY6, 1995 apud VANDERLEI, 2004, p. 14). Nos anos 1960, Roy e Gouda7, ([1973] apud RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1501, traduo nossa) obtiveram resistncias compresso de 650 MPa em corpos de prova curados com cura trmica sob elevadas presses.

Richard e Cheyrezy8 (1995 apud VANDERLEI, 2004, p. 15) procuraram as condies timas de cura, partindo dos seguintes princpios:

a) obteno da porcentagem tima de hidratos cristalinos;

b) definio de condies estequiomtricas e termodinmicas privilegiando a formao de produtos hidratados cristalinos, obtendo as melhores propriedades mecnicas;

c) extrao da quantidade mxima de gua do concreto endurecido.

6 RICHARD, P.; CHEYREZY, M. Les btons de poudres ractives. Annales de lInstitut Technique du

Batiment et des Travaux Publics, [Paris], n. 532, p. 85-102, [Avril/Mai] 1995. 7 ROY, D. M.; GOUDA, G. R. [High strength generation in cement pastes.] Cement and Concrete Research,

[S. l.], v. 3, n. 6, p. 807-820, [Nov. 1973]. 8 RICHARD, P.; CHEYREZY, M. Les btons de poudres ractives. Annales de lInstitut Technique du

Batiment et des Travaux Publics, [Paris], n. 532, p. 85-102, [Avril/Mai] 1995.

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Com os ensaios realizados pelos autores, eles concluram [...] que no proveitoso aplicar temperaturas alm de 90 C em modelos que no so comprimidos antes da pega do cimento; e que no se alcana boas melhoras nas propriedades mecnicas em modelos comprimidos e tratados temperatura de 90 C ou inferiores. (RICHARD; CHEYREZY9, 1995 apud VANDERLEI, 2004, p. 15).

A variao da temperatura da cura trmica, bem como da presso aplicada ao concreto durante a sua moldagem, foram estudadas por Cheyrezy10 et al. (1995 apud VANDERLEI, 2004, p. 15). Eles avaliaram a microestrutura e fizeram anlise termogravimtrica e difrao de raio-X do CPR, mostrando [...] que as propriedades do concreto de ps reativos so altamente dependentes do tratamento trmico.. Biz (2002, p. 50) recomenda que a taxa de aquecimento ou resfriamento do concreto se situe em torno de 15 a 20 C/h, [...] para evitar o acmulo de tenses que possam acarretar no aparecimento de fissuras no interior do material..

3.1.4 Melhoramento da ductilidade

O CPR um material frgil, possuindo uma energia de fratura de no mximo 30 J.m-2, com um comportamento linear e elstico. Para diminuir a sua fragilidade, tornando-o mais dctil, possvel adicionar fibras sua mistura, devendo estas ser de pequenas dimenses devido ao tamanho do agregado (RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1508, traduo nossa). Como exemplo, os autores utilizaram fibras de ao retas de 13 mm de comprimento e dimetro de 0,15 mm, numa proporo entre 1,5 e 3% em volume. Para o CPR 800, foram utilizadas fibras de ao de 3 mm de comprimento e de forma irregular, que proporciona uma melhora no desempenho mecnico. Os autores tambm indicam que o teor ideal de fibras, do ponto de vista econmico, de 2%, ou cerca de 155 kg/m, e que a mistura dos dois tipo de fibras geram resultados intermedirios.

9 RICHARD, P.; CHEYREZY, M. Les btons de poudres ractives. Annales de lInstitut Technique du

Batiment et des Travaux Publics, [Paris], n. 532, p. 85-102, [Avril/Mai] 1995. 10

CHEYREZY, M.; MARET, V.; FROUIN, L. Microstructural analysis of RPC (Reactive Powder Concrete). Cement and Concrete Research, [S. l.], v. 25, n. 7, p. 1491-1500, Oct. 1995.

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3.2 MATERIAIS USADOS NA CONFECO DE CPR

Nos itens a seguir so descritos os materiais componentes do CPR, sendo eles areia fina, cimento, superplastificante, slica ativa e p de quartzo

3.2.1 Areia

Para se definir a areia a ser utilizada, deve-se levar em considerao a sua composio mineral. prefervel uma areia silicosa, j que o quartzo um material muito duro, com resistncia elevada, que possui excelente interface pasta/agregado e largamente disponvel a um custo no muito alto (RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1505-1506, traduo nossa).

O dimetro mdio da partcula e a distribuio granulomtrica tambm devem ser analisados, levando-se em conta o critrio da homogeneidade. Richard e Cheyrezy (1995, p. 1506, traduo nossa) recomendam o uso de areia com dimetro mximo de 600 m e dimetro mnimo de 150 m, para que no haja interferncia das partculas mais finas de areia com as maiores partculas de cimento (80-100 m). O autor selecionou uma areia com dimetro mdio de 250 m.

Quanto forma das partculas, pode ser usada areia artificial (provinda da britagem de rocha), que possui uma forma mais angular, ou areia natural, com os gros mais esfricos, sendo prefervel a areia natural, que ir proporcionar uma demanda de gua menor (RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1505-1506, traduo nossa).

Collepardi et al. (1997, [p. 5-6] traduo nossa) estudaram a incorporao de uma distribuio de agregados maiores, com dimetro de at 8 mm, na composio do chamado CPR modificado, eles notaram que houve diminuio do mdulo de elasticidade global do concreto (40 GPa) e tambm uma diminuio da resistncia flexo. Porm, em termos de resistncias compresso e trao, quando h a substituio apenas dos agregados, sem interferir na quantidade de cimento e slica ativa, as resistncias no tiveram valores muito diferentes do CPR convencional, colocando em contraposio o efeito da homogeneidade do CPR.

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3.2.2 P de quartzo

Esse p est na mesma classe granular do cimento, e funciona como um complemento slica ativa, pois ele reage quando submetido cura trmica (RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1507, traduo nossa). Segundo Menzel11 (1934 apud RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1507, traduo nossa), A mxima reatividade [do p de quartzo] durante o tratamento trmico obtida para um tamanho mdio de partculas entre 5 e 25 m..

3.2.3 Cimento

Richard e Cheyrezy (1995, p. 1506, traduo nossa) recomendam o uso de cimento com baixo teor de aluminato tricalcico (C3A) e que no possuam uma finura Blaine muito elevada, devido sua maior demanda de gua. O cimento com alto teor de adies minerais, que o mais indicado, nem sempre poder ser usado, j que possui uma velocidade de pega muito lenta e, alm disso, no se tem o controle das adies que j esto dentro do cimento. Neste caso, o melhor utilizar um cimento mais fino, mesmo que possua uma maior demanda de gua, mas com desempenho mecnico similar, sendo o caso do cimento de alta resistncia inicial.

Biz (2002, p. 69-71) observou uma expanso dos corpos de prova quando submetidos cura trmica de 90 C, o que achou que poderia ter sido causado pelo elevado teor de C3A do cimento. Porm, uma anlise realizada mostrou que o concreto no continha nenhum cristal ou componente em quantidade suficiente para gerar essa expanso (como a formao de etringita secundria), relacionando, ento, essa expanso com o momento inicial, quando as amostras eram submetidas ao tratamento trmico no incio da pega do cimento. O autor levanta que [...] a diferena dos materiais utilizados pelos pesquisadores internacionais parece ser um fator relevante para a produo dos concretos de ps reativos.. Ele reverteu essa situao com a aplicao de cura trmica a 82 C aps seis dias de cura em gua temperatura ambiente.

11 Trabalho realizado por C. A. Menzel publicado em Journal of ACI Proceedings, v. 31, em 1934, p. 221-244. A obra lida no apresenta o restante dos dados.

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3.2.4 Superplastificante

Para dar trabalhabilidade ao CPR, devido a sua baixa relao gua/aglomerante, imprescindvel o uso de superplastificantes. Os mais indicados so os que possuem dispersantes base de poliacrilato ou policarboxilato, e normalmente so utilizados em uma taxa de 1,5 a 2,5% em massa do consumo de cimento (VANDERLEI, 2004, p. 19). Porm a sua compatibilidade com o cimento deve ser testada, bem como o teor timo a ser utilizado, o que possvel atravs dos ensaios de Minislump e funil de Marsh (BIZ, 2002, p. 18).

3.2.5 Slica ativa

Segundo Dal Molin et al. ([1996], [p. 2]),

A slica ativa, ou microsslica, um resduo oriundo das indstrias de ferro-ligas e silcio metlico. Pelas suas propriedades qumicas (teor de SiO2> 85%) e fsicas (superfcie especfica mdia de 20 m2/g) este material considerado uma excelente pozolana que, quando usado no concreto, alm de atuar quimicamente tambm atua de forma fsica, atravs do efeito microfler.

Segundo Richard e Cheyrezy (1995, p. 1507, traduo nossa), a slica ativa possui trs principais funes no CPR:

a) preencher os vazios da classe de partculas imediatamente acima (cimento);

b) melhorar as caractersticas reolgicas pela lubrificao, efeito resultante da perfeita esfericidade das suas partculas bsicas;

c) produo de hidratos secundrios devido s reaes pozolnicas com a cal resultante das hidrataes primrias.

A relao slica/cimento no CPR normalmente utilizada de 25%, pois a que corresponde ao empacotamento timo e consome praticamente toda a portlandita (Ca(OH)2) resultante da hidratao total do cimento (SEKI12 et al., 1985 apud RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1507, traduo nossa). Porm, como no h gua suficiente para hidratar todo o cimento, nem toda a slica ativa ser consumida, exercendo um efeito microfiler (VANDERLEI, 2004, p. 19).

12 SEKI, S.; MORIMOTO, M.; YAMANE, N. Recherche exprimentale sur lamlioration du bton par lincorporation de sous-produits industriels. Annales de lInstitut Technique du Batiment et des Travaux Publics. [Paris], n. 436, p. 16-26, July/Aug. 1985.

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Alm do uso da slica ativa, neste trabalho tambm foi utilizada a nanoslica. A principal diferena entre as duas o seu tamanho, pois a nanoslica cerca de 1000 vezes menor do que a slica ativa. Alm disso, a quantidade de nanoslica usada no concreto, de uma forma geral, pode ser bem menor (usualmente varia entre 0,5 e 3%) que a slica ativa para atingir melhores propriedades (DINTEN, 2000, p. 73).

3.3 PROPRIEDADES DO CPR

Vanderlei (2004, p. 20) cita que O CPR tem propriedades mecnicas elevadas, como a resistncia compresso em torno de trs a vinte vezes maior que o concreto de alto desempenho (CAD), e a resistncia trao dez vezes maior.. O autor tambm comenta que com a adio de fibras de ao, o CPR tem maior ductilidade, e que a absoro de energia pode ser at 250 vezes maior que as do CAD. A seguir sero abordadas algumas caractersticas dos CPR.

3.3.1 Desempenho mecnico

As propriedades relacionadas ao desempenho mecnico dos concretos so descritas a seguir.

3.3.1.1 Resistncia compresso

Esta normalmente a propriedade de controle de concretos, sendo a referncia para avaliar outras propriedades, como a qualidade deste concreto. A modificao de certas variveis reflete na sua resistncia (VANDERLEI, 2004, p. 21).

A resistncia compresso afetada pela densidade do concreto, quanto maior a densidade, melhor ser sua resistncia compresso (RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1508, traduo nossa). O CPR possui duas classes de material, os CPR 200, cuja resistncia compresso varia entre 170 a 230 MPa; e o CPR 800, cuja resistncia varia de 500 a 800 MPa (RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1509-1510, traduo nossa).

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Para Dallaire13 et al. (1996 apud VANDERLEI, 2004, p. 24) quando o CPR confinado por tubos de ao, sua resistncia compresso ainda maior do que o CPR sem confinamento, sendo ainda mais eficiente para aumentar a ductilidade da estrutura do que as fibras de ao.

3.3.1.2 Resistncia trao

Behloul14 et al. (1996 apud VANDERLEI, 2004, p. 25) realizaram ensaios de resistncia trao direta do CPR e observaram no material um comportamento frgil, visto que as fissuras do corpo de prova (CP) se formaram bruscamente e perpendicularmente ao eixo principal do CP. Quando se adicionavam fibras ao CPR, os CP tiveram comportamento dctil, e os autores levantaram a hiptese [...] que existe um volume de fibras entre 0,5% e 1% alm do qual a resistncia trao aumenta linearmente, e abaixo desses valores a adio de fibras na matriz no tem efeito na resistncia trao.. Alm disso, foi verificado que com qualquer quantidade de fibras, percebem-se trs fases no CPR: [...] uma elstica linear at 70% ou 90% da fora mxima; uma fase de encruamento at a fora mxima; e uma fase de amolecimento onde a tenso decresce com abertura da fissura principal..

3.3.1.3 Resistncia flexo

O ensaio de resistncia flexo comumente realizado com prismas, que so carregados no centro do vo ou em dois pontos nos teros do vo, e apoiado em dois pontos, sendo denominado ensaio flexo em 3 ou 4 pontos, respectivamente (VANDERLEI, 2004, p. 29). O CPR 200 possui resistncia flexo que varia de 30 a 60 MPa, e a resistncia flexo do CPR 800 varia de 45 a 141 MPa, dependendo do teor de fibras (RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1509-1510, traduo nossa).

3.3.1.4 Mdulo de elasticidade

O mdulo de elasticidade medido atravs de ensaios de compresso axial, nos quais se mede as deformaes longitudinais do CP at a fora de ruptura (VANDERLEI, 2004, p. 32). O

13 DALLAIRE, E.; BONNEAU, O.; LACHEMI, M.; ITCIN, P. C. Mechanical behavoir of confined reactive powder concretes. In: [CHONG, K. P. (Ed)]. Materials for the new millennium. New York: ASCE, 1996. p. 555-563. v. 1.

14 BEHLOUL, M. BERNIER, G. CHEYREZY, M. Tensile behavior of reactive powder concrete (RPC). In: INTERNATIONAL SYMPOSIUM OF HIGH STRENGTH/HIGH PERFORMANCE CONCRETE, 4th, 1996, Paris. Proceedings... Paris: [s. n.], 1996. p. 1375-1381.

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valor do mdulo de elasticidade para CPR pode variar de 50 a 60 GPa para CPR 200, e de 65 a 75 GPa para CPR 800 (RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1509-1510, traduo nossa).

3.3.1.5 Coeficiente de Poisson

O coeficiente de Poisson conseguido durante o ensaio de compresso axial, medindo-se e fazendo a relao entre a deformao transversal e a deformao longitudinal do material (VANDERLEI, 2004, p. 33). Em ensaios realizados por Dugat15 et al. (1995 apud VANDERLEI, 2004, p. 33), mediu-se um coeficiente de Poisson de 0,23 para o CPR 200, e o coeficiente de Poisson para o CPR 800, que possui um comportamento elstico enrijecedor, passou de 0,19 para 0,28 na fase elstica.

3.3.2 Durabilidade do concreto de ps reativos

Segundo itcin (2000, p. 539) A expresso durabilidade do concreto usualmente empregada para caracterizar, em termos gerais, a resistncia do concreto ao ataque de agentes agressivos fsicos e qumicos., porm no h um modo geral de fazer essa avaliao de durabilidade, sendo prefervel especificar que tipo de agente agressivo se deseja que o concreto seja durvel.

Yu et al. (2004, p. 336-337, traduo nossa) avaliaram o CPR frente a sua durabilidade com objetivo de utiliz-lo no planalto Qinghai-Tibet, rea oeste da China, onde a altitude muito elevada, as temperaturas muito baixas e a gua presente no solo rica em cloretos. Os ensaios realizados foram de resistncia penetrao de cloretos e resistncia ao gelo-degelo. Os resultados comprovaram que o CPR possui uma excelente resistncia a ambos, no havendo fuga de gua das amostras submetidas a presses de 0,1 a 1,6 MPa e nem variao do seu mdulo de elasticidade relativo ou perda de massa aps 800 ciclos de congelamento e descongelamento.

Para a ocorrncia da reao lcali-agregado no concreto, trs fatores so necessrios: alto teor de lcalis, agregados reativos e presena de gua. A slica ativa se liga com os lcalis, no os

15 DUGAT, J.; ROUX, N.; BERNIER, G. tude exprimentale de la dfornation sous contrainte et du comportement la rupture du bton de poudres ractives. In: Annales de lInstitut Technique du Batiment et des Travaux Publics, [Paris], n. 532, p. 112-121, [Avril/Mai] 1995.

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deixando livres para reagir, e, devido sua baixa permeabilidade, haver menos gua disponvel, dificultando essa reao. Ainda, com a menor difuso de gua dentro do concreto, tambm ser menor a difuso de cloretos e dixido de carbono no seu interior (DUNSTER, 2009, p. 5-6, traduo nossa).

3.4 APLICAES DO CPR

Devido s propriedades mecnicas e de durabilidade do CPR, ele pode ter vrios usos. Um exemplo de sua utilizao em depsitos de rejeitos industriais e nucleares devido a sua baixa permeabilidade. O CPR 800, mais especificamente, pode ser empregado em estruturas ou equipamentos militares pesados, pois possui excelente resistncia ao impacto de projteis (RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1510, traduo nossa).

Ele tambm pode ser usado em elementos submetidos trao ou flexo (vigas e lajes), mas recomenda-se o uso de tcnicas de protenso para compensar a diferena do comportamento entre sua trao e compresso. Devido sua maior resistncia e ao uso de protenso, estruturas at trs vezes mais leves (comparadas com estruturas de concreto convencional) podem ser projetadas, reduzindo as cargas permanentes e a quantidade de concreto a ser utilizada. Isto pode compensar o maior valor do concreto, reduzindo o custo global da obra (RICHARD; CHEYREZY, 1995, p. 1510, traduo nossa).

Outra aplicao do CPR em passarelas e pontes. Inclusive, a primeira estrutura de grande porte construda com CPR foi uma passarela na cidade de Sherbrooke, no Canad, em 1997. Alm do uso do CPR, ela tambm englobou outras inovaes, como o [...] confinamento do concreto, no usou reforo de barras de ao e foi pioneira na prtica de elaborao e detalhamento de concreto pr-fabricado/protendido. (BLAIS; COUTURE, 1999, p. 60, traduo nossa). Uma imagem da passarela de Sherbrooke pode ser vista na figura 2.

O CPR tambm j produzido comercialmente, atravs da linha Ductal. Com ele foi construda a cobertura de uma estao de trem em Calgary, Canad, a Shawnessy LRT Station. So vinte e quatro abbodas com uma casca fina pr-fabricados, medindo 5 m x 6 m e com uma espessura de apenas 2 cm, suportados por simples colunas, a primeira estrutura de abbodas com casca fina construda com o CPR. A estrutura foi projetada para suportar cargas combinadas de vento e neve, sendo que o concreto possui resistncia compresso de

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150 MPa e resistncia flexo de 18 MPa, possuindo fibras na sua composio e no sendo necessria armadura passiva, proporcionando uma construo mais simplificada (PERRY; ZAKARIASEN, [2005], [p. 2-4], traduo nossa).

Figura 2 Passarela de Sherbrooke, Quebec

(fonte: BLAIS; COUTURE, 1999, p. 61)

Na figura 3 est uma representao em 3D dessas abbodas, na figura 4 esto apresentadas as colunas de sustentao da cobertura, na figura 5 as abbodas sendo instaladas, e na figura 6 as abbodas j instaladas.

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Figura 3 Vista em 3D das abbodas Figura 4 Colunas de sustentao

(fonte: PERRY; ZAKARIASEN, [2005], [p. 9]) (fonte: PERRY; ZAKARIASEN, [2005], [p. 13])

Figura 5 Abboda sendo instalada Figura 6 Abbodas instaladas

(fonte: PERRY; ZAKARIASEN, [2005], [p. 13]) (fonte: PERRY; ZAKARIASEN, [2005], [p. 14])

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4 NANOSLICA

A nanotecnologia faz parte da cincia que estuda materiais e estruturas que possuem tamanho entre 1 e 100 nm, atingindo o nvel de molculas e tomos. Esses materiais apresentam [...] um comportamento especial devido aos efeitos qunticos que prevalecem at 10 nm [...], e [...] predominam os efeitos das altssimas superfcies e interfaces [...] (GLEIZE, 2007, p. 1659).

Potencialmente, a nanotecnologia pode ser usada em quase todas as reas: eletrnica, automotiva, cosmtica, remdios, txteis e construo. Na construo civil, Gleize (2007, p. 1661) d alguns exemplos de modificaes que a nanotecnologia poderia trazer: [...] estruturas mais resistentes, leves e seguras; os sistemas de fechamento e vedao mais isolantes, [...] com vrias funcionalidades adicionais, como captao e armazenamento de energia, auto-reparo, autolimpeza, proteo contra o fogo, aquecimento/resfriamento..

Quanto aos materiais cimentcios, os nanomateriais possuem um papel crtico nessa aplicao, pois permitem um melhor controle da microestrutura desses, produzindo materiais mais resistentes e durveis, podendo melhorar a coeso e dominar a fluncia, evitar fissurao nas primeiras idades, aumentar a ductilidade e a resistncia ao mesmo tempo (GLEIZE, 2007, p. 1674-1676).

Dentre os nanomateriais existentes (nanotubos de carbono, nanoslica, nanopartculas de dixido de titnio), neste trabalho foi utilizada a nanoslica. Abaixo so discutidas suas propriedades e os meios de sua produo.

4.1 PRODUO DA NANOSLICA

A nanoslica pode ser obtida por diversos processos e, dependendo desse processo, das temperaturas utilizadas e da sua eficincia, podem ser obtidas nanoslica com diversos tamanhos, e consequentemente, com diferentes eficincias.

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Nos itens seguintes h uma breve descrio dos principais processos de obteno da nanoslica.

4.1.1 Processo sol-gel

O processo sol-gel um dos processos de produo de nanomateriais do tipo bottom-up16 mais utilizados. Para a produo de nanoslica, ele envolve [...] a formao de uma suspenso coloidal (sol) e congelamento da mesma para formar uma rede em uma fase lquida contnua (gel). (ATTARD17 et al., 1995 apud SOBOLEV et al., c2008, p. 95, traduo nossa). Neste processo, se altera o pH da mistura entre materiais que do origem slica (como o Na2SiO2 e organometlicos como trymethylethoxysilane TMOS ou tetraethoxysilane TEOS) com um solvente (cido ou bsico), precipitando o gel de slica, gel esse que envelhecido e filtrado, virando um xerogel, que tratado para produzir uma disperso concentrada (QUERCIA; BROUWERS, 2010, p. 2, traduo nossa).

Sobolev18 et al. (2006 apud SOBOLEV et al., c2008, p. 102, 106, 114, traduo nossa) demonstraram que este mtodo eficiente para a sntese de nanoslica, porm o desempenho dessas nanopartculas vai depender das condies da sntese, ou seja, da relao molar dos reagentes, o tipo de meio de reao (cido ou bsico) e a temperatura do tratamento trmico. Estes autores ainda verificaram que o aumento da temperatura do tratamento trmico aumenta a resistncia compresso nas primeiras idades (1 e 3 dias), porm prejudicial para a resistncia de argamassas com idades acima de 28 dias, o que foi atribudo grande presena de aglomerados estveis de nanopartculas. Eles verificam tambm, que a aplicao de um tratamento ultrassnico em banho de gua nas partculas de nanoslica tratadas com altas temperaturas efetiva para restaurar sua atividade.

16 Existem dois modos de se produzir nanomateriais. Um deles ir dividindo o material at chegar menor dimenso possvel, partindo de cima para baixo (top-down). Como exemplo tem-se a indstria eletrnica, com a linha dos computadores modernos. E o outro modo juntar tomo por tomo para formar algo maior, partindo de baixo para cima (bottom-up), como comum acontecer na natureza, na formao de organismos vivos (GLEIZE, 2007, p. 1660).

17 ATTARD, G. S.; GLYDE, J. C.; GLTNER, C. G. [Liquid-crystalline phases as templates for the synthesis of mesoporous silica]. Nature, [S. l.], v. 378, p. 366-368, [Nov.] 1995.

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4.1.2 Vaporizao da slica

Outro processo de obteno atravs da vaporizao as slica, onde a reduo do quartzo feita em um forno de arco eltrico, com temperaturas entre 1500 e 2000 C, causando a vaporizao da slica, onde ela recolhida, gerando um p de partculas esfricas com dimetro mdio de 150 nm (QUERCIA; BROUWERS, 2010, p. 2, traduo nossa).

4.1.3 Mtodo biolgico

O mtodo biolgico foi desenvolvido por Estevez19 et al. (2009 apud QUERCIA; BROUWERS, 2010, p. 2, traduo nossa), sendo que o mtodo procede com a alimentao de minhocas vermelhas da Califrnia com casca de arroz, e o hmus gerado processado, gerando nanoslica de forma esfrica com tamanho entre 55 e 245 nm, sendo obtida com uma eficincia de 88% do processo.

4.1.4 Mtodo da slica olivina

Este um processo sustentvel de produo de nanoslica, pois so combinados olivina (mineral) e resduos de cido (tanto sulfrico quanto clordrico), formando uma slica precipitada muito fina (partculas entre 6 e 30 nm) mas aglomerada, que se torna mais barata do que a prpria slica ativa (LIEFTINK20, 1997 apud QUERCIA; BROUWERS, 2010, p. 2, traduo nossa).

18 Trabalho realizado por K. Sobolev et al., intitulado Development of nano SiO2 based admixtures for high-performance cement based materials, apresentado ao CONACYT Mxico, em 2006. A obra lida no traz os outros dados.

19 ESTEVEZ, M.; VARGAS, S.; CASTAO, V. M.; RODRGUEZ, R. Silica nano-particles produced by worms through a bio-digestion process of rice husk. Journal of Non-Crystalline Solids, [S. l.], v. 355, [n. 14-15], p. 844-850, [June] 2009.

20 Tese de doutorado realizada por D. J. Lieftink, entitulada The preparation and characterization of silica from acid treatment of olivine, com 175 p. Foi apresentada na Utrecht University, The Netherlands, em 1997.

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4.2 APLICAES DA NANOSLICA

A nanoslica [...] vem sendo utilizada em outros pases, principalmente em concreto auto-adensveis na construo de viadutos, plataformas de extrao de petrleo e tneis. Em prdios residenciais e estruturas convencionais, sua utilizao ainda restrita. (DINTEN, 2000, p. 71).

A nanoslica j foi estuda por alguns autores, e a seguir se encontram alguns resultados obtidos com a comparao da adio de nanoslica em concretos e argamassas que contenham ou no outras adies.

4.2.1 Argamassa com nanoslica

Li et al. (2004, traduo nossa) avaliaram argamassas com apenas cimento e areia, e incluram 3 teores de nanoslica mistura, 3, 5 e 10% sobre o peso do cimento. Nos resultados, eles obtiveram aumento da resistncia compresso de 13,8%, 17,0% e 26,0% , respectivamente com o aumento do teor de nanoslica, em relao argamassa sem adio. Alm disto, eles avaliaram a microestrutura da argamassa sem adio e a argamassa com 3% de nanoslica com o ensaio de Microscopia Eletrnica de Varredura, e viram que a microestrutura da mistura com nanoslica era mais densa e compacta, e no havia a presena de grandes cristais de CaOH2.

O fato das nanopartculas melhorarem a estrutura e a resistncia da pasta de cimento provavelmente acontece, pois, com as nanopartculas uniformemente dispersas, a nano partcula ir atrair os produtos da hidratao do cimento [...] devido sua grande energia de superfcie [...] formando conglomeraes com a nano partcula como ncleo. As nanopartculas localizadas no ncleo da pasta de cimento iro promover e acelerar a hidratao do cimento devido sua alta atividade. (LI et al., 2004, p. 187-188, traduo nossa).

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4.2.2 Argamassa com slica ativa e nanoslica

Jo et al (2007, p. 1353, traduo nossa) estudou a adio da nanoslica em argamassa e comparou com argamassas contendo slica ativa. Ele realizou em seu trabalho estudos feitos em argamassas com relao gua/cimento de 0,5, contendo teores de slica ativa de 5%, 10% e 15% sobre o peso do cimento, e tambm contendo teores de nanoslica de 3%, 6%, 10% e 12% sobre o peso de cimento.Todas estas argamassas contendo as adies tiveram resistncia compresso maiores do que a argamassa que no continha adies. Tambm possvel verificar que as argamassas contendo nanoslica tiveram resistncias superiores s argamassas contendo slica ativa, sendo que a resistncia da argamassa com 3% de nanoslica foi superior que continha 15% de slica ativa, mostrando que a nanoslica mais eficiente quando comparada slica ativa. Isto atribudo nanoslica possuir uma reao pozolnica mais efetiva (devido sua maior superfcie especfica) do que a slica ativa.

A resistncia foi maior conforme maior era o teor das adies, porm, apesar do aumento da resistncia, neste estudo tambm possvel verificar que entre as argamassa contendo 10% e 12% de slica ativa a resistncia compresso foi muito prxima, sendo de 68,2 MPa e 68,8 MPa, respectivamente, indicando que h uma quantidade a partir da qual o aumento do teor de adio no influencia na resistncia. O autor tambm cita que utilizar uma quantidade to grande de nanoslica poderia reduzir a resistncia da argamassa ao invs de melhor-la, porm isto no foi verificado no seu estudo (JO et al., 2007, p. 1353-1354, traduo nossa).

4.2.3 Concreto com cinza volante e nanoslica

Li (2004, p. 1045-1046, traduo nossa) utiliza a nanoslica em concreto com 50% de adio de cinza volante, e mesmo com pequenos teores de nanoslica (4%, substituindo o cimento), resulta num incremento da resistncia compresso aos 3 dias em 81%, e tambm aumenta a resistncia final desse concreto. O concreto com a adio de cinza volante e nanoslica possui um comportamento parecido com o concreto produzido apenas com cimento Portland, sem adio, tanto no calor de hidratao (havendo apenas uma pequena diminuio do pico de temperatura); quanto na resistncia compresso, apenas com uma leve diminuio da resistncia antes dos 56 dias, e possuindo valores de resistncia compresso maiores aps esta idade.

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O autor levantou um fato curioso sobre a adio da nanoslica com a cinza volante. Ao realizar o ensaio de atividade pozolnica, verificou que 100 g de cinza volante mais 4 g de nanoslica possuam um incremento de peso maior do que a soma do incremento de peso da cinza volante e da nanoslica separadas (utilizando a mesma massa), indicando que a nanoslica pode ativar a cinza volante quando h a presena de xido de clcio. O que pode explicar o aumento do calor de hidratao quando adicionada nanoslica ao concreto com cinza volante.

Enquanto a adio de cinza volante ao concreto fez com que aumentasse a quantidade e o tamanho dos poros no concreto aos 28 dias, a adio da nanoslica reduziu novamente esses poros, chegando prximo ao tamanho e quantidade obtidos com o concreto apenas de cimento Portland, porm aumentando a quantidade de poros menores (

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5 PROGRAMA EXPERIMENTAL

Buscando-se entender como a nanoslica age em concretos de ps reativos, onde j se tem um alto teor de slica ativa na mistura, foi desenvolvido um programa experimental a partir das variveis dependentes e independentes, e dos materiais e mtodos que foram selecionados.

O programa experimental foi dividido nas seguintes etapas:

a) caracterizao dos materiais; b) caracterizao da pasta ndice de fluidez; c) moldagem dos corpos de prova; d) cura; e) ruptura.

A seguir esto descritas as variveis do trabalho e as etapas do programa experimental, separadas em materiais e mtodos adotados para a pesquisa.

5.1 VARIVEIS

As variveis independentes e dependentes estabelecidas para a realizao do trabalho so apresentadas a seguir.

5.1.1 Variveis dependentes

Foi definida a resistncia compresso e a resistncia trao na flexo como variveis de resposta, pois so propriedades consideradas importantes, sendo a resistncia compresso a principal varivel de controle adotada para concretos, e a responsvel por avaliar a eficcia das variveis independentes.

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5.1.2 Variveis independentes

Os fatores controlveis do presente trabalho so:

a) teores de nanoslica: foram adotados teores de nanoslica mais aditivo dispersor de 0, 1, 2, 3 e 4,3% sobre a massa do cimento;

b) idade de realizao do ensaio de resistncia compresso (7 e 28 dias).

O teor de nanoslica foi limitado em 4,3% pois, atravs de estudos prvios, foi a quantidade de aditivo superplastificante que o proporcionamento de CPR pr-definido necessita para ter uma trabalhabilidade aceitvel. Visto que a nanoslica empregada vem dispersa em aditivo superplastificante, limitou-se este teor para efeitos comparativos. Os outros teores foram definidos por serem valores intermedirios. O valor indicado para concretos de alta resistncia, pela indstria da nanoslica de at 2% sob a massa de cimento.

As idades de realizao do ensaio de resistncia compresso foram definidas para que se pudesse avaliar a influncia da nanoslica na resistncia inicial e final deste concreto.

Aps a definio das variveis, chegou-se matriz experimental apresentada na figura 7.

Figura 7 Representao esquemtica da matriz experimental


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5.2 MATERIAIS

Os materiais utilizados no presente trabalho so industrializados e esto caracterizados e descritos a seguir.

5.2.1 Cimento

No quadro 1 esto apresentadas as caractersticas do cimento, fornecidas pelo fabricante.

Quadro 1 Caractersticas do cimento Ensaios Qumicos Exigncias

NBR 5733/91* Ensaio Resultado Unidade

Resduo Insolvel 0,53 % 1,0 Perda ao Fogo 2,66 % 4,5

xido de Magnsio - MgO 1,30 % 6,5 Trixido de Enxofre - SO3 2,71 % 4,5 Anidrido Carbnico - CO2 1,83 % 3,0

Ensaios Fsicos Exigncias NBR

5733/91* Ensaio Resultado Unidade

rea Especfica (Blaine)

4.565 cm/g 3000 Massa Especfica 3,09 g/cm no aplicvel

Resduo na peneira #200 0,06 % 6,0 Resduo na peneira #325 0,89 % no aplicvel

gua de consistncia normal 30,8 % no aplicvel Incio de pega 110 minutos 60 Fim de pega 163 minutos 600

Expansibilidade quente 0,00 mm 5,0

Ensaios Mecnicos Exigncias NBR

5733/91* Ensaio Resultado Unidade Desvio Padro

Resistncia Compresso - 1 dia 28,9 MPa 1,55 14 Resistncia Compresso - 3 dias 41,8 MPa 1,56 24 Resistncia Compresso - 7 dias 47,2 MPa 1,92 34

Resistncia Compresso - 28 dias 54,5 MPa 1,55 no aplicvel *(ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TNICAS, 1991)

(fonte: adaptado de BRENNAND CIMENTOS, 2013, p. 1)

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O cimento utilizado na pesquisa foi o cimento Portand de alta resistncia inicial, CP-V-ARI, pois o cimento que possui os menores teores de adio entre os cimentos do mercado, e o que proporciona as maiores resistncias. Ele possui uma massa especfica de 3,09 g/cm e um dimetro mdio de 14,2 m.

5.2.2 Slica Ativa

A slica ativa utilizada no presente trabalho foi uma slica com massa especfica de 2,22 g/cm. O dimetro mdio das partculas de 12,84 m, obtido atravs do ensaio de granulometria a laser realizado no Laboratrio de Materiais Cermicos (LACER), sendo que a slica ativa foi dispersa em aditivo para realizao do ensaio. Como o tamanho da slica ativa semelhante ao dimetro do cimento, isso mostra que esta disperso no foi eficiente para desaglomerar todas as partculas, o que pode indicar que na mistura do concreto tambm estas partculas no foram completamente desaglomeradas.

5.2.3 P de quartzo

O p de quartzo utilizado uma slica moda, denominada SM 325, que j veio peneirada e ensacada. Possui massa especfica de 2,63 g/cm e um dimetro mdio de 10,81 m.

5.2.4 Nanoslica

A nanoslica utilizada j vem dispersa em um aditivo dispersor de base policarboxlica, na forma lquida. A mistura da nanoslica com o aditivo possui densidade relativa de 1,06 g/cm.O teor dessa nanoslica dispersa em aditivo recomendado pela indstria da nanoslica para concretos de alta resistncia de at 2%.

5.2.5 Aditivo Superplastificante

O aditivo superplastificante utilizado foi um aditivo policarboxlico e suas caractersticas esto no quadro 2.

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Quadro 2 Caractersticas do aditivo superplastificante

Dados tcnicos Funo Aditivo super plastificante de terceira gerao Base Qumica ter policarboxlico Aspecto Lquido Cor Branco Turvo

Teste Especificao Unidade Aparncia Lquido branco turvo Visual

pH 5 7 - Densidade 1,067 - 1,107 g/cm

Slidos 38,0 - 42,0 % Viscosidade

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Foram ensaiados todos os teores de nanoslica, misturando-se o cimento, a slica ativa, a gua, a nanoslica e o aditivo. Os teores de cimento, slica ativa e gua se mantiveram os mesmos, no mesmo proporcionamento utilizado para os concretos, variando-se os teores de aditivo e nanoslica conforme descrito na tabela 3.

Tabela 3 Proporcionamento utilizado (em massa) T0 T1 T2 T3 T4

Cimento Portland - CP V 1 1 1 1 1 Slica Ativa 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 P de Quartzo 1,35 1,35 1,35 1,35 1,35 Superplastificante 0,043 0,033 0,023 0,013 - Nanoslica + Aditivo Dispersor - 0,010 0,020 0,030 0,043 gua (a/a = 0,23) 0,29 0,29 0,29 0,29 0,29


Sendo que T0 a referncia, e contm 0% de nanoslica e 4,3% de aditivo. T1 contm 1% de nanoslica e 3,3% de aditivo. T2 contm 2% de nanoslica e 2,3% de aditivo. T3 contm 3% de nanoslica e 1,3% de aditivo. T4 contm 4,3% de nanoslica e 0% de aditivo.

5.3.2 Produo dos concretos

O concreto de ps reativos foi produzido a partir da mistura de todos os materiais descritos no item 5.2.

O proporcionamento utilizado neste trabalho foi desenvolvido a partir de Richard e Cheyrezy (1995, p. 1502, traduo nossa) em um estudo piloto22 feito por alguns alunos do Ncleo Orientado para a Inovao na Edificao (NORIE) e do Laboratrio de Ensaios e Modelos Estruturais (LEME) para competies estudantis realizadas no Congresso Brasileiro do Concreto em 2010 e 2011. O proporcionamento deste estudo piloto uma evoluo do anterior, pois se conseguiu atingir resistncias prximas de 300 MPa, com o proporcionamento que est definido na tabela 3 anteriormente citada.

22 Estudo desenvolvido pela equipe da UFRGS, porm ainda no foi publicado.

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5.3.2.1 Moldagem

Os materiais foram misturados nos proporcionamentos da tabela 3. O tempo de mistura para cada um dos traos foi de aproximadamente 20 minutos, devido particularidade do concreto conter muitos finos e para se obter uma mistura homognea.

Aps a mistura, foram moldados os corpos de prova de 5 cm de dimetro e 10 cm de altura para o ensaio de resistncia compresso. Colocou-se o concreto nas frmas e vibrou-se simultaneamente em uma mesa vibratria de 60Hz. Foram moldados 4 CPs para cada idade, resultando em 8 CPs para cada teor de nanoslica, totalizando 40 CPs.

Os corpos de prova para o ensaio de resistncia trao na flexo, aps a mistura, foram moldados de acordo com a NBR 13279 (ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS, 2005, p. 2), resultando em 3 CPs de 4 cm de largura, 4 cm de altura e 16 cm de comprimento para cada teor, totalizando 15 CPs.

A temperatura no local da moldagem foi de 18 2C e a umidade relativa do ar foi de 60 5%.

5.3.2.2 Cura

Logo aps a moldagem dos concretos, os corpos de prova eram cobertos com sacos plsticos para manterem a umidade e deixados assim por 24h, at que fossem desmoldados. Aps a desmoldagem, os primeiros CP foram colocados em um banho trmico com a gua ainda fria. Aps, ligou-se o banho, e a temperatura foi mantida em 80C. Os CP que foram moldados na sequncia foram colocados em gua fria e foi misturado gua quente gradualmente, para evitar o choque trmico, e, somente aps esse procedimento, os CP foram depositados no banho com gua temperatura de 80C.

Os CP que foram rompidos aos 7 dias ficaram em cura trmica durante 5 dias, e os que foram rompidos aos 28 dias ficaram na cura trmica 80C durante 26 dias. Para retir-los do banho trmico, colocou-se os CP em um balde com gua 80C at o resfriamento gradual da mesma.

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5.3.2.3 Ruptura

No dia anterior ruptura, os CP foram tirados do banho e preparados para a ruptura. Para concretos com resistncias muito altas, o capeamento com enxofre no considerado adequado (CHIES, 2011, p. 76-77), sendo ento retificados, em ambas as faces, por uma retfica vertical pneumtica. Procurou-se retirar o mnimo possvel do CP para obter um acabamento retilneo e plano.

Para o ensaio de resistncia compresso foi utilizada uma prensa hidrulica computadorizada, com capacidade de 2000 kN. O ensaio foi realizado conforme preconiza a NBR 5739 (ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS, 2007, p. 4), a uma velocidade de 0,45 MPa/s. Para o ensaio de resistncia trao na flexo foi utilizada tambm uma prensa hidrulica computadorizada, mas com capacidade de 200 kN, e o ensaio foi realizado conforme a NBR 13279 (ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS, 2005, p. 3). Ambas as prensas se encontram no Laboratrio de Materiais e Tecnologia do Ambiente Construdo (LAMTAC/NORIE).

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6 ANLISE DOS RESULTADOS

A seguir esto dispostos os resultados obtidos no estado fresco e no estado endurecido, com a ruptura dos corpos de prova.

6.1 FUNIL DE MARSH

Os resultados obtidos com o funil de Marsh esto dispostos na tabela 4, sendo que foram medidos o escoamento de cada um dos teores de nanoslica dispersa em aditivo aos 25 minutos aps o incio da mistura. O aditivo dispersor da nanoslica se mostrou compatvel com o cimento, pois as pastas apresentaram consistncia homognea, sem separao dos materiais.

Tabela 4 - Tempos de escoamento pelo Funil de Marsh

tempo (seg) T0 43,70 T1 57,74 T2 71,30 T3 75,35 T4 93,85


possvel verificar que, com a adio da nanoslica e do seu aditivo dispersor, o tempo, e, consequentemente, a viscosidade da pasta aumentaram com o aumento da sua adio, mostrando que o aditivo superplastificante foi mais eficiente. Apesar disso, em testes de moldagem, foi possvel verificar que a consistncia do CPR no variou muito, sendo possvel moldar os corpos de prova igualmente, sem interferncia da consistncia.

Adotou-se, ento, a substituio do aditivo superplastificante por igual massa da nanoslica dispersa em aditivo.

No se adicionou mais aditivo para deixar a viscosidade igual para todos os proporcionamentos, pois havia o risco do concreto no endurecer caso a quantidade de

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superplastificante fosse maior que os 4,3%, e como no se sabe a influncia do aditivo dispersor da nanoslica na hidratao do concreto, optou-se pela simples substituio, limitando a soma desses dois materiais em 4,3%, que foi o teor utilizado no estudo piloto23 citado no item 5.3.2.

6.2 RESISTNCIA COMPRESSO

Os resultados obtidos aos 7 e 28 dias se encontram nas tabelas 5 e 6, respectivamente.

Tabela 5 Resistncia compresso aos 7 dias (todos os valores)

CP Carga (kN) Resistncia compresso

(MPa) Mdia (MPa)

Desvio Padro (MPa)

Coeficiente de

variao

Limite Superior

(MPa)

Limite Inferior (MPa)

T0-7

a 346,8 176,62

171,76 24,18 14,08% 208,42 135,10 b 336,0 171,12 c 275,5 140,31 d 390,7 198,98

T1-7

a 324,7 165,37

147,11 32,82 22,31% 183,77 110,45 b 359,6 183,14 c 251,1 127,88 d 220,0 112,05

T2-7

a 291,3 148,36

174,19 19,15 10,99% 210,85 137,53 b 349,2 177,85 c 381,0 194,59 d 346,0 175,97

T3-7

a 320,1 163,48

189,40 29,11 15,37% 226,06 152,73 b 380,9 193,18 c 448,9* 228,85* d 338,0 172,07

T4-7

a 388,9 197,55

184,40 16,95 9,19% 221,06 147,73 b 312,7 159,74 c 368,5 187,41 d 378,5 192,88

* valores esprios (fonte: elaborado pela autora)

23 Estudo desenvolvido pela equipe da UFRGS, porm ainda no foi publicado.

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Tabela 6 Resistncia compresso aos 28 dias (todos os valores)

CP Carga (kN) Resistncia compresso

28 dias (MPa) Mdia (MPa)

Desvio Padro (MPa)

Coeficiente de

variao

Limite Superior

(Mpa)

Limite Inferior (MPa)

T0-28

a 476,3 241,27

241,42 5,25 2,17% 284,77 198,07 b 461,5 234,15 c 485,1 246,17 d 478,3 244,08

T1-28

a 396,3 202,72

182,70 36,40 19,92% 226,05 139,35 b 436,8 223,67 c 287,9 147,90 d 305,5 156,53

T2-28

a 355,8 180,52

207,64 25,41 12,24% 250,99 164,29 b 454,8 231,03 c 376 191,50 d 446,7 227,50

T3-28

a 470,8 239,78

218,86 23,08 10,55% 262,21 175,51 b 376,7 191,85 c 463,9 236,26 d 407,5 207,54

T4-28

a 372 189,46

198,03 54,36 27,45% 241,38 154,68 b 465,6 237,13 c 473,3 241,05 d 244,4* 124,47*

* valores esprios (fonte: elaborado pela autora)

Aps a obteno dos resultados, primeiro verificou-se o desvio padro e o coeficiente de variao das amostras. Na sequncia, analisou-se a necessidade de excluso de algum valor.

O critrio utilizado para anlise de valores esprios foi atravs do desvio padro global de todas as amostras da idade estudada (sendo este a mdia dos demais desvios padro), utilizando ento o desvio padro do processo em si. O desvio padro global com todos os resultados para a idade de 7 dias de 24,44 MPa e para a idade de 28 dias de 28,90 MPa. As amostras que ficaram fora do intervalo de [-1,5*desvio padro; +1,5*desvio padro] foram consideradas esprias, sendo que se encontram 86,6% dos valores dentro deste intervalo da curva de distribuio Normal. Com este critrio, foram excludas as amostras T3-7c e T4-28d. Alm disso, a amostra

Concreto de Porto Alegre - Alta Resistencia

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