CONCRETO LEVE AUTO ADENSÁVEL
EMBORRACHADO (CLAAE) Propriedades reológicas, mecânicas, microestruturais e acústicas
Ma. Andressa Fernanda Angelin Mestra em Tecnologia e Inovação
Doutoranda da Faculdade de Tecnologia FT/UNICAMP
Prof.ª Dr.ª Luísa Andréia Gachet Barbosa Orientadora
Limeira/SP 2015
1
2
A busca por materiais alternativos de menor massa específica,
que garantam a manutenção das propriedades mecânicas,
associado à facilidade de manuseio e aplicação em estruturas de concreto
armado, representa grande desafio na formulação e conhecimento do
desempenho de concretos leves auto adensáveis emborrachados
(CLAAE), que tem tecnologia pouco difundida em nível nacional, e
surge no cenário internacional como um material inovador e
alternativo ao concreto convencional.
INTRODUÇÃO
INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
BASE TEÓRICA
3
CONCRETO LEVE
- Baixa densidade = Economia com infraestrutura
- Manutenção das propriedades mecânicas = Elementos estruturais
- Facilidade no transporte de peças = Maior produtividade
CONCRETO AUTO ADENSÁVEL
- Facilidade no manuseio e aplicação = Preencher espaços/ferragens
- Redução no tempo de adensamento = Custos mais baixos na operação
- Uso de adições minerais e plastificantes = Coesão e fluidez
CONCRETO EMBORRACHADO
- Aumento da tenacidade = Maior capacidade de amortecimento
- Descarte de pneus inservíveis = Ganho ambiental
INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
ESTADO DA ARTE
CONCRETO AUTO ADENSÁVEL (CAA)
• Não necessita de vibração mecânica, agindo apenas pela ação da gravidade;
• Reduz o tempo de execução das obras, assim como ruídos e vibrações;
• Deve resistir ao fenômeno de segregação, ou seja, precisa apresentar tensões de
escoamento negativas e baixa viscosidade plástica (argila expandida);
• Faz-se necessário o uso de adições minerais e químicas, menor relação água/cimento
e menor teor de agregado graúdo, pois interferem diretamente nos parâmetros
reológicos;
• A mistura densa e coesa resulta em uma microestrutura mais compacta, aumenta as
propriedades mecânicas, térmicas e acústicas.
4 INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
ESTADO DA ARTE
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CONCRETO AUTO ADENSÁVEL (CAA)
• Devido ao teor elevado de argamassa, pode ocorrer:
• Maior tendência ao encolhimento de rachaduras;
• Menor absorção de energia.
SOLUÇÃO!
Agregados especiais, como a borracha, que absorvem melhor
as energias de ruptura.
INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
ESTADO DA ARTE
CONCRETO LEVE AUTO ADENSÁVEL (CLAA)
• Utilização de agregados leves, como argila expandida;
• Uso conjunto de agregados leves e adições minerais, como a sílica ativa, maximiza a eficiência
estrutural e reduz custo com transporte, devido a sua baixa densidade;
• Argila expandida proporciona o “efeito de rolamento”, garantindo maior fluidez e coesão a
mistura;
• Usar duas granulometrias de argila expandida promove o melhor empacotamento dos grãos,
preenchendo, assim, os vazios existentes.
CUIDADO!
A argila expandida absorve muita água, o que interfere nas propriedades reológicas do CAA, ou seja,
deve ocorrer uma pré-saturação do mesmo.
6 INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
ESTADO DA ARTE
CONCRETO AUTO ADENSÁVEL EMBORRACHADO (CAAE)
• O uso de pneus inservíveis em concretos traz ganhos ambientais, econômicos e de
desempenho;
• Há um aumento significativo da tenacidade, ductilidade e amortecimento, ou seja,
concretos emborrachados absorvem mais energia de ruptura que o convencional;
• Devido a superfície rugosa das partículas de borracha, há um aumento da coesão das
misturas;
• Materiais emborrachados são excelentes isolantes térmicos e acústicos.
7 INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
ESTADO DA ARTE
CONCRETO AUTO ADENSÁVEL EMBORRACHADO (CAAE)
• Devem ser incorporados na granulometria e porcentagem ideal;
• Incorporações acima de 30% não são recomendadas;
• Observa-se uma diminuição na trabalhabilidade em concreto emborrachados,
acarretando no uso de aditivos superplastificantes;
• Há uma fraca ligação entre a superfície da borracha e a pasta de cimento, deixando o
concreto mais frágil;
• Observa-se uma diminuição quanto a resistência à compressão e rigidez, porém com
o uso de adições minerais, tais aspectos são melhorados.
8 INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
OBJETIVO
O propósito deste estudo foi testar a teoria dos CLAAE, comparando
diferentes porcentagens de substituição da areia pelo pó de borracha,
analisando seus principais parâmetros reológicos e mecânicos.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1. Buscando minimizar a queda da resistência mecânica, distribuições
granulométricas de argila expandida foram testadas;
2. Adições minerais de sílica ativa foram realizadas a fim de se obter maior coesão
nas misturas de concreto;
3. Ensaios especiais de microestrutura e desempenho acústico foram realizados.
9 INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental
10
Figura 1: Sílica ativa e cimento Portland CPV ARI.
Figura 2: Areia fina e pó de borracha.
INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental
11
Figura 3: Argila expandida - Tipo C15 e C05. Figura 4: Superplastificante
Techiflow.
Detalhe da estrutura porosa da argila expandida
INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
• DOSAGEM DOS CONCRETOS - 1ª ETAPA
- Buscar a melhor distribuição granulométrica das argilas expandidas;
- Avaliar a resistência à compressão e a densidade;
- Utilizar o traço de melhor desempenho como referência.
• DOSAGEM DOS CONCRETOS - 2ª ETAPA
- Substituir a areia fina por pó de borracha em duas porcentagens distintas;
- Avaliar o desempenho reológico, mecânico, microestrutural e acústico.
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MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental
INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
• DOSAGEM DOS CONCRETOS – 1ª ETAPA
13
MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental
Cimento Sílica ativa Areia fina C05 C15 Água SPA
T1 1
0,1
2,11
0,36 (55%) 0,21 (45%) 0,43
0,01
T2 0,43 (65%) 0,17 (35%) 0,008
T3 0,49 (75%) 0,12 (25%) 0,0075
Tabela 1: Dosagem dos concretos da 1ª etapa.
SPA: superplastificante
INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
PRODUÇÃO E MOLDAGEM DOS CONCRETOS - Umedecimento das argilas expandidas;
- Moldagem de corpos-de-prova cilíndricos de 100 mm de diâmetro x 200 mm de altura;
- Cura úmida após a desforma.
SEQUÊNCIA DA MISTURA 1º argilas expandidas
2º areia fina
2 minutos
4º metade da água
5º cimento Portland
6º restante da água
3 minutos
7º sílica ativa
2 minutos
8º superplastificante
14
MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental
1ª ETAPA
INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
15
MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental
Figura 5: Pré-umedecimento da argila expandida.
Figura 6: Materiais e moldes separados.
Figura 7: Moldes com concreto.
INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
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MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental
Figura 8: Corpos-de-prova de concreto após desforma.
Figura 9: Corpos-de-prova de concreto em cura úmida.
Prescrição: ABNT NBR 5738:2008 Temperatura: 23ºC (+/- 2ºC) e Umidade: 95%
INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
• ENSAIOS NO ESTADO FRESCO (ABNT NBR 15823:2010)
17
MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental
Figura 10: Espalhamento.
Figura 11: Viscosidade. Figura 12: Habilidade
passante.
H1
H2
Es
co
am
en
to
INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
• ENSAIOS NO ESTADO ENDURECIDO
18
MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental
Figura 13: Resistência à compressão.
Prescrição: ABNT NBR 6118:2014
Figura 14: Densidade.
Prescrição: ABNT NBR 9778:1986
Superfície seca Imerso Seco
INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
RESULTADOS PARCIAIS E DISCUSSÕES 1ª ETAPA
19
Slump (mm)
ABNT NBR 15823:2010
(mm)
Funil “V” (s)
ABNT NBR 15823:2010
(s)
Caixa “L”
ABNT NBR 15823:2010
T1 560 > ou = 550
5 < ou = 9
0,86 > ou = 0,80
T2 570 5 0,87
T3 570 6 0,87
Tabela 2: Reologias dos concretos da 1ª etapa.
- Valores mínimos de auto adensibilidade foram atingidos em todos os traços;
- Todos os concretos apresentaram tempo de escoamento inferior a 9 segundos;
- A habilidade passante acima de 0,80 foi atingida por todos os concretos desenvolvidos na
1ª etapa, não sendo, também, observado o fenômeno de segregação.
INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
20
Tabela 3: Densidade dos concretos da 1ª etapa.
ME, 28 dias (kg/m3)
T1 2081
T2 2087
T3 2132
43,1 40,8 41,5
45,6
58,4 60,3
0
10
20
30
40
50
60
70
T1 T2 T3
Res
istê
nci
a à
co
mp
ress
ão
(M
Pa
)
TRAÇO
7 dias
28 dias
- Nas primeiras idades há maior exigência da argamassa quanto à resistência;
- Aos 28 dias, os agregados interferem nos ganhos mecânicos e, granulometrias menores de argila expandida
são mais resistentes;
- O traço T1 apresentou menor densidade, porém, menor resistência aos 28 dias.
RESULTADOS PARCIAIS E DISCUSSÕES 1ª ETAPA
Figura 15: Resistência à compressão dos concretos da 1ª etapa.
INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
• DOSAGEM DOS CONCRETOS – 2ª ETAPA
21
MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental
Cimento Sílica ativa
Areia fina
Pó de borracha
C05 C15 Água SPA
B1 1
0,1
2,01 0,045 (5%) 0,49 (75%)
0,12 (25%)
0,43
0,01
B2 1,90 0,052 (10%)
Tabela 4: Dosagem dos concretos da 2ª etapa.
SPA: superplastificante
INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
PRODUÇÃO E MOLDAGEM DOS CONCRETOS - Umedecimento das argilas expandidas; - Moldagem de corpos-de-prova cilíndricos de 100 mm de diâmetro x 200 mm de
altura e 59 mm de diâmetro x 50 mm de altura; - Cura úmida após a desforma.
SEQUÊNCIA DA MISTURA 1º argilas expandidas 2º areia fina
3º pó de borracha 2 minutos 4º metade da água 5º cimento Portland 6º restante da água 3 minutos 7º sílica ativa 2 minutos 8º superplastificante
22
MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental
2ª ETAPA
INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
• ENSAIOS NO ESTADO ENDURECIDO
23
MATERIAIS E MÉTODOS Desenvolvimento Experimental
Figura 17: Absorção acústica. Figura 18: MEV e EDS.
Prescrição: ASTM E 2611
TUBO DE IMPEDÂNCIA
Figura 16: Resistência à tração por compressão diametral.
Prescrição: ABNT NBR 7222:1982
INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
24
Slump (mm)
ABNT NBR 15823:2010
(mm)
Funil “V” (s)
ABNT NBR 15823:2010
(s)
Caixa “L”
ABNT NBR 15823:2010
B1 560 > ou = 550
4 < ou = 9
0,89 > ou = 0,80
B2 580 4 0,90
Tabela 5: Reologias dos concretos da 2ª etapa.
- Valores mínimos de auto adensibilidade foram atingidos em todos os traços;
- Todos os concretos apresentaram tempo de escoamento inferior a 9 segundos;
- A habilidade passante acima de 0,80 foi atingida por todos os concretos desenvolvidos na
2ª etapa, não sendo, também, observado o fenômeno de segregação;
- Houve a necessidade de mais SPA nas misturas com borracha, pois, as partículas de
borracha reduzem a fluidez da mistura, porém, há maior coesão.
RESULTADOS PARCIAIS E DISCUSSÕES 2ª ETAPA
INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
25
41,5
28 24
60,3
34
28,2
0
10
20
30
40
50
60
70
Referência B1 B2
Res
istê
nci
a à
co
mp
ress
ão
(M
Pa
)
TRAÇO
7 dias
28 dias
RESULTADOS PARCIAIS E DISCUSSÕES 2ª ETAPA
Figura 19: Resistência à compressão dos concretos da 2ª etapa.
- B1 e B2 apresentaram valores
maiores que 20 MPa;
- Quando o pó de borracha é
adicionado a mistura de CLAA,
há uma queda brusca na
resistência à compressão;
- Além de serem pontos frágeis na
mistura, a incorporação da
borracha produz porosidade no
concreto, isso ocorre devido a sua
estrutura irregular.
INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
26
2132
1882
1830
1600
1700
1800
1900
2000
2100
2200
Referência B1 B2
Den
sid
ad
e (k
g/m
3)
TRAÇO
RESULTADOS PARCIAIS E DISCUSSÕES 2ª ETAPA
Figura 20: Densidade dos concretos da 2ª etapa.
- Por apresentarem mais agregados
leves, B1 e B2 apresentaram
densidade menores que o concreto
de referência.
INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
27
4,4
3,37
2,56
5,2
4,27
3,38
0
1
2
3
4
5
6
Referência B1 B2
Res
istê
nci
a à
tra
ção
po
r co
mp
ress
ão
d
iam
etra
l (M
Pa
)
TRAÇO
7 dias
28 dias
- Assim como os resultados obtidos
no ensaio de resistência à
compressão, os resultados à tração
nos CLAAE foram menores que os
CLAA, porém observou-se uma
queda mais amena, ou seja, os
resíduos de borracha tendem a
resistir melhor aos esforços de
tração.
RESULTADOS PARCIAIS E DISCUSSÕES 2ª ETAPA
Figura 21: Resistência à tração por compressão diametral dos concretos da 2ª etapa.
INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
28
RESULTADOS PARCIAIS E DISCUSSÕES 2ª ETAPA
ITZ
EXPANDED CLAY
PASTE
C-S-H
Figura 22: MEV e EDS do CLAAE – Argila Expandida.
- Redução da ITZ;
- Poros não
interconectados devido as
bolhas de gases
originadas no processo de
fabricação da argila;
- Si + O representam
estabilidade térmica e
acústica do material.
INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
29
RESULTADOS PARCIAIS E DISCUSSÕES 2ª ETAPA
PASTE
Figura 23: MEV e EDS do CLAAE – Pó de Borracha.
- Poros irregulares;
- Assim como a
presença de Si e O,
altos valores de C
indicam ganhos
acústicos.
INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
30
RESULTADOS PARCIAIS E DISCUSSÕES 2ª ETAPA
Figura 24: Coeficiente de Absorção – CAA convencional.
Figura 25: Coeficiente de Absorção – CAA com argila expandida.
Figura 26: Coeficiente de Absorção – CAA com pó de borracha.
- CAA com agregados convencionais possuem
coeficiente de absorção menor que os CAA com
argila expandida ou com pó de borracha;
- O resíduo de borracha se mostrou mais eficiente
quanto a esta propriedades, fato atribuído a sua
estrutura química.
INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
CONCLUSÕES
• Desenvolvimento experimental adequado;
• Nenhuma incompatibilidade entre os materiais de partida;
• Metodologia de dosagem eficiente;
• Concretos apresentaram coesão, consistência e trabalhabilidade;
• A resistência à compressão dos CLAA produzidos apresentaram resistência mecânica
maior que 20 MPa aos 28 dias, assim como os CLAAE, apesar de obterem valores
menores;
• Agregados leves melhoram as condições microestruturais dos concretos com a
diminuição da espessura da zona de transição;
• Resíduo de borracha apresenta maior absorção acústica que outros agregados.
31 INTRODUÇÃO BASE TEÓRICA ESTADO DA ARTE OBJETIVOS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS CONCLUSÕES
PRÓXIMOS PASSOS
• Realizar outras substituições da areia fina pelo pó de borracha;
• Serão testados tratamentos do pó de borracha, de forma a minimizar a queda de resistência
mecânica.
• Testes de durabilidade serão realizados, assim como de módulo de elasticidade,
amortecimento e resistência ao impacto;
• Ensaios de Raio-X complementarão a análise microestrutural;
• Placas de concreto serão moldadas a fim de medir a perda de transmissão dos CLAAE;
• Os resultados serão tratados estatisticamente com o auxílio do software ANOVA.
32
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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concrete. Construction and Building Materials, v. 44, p. 7–14, 2013.
GESOGLU, M. et al. Shear thickening intensity of self-compacting concretes containing rounded lightweight
aggregates. Construction and Building Materials, v. 79, p. 40–47, 2015.
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concrete. Asian Journal of Civil Engineering, v. 16, n. 7, p. 1025–1035, 2015.
GUNEYISI, E.; GESOGLU, M.; BOOYA, E. Fresh properties of self-compacting cold bonded fly ash lightweight
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Aggregates: Modelling and Optimization. International Journal of Concrete Structures and Materials, v. 9, n. 2, p.
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KARAHAN, O. et al. Fresh, Mechanical, Transport and Durability Properties of Self-Consolidating Rubberized
Concrete. ACI Materials Journal, v. 109, 2013.
YUNG, W. H.; YUNG, L. C.; HUA, L. H. A study of the durability properties of waste tire rubber applied to self-
compacting concrete. Construction and Building Materials, v. 41, p. 665–672, 2013.
33
OBRIGADA!
Contato: [email protected]
Ma. Andressa Fernanda Angelin
Mestra em Tecnologia e Inovação
Doutoranda da Faculdade de Tecnologia FT/UNICAMP
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