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José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos
Materiais de Construção
( TC-031)
ADITIVOS PARA CONCRETO
Prof. José de Almendra Freitas Jr.
freitasjose@terra.com.br
Ministério da EducaçãoUniversidade Federal do ParanáSetor de TecnologiaDepartamento de Construção Civil
Versão 2013Versão 2013
José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos
ADITIVOS PARA CONCRETOSão produtos empregados na produção de concretos e
argamassas de cimento para modificar certas propriedades do
material fresco ou endurecido.
“Aditivo” – 4o componente do concreto,(cimento / agregados / água/ aditivos)
Todo concreto minimamente estudado usa aditivos. No 1o mundo 70 a 80% dos concretos usam algum tipo de aditivo.
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ADITIVOS PARA CONCRETO
• Aumentar a trabalhabilidade ou plasticidade do concreto;
• Reduzir o consumo de cimento (custo);
• Alterar acelerando ou retardando o tempo de pega;
• Reduzir a retração;
• Aumentar a durabilidade:
� Inibindo a corrosão das armaduras;
� Neutralizando as reações álcali-agregado;
� Reduzindo o efeito do ataque por sulfatos;
� Diminuir a permeabilidade.
Finalidades:
José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos
NBR-11768/92 classifica alguns dos tipos de aditivos:
TIPO FinalidadeP plastificante ou redutor de água (mínimo 6% de redução);A acelerador do tempo de pega;R retardador do tempo de pega;
PR plastificante e retardador do tempo de pega;
PA plastificante e acelerador do tempo de pega;IAR incorporador de ar;SP superplastificante (mínimo 12% de redução de água);SPR superplastificante retardador;SPA superplastificante acelerador.
ADITIVOS PARA CONCRETO
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ADITIVOS TENSOATIVOS: INCORPORADORES DE AR - IAR
(adaptação de Mehta e Monteiro, 2006)
Reduzem a tensão superficial da água e incorporam ou adicionam ar ao concreto, prendendo-o em bolhas de 0,1 a 0,8mm.
Grau eficiência depende da presença de finos, quanto mais finos (também alto consumo de cimento), menos ar é incorporado.Excesso de ar incorporado diminui a resistência mecânica do
concreto.
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ADITIVOS TENSOATIVOS: INCORPORADORES DE AR - IAR
(Narciso Gonçalves da Silva, Giovana Collodetti, Douglas Z. C. M. Pichetti, Philippe Jean Paul Gleize, UTFPR)
A inclusão de ar é preventiva e aumenta a resistência do concreto à deterioração devido aos ciclos de gelo/degelo.
Criam bolhas de ar muito estáveis, fortes, pequenas e próximas umas das outras.
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ADITIVOS TENSOATIVOS: INCORPORADORES DE AR - IAR
Finalidades:- Aumentar a plasticidade por diminuir o atrito entre os sólidos.- Diminuem a permeabilidade e aumentam a durabilidade (menor a/c). - Reduzem também a segregação e exsudação.- Aumentar a resistência do concreto ao fenômeno gelo-degelo. As
bolhas deixam espaço para a formação dos cristais de gelo.
(Mehta e Monteiro, 2006)
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Congelamento da água dentro do concreto – fenômeno gelo/degelo:Concreto permeável absorve a água no estado líquido;Temperaturas negativas formam gelo nos poros – aumento de volume da água em 9%;Congelamento também gera pressões osmóticas;Tensões internas decompõe o concreto.
ADITIVOS TENSOATIVOS: INCORPORADORES DE AR - IAR
(Prof. José Marques Filho)
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ADITIVOS TENSOATIVOS:INCORPORADORES DE AR - IAR
Minimização dos efeitos fenômeno gelo/degelo:
Recomendação de Incorporação de Ar - ACI 318
3,54,576
4550
4,55,537,5
4,5625
5619
5,5712,5
67,59
Exposição moderadaExposição severa
Conteúdo de ar (%)Dimensão máxima nominaldo agregado (mm)
ACI Committe 318
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ADITIVOS TENSOATIVOS: INCORPORADORES DE AR - IAR
Efeitos da incorporação de ar ao concreto:
Aumenta a % de ar, reduz a resistência à compressão.
José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos
Aumentam a trabalhabilidade. São moléculas com extremidades laterais com cargas negativas. Um dos lados adere aos grãos de cimento (superfície positiva), e
outro lado com carga negativa fica exposto. A repulsão elétrostática entre as cargas negativas afasta os
grãos de cimento cobertos pelo aditivo facilitando a trabalhabilidade.
ADITIVOS TENSOATIVOS:PLASTIFICANTES OU REDUTORES DE ÁGUA- P, SP e PF
Sem Aditivo Com Aditivo SP
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ADITIVOS TENSOATIVOS:
PLASTIFICANTES OU REDUTORES DE ÁGUA- P, SP e PF
Menos água ou
Mais cimento
Menos água = perda de trabalhabilidade
Maior custo, Mais retração,Mais calor, ...
Mais cimento =
Aditivos P, PF e SP possibilitam:
Menos água sem perda de trabalhabilidade.
Diminuir a/c para obter um fc maior e um concreto melhor:
Mai
or fc
e um
co
ncre
to m
elho
r
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Finalidades principais:
1) Aumentar a trabalhabilidade mantendo o a/c e a resistência mecânica.
2) Aumentar a resistência diminuindo o a/c, mantendo a trabalhabilidade.
3) Reduzir o consumo de cimento (custo) assim como o consumo de água mantendo o a/c e a resistência.
ADITIVOS TENSOATIVOS:
PLASTIFICANTES OU REDUTORES DE ÁGUA- P, SP e PFNBR 11768
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ADITIVOS TENSOATIVOS:PLASTIFICANTES OU REDUTORES DE ÁGUA- P, SP e PF
(Meh
tae
Mon
teiro
, 200
6)
www.concretedecor.net
Concreto Auto-adensável
Molécula com grupo polar aniônicona cadeia de hidrocarbonetos.
Antes Depois
Grão de Cimento
EnvolvidoPelo
aditivo
José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos
ADITIVOS TENSOATIVOS:PLASTIFICANTES OU REDUTORES DE ÁGUA- P, SP e PF
NBR 11768
(Meh
tae
Mon
teiro
, 200
6)
(Ramachandran, 1998)(Ramachandran;Malhotra, 1998)
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José
Fre
itas
Jr.)
ADITIVOS TENSOATIVOS:PLASTIFICANTES OU REDUTORES DE ÁGUA- P, SP e PF
Exemplos dos usos de aditivos plastificantes P, para as diferentes finalidades.
Período de eficiência dos aditivos plastificantes depende de:• Quantidade aplicada (0,2 a 0,6 % do peso de cimento);• Temperatura ambiente (maior temperatura diminui o tempo);• Finura do cimento (mais fino, menor período);• Normalmente aditivos do tipo P - 2 a 4 horas.
R$ 3,50/kgPlastificanteR$ 40,00/m3BritaR$ 45,00/m3AreiaR$ 0,40/kgCimento
Ref. 04/2011Custos
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José
Fre
itas
Jr.)
EXEMPLOS DE USOS DE PLASTIFICANTES - P
R$ 157,81Total90 mmAbatimento
R$ 4,48+ 1,28 kgAditivo plastificante (0,44%)R$ 22,040,551 m3BritaR$ 14,490,322 m3Areia
----172 litrosÁguaR$ 116,80292 kgConsumo de cimento
0,59Relação a/c24 MPaRuptura média à compressão (28 dias)
R$1) Uso de aditivo P para aumentar o abatimentoR$ 153,33Total
60 mmAbatimento----Aditivo plastificante
R$ 22,040,551 m3BritaR$ 14,490,322 m3Areia
----172 litrosÁguaR$ 116,80292 kgConsumo de cimento
0,59Relação a/c24 MPaRuptura média à compressão (28 dias)
R$CONCRETO DE REFERÊNCIA
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José
Fre
itas
Jr.)
EXEMPLOS DE USOS DE PLASTIFICANTES - P
R$ 159,07Total60 mmAbatimento
R$ 5,11+ 1,46 kgAditivo plastificante (0,5%)R$ 22,40,560 m3Brita
R$ 14,760,328 m3Areia----154 litrosÁgua
R$ 116,8292 kgConsumo de cimento0,53Relação a/c
31 MPaRuptura média à compressão (28 dias)R$2) Uso de aditivo P para aumento de resistência
R$ 153,33Total60 mmAbatimento
----Aditivo plastificante R$ 22,040,551 m3BritaR$ 14,490,322 m3Areia
----172 litrosÁguaR$ 116,80292 kgConsumo de cimento
0,59Relação a/c24 MPaRuptura média à compressão (28 dias)
R$CONCRETO DE REFERÊNCIA
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José
Fre
itas
Jr.)
EXEMPLOS DE USOS DE PLASTIFICANTES - P
R$ 146,98Total60 mmAbatimento
R$ 4,06+ 1,16 kgAditivo plastificante (0,44%)R$ 23,000,575 m3BritaR$ 14,720,337 m3Areia
----155 litrosÁguaR$ 105,20263 kgConsumo de cimento
0,59Relação a/c24 MPaRuptura média à compressão (28 dias)
R$3) Uso de aditivo P para redução de custoR$ 153,33Total
60 mmAbatimento----Aditivo plastificante
R$ 22,040,551 m3BritaR$ 14,490,322 m3Areia
----172 litrosÁguaR$ 116,80292 kgConsumo de cimento
0,59Relação a/c24 MPaRuptura média à compressão (28 dias)
R$CONCRETO DE REFERÊNCIA
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(Granato –BASF)
PLASTIFICANTES OU REDUTORES DE ÁGUA- P, SP e PF
ADITIVOS TENSOATIVOS:
Plastificantes - P - até 12% de redução de águaPolifuncionais – PF - até 20% de redução de águaSuperplastificantes – SP – mais de 20% de redução de água
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PLASTIFICANTES OU REDUTORES DE ÁGUA- P, SP e PF
ADITIVOS TENSOATIVOS:
Usos mais comuns:
• Plastificantes e Polifuncionais:
Para reduzir o consumo de cimento melhorar o abatimento, em concretos com fck até 40 MPa e
para abatimentos de até 120 mm.
• Superplastificantes
Para produzir concretos de alta resistência e concretos auto-adensáveis, utilizando como
“fluidificantes”.
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ADITIVOS TENSOATIVOS:SUPERPLASTIFICANTES – SPSuperplastificantes - classe a parte de plastificantes.Adicionado ao concreto em 1 a 3% do peso de cimento sem segregar. Período de eficiência SP das 1as gerações – 45 minutos, obrigava a adição no local da obra e não na usina.
2ª geração - adição na obraAção de um SP sobre os grãos de cimento
(GRACE)
NBR 11768 (tipo SP)
repulsão eletrostática e estérica.
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ADITIVOS TENSOATIVOS:SUPERPLASTIFICANTES – SPGerações : 1ª - Lignosulfonados, Melanina-formaldeído;2ª geração – Naftalênicos, eficiência por 1/2 hora;3a geração – Policarboxilatos, eficiência por 1:30 horas
custo alto - R$ 14,00/kg (04/2006) ADVA e GLENIUMHiperplastificantes
2ª geraçãoNaftalênico - Cor escura
3ª geração +Policarboxilatos - Cor clara
NBR 11768 (tipo SP)
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ADITIVOS TENSOATIVOS:SUPERPLASTIFICANTES – SPCaracterísticas:- Custo muito elevado, 5 a 6 X superiores aos tipo P.- Campo de aplicações é limitado:
Concretos de alta resistência (fck > 40 MPa) – CAD/CARConcretos com altíssima fluidez CAA – abatimentos de 250 mm
- Ainda não é viável seu uso para a redução de custo.
ADVA 170GRACE
(Concrebras)
NBR 11768 (tipo SP)
CAA
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ADITIVOS TENSOATIVOS:HIPERPLASTIFICANTES – (SP de 3ª geração +)
Aditivos SP com base de policarboxilatos além de agirem por repulsão eletrostática apresentam outro mecanismo de
ação: a repulsão estérica.
Repulsão eletrostática para a
cadeia de naftaleno e melanina.
(Adapta
ção d
e C
olle
pard
iet. a
l. 1
999)
Repulsão estérica de um policarboxilato.
Longas cadeias laterais ligadas na cadeia
central do polímero cria uma capa de
adsorção de grande volume que impede
a aproximação das partículas de cimento.
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Ação superplastificante – Gleniun 51 – MBT/BASF
Gleniun 51Grão de cimento
hidratando
ADITIVOS TENSOATIVOS:HIPERPLASTIFICANTES – (SP de 3ª geração +)
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Concreto sem SP
Concreto com SP
ADITIVOS TENSOATIVOS:SUPERPLASTIFICANTES – SP
100 g de SP ou 1% do peso do cimento
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ADITIVOS TENSOATIVOS:HIPERPLASTIFICANTES – (SP de 3ª geração +)
Características:Redução de até 25% no a/c.Base de éter policarboxilato.
Concretos auto adensáveis e concretos de alta resistência.
Facilitam o preenchimento de formas com alta concentração de armadura,
melhoram o acabamento em concreto aparente.
Concretos com baixo consumo de cimento sem segregação, preservando as características durante o processo
de bombeamento.
NBR 11768 (tipo SP)Burjdubai
CAA
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Policarboxilatos, são polímeros tipo “pente” no qual em uma cadeia principal de polimetilmetacrilato são enxertados
lateralmente grupos etoxilados e/ou propoxilados.
Apresentam um mecanismo duplo de ação dispersante. Repulsão eletrostática (cargas negativas existentes nos grupos carboxilatosao longo da cadeia de polimetilmetacrilato) e estabilização estérica(grupos hidrofílicos laterais). Combinação resulta em elevadíssimo
poder dispersante das partículas de cimento.
ww
w.r
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et.c
om.b
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ADITIVOS TENSOATIVOS:HIPERPLASTIFICANTES – (SP de 3ª geração +)
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ADITIVOS TENSOATIVOS:POLIFUNCIONAIS
Características:Plastificantes intermediários entre
os plastificantes comuns e os superplastificantes.
Reduções de água de 7% a 15%.Capacidade plastificante varia em
função da dose.Atuam como plastificante ou
redutor de água.Reduções de água próximas aos
aditivos SP, mas com elevado período de eficiência.
NBR 11768 (tipo P)
Custos menores que os dos superplastificantes.Muito usado em centrais
de concreto para aumentar o abatimento e possibilitar reduções no consumo de
cimento e no custo.
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ADITIVOS MODIFICADORES DO TEMPO DE PEGA
• Afetam ao tempo de pega e desenvolvimento do endurecimento.
• AceleradoresAceleradores facilitam a dissolução da cal e da sílica, (silicatos), e da alumina, (aluminatos). Aceleram fortemente as reações iniciais de
hidratação e endurecimento, especialmente do C3S.
• Composição química e finura do cimento afetam a velocidade de aceleração.
• RetardadoresRetardadores retardam a osmose da água nos grãos de cimento, agindo por defloculação e
adsorção.
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ADITIVOS MODIFICADORES DO TEMPO DE PEGA
Aplicações e efeitos:
Retardadores - R
Trazem flexibilidade no tempo de pega do concreto, aumentando o tempo de trabalhabilidade e acabamento do concreto, sendo adequados para aplicações mais complexas em condições de climas quentes.
•Concretagens longas.
•Melhor distribuição do calor de hidratação.
•Menos retração.
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ADITIVOS MODIFICADORES DO TEMPO DE PEGA
Aplicações e efeitos:
Retardadores - R
• Dosagem máxima (+- 0,5% do peso do cimento);
• Acima do limite o comportamento fica instável no início de pega;
• Retardamento entre seis e oito horas;
• Afetam as resistências iniciais (primeiras horas e dias);
• Não prejudicam a resistência final.
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ADITIVOS MODIFICADORES DO TEMPO DE PEGA
Aplicações:
Retardadores - R
Em concretagens de grandes volumes os retardadores minimizam as juntas frias.
Retardadores
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Aplicações e efeitos:
Aceleradores - A –•Concretagens em clima frio;
•Redução do tempo de aplicação de procedimentos de cura;
•Aumenta a resistência inicial, acelerando a desforma;
•Reduz a exsudação;
•Aceleram o início de serviços acabamento (ex.: piso zero);
•Concentração calor de hidratação;
•Possibilita lançar o concreto em temperaturas de até -7°C sem o congelamento da água
•Mais retração.
ADITIVOS MODIFICADORES DO TEMPO DE PEGA
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Aplicações: Aceleradores - A –
ADITIVOS MODIFICADORES DO TEMPO DE PEGA
Provocam uma pega mais rápida e desenvolvimento mais rápido de resistência.
Permitem a moldagem do concreto em temperaturas mais baixas, reduzindo tempo de acabamento dos projetos.
Possibilitam a liberação de pavimentos mais
cedo para o tráfego ....tecnologia fast track
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ADITIVOS MODIFICADORES DO TEMPO DE PEGA
Aditivos aceleradores com cloretos, como o cloreto de cálcio, CaCl2, são os mais eficientes mas são
nocivos às armaduras de aço pela ação potencializadora de corrosão do cloro.
Carbonato de PotássioCloreto de
CálcioK2CO3CaCl2 Aceleradores
José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos
Efeitos do Cloreto de CEfeitos do Cloreto de Cáálcio lcio CaClCaCl22 no concretono concreto
(Mehta e Monteiro, 1994)
ADITIVOS MODIFICADORES DO TEMPO DE PEGAde CaCl2
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PRÉ-MOLDADOSCimento ARI, aditivos aceleradores e cura térmica a vapor.
Anéis para túneis
Necessidade de desforma rápida para maior produtividade do equipamento.
ADITIVOS MODIFICADORES DO TEMPO DE PEGA
José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos
INIBIDORES DE HIDRATAÇÃO (Estabilizadores)
Interrompem processo de hidratação do cimento, chamados inibidores ou estabilizadores.
ADITIVOS MODIFICADORES DO TEMPO DE PEGA
Retardadores:● Ação limitada pela dosagem máxima (0,5% do peso do cimento);
● Ultrapassando limite, comportamento muito instável no início de pega; ● Retardamento entre seis e oito horas;
● Afetam as resistências iniciais (primeiras horas e dias);● Não prejudicam a resistência final.
Inibidores ou estabilizadores:● Retardamento de até 40 horas,
● Pouco afeta as resistências iniciais.
● Dosagem de 0,2 a 2,5% do peso do cimento.
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Param a hidratação do cimento. Podem manter o concreto fresco dentro dos caminhões por horas
ou inclusive dias. Também é utilizados para assegurar a qualidade do concreto que
deve ser entregue em longas distâncias.
(Concrebras)
ADITIVOS MODIFICADORES DO TEMPO DE PEGAINIBIDORES DE HIDRATAÇÃO (Estabilizadores)
RECOVER - Grace
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ADITIVOS MINERAIS
Aditivos
São materiais silicosos moídos a pó, em geral provenientes de algum tipo de resíduo industrial, que quando adicionados ao cimento, produzem algumas características interessantes
no concreto.
Classificação:Pozolânicos - reagem fixando o hidróxido de cálcio, formando
estruturas tipo C-S-H. Ex. cinzas volantes com baixo teor de cálcio.
Cimentantes - reagem hidratando com a água. Ex. escória granulada de alto forno.
Alguns aditivos tem reações tanto pozolânicas como cimentantes, como as cinzas volantes (fly ash) com elevado teor de cálcio.
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ADITIVOS MINERAIS
Reação pozolânica:Reação sílica SiO2 com hidróxido de cálcio Ca(OH)2, forma
estruturas tipo C-S-H.Fixam a cal livre Ca(OH)2 no concreto.
Estruturas C-S-H são muito menos solúveis que o hidróxido de cálcio.
Minimiza a permeabilidade e melhora a durabilidade.Cristais de Ca(OH)2 tem baixa resistência mecânica, são
muito solúveis e lixiviáveis.
Reação cimentante:Hidratação de silicatos.
Podem ser os silicatos do clinquer ou outros semelhantes.
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ADITIVOS MINERAIS
ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA:Geram principalmente reações pozolânicas.
Tipos:
Pozolanas comuns:Pozolanas naturais e cinzas volantes.
Pozolanas altamente reativas:Sílica ativa e cinza de casca de arroz.
Pozolanas pouco reativas:Escórias de alto forno esfriadas lentamente.
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ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA
Pozolanas:
Os materiais que diferem das classes anteriores e a cinza volante proveniente da queima de carvão
sub-betuminoso.Classe E
Cinza volante proveniente da queima de carvão betuminoso.
Classe C
Pozolanas naturais, materiais vulcânicos, terras diatomáceas, argilas calcinadas.
Classe N
Materiais que obedecem os requisitos:NBR 12653
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Pozolanas - Cinzas volantes = Classe C
Pó proveniente de fornos que queimam carvão mineral (termoelétricas)
AÇÃO POZOLÂNICA – SiO2 + Ca(OH)2 + H2O Estruturas C-S-H
Tamanho dos grãos e S.E. semelhante aos do cimento Portland
ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA
1,51,51,5Álcalis disponível em Na2O (% máximo)
6,06,010,0Perda ao fogo (% máximo)
3,03,03,0Teor de umidade (% máximo)
5,05,04,0SO3 (% máximo)
50,070,070,0SiO2+Al2O3+Fe2O3 (% mínimo)
NCNCLASSE
NBR 12653Propriedade
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ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA
Cinzas volantes: “FLY ASH”
Pó proveniente de fornos que queimam carvão mineral moído como combustível, (Ex. termoelétricas a carvão).
Constituídas por vidro de silicato contendo alumínio, ferro e álcalis.
A pequena quantidade de matéria cristalina presente consiste geralmente de quartzo, mulita, silimanita, hematita
e magnetita.
Pós com 15-30% de partículas maiores do que 45 µm (200 a 300 m²/kg de finura Blaine).
José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos
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ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA
Cinzas volantes: “FLY ASH”
As NBR não permitem a adição de cinzas volantes diretamente ao concreto, somente através das cimenteiras como adição ao cimento.
José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos
• Granulometria;• Características da superfície e• Morfologia dos grãos.
Cinzas volantes: “FLY ASH”
Quanto a % de CaO:
• 1ª - menos de 10% de CaO;
• 2ª - entre 10% a 30 % de CaO.
SiO2 - 60 a 85% sílica-vidro e
10 a 30% em compostos cristalinos.
Grau de reatividade, (velocidade de ganho da resistência mecânica), varia com:
ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA
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ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA
Cinzas volantes: “FLY ASH”
Efeitos sobre o concreto:
- Retardam o ganho de resistência mecânica.
Nas primeiras idades a resistência fica prejudicada devido a baixa
velocidade das reações pozolânicas.
Aos + - 60 dias a resistência se iguala a do clinquer hidratado.
- Calor de hidratação fica menor e melhor distribuído no tempo.
- Melhoram a trabalhabilidade do concreto fresco.
Forma estruturas sólidas mais tarde que o clinquer.
O formato dos grãos favorece a trabalhabilidade.
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Cinzas volantes: “FLY ASH”
Efeitos sobre o concreto:
- Minimiza a permeabilidade do concreto.
Reação pozolânica fixa o hidróxido de cálcio minimiza sua solubilidade.
- Minimiza a retração, por refinar os poros.
- Minimiza as fissuras por contração térmica.
Menor calor de hidratação.
- Diminuem a possibilidade da ocorrência das reações álcali-agregados.
Sílica das cinzas volantes “fixa” os álcalis nos 1os dias.
ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA
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ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA
Resistência à compressão e as cinzas volantes
http://constructionz.com/cementflyash
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ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA
Cinzas volantes: “FLY ASH”
Barragens: grandes massas de concreto
CP-IV – 45% de cinzas volantes
Menor calor de hidratação Minimiza reações álcali-sílica
Salto Caxias - Copel Itaipú
José de A. Freitas Jr. | Materiais de ConstruçãoAditivos
ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA
Cinzas volantes: “FLY ASH”
Calor de hidratação e as cinzas volantes
http://constructionz.com/cementflyash ABCP
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ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA
(José Freitas Jr.)
Cinzas volantes: “FLY ASH”
Coleta das cinzas volantes
Usina Usina
termotermo--eleléétricatrica
a carvão minerala carvão mineral
(Jos
éF
reita
s Jr
.)
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ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO POZOLÂNICA
Cinzas volantes: “FLY ASH”
Melhoram a trabalhabilidade do concreto fresco.• Forma estruturas sólidas mais tarde que o clínquer;• O formato dos grãos favorece a trabalhabilidade;• Facilita o bombeamento, adensamento nas formas e acabamento.
Sem fly ash Com fly ash
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ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICASílica ativa (microssílica):
Partículas muito pequenas de sílica (SiO2), com 0,1 µm de diâmetro médio, solidificadas no estado amorfo (não cristalino),
portanto extremamente reativas.
Tamanho do grão de sílica ativa é de 1/100 do tamanho
dos grãos do cimento
(Che
yrez
y e
t a
l., 1
995)
Imagem MEV Grãos de sílica ativa ao redor de um
grão de cimento não hidratado.
Sílica ativaCimento
anidro
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ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICASílica ativa (microssílica):Gera reações altamente pozolânicas, fixando a cal livre, selando muitos dos pequenos vazios internos do concreto, diminuindo a permeabilidade e aumentando muito a resistência mecânica do concreto.
Grão de sílica ativa tem tamanho
semelhante aos das partículas sólidas da
fumaça de cigarro
Imagem por Microscopia Eletrônica de
Transmissão mostrando partículas de sílica ativa.
(Fidjestöl e Lewis, 1999)
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ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICASílica ativa (microssílica):
Microfotografias com a mesma ampliação.
Sili
a F
ume
Ass
ocia
tion
Cimento Portland Sílica ativa
0,1 mm
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ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICASílica ativa (microssílica):Também ajuda ao concreto combinando-se com os álcalis presentes no cimento, evitando as reações expansivas destes com a sílica presente nos agregados.
Adição da Sílica Ativa ao concreto em
caminhão betoneira
(Concrebras)
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Concreto projetado com SA sofre menor perda por reflexão
devido ao aumento de coesão.
Sili
a F
ume
Ass
ocia
tion
Sílica ativa (microssílica):Pó muito fino que tem superfície específica enorme; Prejudica enormemente a trabalhabilidade; Só é possível utilização c/ aditivos superplastificantes (SP);Em concretos - 5 a 10 % do peso de cimento.
ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA
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ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA
Camargo S/A- Silmix
Sílica ativa (microssílica):
550 kg/m3
360 kg/m3
2.220 kg/m3
20.000 m2/kgEsférico0,2 µm
Massa unitáriaDensificado (D)Não densificado (ND)
Massa EspecíficaSuperfície EspecíficaFormato da partículaDiâmetro médio da partícula
Características Físicas(Valores aproximados)
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ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA
Sílica ativa (microssílica):
Camargo S/A- Silmix
20.00010.000
400 a 700300 a 500
Sílica AtivaFumaça de cigarroFly Ash (cinzas volantes)Cimento Portland
Superfície Específica (m2/kg)Material
Sílica ativa % Sílica SiO2 95/90 (média/mínimo)
Características(Valores aproximados)
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CAD
Efeitos principais da sílica ativa:
• Aumenta resistência mecânica;• Reduz porosidade e permeabilidade;• Aumenta durabilidade;• Reduz trabalhabilidade;• Melhora aderência;• Reduz reflexão em concreto projetado;• Reduz penetração de cloretos.
ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA
Sílica ativa (microssílica):
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ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA
Sílica ativa (microssílica): Efeitos principais
CAD
(b) Zona de Transição pasta/agregado de um concreto de alta resistência, obtidas por microscopia eletrônica.
(a) Zona de transição pasta/agregado de um
concreto convencional típico.
(Dalmolin, D.; 1995)
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ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA
Sílica ativa (microssílica): Efeitos principais
Aumenta resistência à compressão
FONTE
: Ca
tálogo Técnico Tecno
sil
% relativos à massa de cimento
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ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA
Sílica ativa (microssílica): Efeitos principais
Prejudica a trabalhabilidade
ITAM
BÉ
Aumenta a coesão;
Exige o uso de aditivos
superplastificantes.
“Efeito chicletes”Aumento de coesão devido a sílica ativa
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ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICASílica ativa (microssílica): Produção
Feita através da redução de quartzo a silício a 2.000°C, que évaporizado, condensando em esferas minúsculas.
www.tecnosilbr.com.br/silica_ativa.htm#características
Depois de solidificadas,
as pequenas partículas
são coletadas em filtros
eletrostáticos.
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Estrutura em Concreto Armado - CAD
Altura: + de 705 m154 a 189 pavimentos
Pronto: 2009
ww
w.b
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ubai
skys
crap
er.c
om
2008.apr.14
Burj DubaiEmirados Árabes Unidos -2008
ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA
Concretos utilizados nos pilares:
Base: C80A (DMC 20mm)0- 95 m - C80A (DMC 20mm)
95-452 m –C80 (DMC 14mm)
452-570 m –C60Lajes e demais pilares - C50
Sílica ativa (microssílica):
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Casca de arroz - capa lenhosa do grão, dura, com alto teor de sílica (MEHTA, 1992), 50% celulose, 30% lignina e 20% sílica
de base anidra.
Com a queima, a lignina e celulose removidas, resulta estrutura celular e porosa.
Queimada parcialmente - cinza com certo teor de carbono de cor preta.
Inteiramente queimada - cinza de cor acinzentada. Mesmo sem controle rigoroso da queima apresenta
propriedades pozolânicas.
Finura, densidade e forma da partícula influencia propriedades pozolânicas e a retenção de água pelo concreto.
ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICACinza de casca de arroz:
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(Cincotto,1990) Cinza da casca de arroz ( x 1.000)
(Big
no, I
sabe
lla –
IME
-RJ)
ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICACinza de casca de arroz:
Efeitos similares a sílica ativa mas em menor intensidade, sobre a resistência mecânica, permeabilidade e a trabalhabilidade.
CINCOTTO et al. (1990) obtiveram bons resultados nas propriedades mecânicas de argamassas substituindo até 50% de cimento Portland por
cinza de casca de arroz.
0,05%Fe2O3
0,59%CaO3,40%Kl2O0,09%SO3
92,85%SiO2
1,00%Al2O3
1,85%MgO0,61%Na2O
Cinza de Casca de Arroz(produzida em leito fluidifizado)
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ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA
(Joaquim Sampaio, Joana S. Coutinho, M. N. Sampaio)
Cinza de casca dearroz:
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ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICACinza de casca de arroz:
Fluxograma simplificado
da geração de cinza a
partir da queima da
casca de arroz em leito
fluidizado
(CIENTEC, 1986)
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ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA
Cinza de casca de arroz:
Aspecto do concreto com cinza de casca de arroz durante ensaio de abatimento, slump test.
(Sílvia Santos)
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(Joaquim Sampaio, Joana S. Coutinho, M. N. Sampaio)
Metacaulim:Argila caolinítica beneficiada por secagem, moagem e calcinação (750 a 1000oC).
Pozolana de alta reatividade, em fase amorfa (vítrea).
Sofre reação pozolânica c/ hidróxidos das pastas de cimento Portland, formando estruturas C-S-H.
Caulim: Al2Si2O5(OH)4 Metacaulim - Al2Si2O7
ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA
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Metacaulim:Efeitos sobre o concreto fresco:Causa uma diminuição na segregação e exsudação, ficando o concreto com aparência “argamassada”, com melhor trabalhabilidade e maior coesão, permitindo um melhor acabamento superficial.
Efeitos sobre o concreto endurecido:· Aumenta a resistência à compressão· Aumenta o módulo de elasticidade da pasta matriz· Reduz a penetração de íons de cloretos· Reduz a absorção de água· Reduz a retração· Reduz o calor de hidratação· Reduz a reatividade álcali-agregado
ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA
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Metacaulim:
Efeitos sobre concreto projetado:
• Dispensa o uso de aditivo acelerador na maioria dos casos;
• Diminui o tempo de início de pega;
• Acelera o ganho de resistência nas primeiras horas;
• Garante maior aderência ao substrato.
ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA
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Metacaulim:
ADITIVOS MINERAIS COM AÇÃO POZOLÂNICA
5Ca.(OH)2 + Al2Si2O7 → 5CaO.Al2O3.2SiO2.5H2OHidróxido de cálcio
Metacaulim Cristais de Gelenita
2,59 kg/m3Massa Específica:< 1,0% retido na # 500Finura:
32.000 m2/kgSuperfície Específica:< 3,0%Fe2O3
40%Al2O3
51%SiO2
Características Físico-Químicas: Produto Metacaulim HP
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Itambé
O resultado da reação é o ferro gusa, onde sobrenadam as escórias a temperaturas superiores a 1100°C.
Resíduos provenientes do alto-forno siderúrgico, onde argilas calcárias (cástinas) são usadas como fundentes, e corretoras de pH.
No alto-forno misturam-se o minério de ferro, (basicamente Fe2O3), o coque de carvão mineral (basicamente carbono), junto com as argilas calcárias.
ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO CIMENTANTE
Escórias de alto forno:
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A escória líquida é resfriada bruscamente por meio de jatos de água sob alta pressão nos granuladores (8 a 10m3
de água por 1tf de escória).
Não há tempo para formação de cristais, a escória se granula "vitrificando" e recebe o nome de Escória Granulada de Alto-Forno.
Esta escória, com propriedades cimentícias, com aspecto de uma areia grossa, porosa, com um tamanho máximo do grão, de 5mm, cor branca amarelada e marrom.
Escória granulada de alto forno:
ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO CIMENTANTE
www.slagcement.org
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Agregados de escória de alto forno:
ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO CIMENTANTE
www.slagcement.orgwww.slagcement.org
A escória sai do alto forno na forma de um líquido viscoso entre 1350°C e 1500°C. Se resfriada lentamente, esta energia térmica é perdida, ocorrendo a cristalização.
Na condição cristalina a escória não possui capacidade aglomerante, sendo utilizada como agregado para concreto,
pavimentação e lastro de vias férreas.
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• Resíduo do alto-forno siderúrgico;• Presença de C2S e C3S;• Grãos c/ 45 µm e 500 m²/kg de finura Blaine;• Resíduo industrial nocivo ao meio ambiente.
Coque de carvão mineral - CMinério de ferro – Fe2O3 Cástinas - CaCO3 SiO2 Fe2O3
C3S C2S ....
(José Freitas Jr.)
ALTO-FORNOSIDERÚRGICO
ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO CIMENTANTEEscória de alto forno:
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Nas escórias existe um importante percentual de silicato de cálcio.O uso das escórias no concreto é interessante o por:
• Reduzir o custo do aglomerante;
• Consumir material danoso ao meio ambiente;
• Tornar a pasta endurecida mais resistente ao ataque por sulfatos;
• Deixa o concreto menos permeável.
ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO CIMENTANTEEscória de alto forno:
ww
w.slag
cemen
t.org
As NBR não permitem a adição de escórias de alto
forno diretamente ao concreto, somente através
das cimenteiras como adição ao cimento.
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ADITIVOS MINERAIS - ADITIVOS COM AÇÃO CIMENTANTE
Escória de alto forno componentes:
Composição das escórias de alto-forno no Brasil, comparativamente ao Cimento Portland Comum
(JOHN, 1995)
30,681,31CaO/SiO2 média
-0,03 – 0,20,5 – 1,5S
-0,2 – 1,50 – 2FeO
30,4 – 2,50 – 2Fe2O3
-1,5 – 92,5 – 9MgO
58 – 1911 – 18Al2O3
2238 – 5530 – 35SiO2
6624 - 3940 – 45CaO
Cimento PortlandEscória ÁcidaEscória Básica
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OUTROS ADITIVOS
IMPERMEABILIZANTES e HIDROFUGANTES
Aditivos Impermeabilizantes:Obturam os poros do concreto reduzindo a penetração de umidade sobre pressão.
Aditivos hidrofugantes:Repelem eletricamente a água e reduzindo a penetração de umidade.
Ambas as técnicas não funcionam bem com fatores a/c ou consumos de cimento muito altos, por ter sua eficiência prejudicada pela fissuração do concreto.
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Em geral tem o efeito colateral de retardar a pega.
Basicamente existem três tipos que impermeabilizam o concreto::
Hidrofugantes:● Sais inorgânicos que reagem com a cal livre do cimento formando
sais cálcicos insolúveis;● Materiais hidrófugos que se diferem daqueles do primeiro apenas
por já se apresentarem na sua forma final, não reagindo com os componentes do cimento;
Impermeabilizantes:● Géis constituídos de partículas globulares que, após a quebra da
emulsão no meio alcalino do cimento, aglutinam-se na presença de água, reduzindo a seção dos capilares.
OUTROS ADITIVOS
IMPERMEABILIZANTES e HIDROFUGANTES
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(Freitas Jr., J.)
OUTROS ADITIVOSHIDROFUGANTES
Sem aditivo hidrofugante
Com aditivo hidrofugante
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OUTROS ADITIVOS
HIDROFUGANTES
(Vanderlei, R. D.; UEM, 2008)
Concreto semhidrofugante
Concreto comhidrofugante
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Aluminatos ou sulfoaluminatos que reagem c/ cal do cimento e a água, desprendendo hidrogênio que forma bolhas e provoca expansão.
Expansões de 3 a 8 % no volume da massa.
A porosidade criada prejudica as características mecânicas do concreto.
Usados p/ compensar os efeitos da retração em concretos, caldas para injeção e argamassas com a finalidade de torná-las expansivas.
Uso em “chumbamentos” de peças e “encunhamento” de alvenarias.
OUTROS ADITIVOS EXPANSORES
Encunhamento de alvenarias usando
argamassa com expansor.
(Freitas Jr., J. A.)
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OUTROS ADITIVOS INIBIDORES DE CORROSÃOBloqueiam a formação da micropilha (reação anódica/catódica) por um tempo, retardando o início da corrosão do aço.Reduzem principalmente os efeitos dos cloretos.Prejudicam a trabalhabilidade.Existem também inibidores de corrosão para aplicação superficial no concreto endurecido.
Proteção adicional das armaduras através de
inibidores introduzidos no concreto na produção ou
por impregnação posterior.
(Sika, 1996)
Impregnação
Mistura na massa
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Baseados no lítioHidróxido, carbonato ou fluorito de lítio, funcionam reagindo com os álcalis antes da sílica dos agregados. O produto da
reação não é expansivo. Inconveniente: tóxico.
OUTROS ADITIVOSCONTROLADORES DAS REAÇÕES ÁLCALI-SÍLICA:
Aplicação de lítio por impregnação em pavimento afetado por RAA.
Ad
ams,
N.;
Sto
kes,
D.,
Co
ncr
ete
Int.
, 8/2
002)
Aditivo a base de lítio misturado na massa de concreto para pavimento.
ww
w.a
xim
con
cret
e.co
m
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OUTROS ADITIVOSCONTROLADORES DAS REAÇÕES ÁLCALI-SÍLICA:
Aditivos minerais pozolânicos•Pequenas partículas silicosas reagem e “consomem” os álcalis,
enquanto a pasta tem muitos vazios;
•Não sobra álcalis para reagir com a sílica dos agregados;
•Cinzas volantes prejudicam o ganho de resistência;
•A sílica ativa prejudica a trabalhabilidade e tem alto custo.
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OUTROS ADITIVOS REDUTORES DE RETRAÇÃO: ARR
Reduzem a tensão superficial da água no interior dos vazios capilares. Fenômeno que resulta na minimização das tensões decorrentes da saída da água. A água não forma mísulas que
atraem e aproximam as paredes dos poros.Atualmente aditivos de custo alto, mas tem aplicações
interessantes em pisos de concreto, por exemplo, minimizando nestes a necessidade de juntas.
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Materiais de Construção
ADITIVOS PARA CONCRETO
REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS:
•CONCRETO: Estrutura, Propriedades e Materiais, P. Kumar Mehta e Paulo J. M. Monteiro, São Paulo: Pini, 1994.
•CONCRETE, Microstucture,Properties and Materials, , P. Kumar Mehta e Paulo J. M. Monteiro, McGraw-Hill, 2006
•MANUAL DO CONCRETO DOSADO EM CENTRAL – ABESC
•Palestras Eng. José Eduardo Granato - BASF Construction Chemicals Brasil
•Grace Aditivos
•ESTUDO DA VIABILIDADE DA UTILIZAÇÃO DE CINZAS DE CASCA DE ARROZ RESIDUAL EM CONCRETOS E ARGAMASSAS, Sílvia Santos, UFSC, 1997.
•CONTRIBUIÇÃO AO CONHECIMENTO DAS PROPRIEDADES DO CIMENTO PORTLAND DE ALTO FORNO, Arnaldo Battagin e Mauro Esper, ABCP, 1988
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