Avaliação dos traços de concreto com metacaulim

ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2014 – 56CBC 1

Avaliação de traços de concreto com metacaulim para manutenção de sua resistência à compressão

Evaluation of lines with concrete metakaolin for maintaining their compression resistance

A. F. M. Andrade (1); A. E. B. Cabral (2)

(1) Engenheiro Civil da Mills Estruturas e Serviços de Engenharia S.A. – email: [email protected] (2) Professor Doutor do Departamento de Engenharia Estrutural e Construção Civil, UFC – email:

[email protected]

Resumo

A utilização de pozolanas adicionadas em concretos e cimentos é objeto de pesquisas há vários anos. O metacaulim é um material de natureza pozolânica, obtido a partir da calcinação de argilas e que vem sendo utilizado como uma opção técnica e comercial para os concretos onde se deseja elevada resistência, durabilidade e menor custo de produção.São diversos os benefícios gerados pela adição da pozolana em cimentos Portland, dentre os quais podemos destacar a capacidade de substituir parte da massa de cimento utilizada em traços de concreto, gerando uma redução de consumo do mesmo, cuja produção é bastante prejudicial ao meio ambiente.O presente trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento de traços de concreto de cimento Portland com adição de 8% de metacaulim em relação à massa de cimento, visando a manutenção da sua resistência à compressão. Um estudo comparativo entre os traços com adição de metacaulim e o traço de referência (sem adição) também foi realizado, avaliando o consumo de cimento por metro cúbico e o custo de produção por resistência obtida (R$/MPa) de cada traço. Para isso foram moldados corpos de prova cilíndricos para seis diferentes traços sendo um de referência e os outros cinco com adição de 8% de metacaulim em relação à massa de cimento, variando a relação de agregados secos (m) e o fator água/cimento (a/c) de forma que o consumo de cimento diminuísse.Os resultados obtidos indicaram que o aumento da relação de agregados secos diminuiu a resistência à compressão dos concretos com metacaulim em porcentagens que variaram de 15% a 25%, o metacaulim melhorou a propriedade de resistência à compressão dos concretos chegando a acréscimos de até 43% quando comparados com o traço de referência e diminuiu o consumo de cimento por metro cúbico em valores que variaram de 9% a 29%. Os traços com metacaulim propiciaram uma economia de custo de até 21% quando comparados com o traço de referência. Palavras-chave: Metacaulim. Resistência do concreto. Consumo de cimento. Custo de produção do concreto.

Abstract

The use of pozzolans in concrete and cement added is the subject of research for several years. The metakaolin is a pozzolanic material nature, obtained from the calcination of clay and has been used as an option for technical and commercial concrete where you want high strength, durability and lower production cost. There are several benefits generated by the addition of pozzolan in Portland cements, among which we highlight the ability to replace part of the mass of cement used in concrete mixtures, generating a reduction in the consumption of the same, whose production is quite harmful to the environment. This study aims to evaluate the behavior of concrete mix of Portland cement with the addition of 8% of metakaolin on the mass of cement in order to maintain its compressive strength. A comparative study between the lines with the addition of metakaolin and the reference mark (no addition) was also performed, evaluating the consumption of cement per cubic meter and the production cost obtained by resistance (R$/MPa) of each stroke. To this were molded cylindrical specimens for six different traits be a reference and the other five with the addition of metakaolin 8% relative to the weight of cement, varying the ratio of dry aggregates (m) and the water/cement ratio (a/c) so that the consumption of cement decreased. The results indicated that increasing the ratio of dry aggregates reduced the compressive strength of concretes with metakaolin in percentages ranging from


15% to 25% metakaolin improved property of the concrete compressive strength increases reaching up to 43% when compared with the reference mark and decreased consumption of cement per cubic meter in values ranging from 9% to 29%. Traces with metakaolin provided a cost savings of up to 21% compared to the reference mark. Keywords: Metakaolin. Strength of concrete. Cement consumption. Cost of production of concrete.


1 Introdução

1.1 Contexto e justificativa

Segundo BEZERRA (2006), dentre as mais diversas variedades de cimento existentes que se diferenciam pelas diferentes matérias-primas usadas na fabricação, o cimento Portland está presente em quase todas as aplicações de engenharia da humanidade. Seu uso intenso na construção faz com que, atualmente, o cimento seja o segundo material mais consumido pela civilização, atrás apenas da água (HELENE, 1992 apud BEZERRA, 2006).

Com o crescente uso do concreto para as mais diversas aplicações, aumentou também a necessidade de se produzir mais cimento. Esse aumento de produção tem causado sérios problemas ambientais em todo o mundo. Por um lado, a poluição do ar causada pelo CO2, resultante da queima da matéria-prima para a fabricação do cimento, e, por outro lado, a degradação ambiental devido à obtenção dessa matéria prima em larga escala.

O cimento Portland, devido às suas diversas características, pode ser considerado um aglomerante aplicável a qualquer estrutura de concreto e suas propriedades podem ser melhoradas de acordo com as necessidades de projeto (BELTRÃO e ZENAIDE, 2010).

Nas últimas três décadas, a tecnologia dos concretos estruturais se desenvolveu bastante. Um dos motivos para esse desenvolvimento foi a evolução das técnicas, dos equipamentos e dos novos materiais utilizados no estudo dos mesmos. O uso de novos materiais, dentre os quais se destacam os aditivos redutores de água e as adições minerais pozolânicas, possibilitou melhorias significativas nas propriedades relacionadas à resistência mecânica e à durabilidade dos concretos (OLIVEIRA e ROSSIGNOLO, 2009).

Em vários países como França, Alemanha e Brasil, os cimentos Portland comercializados já recebem a incorporação de adições minerais no seu processo de fabricação. Em outros, como é o caso dos Estados Unidos, cimentos com adições são mais raros, devido à incorporação das adições serem realizadas diretamente na produção de concreto. Em qualquer um dos casos, o resultado final é muito semelhante (SILVA, 2007).

Segundo BARBOSA et al. (2004), a pozolana tem como principal propriedade a capacidade de reagir e se combinar com o hidróxido de cálcio, formando compostos estáveis, que possuem capacidade aglomerante tais como silicatos e aluminatos de cálcio hidratados. No cimento Portland, o hidróxido de cálcio, que é liberado pela hidratação dos silicatos, reage com a pozolana, adicionada ao cimento, resultando em uma produção extra de silicatos de cálcio hidratados que são os produtos mais estáveis presentes no cimento hidratado.

O metacaulim é obtido pela calcinação de um tipo específico de argila. Essa adição mineral proporciona reatividade com o hidróxido de cálcio presente na pasta de cimento, efeito esse denominado de reação pozolânica. A reação pozolânica reduz a porosidade e o teor de hidróxido de cálcio na matriz de cimento, assim como melhora a qualidade da zona de transição agregado-matriz, promovendo a melhora de desempenho na resistência mecânica do concreto.


Segundo o Sindicato Nacional da Indústria do Cimento (SNIC), O Brasil é o quinto maior produtor de cimento no mundo ficando atrás apenas da China, Índia, USA, Turquia e Irã e o quarto maior consumidor. Na America Latina o Brasil ocupa a primeira posição na produção e no consumo. Em 2010 o Brasil produziu 58 milhões de toneladas de cimento, enquanto a produção mundial ficou em torno de 3.300 milhões de toneladas. O Brasil tem um fator de emissão médio de CO2 na produção de cimento de 610 kg CO2/ton Cimento, isso significa que para a produção de cimento em 2010 o Brasil emitiu cerca de 35,3 milhões de toneladas de CO2. Se utilizarmos esse mesmo fator para a produção de cimento mundial chegaremos a uma emissão de aproximadamente de 2 bilhões de toneladas de CO2. Com o aquecimento da construção, o consumo de cimento tende a aumentar e métodos de utilização racional do cimento estão sendo cada vez mais estudados.

A utilização do metacaulim em concretos tem sido largamente divulgada em função da sua capacidade de reduzir o consumo de cimento Portland, cuja produção tem sido prejudicial ao meio ambiente não só na extração da matéria prima como, também, pelos elevados teores de emissão de CO2 na sua produção (NASCIMENTO, 2009). O metacaulim é utilizado em traços de concreto para que se obtenha um melhor desempenho das propriedades mecânicas do concreto, entretanto ele também pode ser utilizado para que se obtenha uma economia de cimento sem que haja alterações em suas propriedades, sendo assim, o presente estudo visa a manutenção da propriedade da resistência a compressão do concreto com o aumento do teor de agregados secos.

2 MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 Materiais utilizados

Utilizou-se o cimento Portland composto de filler (CP II-F 32) fabricado pela empresa Poty (grupo Votorantim). A adição mineral empregada foi o Metacaulim BZ, fabricado pela empresa Caulim do Nordeste S.A, localizada em Suapé - PE. O aditivo químico empregado foi o aditivo superplastificante de 3º geração com base química de policarboxilato (Glenium 61), fabricado pela empresa BASF S.A. Todos os teores da adição utilizadas nos traços estão de acordo com as recomendações descritas no manual do fabricante que compreende o intervalo de 0,3% a 1,5%, em massa de cimento. A Tabela 1 descreve as propriedades do aditivo:


Tabela 1 - Propriedades do Aditivo Químico Função Aditivo superplastificante de terceira geração Base Química Éter policarboxílico Aspecto Líquido Cor Branco Turvo

Teste Método BASF Especificação Unidade Aparência TM 761 B Líquido branco turvo Visual

pH TM 112 B 5,5 – 7,5 - Densidade TM 103 B 1,065 – 1,105 g/cm³

Sólidos TM 613 B 30 – 34 % Viscosidade TM 117 < 150 cps

Fonte: Ficha técnica de produto fornecido pela BASF S.A Os agregados graúdo e miúdo utilizados nos traços foram fornecidos pelo

Laboratório de Materiais da Construção Civil (LMCC) da Universidade Federal do Ceará (UFC), localizado no campus do Pici e estão caracterizados na Tabela 2:

Tabela 2 - Índices físicos dos agregados

Característica Areia Brita Norma

Dmáx 4,75 mm 25,00 mm NBR NM 248:2003

M.F. 2,86 mm 7,00 mm NBR NM 248:2003

M. U. Solta 1,51 g/cm³ 1,43 g/cm³ NBR NM 45:2006

M.U. Compactada - 1,52 g/cm³ NBR NM 45:2006

M. E. 2,58 g/cm³ 2,64 g/cm³ NBR NM 52:2009 (Areia)

NBR NM 53:2009 (Brita)

Fonte: O Autor

2.2 Método de pesquisa

A parte experimental da pesquisa foi executada no Laboratório de Materiais da Construção Civil (LMCC) da Universidade Federal do Ceará (UFC), localizado no campus do Pici, durante o primeiro semestre do ano de 2013.

Para que se conhecessem os traços de concretos a serem estudados realizou-se inicialmente um estudo de dosagem pelo método da Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP), onde as relações água/cimento (a/c) e teor de argamassa seca (α) foram determinados para um traço inicial de 30 Mpa. Foram testados seis diferentes traços de concreto, um de referência e os outros cinco com adição de 8% de metacaulim, nos quais a relação cimento/agregados em massa (1:m), a partir de um valor inicial de cinco para a relação de agregados secos (m), foi acrescido 0,5 cumulativamente na relação (m) dos cinco traços com adição. Para a relação água/cimento (a/c) foi acrescido 0,2 cumulativamente nos cinco traços com adição.

A adição de 8% de metacaulim em relação a massa de cimento, foi adotada uma vez que, segundo LACERDA (2005), a literatura tem anunciado um intervalo para a adição de 5% a 15% como ótimo. O primeiro traço de 30 Mpa sem adição de metacaulim foi adotado como traço de referência, e os demais traços adicionados de metacaulim


foram dosados, de acordo com o que foi previamente citado, para que se chegasse ao valor de referência desejado.

Os concretos executados neste estudo, discriminados na Tabela 3, tiveram o seu abatimento fixado em 10 ± 2 cm, medida pelo método do abatimento de cone conforme NBR NM 67 (ABNT, 1998). Para que esse abatimento fosse atingido, foi empregado o uso de aditivo químico superplastificante (Glenium 61) em diferentes dosagens por tentativa e erro, devido à mudança na trabalhabilidade do concreto de acordo com o aumento da massa de materiais secos. A quantidade do superplastificante variou de 0,5% até 1,5% em relação à massa de cimento.

Tabela 3 - Síntese dos traços estudados

Traço Adição Cimento: metacaulim: massa de

materiais secos; a/c. Consumo de cimento no

traço de concreto (Kg/m³)

Consumo de superplastificante

(%)

1 Referência (0%) 1 : 0,00 : 5,0 ; a/c 352,49 0,5

2

Metacaulim (8%)

1 : 0,08 : 5,5 ; a/c+0,20 322,41 1,38

3 1 : 0,08 : 6,0 ; a/c+0,40 300,58 1,18

4 1 : 0,08 : 6,5 ; a/c+0,60 281,35 1,5

5 1 : 0,08 : 7,0 ; a/c+0,80 264,52 1,5

6 1 : 0,08 : 7,5 ; a/c+0,100 249,59 1,5 Fonte: O autor.

2.3 Moldagem, armazenamento e cura dos corpos de prova

Depois de estabelecida a proporção dos materiais, para cada um dos seis traços a serem testados, passou-se para a produção dos concretos para moldagem e cura dos corpos de prova. Os materiais foram misturados em uma betoneira do tipo planetária. Primeiramente, os agregados graúdos foram adicionados à betoneira e estes foram molhados com parte da água do traço. Em seguida, adicionou-se o cimento misturado com o metacaulim BZ, no caso dos traços que receberam a adição do metacaulim, areia e por fim o restante da água e o aditivo superplastificante foram adicionadas à mistura. Os procedimentos acima descritos foram realizados à luz da NBR 5738 (ABNT, 2008) e são apresentados na figura 1.


Figura 1 - Processo de mistura do concreto: 1) Adição do agregado graúdo; 2) Adição de 1/3 da água para molhar o agregado graúdo; 3) Adição do cimento misturado com metacaulim; 4) Adição de mais 1/3 da água para mistura do aglomerante com o agregado graúdo; 5) Adição da Areia, e em seguida, os últimos 1/3 da água; 6) Adição do superplastificanteGlenium 61.

Fonte: O autor

Após a homogeneização da mistura na betoneira, iniciou-se a determinação da

consistência do concreto pelo método do tronco de cone – “slumptest”, conforme a NBR NM 67 (ABNT, 1998). Determinada à consistência do concreto, deu-se início a moldagem dos corpos de prova cilíndricos de dimensões 10 × 20 cm. Vinte e quatro horas após a moldagem dos corpos de prova foi feito o desmolde e os corpos de prova foram colocados em cura úmida à pressão atmosférica e em temperatura ambiente, submersa de acordo com a NBR 5738 (ABNT, 2008) (Figura 2). Todos os procedimentos acima descritos foram repetidos para todos os traços.

1 2 3

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Figura 2 - Processo de moldagem, armazenamento e cura dos corpos de prova: 1)Compactação do concreto em 3 camadas iguais com 25 golpes cada para determinação da consistência; 2) Preparação e retirada do tronco de cone; 3) Medida do Slump; 4) Moldagem dos corpos de prova, 12 golpes em 2 camadas iguais; 5) Estocagem dos corpos de prova moldados antes da desforma; 6) Cura úmida dos corpos de prova após a desmoldagem.

Fonte: O autor.

2.4 Determinação da resistência à compressão do concreto

O ensaio realizado nos corpos de prova de cada traço foi o de resistência à compressão mecânica aos 3, 7 e 28 dias de idade, conforme a NBR 5739 (ABNT, 2007). Foram moldados um total de 36 corpos de prova, dois para cada tempo de cura, totalizando seis corpos de prova para cada traço.

Após a cura, os corpos de prova foram retificados para um melhor desempenho do método de nivelamento utilizado. Após a retificação, os corpos de prova foram colocados em uma prensa hidráulica da marca EMIC modelo PCE 100C, utilizada para a determinação da resistência a compressão. O neoprene foi utilizado como nivelamento dos corpos de prova nesse estudo (Figura 3).

2 3

4 5 6

1


Figura 3 - Processo de ruptura dos corpos de prova: 1) Prensa hidráulica utilizada nos ensaios de resistência a compressão mecânica; 2) Retificação dos corpos de prova para a retirada de possíveis imperfeições na seção; 3) Corpo de prova posicionado na prensa hidráulica antes do início da aplicação de carga; 4) Corpo de prova após a execução do ensaio.

Fonte: O autor.

3 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS

3.1 Resultados do concreto no estado fresco

O abatimento dos traços com metacaulim diminuiu, fazendo-se necessário o aumento do teor de aditivo superplastificante para manter a mesma faixa de abatimento. MEHTA e MONTEIRO (2008), explica este fato afirmando que para um dado abatimento, o emprego de materiais de área específica muito elevada, como as pozolanas, tende a aumentar o consumo de água em argamassas e concretos. De um modo geral é consenso entre os pesquisadores que a maior necessidade de água, devido à inclusão de pozolanas é resolvida com o uso de superplastificantes (MALHOTRA, 1993; MALHOTRA e MEHTA, 1996). Todos os traços obtiveram o abatimento fixado (10 ± 2 cm), entretanto os traços 5 e 6, mesmo com a utilização do superplastificante apresentaram um aspecto

2 1

3 4


muito seco e uma trabalhabilidade no limite inferior. A tabela 4 apresenta o abatimento de cada traço e a figura 4 ilustra o abatimento dos traços 5 e 6.

Tabela 4 - Consumo de aditivo e abatimento de cada traço

Traço Consumo de aditivo em relação a

massa de cimento (%) Abatimento

(cm)

1 0,50 9,0

2 1,38 10,5

3 1,18 9,0

4 1,50 12,0

5 1,50 8,0

6 1,50 8,0

Fonte: O autor.

Figura 4 - 1) Aspecto do abatimento do traço 5; 2) Aspecto do abatimento do traço 6.

Fonte: O autor.

3.2 Resultados do concreto no estado endurecido

3.2.1 Resistência à compressão axial

A média dos resultados dos rompimentos aos 3, 7 e 28 dias de idade estão apresentados na Tabela 5.

1 2


Tabela 5 - Resistência à compressão axial aos 3, 7 e 28 dias de idade

Traço

Consumo de cimento no

traço de concreto (Kg/m³)

Rompimento aos 3 dias

(MPa)

Aumento da resistência em

relação ao traço 1 aos 3 dias

(%)


(MPa)


relação ao traço 1 aos 7

dias (%)


(MPa)


relação ao traço 1 aos 28

dias (%)

1 352,49 24,31 - 28,07 - 33,26

2 322,41 34,83 43 39,89 42 45,68 37

3 300,58 28,05 15 33,99 21 37,28 12

4 281,35 27,24 12 33,73 20 35,11 6

5 264,52 26,66 10 32,58 16 34,86 5

6 249,59 26,09 7 31,44 12 34,61 4

Fonte: O autor.

Diante os resultados apresentados percebe-se o aumento na resistência à compressão aos 3 dias de 43%, 15%, 12%,10% e 7% para os traços 2,3,4,5 e 6 com metacaulim respectivamente, quando comparados com a resistência do traço 1.

Aos 7 dias de idade, tem-se o aumento na resistência de 42%, 21%,20%, 16% e 12% para os traços 2, 3, 4, 5 e 6 com metacaulim respectivamente, quando comparados com a resistência do traço 1.

Aos 28 dias de idade, tem-se o aumento na resistência de 37%, 12%, 6%, 5% e 4% para os traços 2, 3, 4, 5 e 6 com metacaulim respectivamente, quando comparados coma resistência do traço 1.

Em todas as idades de cura analisadas, os traços com metacaulim mesmo com a redução da resistência à compressão, obtiveram valores maiores que o traço de controle. Apesar do traço de controle possuir a menor relação de agregados secos (m) e maior consumo de cimento, os traços com adição sofrem influência da ação desta pozolana na zona de transição do concreto.

O emprego do metacaulim no concreto pode ter reduzido a porosidade capilar e o teor de hidróxido de cálcio (CH) promovendo uma maior compacidade à zona de transição. O metacaulim reage com os hidróxidos de cálcio (CH) que são gerados na reação de hidratação do cimento Portland, produzindo silicatos de cálcio hidratados (C-S-H) extras próximos aos agregados, justificando assim o aumento de resistência. O silicato de cálcio hidratado (C-S-H) é o principal responsável pela resistência mecânica à compressão do cimento Portland endurecido, portanto quantidades extras desse composto nos traços com metacaulim justifica o aumento da resistência à compressão dos mesmos.

BELTRÃO e ZENAIDE (2010) em seu estudo com metacaulim, também encontraram elevadas resistências à compressão nos concretos com adição em relação ao concreto de controle. Eles obtiveram aumento nas resistências à compressão que variaram de 16% a 39% para idade de cura de 7 dias e 4% a 36% para idade de cura de 28 dias em relação ao traço de controle sem adição.


3.2.2 Relação da resistência à compressão e o teor de materiais secos (m)

Como pode ser observado na Tabela 6, com o aumento da relação de agregados secos (m), houve uma diminuição na resistência a compressão em todas as idades de cura dos traços com metacaulim. Com o aumento de 9% do teor de agregados secos no traço 3 em relação ao traço 2, tem-se a diminuição da resistência à compressão de 19%, 15% e 18% para as idades de cura de 3, 7 e 28 dias respectivamente, quando comparados ao traço 2. Com o aumento de 18% do teor de agregados secos no traço 4 em relação ao traço 2, tem-se a diminuição da resistência à compressão de 22%, 15% e 23% para as idades de cura de 3, 7 e 28 dias respectivamente, quando comparados ao traço 2. Com o aumento de 27% do teor de agregados secos no traço 5 em relação ao traço 2, tem-se a diminuição da resistência à compressão de 23%, 18% e 24% para as idades de cura de 3, 7 e 28 dias respectivamente, quando comparados ao traço 2. Com o aumento de 36% do teor de agregados secos no traço 6 em relação ao traço 2, tem-se a diminuição da resistência à compressão de 25%, 21% e 24% para as idades de cura de 3, 7 e 28 dias respectivamente, quando comparados ao traço 2.Diante dos resultados apresentados, com o aumento da relação de agregados secos, aumentou-se a quantidade de agregados graúdos e miúdos nos traços estudados, sendo assim, possivelmente aumentou-se as microfissurações e descontinuidades da pasta na interface agregado graúdo/pasta.

HELENE (1992), em seu estudo de dosagem de concreto, afirma que em geral o acréscimo de agregados graúdos e miúdos apresenta diminuição na resistência à compressão do concreto devido aos mecanismos de microfissuração e descontinuidade da pasta na interface agregado graúdo/pasta. MEHTA e MONTEIRO (2008), explica a fragilidade da zona de transição do concreto e sua direta influência na resistência à compressão do mesmo. De um modo geral, várias pesquisas apontam a zona de transição como sendo uma das principais responsáveis pela baixa resistência à compressão do concreto. O aumento de agregados graúdo nos traços podem ter causado um aumento na zona de transição que teve como consequência uma diminuição na resistência a compressão.


Tabela 6 – Relação entre (m) e a diminuição da resistência à compressão dos traços

TRAÇO Teor de

materiais secos (m)

Aumento de (m) em relação ao

traço 2 (%)

Diminuição da resistência em

relação ao traço 2 aos 3 dias (%)





1 5,00 - - - -

2 5,50 - - - -

3 6,00 9 19 15 18

4 6,50 18 22 15 23

5 7,00 27 23 18 24

6 7,50 36 25 21 24

Fonte: O autor.

3.2.3 Relação entre a resistência à compressão e o consumo de cimento Pode-se observar que os concretos com metacaulim tiveram um consumo de

cimento bem inferior comparativamente ao concreto de referência. Isso já era esperado inicialmente, pois o estudo foi desenvolvido com adição de 8% de metacaulim em relação à massa de cimento e aumentou-se, também, a relação de agregados secos (m), ocasionando assim, um menor consumo de cimento.

A Tabela 7 apresenta a resistência à compressão aos 28 dias dos traços de concreto produzidos, bem como o consumo de aglomerantes por metro cúbico de concreto de cada traço e a economia de cimento.

Tabela 7 - Consumo de aglomerante (Kg/m³) para determinadas resistências do concreto à compressão,

aos 28 dias de idade.

Traços Resistência à

compressão aos 28 dias

Consumo de cimento (kg/m³)

Consumo de metacaulim

(kg/m³)

Total de aglomerantes

(kg/m³)

Economia em cimento

(Kg/m³) (%)

CONCRETO DE

REFERÊNCIA 1 33,26 352,49 - 352,49 - -

CONCRETO COM 8% DE METACAULI

M

2 45,68 322,41 25,79 348,20 30,08 9

3 37,28 300,58 24,05 324,63 51,91 15

4 35,11 281,35 22,51 303,85 71,14 20

5 34,86 264,52 21,16 285,68 87,97 25

6 34,61 249,59 19,97 269,56 102,90 29

Fonte: O autor.


A redução no consumo de cimento com o uso de metacaulim não se resume aos 8% referentes à adição, mas atinge valores mais altos que variam de 9%, para o traço 1, a 29%, para o traço 6, chegando a uma economia de 102,9 quilos de cimento por metro cúbico, conforme consta na tabela 7.

LACERDA (2005) estudou traços de concreto de resistências características de 40MPa, 50MPa e 60MPa com adição de 8% de metacaulim e analisou o consumo de cimento em relação ao traço de referência sem adição. Este pesquisador, também verificou a redução no consumo de cimento com o uso de metacaulim e concluiu que essa redução não se resumiu somente aos 8% referentes à substituição em massa de cimento, mas atingiu valores mais altos que variaram de 15%, para o traço de resistência característica de 40 MPa, a 23%, para o traço de resistência característica de 60MPa, chegando a uma economia de 134 quilos de cimento por metro cúbico. Esse estudo encontrou valores dentro dos limites encontrados por LACERDA (2006), reforçando as conclusões obtidas pelo autor.

3.2.4 Relação entre os custos dos traços de concreto produzidos

A escolha dos materiais a serem utilizados em concretos deve ser precedida de

uma análise comparativa de custos e desempenho. Para esta análise deve-se levar em consideração o custo real do produto, ou seja, incluir todos os custos que incidem sobre os traços estudados.

Para este trabalho foram considerados os custos praticados no mercado de acordo com a tabela da Secretaria de Infraestrutura do estado do Ceará (SEINFRA-CE) no ano de 2013. O custo do metacaulim BZ foi determinado através de uma cotação com o fornecedor devido à tabela da SEINFRA-CE não conter o valor desse insumo. A Tabela 8 apresenta os valores dos preços de cada insumo.

Tabela 8 - Custo dos insumos utilizados na confecção dos traços

FONTE CÓDIGO SEINFRA INSUMO UND PREÇO (R$)

SEINFRACE 109 AREIA MEDIA M3 35,00

SEINFRACE I0280 BRITA M3 55,00

SEINFRACE I6802 SUPERPLASTIFICANTE

DENSIFICADOR E RETARDADOR DE PEGA

KG 3,50

FORNECEDOR METACAULIM BZ METACAULIM KG 0,98

SEINFRACE I7954 CIMENTO PORTLAND À

GRANEL KG 0,38

Fonte: Adaptado da SEINFRA CE (maio de 2013)

Em função dos consumos obtidos de cada insumo, foi possível calcular o custo de produção dos traços 1 a 6, os quais estão apresentados na Tabela 9. O somatório do consumo de cada material por m³ multiplicado por seus respectivos custos geraram custos totais do concreto para a resistência desejada. O custo obtido é correspondente a 1m³ de concreto.


Uma análise complementar que pode ser feita é analisar o custo de produção de cada traço por resistência á compressão obtida (R$/Mpa) gerado aos 28 dias. Nessa análise pode-se ter uma melhor visão dos benefícios financeiros que a utilização do metacaulim pode ocasionar ao concreto quando considerada a propriedade de resistência à compressão. A Tabela 9 relaciona o custo de produção de cada traço por resistência á compressão obtida (R$/Mpa), aos 28 dias de idade do concreto.

Tabela 9 - Analise do custo de produção de cada traço

Traço Custo/m³ (R$) Resistência à compressão 28

d (Mpa) Custo/m³/Mpa

(R$) Reduçãodocustoemrelaçãoaotraço1

(%)

1 259,45 33,26 7,80 -

2 282,98 45,68 6,20 21

3 271,57 37,28 7,28 7

4 266,52 35,11 7,59 3

5 259,21 34,86 7,44 5

6 252,72 34,61 7,30 6

Fonte: O Autor

A partir da Tabela 9 foi calculada a redução de custo por resistência á compressão obtida (R$/Mpa) dos traços com metacaulim em relação ao traço de referência. Os resultados foram 21%, 7%, 3%, 5%, 6% aos 28 dias de idade, respectivamente. Embora o traço 2 tenha atingindo uma economia de 21%, o estudo visou a manutenção da resistência a compressão, sendo assim a economia dos traços que mantiveram a resistência a compressão em relação ao traço de referência ficou em torno dos 5%.

CARMO (2006) encontrou uma redução de custo por resistência á compressão obtida (R$/Mpa) com a utilização de metacaulim em relação à referência sem adição de 27,8% aos 28 dias e 21% aos 90 dias. Ele analisou também a eficiência econômica dos traços com metacaulim em relação ao traço de referência sem adição e concluiu que os traços com metacaulim manteve uma eficiência econômica sempre superior ao de referência.

4 CONCLUSÃO

Os resultados do estudo realizado demonstraram que o uso do metacaulim atende às necessidades quanto à resistência mecânica, redução no consumo de cimento e economia no custo de produção do concreto. O principal objetivo do trabalho de manter a resistência à compressão mesmo após a adição do metacaulim foi atingido. Conclui-se que à medida que se aumentou o valor da relação de agregados secos (m) dos traços com metacaulim, a resistência à compressão do concreto diminuiu, chegando a valores bem próximos do traço de referência (sem adição).

O presente estudo concluiu que os traços adicionados com metacaulim, apresentaram uma diminuição na consistência se fazendo necessário o uso do aditivo superplastificante para manter a mesma faixa de abatimento. Conclui-se também que os traços com metacaulim apresentaram uma resistência mecânica superior ao traço de referência sem adição, com aumentos que variaram de 7% a 43% aos 3 dias de idade, de


12% a 42% aos 7 dias de idade e de 4% a 37% aos 28 dias de idade. Com o aumento do teor de agregados secos (m) diminui-se a resistência a compressão dos traços com metacaulim, atingindo valores que variaram de 19% a 25% de diminuição aos 3 dias de idade, de 15% a 21% aos 7 dias de idade e de 18% a 24% aos 28 dias de idade. À medida que a resistência a compressão foi mantida, houve uma economia de 102,9 quilos de cimento por metro cúbico, cerca de 29% de economia em relação ao traço de referência. Ao se analisar o custo de produção dos traços por resistência a compressão obtida (R$/MPa), chegou-se a uma economia de ordem de 5% quando comparados ao traço de referência.Do ponto de vista ambiental essa economia de cimento por metro cúbico é benéfica, pois a produção de cimento Portland tem sido prejudicial ao meio ambiente não só na extração da matéria prima como pelos elevados teores de emissão de CO2 na sua produção. Em contrapartida o metacaulim além de consumir menor quantidade de energia em sua produção devido à baixa temperatura de queima em relação ao cimento Portland, não emite CO2 na sua produção.

Além de atender aos quesitos de resistência a compressão mecânica e de sustentabilidade, os traços de concreto com adição de metacaulim apresentaram uma economia significativa em relação ao traço de referência, quando se avaliou o custo de produção por MPa de cada traço, chegando a uma economia da ordem de 28%.

Assim, pode-se concluir que a utilização do metacaulim como substituto a uma parte do cimento Portland possui vantagens não só do ponto de vista mecânico, como econômico e ambiental.

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Avaliação dos traços de concreto com metacaulim