UFSM Dissertação de Mestrado EFEITOS DA ADIÇÃO DE CAL ...w3.ufsm.br/gepecon/diss/631071a0d16df6e6fa03accbf84e5c4a.pdf · • Ao Laboratório de Materiais de Construção Civil

UFSM

Dissertação de Mestrado

EFEITOS DA ADIÇÃO DE CAL HIDRATADA SOBRE

A PERMEABILIDADE AO OXIGÊNIO E ABSORÇÃO

CAPILAR DE CONCRETO COM ALTOS TEORES DE

ADIÇÕES MINERAIS

______________________________

Juarez Hoppe Filho

PPGEC

Santa Maria, RS, Brasil

2002

EFEITOS DA ADIÇÃO DE CAL HIDRATADA SOBRE

A PERMEABILIDADE AO OXIGÊNIO E ABSORÇÃO

CAPILAR DE CONCRETO COM ALTOS TEORES DE

ADIÇÕES MINERAIS

______________________________

por

Juarez Hoppe Filho

Dissertação apresentada ao Curso de Mestrado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS),

como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

PPGEC

Santa Maria, RS, Brasil

2002

Universidade Federal de Santa Maria Centro de Tecnologia

Curso de Pós-Graduação – Mestrado em Engenharia Civil

A comissão Examinadora, abaixo assinada, aprova a Dissertação de Mestrado

EFEITOS DA ADIÇÃO DE CAL HIDRATADA SOBRE A PERMEABILIDADE AO OXIGÊNIO E ABSORÇÃO CAPILAR DE CONCRETO COM ALTOS TEORES DE

ADIÇÕES MINERAIS

elaborada por Juarez Hoppe Filho

como requisito parcial para obtenção do grau de

Mestre em Engenharia Civil

COMISSÃO EXAMINADORA:

______________________________________________

Prof. Dr. Eng. Geraldo Cechella Isaia - UFSM (Presidente/Orientador)

______________________________________________ Prof. Dr. Arq. Antônio Luiz Guerra Gastaldini - UFSM

______________________________________________ Prof. Dr. Eng. Ruy Alberto Cremonini - UFRGS

Santa Maria, 05 de setembro de 2002

Aos meus pais Juarez e Tecla, e aos

meus irmãos, Harold, José Carlos,

Maria Lindley e Ana Maria, pelo

carinho, compreensão e incentivo.

É ousando-se, excedendo-se limi-

tes, testando-se diferentes materiais,

especulando-se novas composições e

processos, ultrapassando-se, enfim, o

status quo das regras e regulamentos,

que se conquistam horizontes mais am-

plos para o conhecimento científico,

em busca da solução dos problemas e

satisfação das necessidades requeridas

pela sociedade.

(Geraldo Cechella Isaia)

AGRADECIMENTOS

Agradecimentos dar-se-ão:

• Ao professor Dr. Geraldo Cechella Isaia pela amizade,

orientação, dedicação e incentivo na realização deste trabalho;

• Ao professor Dr. Antônio Luiz Guerra Gastaldini pelas

importantes colaborações;

• Aos colegas do curso de Pós-Graduação em Engenharia Civil;

• Aos alunos bolsistas do Grupo de Estudos e Pesquisas em

Concreto (GEPECON / UFSM);

• Ao Laboratório de Materiais de Construção Civil (LMCC /

UFSM), pela cessão de suas instalações e pela atenção de seus

funcionários;

• À Universidade Federal de Santa Maria, instituição que

viabilizou a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil;

• À Fundação de Apoio à Pesquisa do Rio Grande do Sul

(FAPERGS), pelos recursos financeiros destinados a esta

pesquisa;

• A FIPE, CNPq e CAPES, pelos recursos e bolsas concedidos;

• A todos que colaboraram para a realização desta pesquisa.

Muito obrigado!!!

SUMÁRIO

LISTA DE TABELAS ................................................................. x

LISTA DE QUADROS ............................................................... xiii

LISTA DE FIGURAS ................................................................. xiv

RESUMO ..................................................................................... xxi

ABSTRACT ................................................................................. xxii

CAPÍTULO I

INTRODUÇÃO ........................................................................... 1

1.1 Importância do tema ..................................................... 1

1.2 Objetivos ........................................................................ 8

CAPÍTULO II

CORROSÃO DAS ARMADURAS E MECANISMOS DE

TRANSPORTE DE OXIGÊNIO E DE ÁGUA ........................ 10

2.1 Introdução ...................................................................... 10

2.2 Corrosão da armadura ................................................. 12

2.3 A importância da camada de cobrimento ................... 17

2.4 Transporte de oxigênio e água ..................................... 19

2.4.1 Mecanismos de transporte de fluidos pelo

concreto .............................................................. 25

CAPÍTULO III

ALTOS TEORES DE ADIÇÕES MINERAIS NO

CONCRETO ................................................................................ 28

3.1 Introdução ...................................................................... 28

3.2 Cinza volante ................................................................. 34

3.2.1 Influências do teor de substituição de cimento

por cinza volante no concreto ............................. 37

3.3 Cinza de casca de arroz ................................................ 40


por cinza de casca de arroz no concreto .............. 43

3.4 Escória granulada de alto forno ................................... 46


por escória granulada de alto forno no concreto . 49

3.5 Cal hidratada ................................................................. 51

3.5.1 Influências advindas da adição de cal hidratada

ao concreto .......................................................... 52

CAPÍTULO IV

INVESTIGAÇÃO EXPERIMENTAL ...................................... 55

4.1 Introdução ...................................................................... 55

4.2 Materiais empregados ................................................... 55

4.3 Caracterização dos materiais ....................................... 57

4.3.1 Materiais cimentícios ........................................... 57

4.3.2 Agregados ............................................................. 60

4.3.3 Aditivo superplastificante .................................... 61

4.4 Dosagem dos concretos ................................................. 62

4.5 Ensaios executados nos concretos ................................ 68

4.5.1 Resistência à compressão axial ............................ 68

4.5.2 Pré-condicionamento para os ensaios de

permeabilidade ao oxigênio e absorção capilar

de água .............................................................. 68

4.5.3 Permeabilidade ao oxigênio ................................. 71

vii

4.5.4 Absorção capilar de água ..................................... 74

CAPÍTULO V

ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS .................... 77

5.1 Introdução ...................................................................... 77

5.2 Resistência à compressão .............................................. 78

5.3 Permeabilidade ao oxigênio .......................................... 96

5.3.1 Permeabilidade ao oxigênio em igualdades de

relações água/aglomerantes ................................ 99

5.3.2 Permeabilidade ao oxigênio em igualdades de

resistência à compressão ..................................... 111

5.3.3 Comparação dos resultados obtidos com

trabalhos semelhantes ........................................ 123

5.4 Absorção capilar de água ............................................. 125

5.4.1 Absorção capilar de água em igualdades de

relações água/aglomerantes ................................ 128

5.4.2 Absorção capilar de água em igualdades de

resistência à compressão ..................................... 140

5.4.3 Comparação dos resultados obtidos com

trabalhos semelhantes ........................................ 151

5.5 Integração dos resultados ............................................. 152

5.5.1 Análise da resistência à compressão e dos

parâmetros de durabilidade decorrentes da

adição da cal hidratada ....................................... 152

5.5.2 Relação entre permeabilidade e absorção capilar 158

CAPÍTULO VI

CONCLUSÃO ............................................................................. 163

viii

6.1 Síntese geral ................................................................... 163

6.2 Influência da cal hidratada sobre a resistência à

compressão em igualdade de relação

água/aglomerantes ....................................................... 164

6.3 Influência da cal hidratada sobre a permeabilidade

ao oxigênio ..................................................................... 165

6.3.1 Em igualdade de relação água/aglomerantes ....... 165

6.3.2 Em igualdade de resistência à compressão .......... 166

6.4 Influência da cal hidratada sobre a absorção capilar

de água ........................................................................... 167

6.4.1 Em igualdade de relação água/aglomerantes ....... 167

6.4.2 Em igualdade de resistência à compressão .......... 168

6.5 Relações entre permeabilidade e absorção capilar .... 169

6.6 Propostas para novos estudos ....................................... 171

6.7 Considerações finais ...................................................... 172

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................... 174

ix

LISTA DE TABELAS

TABELA 1 – Resistência à compressão das misturas aglomeran-

tes investigadas a 91 dias de idade ......................... 79

TABELA 2 – Influência das adições minerais e da cal hidratada

na resistência à compressão das misturas aglome-

rantes investigadas diante do concreto de referên-

cia ........................................................................... 89

TABELA 3 – Influência da adição da cal hidratada na resistên-

cia à compressão das misturas aglomerantes in-

vestigadas ............................................................ 91

TABELA 4 – Influência da adição da cal hidratada na resistên-

cia à compressão das misturas aglomerantes in-

vestigadas diante do concreto de referência ........... 93

TABELA 5 – Relações água/aglomerantes para obter-se resis-

tências à compressão de 35 MPa e 55 MPa, con-

sumo de cimento e resistências unitárias ............... 95

TABELA 6 – Permeabilidade ao Oxigênio, aos 91 dias, das mis-

turas aglomerantes investigadas ............................. 97

TABELA 7 – Coeficientes de permeabilidade ao oxigênio, em

ordem crescente das misturas aglomerantes inves-

tigadas, aos 91 dias (classificação conforme Lee et

al. (2000)) ............................................................... 99

TABELA 8 – Influência da adição da cal hidratada na permeabi-

lidade ao oxigênio das misturas aglomerantes in-

vestigadas ............................................................... 109

TABELA 9 – Influência da adição da cal hidratada na permeabi-

lidade ao oxigênio das misturas aglomerantes in-

vestigadas diante do concreto de referência ........... 112

TABELA 10 – Permeabilidade ao oxigênio para valores de resis-

tência à compressão de 35 MPa e 55 MPa, aos 91

dias ......................................................................... 114

TABELA 11 – Coeficientes de permeabilidade ao oxigênio, em

ordem crescente das misturas aglomerantes in-

vestigadas, aos 91 dias, para os valores de resis-

tência à compressão de 35 MPa e 55 MPa (classi-

ficação conforme Lee et al. (2000)) ..................... 115

TABELA 12 – Absorção Capilar de Água das misturas aglome-

rantes investigadas ................................................ 127

TABELA 13 – Coeficientes de absorção capilar de água, em or-

dem crescente das misturas aglomerantes inves-

tigadas, aos 91 dias ............................................... 128

TABELA 14 – Influência da adição da cal hidratada na absorção

capilar de água das misturas aglomerantes inves-

tigadas ................................................................... 137

TABELA 15 – Influência da adição da cal hidratada na absorção

capilar de água das misturas aglomerantes inves-

tigadas diante do concreto de referência .............. 139

xi

TABELA 16 – Absorção capilar de água para valores de resis-

tência à compressão de 35 MPa e 55 .................... 141

TABELA 17 – Coeficientes de absorção capilar de água, em or-

dem crescente das misturas aglomerantes inves-

tigadas, aos 91 dias, para os valores de resistên-

cia à compressão de 35 MPa e 55 MPa ................ 142

TABELA 18 – Resistência, permeabilidade e absorção unitárias

das misturas investigadas para 35 e 55 MPa ........ 156

xii

LISTA DE QUADROS

QUADRO 1 – Qualidade do concreto segundo a porosidade........ 25

QUADRO 2 – Resultados da substituição de cimento por cinza

volante, em teor de 30% ........................................ 39

QUADRO 3 – Resultados da substituição de cimento por escória 50

QUADRO 4 – Composição química dos aglomerantes e da cal

hidratada ................................................................ 59

QUADRO 5 – Massa específica das adições minerais – NBR

6474 ....................................................................... 59

QUADRO 6 – Superfície específica dos materiais aglomerantes . 59

QUADRO 7 – Características físicas dos agregados ..................... 61

QUADRO 8 – Legenda das misturas aglomerantes investigadas .. 63

QUADRO 9 – Denominação e teor de adição mineral por mistura

aglomerante investigada .................................... 63

QUADRO 10 – Quantidade de materiais empregados por m3 de

concreto ................................................................ 67

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 – Deterioração progressiva do concreto de cobrimen-

to, de espessura Y, devido à corrosão das armadu-

ras (Shaffer, 1971; Caironi, 1977; apud Helene,

1986) ........................................................................ 15

FIGURA 2 – Rede de poros da pasta de cimento (Mopt, 1991,

apud Figueiredo, 1994) ........................................... 21

FIGURA 3 – Diagrama esquemático do ensaio de permeabilida-

de ao oxigênio ......................................................... 72

FIGURA 4 – Esquema da célula de permeabilidade ..................... 72

FIGURA 5 – Esquema do ensaio de absorção capilar de água ..... 75

FIGURA 6 – Resistência à Compressão, aos 91 dias, das mistu-

ras aglomerantes investigadas ................................. 80

FIGURA 7 – Resistência à compressão, aos 91 dias – Cinza Vo-

lante (50%) COM e SEM adição de cal hidratada .. 82

FIGURA 8 – Resistência à compressão, aos 91 dias – Cinza de

Casca de Arroz (50%) COM e SEM adição de cal

hidratada .................................................................. 83

FIGURA 9 – Resistência à compressão, aos 91 dias – Escória de

Alto Forno (70%) COM e SEM adição de cal hi-

dratada ..................................................................... 84

FIGURA 10 – Resistência à compressão, aos 91 dias – Cinza

Volante (50%) Cinza de Casca de Arroz (20%)

COM e SEM adição de cal hidratada .................... 85

FIGURA 11 – Resistência à compressão, aos 91 dias – Cinza

Volante (20%) e Escória (70%) COM e SEM a-

dição de cal hidratada ............................................ 85

FIGURA 12 – Índice Médio de Resistência à Compressão das

misturas aglomerantes investigadas ...................... 86

FIGURA 13 – Índice de Resistência à Compressão das misturas

aglomerantes para a relação água/aglomerantes

0,35 ........................................................................ 87

FIGURA 14 – Variação Percentual da Resistência à Compressão

das misturas aglomerantes com e sem reposição

de hidróxido de cálcio ........................................... 92

FIGURA 15 – Variação Percentual da Resistência à Compressão

das misturas aglomerantes com e sem adição de

cal hidratada diante do concreto de referência ...... 94

FIGURA 16 – Consumo de cimento e resistência unitária para

as resistências à compressão de 35 MPa e 55

MPa ....................................................................... 95

FIGURA 17 – Permeabilidade ao oxigênio, aos 91 dias, das mis-

turas aglomerantes investigadas ............................ 98

FIGURA 18 – Coeficiente de permeabilidade aos 91 dias – Cin-

za Volante (50%) COM e SEM adição de cal hi-

dratada ................................................................... 101


za de Casca de Arroz (50%) COM e SEM adição

de cal hidratada ..................................................... 102

xv

FIGURA 20 – Coeficiente de permeabilidade aos 91 dias – Es-

cória Granulada de Alto Forno (70%) COM e

SEM adição de cal hidratada ................................. 102


za Volante (50%) e Cinza de Casca de Arroz

(20%) COM e SEM adição de cal hidratada ......... 104


za Volante (20%) e Escória Granulada de Alto

Forno (70%) COM e SEM adição de cal hidrata-

da ........................................................................... 104

FIGURA 23 – Índice Médio de Permeabilidade ao Oxigênio das


FIGURA 24 – Índice de Permeabilidade ao Oxigênio das mistu-

ras aglomerantes para a relação á-

gua/aglomerantes 0,35 .......................................... 107

FIGURA 25 – Variação Percentual da Permeabilidade ao Oxi-

gênio das misturas aglomerantes com e sem adi-

ção de cal hidratada ............................................... 110

FIGURA 26 – Correlação entre resistência e permeabilidade -

Cinza Volante (50%) COM e SEM adição de cal

hidratada ................................................................ 116

FIGURA 27 – Correlação entre resistência e permeabilidade –

Cinza de Casca de Arroz (50%) COM e SEM a-


xvi


Escória Granulada de Alto Forno (70%) COM e



Cinza Volante (50%) e Cinza de Casca de Arroz



Cinza Volante (20%) e Escória de Alto Forno


FIGURA 31 – Decréscimos nos coeficientes de permeabilidade

ao oxigênio decorrentes da adição de cal hidrata-

da, para 35 e 55 MPa de resistência à compressão 121

FIGURA 32 – Tendências nos coeficientes de permeabilidade

ao oxigênio em função do teor de adições mine-

rais empregadas para 35 MPa, aos 91 dias ........... 122

FIGURA 33 – Tendências nos coeficientes de permeabilidade

ao oxigênio em função do teor de adições mine-

rais empregadas para 55 MPa, aos 91 dias ........... 123

FIGURA 34 – Absorção Capilar de Água, aos 91 dias, das mis-

turas aglomerantes investigadas ............................ 126

FIGURA 35 – Coeficiente de absorção capilar aos 91 dias –

Cinza Volante (50%) COM e SEM adição de cal

hidratada ................................................................ 130


Cinza de Casca de Arroz (50%) COM e SEM a-


xvii

FIGURA 37 – Coeficiente de absorção capilar aos 91 dias – Es-

cória Granulada de Alto Forno (70%) COM e



Cinza Volante (50%) e Cinza de Casca de Arroz



Cinza Volante (20%) e Escória Granulada de Al-

to Forno (70%) COM e SEM adição de cal hidra-

tada ........................................................................ 133

FIGURA 40 – Índice Médio de Absorção Capilar de Água das


FIGURA 41 – Índice de Absorção Capilar das misturas aglome-

rantes para a relação água/aglomerantes 0,35 ....... 135

FIGURA 42 – Variação Percentual da Absorção Capilar de Á-

gua das misturas aglomerantes com e sem adição

de cal hidratada ..................................................... 138

FIGURA 43 – Correlação entre resistência e absorção - Cinza

Volante (50%) COM e SEM adição de cal hidra-

tada ........................................................................ 143

FIGURA 44 – Correlação entre resistência e absorção – Cinza

de Casca de Arroz (50%) COM e SEM adição de

cal hidratada .......................................................... 144

FIGURA 45 – Correlação entre resistência e absorção – Escória

Granulada de Alto Forno (70%) COM e SEM a-


xviii


Volante (50%) e Cinza de Casca de Arroz (20%)



Volante (20%) e Escória de Alto Forno (70%)


FIGURA 48 – Decréscimos nos coeficientes de absorção capilar

de água decorrentes da adição de cal hidratada,

para 35 e 55 MPa de resistência à compressão ..... 148

FIGURA 49 – Tendências nos coeficientes de absorção capilar

de água em função do teor de adições minerais

empregadas para 35 MPa, aos 91 dias .................. 149

FIGURA 50 – Tendências nos coeficientes de absorção capilar

de água em função do teor de adições minerais

empregadas para 55 MPa, aos 91 dias .................. 150

FIGURA 51 – Acréscimos na Resistência à Compressão e De-

créscimos na Permeabilidade ao Oxigênio e Ab-

sorção Capilar de Água (Médios) para as mistu-

ras investigadas decorrentes da adição de cal hi-

dratada, tendo como base os valores do concreto

de referência .......................................................... 153

xix

FIGURA 52 – Acréscimos na Resistência à Compressão e De-

créscimos na Permeabilidade ao Oxigênio e Ab-

sorção Capilar de Água para as misturas investi-

gadas decorrentes da adição de cal hidratada, ten-

do como base os valores do concreto de referên-

cia, para a relação água/aglomerantes 0,35 ........... 154

FIGURA 53 – Correlação entre permeabilidade ao oxigênio e

absorção capilar de água das misturas aglomeran-

tes investigadas SEM adição de cal hidratada ...... 159

FIGURA 54 – Correlação entre permeabilidade ao oxigênio e

absorção capilar de água das misturas aglomeran-

tes investigadas COM adição de cal hidratada ..... 159

xx

RESUMO Dissertação de Mestrado

Curso de Pós Graduação em Engenharia Civil Universidade Federal de Santa Maria, RS, Brasil

EFEITOS DA ADIÇÃO DE CAL HIDRATADA SOBRE A

PERMEABILIDADE AO OXIGÊNIO E ABSORÇÃO CAPILAR DE CONCRETO COM ALTOS TEORES DE ADIÇÕES MINERAIS

Autor: Juarez Hoppe Filho

Orientador: Prof. Dr. Geraldo Cechella Isaia Santa Maria, 05 de setembro de 2002.

A utilização de altos teores de adições minerais em substituição ao cimento

consome o hidróxido de cálcio proveniente da hidratação, resultando em decrés-cimo ou esgotamento do teor remanescente deste, propiciando maior velocidade de carbonatação, com conseqüente queda do pH, podendo despassivar a armadura do concreto armado e desencadear o seu processo corrosivo. Visando este incon-veniente adicionou-se aos concretos, com adições minerais, cal hidratada, em teo-res de 15 e 18% sobre a massa de materiais cimentícios. As adições empregadas foram cinza volante, cinza de casca de arroz e/ou escória, compondo misturas bi-nárias e ternárias, com teores de substituição entre 50% e 90%, em massa, as quais foram moldadas em três relações água/aglomerantes (0,35; 0,45 e 0,55), com o in-tuito de quantificar as influências na resistência à compressão, permeabilidade ao oxigênio e absorção capilar de água, conforme a norma RILEM TC-116 PCD, en-tre concretos com e sem cal e destes com o concreto de referência sem adições. A utilização das adições, geralmente resulta em decréscimos na resistência diante do referencial e, quando da adição da cal, averiguou-se acréscimos em relação aos similares sem cal. Na permeabilidade ao oxigênio, a adição da cal aos concretos com adições propicia aos mesmos coeficientes de permeabilidade inferiores ao coeficiente do concreto de cimento Portland, excetuando-se a mistura ternária com 20% de cinza volante e 70% de escória, para todas as relações a/ag. investigadas. A adição da cal resulta em coeficientes de permeabilidade menores frente aos concretos similares sem esta adição. Diante da absorção capilar de água, o concre-to de cimento Portland, na relação a/ag. 0,35, foi superado pelos concretos com escória, com e sem a adição de cal, pela mistura ternária com cinza volante, escó-ria e cal e pela mistura binária com cinza de casca de arroz e cal. Na relação a/ag. 0,45 o concreto de referência apresentou o menor coeficiente de absorção capilar e, na relação a/ag. 0,55 o referencial foi superado somente pela mistura com 70% de escória e cal hidratada. Observou-se pouca dependência da absorção capilar em relação aos respectivos coeficientes de permeabilidade quando se realizam as cor-relações entre estas variáveis, devido aos distintos mecanismos que regem o transporte dos fluidos pelo concreto (absorção capilar e difusão).

ABSTRACT Dissertação de Mestrado

Curso de Pós Graduação em Engenharia Civil Universidade Federal de Santa Maria, RS, Brasil

EFFECTS OF HYDRATED LIME ADDITION ON THE

OXYGEN PERMEABILITY AND CAPILLARY ABSORPTION OF CONCRETE WITH HIGH CONTENTS OF MINERAL

ADDITIONS

Author: Juarez Hoppe Filho Coordinator: Prof. Dr. Geraldo Cechella Isaia

Santa Maria, september 05, 2002. The utilization o high content of mineral additions in Portland cement sub-

stitution consumes calcium hydroxide proceeding from hydration, resulting in de-creasing or breakdown of the latter remaining content, propitiating high carbona-tion speed with consequent pH decrease, being able depassivate the concrete structure rebar and initiate its corrosion process. Aiming at this disadvantage, to the mineral addition concrete hydrate lime with 15% and 18% content upon the cemetitious materials mass were added. The following mineral additions were employed: fly ash, rice husk ash and/or slag, in binary and ternary mixtures with substitution contents between 50% and 90%, by mass. For those mixtures speci-mens with three water/cementitious materials (0.35, 0.45 and 0.55) were molded, in order to quantity the influences in compression strength, oxygen permeability and water capillary absorption, according RILEM TC-116 PCD code, between concretes with and without hydrated lime and, from these ones with the reference concrete without additions. The utilization of mineral additions generally results in strength decrease referred to the reference concrete but, analyzing the mixtures with lime it was verified increase in relation to those similar mixtures without lime. In the oxygen permeability tests, the lime addition to the concretes with mineral additions propitiate lower permeability coefficients related to the refer-ence concrete, with exception the 20% fly ash and 70% slag ternary mixture, for all investigated w/cm. The lime addition results in smaller permeability coeffi-cients in front of the similar concretes without lime. For the water capillary ab-sorption, the reference concrete, in w/cm = 0.35 was exceeded by the slag con-cretes, with or without lime, by the fly ash and slag ternary mixture with lime and by the rice husk ash binary mixture with lime. For w/cm = 0.45 the reference con-crete presented the lower capillary absorption coefficient and, for the w/cm = 0.55 the reference concrete was surpassed only by the 70% slag and lime mixture. Small dependence of the capillary absorption in relation to the respective oxygen permeability coefficients was observed, when the correlation between these vari-ables was analyzed, due to the distinct mechanisms that govern the fluids transport through concrete (capillary absorption and diffusion).

1 INTRODUÇÃO

1.1 Importância do tema

O avanço tecnológico e científico da ciência dos materiais vem

propiciando a execução cada vez mais freqüente de concretos de alto

desempenho, os quais caracterizam-se por elevadas resistências à

compressão e, principalmente, pelas inúmeras melhorias referentes à

durabilidade dos concretos estruturais armados.

Esse incremento na resistência à compressão e nas características

de durabilidade está intrinsecamente ligado a microestrutura, seguido

da mistura, do lançamento e da cura do concreto, o qual se produzido

e aplicado sem cuidados especiais apresentará falhas congênitas que

poderão afetar o seu tempo de vida útil. Essas falhas evidenciam-se

em fissuras e aumento da porosidade do concreto, tornando-o permeá-

vel a fluidos e suscetível ao ingresso de agentes agressivos oriundos

do meio de exposição.

Os poros de grande tamanho, originados pela evaporação da água

em excesso utilizada na sua fabricação e pelo ar aprisionado durante o

lançamento do concreto são os principais responsáveis pelos meca-

nismos que regem a durabilidade das estruturas de concreto (Isaia,

1999).

Ao se substituir parte do cimento por adições minerais, a estrutu-

ra da pasta transforma-se substancialmente; há uma alteração signifi-

cativa na distribuição e tamanho dos poros formados, estando o seu

comportamento, conforme constatado por vários pesquisadores, rela-

cionado às características químicas, mineralógicas, à finura, à quanti-

dade e à história térmica da adição (Sarkar, 1995).

As adições minerais, através das reações pozolânicas, reduzem a

porosidade e a permeabilidade da pasta de acordo com sua reatividade

com o hidróxido de cálcio (Gastaldini, 1996).

A utilização de resíduos industriais, tais como a cinza volante,

cinza de casca de arroz e a escória granulada de alto forno, em substi-

tuição ao cimento Portland, procura equilibrar ecologia com economi-

a, com o propósito de se produzir concreto com menos energia, maté-

ria-prima, desperdício e poluição, visando a ecoeficiência e a auto-

sustentabilidade das estruturas, possibilitando desta forma reservas

substanciais de recursos para as gerações futuras.

Com efeito, há a compreensão que existe uma estreita relação en-

tre a durabilidade de materiais e ecologia. A conservação de recursos

materiais através da produção de materiais mais duráveis é, além de

tudo, um passo ecológico (Metha & Monteiro, 1994).

A busca por soluções para os problemas ambientais decorrentes

da grande quantidade de resíduos e subprodutos industriais gerados,

atualmente, para manter a demanda tecnológica imposta pelo mundo

moderno traz consigo uma perspectiva de sustentabilidade e ecoefici-

ência que deve ser expandida, de forma abrangente, também na cons-

trução civil.

Por permitir de maneira satisfatória a incorporação de tais resí-

duos, reduzindo-se em até 90% o consumo de cimento por metro cú-

2

bico de concreto, atribuições relevantes ao desempenho e durabilidade

destes concretos devem ser averiguados para obter-se subsídios técni-

cos que permitam o uso corriqueiro destes, almejando-se qualidades,

no mínimo, iguais às desenvolvidas pelo concreto de cimento Por-

tland.

O uso destas fontes alternativas de matéria-prima desencadeará

um processo de manutenção das fontes energéticas naturais além de

reciclar subprodutos agroindustriais, conferindo propriedades notori-

amente vantajosas nos concretos com a utilização destas adições mi-

nerais. As vantagens enfatizadas nos parâmetros de durabilidade de-

correntes da substituição de cimento são amplamente destacadas na li-

teratura pertinente, embora, normalmente estes benefícios são acom-

panhados por decréscimos na resistência à compressão. Tal compor-

tamento hostil torna-se irrisório diante do incremento na vida útil da

estrutura, embora fazer-se-á necessário para tal um controle minucioso

da dosagem e mistura do concreto.

O aprimoramento da qualidade microestrutural dos concretos

com adições minerais minimiza o consumo de cimento e muitas vezes

majora suas características de durabilidade, ampliando o tempo de uti-

lização da estrutura e, por conseqüência diminui a extração de recur-

sos naturais e consumo de energia para a produção do cimento, en-

quadrando-se satisfatoriamente no conceito de auto-sustentabilidade e

ecoeficiência, temas de preocupação crescente na sociedade mundial

atual.

Ao tratar-se de durabilidade do concreto, vários fatores físicos,

químicos e mecânicos devem ser levados em consideração, mas o ob-

3

jetivo principal desta pesquisa é analisar as conseqüências que a subs-

tituição de cimento por altos teores de pozolanas e escória trazem para

o processo de despassivação da armadura, dando enfoque à permeabi-

lidade ao oxigênio e absorção capilar de água.

O desempenho quanto à durabilidade dos concretos está direta-

mente subordinado a relação água/aglomerantes, a qual atua na com-

pacidade da matriz, na interface pasta-agregado e na porosidade total

do concreto.

Embora a utilização de adições minerais seja quase unanimidade

no meio científico, no que concerne aos benefícios técnicos e econô-

micos alcançados, esta substituição causa alguns efeitos colaterais, tais

como a progressão mais lenta da resistência mecânica inicial em al-

guns tipos de adições e uma diminuição na reserva alcalina do concre-

to, devido as reações pozolânicas que consomem o hidróxido de cálcio

para a formação do C-S-H (silicato de cálcio hidratado) secundário.

Este consumo da reserva alcalina propicia uma maior velocidade de

carbonatação da camada de cobrimento, a qual protege a armadura das

estruturas de concreto, levando à despassivação do aço, devido a redu-

ção do pH do cobrimento ao longo do tempo e, conseqüentemente,

dando início ao processo de corrosão do aço.

Como a reserva alcalina é inversamente proporcional a quantida-

de de adições minerais utilizadas e, esta pesquisa baseia-se em altos

teores de substituição do cimento Portland, objetiva-se estudar os efei-

tos que a adição externa de hidróxido de cálcio, através da incorpora-

ção, por adição, de cal hidratada, traz sobre algumas propriedades li-

gadas à microestrutura dos concretos investigados, analisando-se os

4

coeficientes de permeabilidade ao oxigênio e absorção capilar de á-

gua, correlacionando-os com a resistência à compressão.

Além das vantagens técnicas oriundas da substituição de cimento

por pozolanas e escória granulada de alto forno, temos um benefício

econômico, já que a obtenção destes materiais apresenta, em geral, um

custo mais baixo, o que resulta em um concreto mais barato e com be-

nefícios frente a durabilidade e resistência à compressão, aliando-se

assim preservação ecológica, economia e maior durabilidade das es-

truturas.

Perante a ecoeficiência, o ganho social e ambiental é bastante

compensador, já que a incorporação de adições minerais em substitui-

ção ao cimento diminui o alto valor agregado a este material em ter-

mos de custo e energia, isto por possuir, estas adições, quase sempre,

valores econômicos e energéticos inferiores ao cimento. Assim sendo,

os níveis de agressões ao meio ambiente são menores devido à dimi-

nuição da extração de matérias-prima para a produção do clínquer

(calcário e argila) e a reutilização de rejeitos agroindustriais que, mui-

tas vezes, são lançados ao solo sem qualquer controle tecnológico e

científico que visem minimizar ou até mesmo reutilizar estes resíduos

que trazem graves danos ao ambiente em que estão inseridos.

O ganho final devido à reutilização destas adições minerais é bas-

tante acentuado, já que o consumidor final terá um material de melhor

qualidade diante da durabilidade do concreto e de menor custo, os pro-

dutores de cimento diminuirão o consumo de clínquer, conseqüente-

mente o consumo de energia e a emissão de CO2 para a atmosfera e; o

ganho social e ambiental também será notadamente benéfico, pois o

5

consumo de matéria-prima será diminuído e o consumo de adições

minerais será acrescido, mantendo assim o meio ambiente com meno-

res níveis de exploração e agressão.

Como a substituição do cimento por pozolanas ou escória reduz

drasticamente a reserva alcalina e o pH da fase intersticial, faz-se ne-

cessário a obtenção de subsídios técnico-científicos que propiciem a

utilização de elevados teores de adições minerais no concreto, de for-

ma a proporcionar um teor remanescente de hidróxido de cálcio com-

patível com a vida útil de projeto. De fato, estas adições, por utiliza-

rem o hidróxido de cálcio oriundo da hidratação do cimento, promo-

vem, em um menor intervalo de tempo às reações de neutralização na

camada de cobrimento, o que, para o concreto, não traz conseqüências

danosas, em vista que aumenta a densidade e diminui a permeabilida-

de da camada superficial carbonatada. Entretanto, para a armadura, em

virtude da diminuição do pH de 12,0 para 8,5, resulta na despassiva-

ção da mesma. Frente a esta situação, tem-se procurado diminuir a re-

lação água/aglomerantes para obter-se uma camada de cobrimento

mais densa e com poros de menores dimensões, de forma a dificultar a

percolação de fluidos através do concreto. Embora esta seja uma atitu-

de bastante interessante, o custo econômico do concreto tende a ele-

var-se, já que torna-se necessário a utilização de maior quantidade de

material cimentício e/ou de aditivos superplastificantes para manter

uma trabalhabilidade adequada ao perfeito lançamento do concreto

nas formas.

Neste contexto é que procurar-se-á adicionar a cal hidratada, com

o objetivo de suprir o teor remanescente de hidróxido de cálcio, resta-

6

belecendo o pH da fase intersticial e a reserva alcalina do concreto. O

emprego da cal hidratada visa propiciar a utilização de altos teores de

adições minerais conferindo ao concreto características de durabilida-

de mais promissoras, sem prejudicar a efetiva proteção ao aço conferi-

da pela camada de cobrimento, a qual depende de pH elevado para

passivar os vergalhões de aço inseridos no concreto armado.

Esta averiguação experimental é parte integrante de um projeto

mais amplo que aborda, além do objetivo específico desta pesquisa

(permeabilidade ao oxigênio e absorção capilar de água), outras fren-

tes de estudos científicos, as quais pretendem enfocar a carbonatação,

a penetração de cloretos e a análise microestrutural, onde procurar-se-

á correlacioná-las através de comparações específicas com a resistên-

cia à compressão.

Para tanto, o plano desta investigação consiste em comparar on-

ze misturas, onde uma das quais, a de referência, é constituída por ci-

mento Portland ARI e as demais compõem misturas binárias e terná-

rias, com e sem cal hidratada, onde todas foram moldadas nas relações

água/aglomerantes 0,35; 0,45 e 0,55, totalizando trinta e três misturas

investigadas, permitindo assim uma comparação quantitativa entre as

misturas com e sem cal e, destas com as misturas de referência, para

todos os parâmetros de durabilidade acima citados.

7

1.2 Objetivos

O objetivo primordial deste trabalho é investigar, sob o ponto de

vista da durabilidade, a utilização de altos teores de adições minerais,

substituindo, em massa, o cimento Portland, conjugado com a adição

da cal hidratada, em concretos estruturais. A premissa para este estudo

é contribuir com argumentos técnicos que vislumbrem a produção de

estruturas de concreto mais duráveis e, para isto, incrementos de pozo-

lanas e escória granulada de alto forno em níveis de 50% a 90%, com-

pondo misturas binárias e ternárias com cimento Portland ARI foram

utilizadas.

A utilização, por adição, da cal hidratada, sem considerá-la como

aglomerante, em termos de dosagem, propõe comparações e correla-

ções quantitativas de concretos idênticos com e sem o seu emprego e

destes com o concreto de referência. Surgem então os questionamen-

tos a serem desvendados nesta investigação experimental, os quais sa-

lientam a resistência à compressão, permeabilidade ao oxigênio e ab-

sorção capilar de água.

A questão básica geradora da presente pesquisa pode ser assim

resumida:

Sob o ponto de vista da durabilidade, quais são os efeitos da

adição da cal hidratada a concretos com altos teores de adições

minerais?

8

Desdobrando-se a questão inicial acima mencionada, citam-se as

seguintes incógnitas que propuseram esta averiguação científica:

• Qual a influência da adição da cal hidratada sobre a resistên-

cia à compressão, permeabilidade ao oxigênio e absorção ca-

pilar de água?

• Qual a mistura aglomerante que, em igualdade de relação á-

gua/aglomerantes, proporciona menor permeabilidade ao oxi-

gênio e menor absorção capilar de água?

• Qual a mistura aglomerante que, em igualdade de resistência

à compressão do concreto, propicia os menores níveis de

permeabilidade ao oxigênio e absorção capilar de água?

• Quais as relações entre permeabilidade e absorção capilar

destes concretos com as suas resistências à compressão?

• Quais as relações entre permeabilidade ao oxigênio e absor-

ção capilar de água dos concretos investigados?

9

2 CORROSÃO DAS ARMADURAS E MECANISMOS DE

TRANSPORTE DE OXIGÊNIO E DE ÁGUA

2.1 Introdução

O concreto armado, por sua versatilidade, é um dos materiais

mais utilizados na construção civil, além de apresentar um custo eco-

nômico relativamente baixo. Como o concreto é bastante difundido,

enaltece-se a procura por conhecimentos técnicos e científicos que

permitam aprimorar as qualidades do mesmo frente à durabilidade, vi-

sando aumentar a vida útil das estruturas e evitar falhas prematuras

que ocasionam gastos excessivos em manutenção ou até mesmo o

descarte da estrutura.

Degradação química, por exemplo, ataque por sulfatos, carbona-

tação, reação álcali-agregado e corrosão do aço, resultante das reações

entre agentes externos e os ingredientes do concreto, e efeitos físicos,

como gelo e degelo, podem ser grandemente reduzidos reduzindo-se a

permeabilidade do concreto (Lynsdale & Khan, 2000).

Uma das causas principais da deterioração das estruturas de con-

creto armado, afetando diretamente a vida útil da mesma, é a corrosão

das armaduras, a qual pode ocorrer de forma pontual, ataque por clore-

tos, ou de forma generalizada devido a carbonatação da camada de

cobrimento. A despassivação do aço devido à carbonatação da camada

de cobrimento propicia, devido à redução do pH, condições para que

as reações químicas de oxidação ocorram. Entretanto, para desencade-

ar estas reações há necessidade da formação de uma pilha eletroquí-

mica, a qual depende de uma diferença de potencial, da presença de

umidade e de oxigênio para que haja reações de redução do aço.

O ingresso de oxigênio e água no concreto está subordinado às

características da pasta, ao lançamento e cura do mesmo e, principal-

mente, na dosagem adequada do concreto para cada situação de expo-

sição.

A água está envolvida em toda a forma de deterioração e, a per-

meabilidade à água em sólidos porosos determina a taxa de deteriora-

ção das estruturas (Mehta & Monteiro, 1994).

A presença de oxigênio na região circunvizinha ao aço depende

da facilidade com que este pode ingressar na camada de cobrimento,

na qual sua qualidade está subordinada à relação água/aglomerantes,

tempo de cura, adições minerais suplementares e correto dimensiona-

mento da sua espessura, objetivando assim minimizar as dimensões

dos poros, a interconectividade dos mesmos e aumentar a tortuosidade

entre eles, dificultando o transporte de gases sobre esta camada.

A permeabilidade do concreto é um dos parâmetros mais críticos

na determinação da sua durabilidade em ambientes agressivos. Quan-

do a permeabilidade do concreto diminui, seu desempenho de durabi-

lidade, em termos de degradação físico-química, aumenta (Lynsdale &

Khan, 2000).

11

2.2 Corrosão da armadura

Por ser o concreto um material cerâmico de baixa resistência à

tração, incorpora-se ao mesmo, nos projetos estruturais, vergalhões de

aço que constituem a armadura, compondo assim o tradicional concre-

to armado. A interação entre o concreto e o aço, quando bem dimensi-

onados, não apresenta problemas quanto à dilatação térmica, tornando

assim o concreto armado um dos bens de consumo mais utilizados no

mundo.

Com exceção do ouro, prata e platina (metais nobres) que são en-

contrados na natureza na sua forma estável, os demais metais existem

na forma de minério, condição esta de maior estabilidade em relação

ao metal beneficiado. Para extrair um certo metal é necessário aplicar,

ao minério, energia em um processo de redução. O metal perdendo

energia através de uma reação espontânea retorna, gradualmente, ao

seu estado natural. Este fenômeno é chamado corrosão metálica, que é

a transformação dos materiais metálicos, pela ação química ou eletro-

química do meio (Fortes, 1995).

Caso o aço (armadura) do concreto não possua proteção adequa-

da, através da camada de cobrimento, entrando em contato com o ar

atmosférico e umidade, voltará ao seu estado original de minério, so-

frendo corrosão e/ou oxidação.

4 Fe + 3 O2 + H2O 2 Fe2O3 . H2O (1)

12

Este composto óxido férrico hidratado (2 Fe2O3 . H2O) é conhe-

cido por ferrugem.

Sudjono & Seki (2000) citam como sendo o mais sério mecanis-

mo de deterioração de concretos armados a corrosão do aço. Todos os

processos que causam deterioração do concreto em si ou a corrosão do

aço envolvem fenômenos de transporte pelos poros da pasta.

Em virtude deste fato, cabe aqui ressaltar as causas e as danosas

conseqüências advindas deste processo eletroquímico para a redução

da vida útil das estruturas.

Por ser a corrosão do aço um processo eletroquímico, há necessi-

dade da formação das células de corrosão, as quais podem ser geradas

quando metais diferentes estão embutidos no concreto ou quando exis-

tem variações significativas nas características superficiais do aço.

Também podem ser formadas devido a diferenças na concentração de

íons dissolvidos na vizinhança do aço.

O mecanismo de corrosão do aço, no concreto, só se desenvolve

em presença de água ou ambiente com umidade relativa elevada (U.R.

> 60%) (Fortes, 1995).

Segundo Helene (1993), o processo corrosivo será desencadeado

se forem atendidas três condições básicas:

- Existência de um eletrólito;

- Existência de uma diferença de potencial de eletrodo;

- Presença de oxigênio.

Mediante a formação das células de corrosão, algumas partes do

metal tornam-se anódicas e outras partes, catódicas. Formadas as pi-

lhas eletrostáticas, as reações químicas fundamentais que ocorrem são:

13

Ânodo: Fe 2 e + Fe2+ (2)

(aço metálico)

Cátodo: ½ O2 + H2O + 2 e 2 (OH)- (3)

(ar) (água)

A reação anódica, envolvendo a ionização do aço metálico, não

irá progredir se não for mantido o consumo de elétrons no cátodo e,

para isso é necessário a presença simultânea de ar e de água na super-

fície do cátodo.

Mehta & Monteiro (1994) afirmam que os danos causados no

concreto pela corrosão da armadura manifestam-se sob a forma de ex-

pansão, fissuração e lascamento do cobrimento, já que a transforma-

ção do aço metálico em ferrugem é acompanhada por um aumento no

volume, que dependendo do estado de oxidação, pode ser de até 600%

do metal original.

Nas regiões onde o concreto é de qualidade inadequada ou há co-

brimento deficiente da armadura, há progresso da corrosão com for-

mação de óxido ou hidróxido de ferro, ocupando volumes entre 3 a 10

vezes maiores do que o volume inicial da armadura causando, assim,

pressões de expansão superiores a 15 MPa (150 kgf/cm2) (Fortes,

1995).

A Figura 1 ilustra seqüencialmente as ocorrências advindas do

processo corrosivo do aço.

14

Y

A) Penetração de agentes

B) Fissuração devida às forças agressivos por difusão, de expansão dos produtos de absorção ou permeabilidade corrosão

C) Lascamento do concreto e D) Lascamento acentuado corrosão acentuada e redução significativa da

seção de armadura

Y

2. Fissuração devida às forças de expansão dos produtos de cor-rosão.

1. Penetração de agentes agressivos por difu-são, absorção ou per-meabilidade.

3. Lascamento do concre-to e corrosão acentua-da.

4. Lascamento acentuado

e redução significativa da seção de armadura.

FIGURA 1 – Deterioração progressiva do concreto de cobrimento, de

espessura Y, devido à corrosão das armaduras (Shaffer, 1971; Caironi, 1977; apud Helene, 1993).

Para Costa et al. (1992), a condição inicial para que se inicie a

corrosão é a presença de oxigênio na vizinhança do aço e, a taxa de

corrosão dependerá da resistência do material para o fluxo de oxigê-

nio.

Para Neville (1997), as propriedades da pasta de cimento endure-

cida influenciam o suprimento de oxigênio e a disponibilidade de u-

midade, ambos necessários para que haja corrosão. Iniciada esta, seu

prosseguimento é inevitável, sendo influenciado pela resistividade do

concreto entre o ânodo e o cátodo e pela continuidade de suprimento

15

de oxigênio no cátodo.

O princípio da corrosão da armadura, considerando-se neste caso

a carbonatação, só irá ocorrer quando tivermos a despassivação do a-

ço, a qual ocorre quando há diminuição do pH na solução aquosa da

pasta de 12,6 para um valor inferior a 11,5. Deste fato decorre a im-

portância da camada de cobrimento da armadura, a qual irá fornecer

proteção mecânica e química para evitar a deterioração da estrutura.

Esta proteção está diretamente relacionada com a qualidade do concre-

to e a espessura do cobrimento. O cobrimento de concreto compacto e

pouco permeável mantém os elementos agressivos afastados do aço

(proteção mecânica). A proteção química advém da formação de uma

camada alcalina sobre a armadura (passivação), já que o hidróxido de

cálcio, que representa mais ou menos 25% do volume da pasta de ci-

mento Portland comum com pH igual a 12,6, produz com a ferrugem

inicial do aço uma película passivante de ferrato de cálcio que inativa

a superfície do aço contra a dissolução anódica do ferro.

Com efeito, segundo Gouda (1966), Page (1983), apud Figueire-

do (1994), a fase líquida ou aquosa do concreto apresenta pH entre

12,5 e 13,5, favorecendo a formação de uma camada de óxido férrico

passivante, composta de γ Fe2O3 (lepidocrocita) compacta e aderente à

superfície da armadura, protegendo-a.

2 Fe (OH)3 + Ca (OH)2 CaO . Fe2O3 + 4 H2O (4)

(ferrugem)

Este fino filme de óxido de ferro, que se torna impermeável e for-

16

temente aderente à superfície do aço em meios alcalinos, torna o aço

passivo à corrosão. Este meio alcalino resulta do elevado pH existente

na solução aquosa presente nos poros do concreto.

Os poros do concreto são ocupados pela fase aquosa, contendo

componentes iônicos como OH-, Na+, Ca2+, K+ e SO42-, liberados pelas

reações de hidratação ou de cura. Os íons Na+ e K+ são os principais

responsáveis pela elevação da alcalinidade do concreto (Fortes, 1995).

Costa et al. (1992) afirmam que é muito provável que a corrosão

do aço aconteça se a alcalinidade da solução dos poros do concreto es-

tiver reduzida abaixo de certos níveis devido a carbonatação.

Há proposições de vários autores para um valor crítico de pH en-

tre 11,8 e 11,5, abaixo do qual não é garantida a passivação do aço,

embora segundo Nogueira (1989), já tenham havido registros, sob cer-

tas condições, de valores de pH inferiores, sem que tenha havido que-

bra da passivação.

2.3 A importância da camada de cobrimento

De acordo com Aitcin (2000) qualquer concreto com relação á-

gua/aglomerantes superior a 0,5 possui microestrutura muito aberta,

que oferece largas avenidas para a penetração de agentes agressivos.

Assim sendo, Costa et al. (1992), evidenciam que a espessura da

camada de cobrimento do aço é de extrema importância para evitar a

despassivação da armadura.

17

Para Aitcin (2000), a relação água/aglomerantes baixa, bom lan-

çamento e boa cura são o “preço” que tem que ser pago para proteger

as estruturas de concreto armado contra a corrosão do aço das armadu-

ras. Quando observado do ponto de vista da vida útil e do custo social,

este não é um preço muito alto a ser pago.

Para Neville (1997), a importância na saturação dos poros consis-

te em que os gases podem se difundir através de um espaço preenchi-

do com água ou com ar, mas, no primeiro caso, o processo é 104 a 106

vezes mais lento do que no segundo.

Os poros do concreto podem dispor de quantidades de água dife-

renciadas, em função da umidade relativa do ar. A difusão de um gás

(em geral o dióxido de carbono) é bastante diferente quando o difusor

é a água ou o ar (Figueiredo, 1994).

Quando os poros estão secos (baixa umidade relativa) a difusão

de CO2 é processada até as regiões mais internas, sem dificuldades, e a

reação de carbonatação não ocorre por ausência de água. A frente de

carbonatação é lenta quando os poros estão cheios de água (saturados)

devido à baixa velocidade de difusão de CO2, na água. No entanto, se

os poros estão parcialmente preenchidos com água, (alta umidade rela-

tiva, sem haver saturação), existirá avanço da frente de carbonatação

até certa profundidade, porque os poros estão em condição favorável.

Tal situação é efetivamente prejudicial, podendo haver elevadas velo-

cidades de corrosão pela destruição da passivação do aço da armadura

(Fortes, 1995).

Costa et al. (1992) destacam que a espessura da camada de co-

brimento deveria permitir que o concreto na vizinhança do aço esti-

18

vesse sempre saturado. Esta condição depende das variações de umi-

dade relativas que podem variar substancialmente de local para local.

Segundo Aitcin (2000), um concreto com relação á-

gua/aglomerantes na faixa de 0,30 a 0,35 é impermeável o bastante pa-

ra oferecer adequada proteção contra a corrosão do aço usual, desde

que a espessura do cobrimento de concreto e a cura sejam adequadas.

Portanto, a espessura da camada de cobrimento deveria ser de-

terminada de acordo com as condições ambientais ou, melhor, deveria

ter que ser estabelecida estritamente para garantir proteção do aço em

todos os casos.

2.4 Transporte de oxigênio e água

O ingresso de fluidos no concreto está intrinsecamente relaciona-

do com a qualidade do concreto, principalmente do concreto que

compõe a camada de cobrimento da armadura. A qualidade deste con-

creto depende de inúmeros fatores e, portanto, na fase de projeto e do-

sagem do mesmo, deve-se proceder um levantamento minucioso das

condições ambientais a que este ficará exposto durante a sua vida útil.

Para tanto, várias medidas técnicas e científicas podem ser adotadas

para maximizar as propriedades intrínsecas, frente à durabilidade, do

concreto, de modo a torná-lo capaz de apresentar características fun-

cionais adequadas frente aos agentes agressivos aos quais estará sub-

metido.

19

Para Neville (1997), com exceção da deterioração mecânica, to-

das as influências desfavoráveis decorrem do transporte de fluidos a-

través do concreto.

Desta forma deve-se procurar, através dos avanços na tecnologia

do concreto, impedir ao máximo o transporte de fluidos, principal-

mente na camada de cobrimento da armadura, agindo-se sobre a rede

capilar do concreto, já que este é, sem dúvida, um material cerâmico

poroso.

Em conseqüência das reações produzidas durante o processo de

hidratação e da quantidade de água utilizada para amassar o concreto,

a pasta de cimento torna-se um material formado basicamente por 3

fases (sólida, poros e água) compostas por partículas de cimento ani-

dro mergulhadas em uma matriz contínua de gel de cimento, a qual é

atravessada por uma múltipla rede de poros que podem ou não estar

cheios de água (Mopt, 1991, apud Figueiredo, 1994).

A permeabilidade do concreto não é uma função simples da po-

rosidade, mas depende também das dimensões, distribuição, forma,

tortuosidade e continuidade dos poros (Neville, 1997).

Perante à durabilidade, os principais fluidos que podem ingressar

no concreto são a água, pura ou com íons agressivos, o dióxido de

carbono e o oxigênio. Eles podem se deslocar através do concreto de

modos diferentes porém, o deslocamento dos mesmos depende, basi-

camente, da estrutura da pasta de cimento hidratada (Neville, 1997).

A Figura 2 ilustra esquematicamente a rede de poros da pasta de

cimento.

20

B

B

P

B

P

P asta de c im en to

P orosidade fechada

P orosidade superfic ia l em fo rm a de bo lsa

P orosidade perm eávelP ossíve l percu rso do fluxo de um gás ou líqu ido

FIGURA 2 – Rede de poros da pasta de cimento (Mopt, 1991, apud Figueiredo, 1994).

A maioria das reações entre substâncias químicas, substâncias

agressivas externamente providas e os componentes do cimento e

concreto acontecem na água dos poros. Então, o conhecimento da es-

trutura dos poros e a distribuição do volume dos poros em fases gaso-

sas e aquosas é absolutamente necessário para se ter conhecimento dos

fenômenos de transporte e de deterioração do concreto (Sudjono &

Seki, 2000).

Por ser o concreto um material cerâmico composto, constituído

21

basicamente por três fases, as quais são os agregados, a matriz da pas-

ta de cimento hidratada propriamente dita e a zona de transição entre a

matriz da pasta e os agregados, a interação entre estes elementos deve

ser a mais coesa possível para tornar o concreto, principalmente o de

alto desempenho, passível de características e propriedades adequadas

de modo a permitir ganhos de resistência à compressão acompanha-

dos, especialmente, de vantagens e atribuições importantes para a du-

rabilidade.

Durante a consolidação, as partículas do agregado graúdo, de-

pendendo do seu tamanho, forma e textura superficial, impedem uma

distribuição homogênea da água no concreto fresco. Segundo Neville

(1995), por causa desse “efeito parede” localizado, alguma água tende

a se acumular na superfície das partículas do agregado graúdo. Como

conseqüência deste fato, tem-se nas regiões circunvizinhas aos agre-

gados, uma relação água/cimento mais alta, caracterizando a zona de

transição, onde devido ao maior volume ocupado pela água, formam-

se a etringita e o hidróxido de cálcio, produtos cristalinos estes relati-

vamente grandes, formando uma estrutura cristalina mais porosa do

que a matriz de pasta de cimento hidratada. Com o decorrer da hidra-

tação, há a formação do C-S-H (silicato de cálcio hidratado) que irá

preencher os espaços vazios entre o reticulado criado pelos cristais de

etringita e hidróxido de cálcio, aumentando a densidade e a resistência

da zona de transição.

A zona de transição, comprovado no meio científico, é o elo mais

fraco da corrente que caracteriza o concreto diante da resistência à

compressão, à tração e à fissuração. A atuação sobre esta zona, através

22

de medidas e cuidados até certo ponto simples de serem tomados, a-

carretará ganhos substanciais na qualidade desta, tornando-a capaz de

adquirir características e propriedades semelhantes à matriz da pasta.

Estudos prévios destacaram que a interface pasta-agregado pode

contribuir para a contínua transferência de gás no concreto e esta inter-

face tem sua permeabilidade pouco reduzida com o processo de cura

(Costa et al., 1992).

Para Mehta & Monteiro (1994), em uma pasta endurecida de ci-

mento, o tamanho e continuidade dos poros a qualquer ponto durante

o processo de hidratação irão controlar o coeficiente de permeabilida-

de.

Já para Neville (1997), a existência de fissuras muito finas na in-

terface entre os agregados graúdos e a pasta de cimento são devidas às

diferenças inevitáveis das propriedades mecânicas do agregado e da

pasta de cimento, combinadas com a retração e com as variações tér-

micas.

Aitcin (2000) cita que, quando o concreto é submetido a ataque

químico externo, existe apenas um modo de reduzir a intensidade des-

sa agressão: reduzir a porosidade e a permeabilidade do concreto para

baixar ou diminuir a velocidade, tanto quanto possível, da penetração

dos agentes agressivos.

Segundo Lynsdale & Khan (2000), a permeabilidade é ditada pe-

la microestrutura do concreto, que controla o ingresso de umidade, í-

ons e espécies gasosas no concreto.

Em virtude de ser a porosidade a proporção do volume total do

concreto ocupada pelos poros, expressa em porcentagem, isto não

23

quer dizer que a mesma possua uma relação direta com a permeabili-

dade do concreto, pois esta última não depende somente da porosidade

total do concreto, mas leva em consideração o diâmetro dos poros, a

interconectividade da rede capilar, a tortuosidade do caminho a ser

percorrido pelos fluidos, além do estado de umidade e distribuição

destes poros. Portanto, podemos ter dois concretos distintos, com a

mesma porosidade, entretanto, com valores típicos de coeficientes de

permeabilidade bem diferentes.

Para Neville (1997), nos concretos com relações água/cimento

0,4; os capilares começam a se segmentar, de modo que ocorre uma

diferença substancial da permeabilidade entre pastas com relação á-

gua/cimento menor do que 0,4 e pastas com valores maiores dessa re-

lação.

Citam Mehta & Monteiro (1994) que, tipicamente, em torno de

30% de porosidade capilar representa um ponto em que as intercone-

xões entre os poros já se tornaram tão tortuosos que um decréscimo

adicional na porosidade da pasta não é acompanhado por um decrés-

cimo substancial no coeficiente de permeabilidade.

Segundo Geyer et al. (1994), apud Frizzo (2001), a qualidade de

um concreto pode ser classificada em função de sua porosidade total,

conforme o Quadro 1.

24

QUADRO 1 – Qualidade do concreto segundo a porosidade.

Qualidade do Concreto Porosidade (%) Excelente Boa Satisfatória Medíocre Ruim

10 a 11 11 a 15 16 a 18 19 a 22

> 22

Paulon (2000) entende que os mecanismos de transporte de mas-

sa no concreto dependem das características físicas e químicas dos a-

gentes agressivos; de suas concentrações na superfície do concreto e

das condições ambientais; da estrutura dos poros (tipo, tamanho e dis-

tribuição); do grau de umidade do concreto e da temperatura.

Quando o transporte ocorre por capilaridade, gera a absorção ou

desorção; por pressão externa, chama-se permeabilidade e por diferen-

ça de concentração, denomina-se difusão (Frizzo, 2001).

2.4.1 Mecanismos de transporte de fluidos pelo concreto

A interação entre os fluidos ambientais para o interior do concre-

to depende essencialmente do estado de umidade dos poros. A difusão

de gases não ocorre com a falta ou excesso de água (poros totalmente

secos ou saturados), mas é máxima quando os poros do concreto esti-

verem parcialmente saturados (Comité Euro Internacional Du Béton

apud Isaia, 1999).

O fenômeno da difusão tende a equalizar o fluido entre o meio

ambiente e os poros do concreto, através da interface entre a água e o

25

ar presentes nos poros semi-umedecidos.

A difusão do oxigênio no concreto se processa pela interface das

películas água/ar que estão presentes nos poros semi-umidificados, ou

seja, transporte de matéria por diferença de concentração, com a mo-

vimentação de moléculas ou íons (Venquiaruto, 2002).

A permeabilidade expressa a velocidade de percolação de um

fluido através de um meio poroso, através de seus poros intercomuni-

cáveis, e depende da diferença de pressão entre os pontos considera-

dos.

A maior ou menor quantidade de água absorvida, a qual chama-

mos absorção capilar, facilita ou dificulta a difusão de gases no con-

creto. A absorção capilar é uma propriedade dos materiais não-

saturados. Se a absorção capilar atingir a saturação dos poros do con-

creto, substâncias dissolvidas na água poderão ser transportadas, não

havendo difusão de gases nesta situação, mas após secagem parcial, a

difusão se processará de forma intensa, demonstrando a inter-relação

existente entre absorção capilar e difusão de gases (Frizzo, 2001).

A absorção pelo concreto de soluções líquidas, ricas em íons a-

gressivos, é um fenômeno motivado por tensões capilares, que ocorre imediatamente após o contato superficial do líquido com o substrato. A absorção capilar, portanto, é dependente da porosidade aberta, isto é, dos poros capilares interconectados entre si, permitindo o transporte das substâncias líquidas contaminadas para o interior do concreto; mas depende sobretudo do diâmetro dos poros e apresenta forças de sucção capilar tão ou mais intensas quanto menores forem os diâmetros dos capilares. Depende ainda das características intrínsecas do líquido, tais como viscosidade e tensão superficial (Cascudo, 1997, p. 43 apud Frizzo, 2001).

26

Pelo exposto verifica-se a importância da atuação na zona de

transição entre os agregados graúdos e a pasta de cimento, com o pro-

pósito de diminuir ao máximo a espessura desta, o que é satisfatoria-

mente atingido com a utilização das adições minerais que, através do

efeito químico e físico, refinam a estrutura cristalina do C-S-H, tor-

nando-a mais densa e com melhor desempenho diante dos inúmeros

fatores de durabilidade, aquém do incremento na resistência à com-

pressão decorrente da formação do C-S-H secundário.

Como a deterioração das estruturas de concreto armado está in-

trinsecamente ligado as propriedades de durabilidade desenvolvidas

por este diante dos agentes agressores advindos do meio de exposição,

é de extrema importância enaltecer métodos e cuidados necessários

para maximizar estas atribuições. Agindo-se diretamente sobre a zona

de transição, através da redução da relação água/aglomerantes e com a

utilização de adições minerais tem-se vantajosos benefícios que apri-

moram a microestrutura da interface pasta agregados, melhorando o

desempenho destes concretos diante da durabilidade.

Desta forma, com o auxílio dos formadores de opinião, deve-se

procurar enaltecer a dosagem de concretos com especificações ade-

quadas de durabilidade para o meio de exposição, tratando-se a resis-

tência à compressão como uma conseqüência advinda do processo que

busca aumentar o tempo de utilização da estrutura de concreto arma-

do, ou seja, buscar a máxima durabilidade com adequada resistência à

compressão.

27

3 ALTOS TEORES DE ADIÇÕES MINERAIS NO CONCRETO

3.1 Introdução

Apesar da utilização de altos teores de adições minerais em subs-

tituição ao cimento acarretar, na maioria das vezes, perdas de resistên-

cia à compressão, perante a ecoeficiência e auto-sustentabilidade das

construções, os ganhos oriundos destas incorporações tornam-se bas-

tante vantajosas, já que haverá uma diminuição bastante grande no

consumo de cimento o que, conseqüentemente, diminuirá a extração

de recursos naturais para a produção do clínquer e a emissão de dióxi-

do de carbono para a atmosfera, além de utilizar resíduos agroindus-

triais que, muitas vezes, são lançados ao solo sem qualquer controle

tecnológico que vise não agredir o meio ambiente.

A sociedade mundial, no período atual, está cada vez mais preo-

cupada com a preservação ambiental, o que vem gerando inúmeras

normas e regras de controle de emissão e estocagem de resíduos polu-

idores do meio, propiciando à sociedade científica campos de estudos

e pesquisas para reutilizar e reciclar resíduos nocivos ao ambiente

provenientes de processos industriais, que embora necessários para o

progresso da humanidade, trazem consigo subprodutos que usualmen-

te são descartados mas que podem ser reutilizados de forma racional,

acarretando muitos benefícios para o meio ambiente e ainda dotando o

concreto de características intrínsecas, que muitas vezes, são de ex-

trema importância para a vida útil das estruturas perante os agentes a-

gressores a que este concreto estará exposto.

Se o uso de adições minerais teve como motivo principal, nos

seus primórdios, a diminuição dos custos ou o aumento da resistência,

observou-se ao longo do tempo, através de pesquisas de laboratório,

que a sua adição incrementa significativamente a durabilidade das es-

truturas de concreto com elas executadas (Isaia, 1995).

Ao comentar as perspectivas do concreto para o ano 2000, Nevil-

le (1992) apud Isaia (1995), aponta que no concreto de alto desempe-

nho as baixas relações água/cimento resultam em parcelas de cimento

não hidratado, que atuam como filler. Para ele, o cimento é um filler

muito caro de modo que, no futuro, deve ser empregado cada vez mais

e em maior proporção materiais cimentantes como cinza volante, es-

cória de alto forno, cinza de casca de arroz, bem como suas combina-

ções, que são mais baratas e produzem concreto com melhor desem-

penho.

As adições minerais vêem sendo utilizadas como uma forma de

aumentar as características de durabilidade das estruturas, associado à

diminuição de custos e melhorias ambientais que estas adições pro-

porcionam (Cervo, 2001).

O uso de materiais suplementares foi proporcionado, por um la-

do, pela preocupação ecológica com relação à abertura de cavas e pe-

dreiras para a obtenção de matérias-primas necessárias à produção do

cimento Portland e, por outro, pelos meios de disposição dos resíduos

agroindustriais como cinza de casca de arroz, escória granulada de alto

forno e cinzas volantes (Neville, 1997).

29

Para Swamy & Darwish (1997), a incorporação de pozolanas e

subprodutos cimentícios ou adições minerais no concreto de cimento

Portland pode aumentar as propriedades do concreto em ambos os es-

tados, fresco ou endurecido e, particularmente, suas propriedades de

durabilidade.

O uso de adições minerais, em especial pozolanas como cinza

volante ou cinza de casca de arroz promovem as transformações ne-

cessárias à microestrutura no sentido de diminuição da porosidade e,

portanto, maior dificuldade na percolação de líquidos ou gases através

de sua massa (Isaia et al., 2000).

Os materiais suplementares conferem muitas propriedades dese-

jáveis ao concreto, às vezes no estado fresco, mas muitas vezes no es-

tado endurecido, indo ao encontro aos interesses dos usuários (Nevil-

le, 1997).

O uso de cimentos compostos ou materiais cimentantes adicio-

nais diminuem a permeabilidade e aumentam a resistência do concreto

para deterioração por substâncias químicas agressivas (Khan & Lyns-

dale, 2002). No uso de adições pozolânicas, as vantagens se consubs-

tanciam pelo aumento da estanqueidade e durabilidade das estruturas,

obtido à custa do refinamento dos poros (Swamy, 1986, apud Isaia,

1995).

Quando se substitui parte de cimento Portland por cinza volante,

cinza de casca de arroz ou escória granulada de alto forno, cada uma

destas adições minerais atua de modo distinto de acordo com sua gra-

nulometria, atividade química ou física, em relação às suas interações

com a pasta cimentícia (Isaia et al., 2000).

30

Para Hassan & Cabrera (1998), a função principal do uso de po-

zolanas em substituição parcial ao cimento Portland em concretos é

melhorar a compacidade do mesmo, melhorando a microestrutura da

interface pasta-agregados, provendo sílica amorfa e alumina que rea-

gem com a cal contribuindo para a redução dos poros capilares.

Uma definição formal da ASTM 618-94a descreve a pozolana

como um material silicoso ou sílico-aluminoso que, por si só, tem

pouco ou nenhum valor cimentício, mas, quando finamente subdividi-

do e na presença de umidade, reage quimicamente com o hidróxido de

cálcio à temperatura ambiente formando compostos com propriedades

cimentícias. É fundamental que a pozolana esteja finamente subdivi-

dida, pois somente assim a sílica pode combinar com o hidróxido de

cálcio (liberado pela hidratação do cimento Portland) na presença de

água para formar silicatos estáveis que têm propriedades cimentícias.

Deve ser notado que a sílica deve estar no estado amorfo, isto é vítreo,

pois quando cristalina sua reatividade é muito pequena.

A diferença básica entre a reação de uma mistura de cimento Por-

tland e outra de cimento Portland e pozolana, está na velocidade de

formação e forma do silicato de cálcio hidratado. A reação que ocorre

no primeiro caso é a seguinte:

Cimento Portland:

C3S + H C-S-H + CH (reação rápida)

C2S + H C-S-H + CH (reação moderada) (5)

No caso do cimento Portland e pozolana a reação pode ser assim

31

descrita:

Cimento Portland + Pozolana:

Pozolana + CH + H C-S-Hsecundário (reação lenta) (6)

Nas reações pozolânicas, de acordo com Massazza (1998), ocorre

uma aceleração da hidratação do C3S pelas partículas finas das pozo-

lanas, liberando os íons Ca+2 e, posteriormente, formando o silicato de

cálcio hidratado (C-S-H) com locais preferenciais de nucleação, fa-

zendo com que este precipite na solução dos poros. Portanto, acontece

um mecanismo de dissolução e precipitação do hidróxido de cálcio,

com a adsorção dos íons Ca+2 pelos íons Si+4 dissolvidos da superfície

dos grãos da pozolana, com a conseqüente formação do C-S-Hsecundário.

A reação pozolânica consome os cristais de hidróxido de cálcio,

formando um C-S-H secundário, de baixa densidade e menor relação

C/S, contribuindo para o refinamento do tamanho dos poros, trans-

formando vazios capilares grandes em muitos vazios de pequenos ta-

manhos.

Em citação de Mehta & Monteiro (1994, p. 221), com base em

estudos ao microscópio eletrônico de varredura e de distribuição de

tamanho dos poros de pastas de cimento hidratado, com e sem pozola-

na, é possível concluir que existem dois efeitos físicos da reação entre

as partículas da pozolana e do hidróxido de cálcio:

1o. refinamento do tamanho do poro, e 2o. refinamento do tama-

nho do grão. A formação de produtos de hidratação secundários (prin-cipalmente silicatos de cálcio hidratados) ao redor das partículas de pozolana tende a preencher os vazios capilares grandes com um mate-

32

rial microporoso e, conseqüentemente, de baixa densidade. O processo de transformação de um sistema contendo vazios capilares grandes em um produto microporoso contendo muitos vazios pequenos é referido como “refinamento de tamanho de poro”. Do mesmo modo, a nuclea-ção do hidróxido de cálcio ao redor de partículas finas e bem distribu-ídas de pozolana terá o efeito de substituir os cristais grandes orienta-dos de hidróxido de cálcio por numerosos cristais, pequenos e menos orientados além de produtos de reação pouco cristalinos. O processo de transformação de um sistema contendo grãos grandes de um com-ponente em um produto contendo grãos menores é referido como “re-finamento do tamanho do grão”. Ambos os processos de refinamento do tamanho de grão como de refinamento de tamanho de poro aumen-tam a resistência da pasta de cimento.

Tanto o refinamento do tamanho dos poros como o dos grãos

aumentam a resistência da zona de transição, que é fonte principal das

microfissuras no concreto (Vaghetti, 1999).

O desenvolvimento das reações pozolânicas proporciona a for-

mação de compostos hidratados mais homogêneos e induz a uma di-

minuição nos teores de hidróxido de cálcio na solução dos poros do

concreto, originando uma pasta mais densa, substituindo poros gran-

des por menores, o que dificulta o ingresso de agentes agressivos, e o

deslocamento destes no interior do sistema (Cervo, 2001).

A redução da porosidade resulta em menor permeabilidade do

concreto a fluidos, proporcionada pela alteração da microestrutura da

pasta. A redução da permeabilidade do concreto é decorrente de ações

físicas (filler), que bloqueiam e obstruem os poros e vazios pela ação

dos grãos mais finos, e químicas (pozolânicas), as quais promovem o

refinamento do tamanho dos grãos, as quais ocorrem no processo de

hidratação dos aglomerantes (Isaia et al., 2000).

Evidencia-se que a utilização de adições minerais acarreta vanta-

gens técnicas e econômicas substanciais ao concreto, entretanto, pelo

33

uso de altos teores de adição, o consumo de hidróxido de cálcio pelas

reações pozolânicas resulta em um decréscimo na quantidade rema-

nescente deste, propiciando um avanço mais acentuado da frente de

carbonatação em um determinado intervalo de tempo, desencadeando

a despassivação da armadura e de forma subseqüente a sua corrosão.

Neste contexto, vislumbra-se a utilização da cal hidratada como

reposição da reserva de hidróxido de cálcio, procurando restabelecer

ou até mesmo sobrepujar os níveis remanescentes deste composto al-

calino, o que pode alienar os efeitos colaterais da carbonatação em

concretos com altos teores de adições minerais.

3.2 Cinza Volante

As cinzas provenientes da combustão do carvão mineral, chama-

das de cinzas volantes, são resíduos sólidos obtidos principalmente em

usinas termoelétricas, quando suas partículas finas e esféricas são reti-

das por precipitadores eletrostáticos ou mecânicos e armazenadas em

silos apropriados, sendo constituídas essencialmente de sílica, alumina

e óxidos de ferro (Vaghetti, 1999).

As partículas da cinza volante são esféricas e têm uma finura

muito grande: a grande maioria das partículas tem um diâmetro entre

1 e 100 µm, a área específica Blaine, tem valores normalmente entre

250 e 600 m2/kg. A grande área específica da cinza volante significa

que o material está prontamente disponível para a reação com o hidró-

34

xido de cálcio (Neville, 1997).

O uso destas cinzas permite reduzir a relação água/aglomerantes

dos concretos para uma mesma trabalhabilidade. Atribui-se este bene-

fício à forma das partículas, as quais aumentam a reologia do concreto

fresco (Hassan & Cabrera, 1998). Há proposições de vários pesquisa-

dores (Hassan et al., 1997), (Brown, 1982) que a substituição, em pe-

so, de 10% de cimento Portland por cinza volante propicia uma redu-

ção no conteúdo total de água de 3 a 4%.

As reações de hidratação do cimento ficam um pouco retardadas

nos períodos iniciais, destacando como vantagem concomitante do uso

da cinza volante, o baixo desprendimento de calor. Os incrementos na

resistência à compressão decorrentes do emprego da cinza volante sa-

lientar-se-ão a longo prazo, em idades superiores a 28 dias, até que ha-

ja disponibilidade de hidróxidos alcalinos ou de cálcio em concentra-

ção suficiente na solução aquosa dos poros para propiciar a quebra da

fase vítrea das pozolanas. Com o aumento do pH na solução dos po-

ros, há a precipitação de C-S-H sobre as partículas de cinza volante,

resultando no refinamento dos poros e dos grãos desta.

Com vistas na proteção contra a corrosão das armaduras, a ação

da cinza volante em substituição parcial ao cimento Portland, pode ser

assim explicada, segundo Isaia (1992):

- Maior empacotamento das partículas (efeito físico), incre-

mento das reações de hidratação do cimento e das reações po-

zolânicas (efeito químico);

- Maior precipitação de produtos hidratados, bloqueando os po-

ros com maior intensidade e proporcionando diminuição de

35

suas dimensões (refinamento);

- Redução da quantidade de cálcio disponível.

No uso de cinza volante, para elevados teores de substituição, o

consumo de hidróxido de cálcio não atinge níveis tais que reduza o pH

a valores que possam afetar a armadura (Swamy, 1990). Na pesquisa

de Diamond (1981), a qual investiga dois tipos de pastas de cimento

com cinzas volantes, foi constatado que a alcalinidade é mais depen-

dente dos teores de hidróxido de sódio e potássio provenientes do ci-

mento do que do hidróxido de cálcio liberado das reações de hidrata-

ção.

Em citação de Vaghetti (1999), cuidados especiais devem ser to-

mados com diferentes cinzas volantes, já que suas características físi-

cas são muito variáveis e dependem da composição e grau de pulveri-

zação do carvão, da qualidade e do tipo de equipamento empregado na

combustão, bem como do modo de coleta das cinzas. Concorrente a

esta colocação, Cervo (2001), enaltece os efeitos benéficos das adi-

ções minerais nas propriedades do concreto, salientando que o com-

portamento das mesmas está fundamentado principalmente na finura,

composição mineralógica, história térmica e teor de substituição frente

ao cimento.

A incorporação de cinza volante, cujas partículas são mais finas

que as do cimento Portland, na maioria dos casos, mesmo que não se-

jam totalmente pozolânicas, causam a segmentação dos poros maiores

e aumentam a quantidade de locais de nucleação para a precipitação

dos produtos de hidratação da pasta cimentícia, acelerando as reações

e formando cristais menores de hidróxido de cálcio (Isaia et al., 2000).

36

Pesquisa realizada por Berry (1994), detectou que as partículas

de cinza volante que não são completamente hidratadas são aptas para

bloquear os vazios, aumentando a densidade da pasta, sendo o resulta-

do mais relevante à medida que aumenta o teor de cinza volante na

pasta.

A maior defloculação dos grãos de cimento providos pela cinza

volante, aumenta a superfície de cimento em contato com a água, o

que propicia maior quantidade de locais de nucleação para iniciar as

reações de hidratação e, o resultado final será a maior quantidade de

produtos hidratados e, conseqüentemente, maior consumo de hidróxi-

do de cálcio, decorrentes de atividade pozolânica (Isaia et al., 2000).

Desta forma tem-se o decréscimo da reserva alcalina, que para al-

tos teores de substituição, acarretam condições propícias para a carbo-

natação do cobrimento, embora frente à durabilidade incrementos sig-

nificativos sejam constatados e, para compensar este efeito colateral

advindo do uso da cinza volante faz-se oportuno adicionar cal hidrata-

da, em teores adequados, para obter-se um concreto com melhorias di-

ante da durabilidade e que apresente teor remanescente de hidróxido

de cálcio compatível com a vida útil estipulada para a estrutura.

3.2.1 Influências do teor de substituição de cimento por cinza volante

no concreto

Em estudo realizado por Vieira et al. (2000), o qual aborda a

37

substituição de cimento por cinza volante em teores de 30% e 50%,

verificou-se que houve redução na resistência à compressão, aos 28

dias, diante do concreto referencial, na ordem de 9% e 25% respecti-

vamente. Fundamentado na explanação de Montgomery et al.(1981)

apud Isaia (1995), os quais sustentam que as reações pozolânicas con-

tribuem para o incremento de resistência e decréscimo de permeabili-

dade somente a partir de 10 ou 12 semanas, explica-se os resultados

da pesquisa acima citada para 180 dias, no qual o concreto com 30%

de cinza volante apresentou resistência à compressão 10% superior ao

concreto composto somente por cimento. Entretanto, para o nível de

substituição de 50%, averiguou-se decréscimo de 4% na resistência

em relação ao referencial. Para a permeabilidade ao oxigênio e absor-

ção capilar de água, como era de se esperar, os coeficientes resultaram

em valores superiores em relação ao concreto sem a adição de cinza

volante, aos 28 dias, evidenciando a relação inversa existente entre re-

sistência à compressão e permeabilidade ao oxigênio, proposição esta,

independente do tipo de cimento e das condições de cura, segundo

Massazza (1998).

Lee et al.(1997) em estudo envolvendo o uso de cinza volante em

teores de 15, 30 e 45%, com seis diferentes condições de cura, procu-

raram identificar os efeitos destas substituições na permeabilidade ao

ar, em uma faixa de resistência à compressão que variou de 25 a 70

MPa. Nos ensaios a 180 dias, todos os concretos com cinza volante

apresentaram coeficientes de permeabilidade inferiores ao concreto

sem adição, isto para cura a 23º C em um ambiente com umidade rela-

tiva do ar de 55%. Esta redução na permeabilidade manifestou-se, em

38

média, com valores de 20%, 26% e 70% para os respectivos níveis

crescentes de cinza volante acima citados.

Em pesquisa realizada por Hassan & Cabrera (1998) na qual

substituiu-se 30% de cimento Portland por quatro diferentes tipos de

cinza volante, averiguou-se os resultados que estão explanados no

Quadro 2.

QUADRO 2 – Resultados da substituição de cimento por cinza volan-te, em teor de 30%.

Resultados CP CV 1 CV 2 CV 3 CV 4

28 dias 56,1 50,7 55,4 44,1 58,2 Resistência à Compressão (MPa) 90 dias 61,3 63,9 72,6 54,7 73,0 Permeabilidade ao

Oxigênio (x 10-17 m2) 90 dias 1,11 0,31 0,25 1,40 0,28

Os decréscimos na resistência à compressão, aos 28 dias, foram,

respectivamente, de 10%, 1% e 21% e, um com valor superior de 4%.

Para 90 dias, constatou-se, respectivamente acréscimos de 4% e 18%,

enquanto o terceiro concreto continuou apresentando valor inferior na

ordem de 11%. Para o concreto que aos 28 dias apresentava-se com

valor superior ao referencial, obteve-se 19% de acréscimo aos 90 dias.

Os coeficientes de permeabilidade ao oxigênio caracterizaram-se, aos

90 dias, com valores inferiores quando comparados com o concreto

sem adição. Decréscimos estes com valores de 72%, 78% e 75%, res-

pectivamente. O concreto que mostrou-se com menor desempenho di-

ante da resistência à compressão, apresentou para coeficiente de per-

meabilidade acréscimo de 26% diante do referencial.

Frizzo (2001), ao desenvolver estudo com cinza volante em teor

de substituição ao cimento de 50%, averiguou decréscimos na resis-

39

tência à compressão diante do referencial de cimento Portland ARI,

aos 91 dias, para o intervalo de água/aglomerantes entre 0,35 e 0,65.

Ao observar os parâmetros de durabilidade por ele analisado, consta-

tou-se decréscimos consideráveis nos coeficientes de permeabilidade

ao oxigênio, na idade de 91 dias, sendo que o mesmo ocorreu com os

coeficientes de absorção capilar de água, quando comparados com os

respectivos valores do concreto de referência. Explanando-se os resul-

tados, torna-se claro os benefícios advindos da utilização da cinza vo-

lante com um adequado período de cura, já que o coeficiente de per-

meabilidade foi de 0,89 x 10-17 m2 contraposto a 10,06 x 10-17 m2 do

referencial, para a relação água/aglomerantes 0,35 e, para a relação

0,65 resultado de 11,74 x 10-17 m2 averiguou-se, valor este inferior a

45,41 x 10-17 m2 representativo do concreto de cimento ARI. Para a

absorção capilar obteve-se 542 g/m2 enquanto o concreto de referência

sustentou-se em 1996 g/m2, para a relação 0,35. Ao transladar a rela-

ção para 0,65, obteve-se 925 g/m2 contra 4601 g/m2 do concreto de

cimento ARI. Salienta-se o período de cura úmida adotado nesta pes-

quisa, o qual caracterizou-se por 49 dias em ambiente com umidade

relativa de 95% e temperatura de 23º C.

3.3 Cinza de Casca de Arroz

A cinza de casca de arroz é um subproduto originado da queima

da casca de arroz, a qual pode ser obtida pela combustão com controle

40

de temperatura ou, em fornos de olarias, para a fabricação de tijolos,

ou ainda em engenhos, para a secagem dos grãos, pela queima não

controlada (Cervo, 2001).

O acúmulo da casca, especialmente em engenhos de beneficia-

mento de arroz, representa um sério problema ambiental, pois quando

queimada, gera um considerável volume de cinza que, normalmente, é

lançada ao solo causando desequilíbrio no ecossistema (Vaghetti,

1999).

Após a queima da casca de arroz, sobram 20% em volume de

cinzas. Estas cinzas, se produzidas sob algumas condições e com um

mínimo de moagem, podem ser incorporadas ao concreto de alto de-

sempenho, trazendo benefícios a várias das propriedades do concreto

(Alves, 2000).

A cinza de casca de arroz contém de 90 a 95% de SiO2 e de 1 a

5% de resíduo de carbono, entretanto esta sílica pode encontrar-se no

estado amorfo ou cristalino, dependendo da maneira como a casca de

arroz é queimada. Quando queimada em temperaturas elevadas, supe-

riores a 800º C, a sílica amorfa cristaliza-se formando compostos cris-

talinos como a cristobalita, quartzo e tridimita, sem reatividade com os

hidratos do cimento (Sugita et al., 1997).

Quando a cinza é originada através de queima controlada entre

400 e 600º C ter-se-á sílica amorfa abundante e, conseqüentemente,

altamente reativa com compostos hidratados do cimento (Isaia, 1995).

Em estudos realizados por Sugita et al. (1997) constatou-se que a

substituição de cimento por cinza de casca de arroz afeta a trabalhabi-

lidade do concreto fresco, visto que a superfície específica desta cinza

41

é bastante elevada, situando-se ao redor de 40.000 m2/kg, o que de-

manda uma maior quantidade de água ou o emprego de aditivos su-

perplastificantes para manter a trabalhabilidade semelhante ao concre-

to sem a sua adição.

Da mesma forma, Neville (1997) enaltece o alto teor de sílica

presente na casca de arroz, a qual com tratamento a uma temperatura

entre 500 e 700º C resulta um material amorfo com uma estrutura po-

rosa. Daí a cinza de casca de arroz ter formas complexas, dependendo

inclusive da planta de origem e, portanto demandam muita água.

A grande reatividade das partículas de cinza de casca de arroz in-

duzem a formação mais rápida dos compostos hidratados, sendo que a

partir de 1 a 3 dias já é possível observar modificações na estrutura da

pasta. Estas modificações manifestam-se através de efeito físico (fil-

ler), acompanhado das reações de natureza química (pozolânicas) da

cinza de casca de arroz, contribuindo para a segmentação dos poros do

concreto, propiciando o refinamento dos grãos de hidróxido de cálcio,

formando cristais de menores dimensões. Assim sendo, a zona de

transição pasta-agregado é diminuída e reforçada pela produção de si-

licato de cálcio hidratado secundário, sendo este o maior responsável

pelo aumento da resistência à compressão.

Em colocação de Isaia et al.(2000), o efeito microfiller é pelo

menos tão importante ou até mais significativo do que a influência po-

zolânica, e estas ações interativas resultam em microestrutura compos-

ta de poros e canais capilares mais finos, ou seja, pasta mais densa,

homogênea e uniforme.

As diferentes adições minerais apresentam reatividades variáveis

42

com o tempo, de forma que, a cinza de casca de arroz apresenta reati-

vidade mais acentuada quando comparada com a cinza volante, por is-

to ser a mesma conhecida como uma super-pozolana, pois 24 horas

após a mistura do concreto iniciam-se as reações pozolânicas para a

formação do C-S-H secundário, enquanto, a cinza volante começa a

reagir aproximadamente 17 dias após a mistura do concreto (Rodri-

gues de Senzale & Dalmolin, 1998).

Desta forma pode-se constatar que, o desprendimento de calor de

hidratação, no concreto em que a substituição de cimento se dá por

cinza volante será baixo em virtude do menor teor de cimento, entre-

tanto, o acréscimo na resistência à compressão também será baixo,

pois a cinza volante é pouco reativa nas primeiras idades. O mesmo

não ocorre com a cinza de casca de arroz que, embora diminua a libe-

ração de calor de hidratação, apresenta ganhos substanciais de resis-

tência à compressão nas primeiras idades porque apresenta alta reati-

vidade, superando inclusive a resistência à compressão do traço refe-

rencial, aos 28 dias, dados estes baseados na presente pesquisa, onde

50% do cimento foi substituído por cinza de casca de arroz.

3.3.1 Influências do teor de substituição de cimento por cinza de casca

de arroz no concreto

Em pesquisa com cinza de casca de arroz em teores de 0 a 50%

de substituição, em massa, de cimento, nas relações á-

43

gua/aglomerantes 0,65; 0,75 e 0,80, Sugita et al. (1997) constataram

que a resistência à compressão, aos 28 dias, para todos os concretos,

sofre incrementos diante do concreto sem a adição desta cinza. Para

todas as relações água/aglomerantes, os maiores incrementos na resis-

tência à compressão ocorreram quando da substituição de 20% de ci-

mento por cinza de casca de arroz. Entretanto, o maior acréscimo na

resistência verificou-se na relação água/aglomerantes 0,80, com subs-

tituição parcial de cimento por 20% de cinza de casca de arroz; con-

creto no qual observou-se um incremento de 68% diante do concreto

de controle.

Em pesquisa realizada por Isaia et al. (2000), a qual propõe a

substituição de cimento por teores de 12,5%, 25% e 50% de cinza de

casca de arroz, nas relações água/aglomerantes 0,35; 0,50 e 0,65,

constatou-se, aos 91 dias, acréscimos na resistência para os três teores

acima citados, quando menciona-se os valores obtidos frente ao refe-

rencial na relação água/aglomerantes 0,35, enfatizando como valor

máximo 79,4 MPa contra 68,8 MPa do referencial, valor este ocorrido

no concreto com 25% de cinza de casca de arroz. Na relação 0,50, o

concreto com adição de 12,5% de cinza de casca de arroz apresentou

valor inferior ao referencial, enquanto que, nos teores de 25% e 50%

valores superiores ao concreto de cimento Portland foram constatados,

salientando-se como valor máximo 61,1 MPa oriundo do concreto

com 25% de adição. Ao empregar uma relação água/aglomerantes

0,65, o concreto com 50% de cinza de casca de arroz apresentou resis-

tência à compressão inferior ao referencial, entretanto, para os teores

de 12,5% e 25% valores superiores foram averiguados e, novamente,

44

o concreto com teor de 25% apresentou o maior valor de resistência

(42,8 MPa). Em análise do teor de hidróxido de cálcio remanescente,

para o teor de substituição de 50%, vislumbrou-se o consumo quase

total do mesmo (98%), nas três relações água/aglomerantes investiga-

das, ou seja, a reserva alcalina tende a zero em virtude da atividade

pozolânica desenvolvida pela cinza de casca de arroz em altos teores.

Para o teor de 12,5% houve um decréscimo médio de 34% no teor de

hidróxido de cálcio e para 25% de adição, decréscimo médio de 61%.

Assim sendo, a utilização da cal hidratada para repor o hidróxido de

cálcio que deixou de ser produzido em virtude do menor teor de ci-

mento e o consumido pela atividade pozolânica, faz-se de muito inte-

resse no meio científico, já que inúmeras melhorias na durabilidade do

concreto com altos teores de adições minerais tem sido constatadas,

exceto a diminuição da reserva alcalina e conseqüente queda do pH, o

que acelera o processo de carbonatação e despassivação da armadura.

Frizzo (2001) ao empregar cinza de casca de arroz em teor de

50% obteve resultados de resistência à compressão inferiores aos atin-

gidos pelo concreto de referência composto somente por cimento ARI,

com variação de água/aglomerantes de 0,35 a 0,65. Entretanto, os coe-

ficientes de permeabilidade a oxigênio e absorção capilar de água fo-

ram significativamente inferiores aos desenvolvidos pelo referencial

quando analisados em igualdade de relação água/aglomerantes. Para a

permeabilidade ao oxigênio o coeficiente oriundo da utilização da cin-

za de casca de arroz sustentou-se 0,16 x 10-17 m2 enquanto o referenci-

al apresentou valor de 10,06 x 10-17 m2 para a relação á-

gua/aglomerantes 0,35. Com o aumento da relação para 0,65, o con-

45

creto com 50% de adição de cinza de casca de arroz apresentou coefi-

ciente de permeabilidade de 6,26 x 10-17 m2 enquanto o concreto de

cimento Portland ARI desenvolveu coeficiente de 45,41 x 10-17 m2. Os

coeficientes de absorção capilar apresentaram o mesmo comportamen-

to, ou seja, averiguou-se 159 g/m2 para o concreto com cinza de casca

de arroz e 1996 g/m2 para o referencial, na relação água/aglomerantes

0,35 e, na relação 0,65, na mesma ordem, obteve-se 882 g/m2 e 4601

g/m2.

Ressalta-se a importância das adições minerais nos parâmetros de

durabilidade dos concretos, visto que estas melhorias são obtidas as

custas das alterações na microestrutura da pasta, através da segmenta-

ção dos poros, refinamento dos grãos e preenchimento de vazios por

partículas finas das adições (efeito microfiller), o que densifica e altera

as características da zona de transição, principal responsável pelas mi-

crofissuras do concreto, as quais reduzem o desempenho diante da du-

rabilidade em condições desfavoráveis de exposição.

3.4 Escória Granulada de Alto Forno

Escória granulada de alto forno é o subproduto da fabricação do

ferro-gusa nas siderúrgicas. O material é obtido sob forma granular,

sendo constituído de um vidro composto principalmente por cal, síli-

ca, magnésio e alumina. Resulta da combinação dos minerais da ganga

do minério de ferro, das cinzas do coque e da cal utilizada como fun-

46

dente.

A escória corresponde ao líquido sobrenadante na base do alto

forno (cadinho) que se separa do gusa, também líquido, por densidade.

Na saída do alto forno, a escória pode experimentar um resfriamento

rápido ao cair em tanques com água, conhecidos por tanques de granu-

lação, originando um produto similar à areia de rio. Trata-se da escória

granulada e vítrea, utilizada tradicionalmente pela indústria cimenteira

como adição ao cimento Portland (Pecchio & Battagin, 1999).

O uso de escória granulada de alto forno em substituição ao ci-

mento é um fato bastante difundido no Brasil, sendo esta adicionada a

concretos em altos teores, de até 70%; outrora o consumo deste resí-

duo fica muito aquém da quantidade de material produzido, conduzin-

do à formação de grandes estoques com milhões de toneladas de escó-

ria granulada armazenadas a céu aberto durante anos.

Por possuir propriedades hidráulicas latentes, as escórias vem

sendo bastante utilizadas em substituição ao cimento, apresentando

capacidade de gerar, por combinação com a cal liberada pela hidrata-

ção do clínquer, compostos com propriedades aglomerantes, similares

aos gerados pelo cimento Portland (Pecchio & Battagin, 1999).

Quando a mistura binária com cimento Portland e escória granu-

lada de alto forno é misturada com água, os componentes do cimento

começam a hidratar-se primeiro, embora haja uma reação imediata de

uma pequena quantidade de escória, que libera íons de cálcio e de a-

lumínio na solução. A escória reage então com os hidróxidos alcali-

nos, ou seja, há uma reação com o hidróxido de cálcio liberado pelo

cimento Portland formando o silicato de cálcio hidratado.

47

Desta forma as partículas de escória menores que 10 µm contri-

buem para a resistência inicial do concreto até 28 dias; partículas de

10 µm a 45 µm contribuem para a resistência a longa idade, mas partí-

culas maiores que 45 µm são difíceis de se hidratar (Mehta & Montei-

ro, 1994), ou seja, a velocidade e a intensidade da reação da escória é

controlada pela finura da mesma. Outros fatores que influenciam a re-

atividade da escória granulada de alto forno são a composição química

da escória e o teor de fase vítrea.

A presença de escória granulada de alto forno melhora a traba-

lhabilidade e torna a mistura mais plástica, mas coesa. Tal benefício é

conseqüência de uma melhor dispersão das partículas cimentícias e

das características de superfície das partículas da escória granulada,

que são lisas e absorvem pouca água durante a mistura. No entanto, a

trabalhabilidade do concreto com escória de alto forno é mais sensível

a variações de água do que os concretos com cimento Portland sem

adições. Quando tem finura elevada, a escória granulada reduz a exsu-

dação do concreto (Neville, 1997).

Os efeitos benéficos da escória de alto forno são devidos à mi-

croestrutura mais densa da pasta de cimento hidratada, sendo que mais

espaços dos poros são preenchidos com C-S-H do que com cimento

Portland sem adições. No entanto, a hidratação inicial da escória de al-

to forno é lenta porque depende da decomposição da fase vítrea pelos

íons de hidroxila liberados durante a hidratação do cimento Portland.

A liberação progressiva dos álcalis pela escória de alto forno,

juntamente com a formação do hidróxido de cálcio pelo cimento Por-

tland, resulta uma reação contínua da escória de alto forno por longo

48

tempo. Assim, se observa um aumento de resistência a longo prazo.

No entanto, é maior a velocidade de hidratação do cimento Portland

com escória de alto forno a idades maiores. Assim, no geral, é reduzi-

do o pico de temperatura do concreto devido à hidratação do cimento

com a inclusão da escória de alto forno na mistura.

Maior finura da escória de alto forno resulta uma melhor evolu-

ção da resistência, mas somente a idades mais avançadas, pois deve

ocorrer antes a ativação da escória de alto forno. Uma finura maior do

cimento Portland acelera essa ativação.

Glukhovsky et al. (1980) apud John (1995) apontam que o silica-

to de cálcio hidratado formado a partir da escória é menos básico do

que o dos cimentos Portland e, por esta razão, apresenta menor solubi-

lidade em água. Entretanto, Glukhovsky et al. (1983) apud John

(1995) afirmam que o pH permanece elevado (entre 11,5 e 12) e a ve-

locidade de corrosão das armaduras é de 2 a 2,5 vezes menor do que

nos concretos convencionais.

3.4.1 Influências do teor de substituição de cimento por escória granu-

lada de alto forno no concreto

Em pesquisa realizada por Costa (2001), o qual substituiu cimen-

to por escória, em teor de 70%, com superfície específica Blaine de

500 m2/kg, constatou-se, aos 91 dias, decréscimos na resistência à

compressão frente ao referencial de cimento Portland ARI, para as re-

49

lações água/aglomerantes 0,35; 0,50 e 0,65. Para a ordem crescente de

água de amassamento, o referencial apresentou 65,4 MPa, 49,1 Mpa e

33,7 Mpa, enquanto no concreto com escória observou-se 52,7 MPa,

41,2 Mpa e 31,1 MPa, respectivamente. Os decréscimos advindos da

comparação entre os dois concretos foram, respectivamente, 19%,

16% e 8%; tendo como valor médio 16%.

A influência da finura da escória, salienta Costa (2001), exerce

acréscimos significativos na resistência à compressão, ou seja, o au-

mento na superfície específica Blaine, para o teor de substituição de

70% de cimento por escória, de 300 m2/kg para 500 m2/kg resulta em

acréscimos médios de 13% na resistência, aos 91 dias. Quando do

aumento de 500 m2/kg para 700 m2/kg, o acréscimo médio, também

aos 91 dias, foi de 10%.

Gastaldini (1996) ensaiou concretos com 50% e 70% de substitu-

ição, em massa, de cimento Portland ARI por escória granulada de al-

to forno, com superfície específica Blaine de 400 m2/kg, com o intuito

de quantificar o desempenho desta adição frente à resistência à com-

pressão e sua influência na porosidade da pasta, aos 28 dias de idade.

Para a relação água/aglomerantes 0,48, verificou-se decréscimos na

resistência à compressão, conforme o Quadro 3:

QUADRO 3 – Resultados da substituição de cimento por escória.

Resultados CP - ARI 50% de Escória 70% de EscóriaResistência à Compressão (28 dias) 50,9 MPa 39,5 MPa 33,1 MPa

Porosidade 14,7% 15,2% 21,2% Diâmetro Médio dos Poros 0,0641 µm 0,0460 µm 0,0279 µm

Os decréscimos na resistência foram de 22% e 35%, respectiva-

50

mente, para 50% e 70% de substituição, frente ao referencial de ci-

mento Portland ARI.

A influência da escória na microestrutura das pastas de cimento

resulta em um aumento no volume de poros de gel e diminuição no

volume de poros capilares, ou seja, um refinamento dos poros, além

da redução na porosidade total, o que resulta em menor permeabilida-

de e conseqüentemente maior durabilidade do concreto, uma vez que

restringe os movimentos da água, íons e gases para o seu interior.

3.5 Cal Hidratada

Por definição, a cal hidratada, propriamente dita, se apresenta

como pó seco, com 24% a 27% de água combinada, quando cálcica ou

hidratada sob pressão.

A cal hidratada, além de ser um aglomerante aéreo, apresenta e-

levada alcalinidade, com elevado teor de óxido de cálcio, possibilitan-

do o seu emprego em concretos com altos teores de substituição de

cimento por adições minerais. Sua finalidade é prover hidróxido de

cálcio para as reações pozolânicas e ainda restabelecer a reserva alca-

lina do concreto, a qual sofre decréscimo variável dependendo da rea-

tividade e teor de cada adição.

A cal hidratada ao reter água, diminui a disponibilidade desta pa-

ra a hidratação do cimento, resultando em uma microestrutura mais

compacta, com partículas anidras de cimento que, com a liberação

51

progressiva da água, retida pela cal, ao longo do tempo, propiciará

uma cura interna do concreto, hidratando as partículas anidras e con-

seqüentemente densificando o gel, sem que haja retração excessiva do

concreto. O refinamento do tamanho dos grãos dar-se-á nas partículas

de hidróxido de cálcio, oriundos da hidratação do cimento e da cal hi-

dratada, através da sílica amorfa proveniente das pozolanas e/ou escó-

ria, reforçando a estrutura cristalina do C-S-H, mantendo a reserva al-

calina e atuando como preenchimento dos poros, através do efeito fil-

ler, o que atribui vantagens físicas sobre o concreto, tornando-se visí-

vel através da diminuição dos coeficientes de permeabilidade e absor-

ção capilar e, incrementos na resistência à compressão.

3.5.1 Influências advindas da adição de cal hidratada ao concreto

Para pesquisar os efeitos sobre as propriedades de durabilidade

do concreto estrutural oriundas da adição de cal, Mira et al. (2002),

realizaram estudos em que adicionaram, em massa, quantidades entre

0% e 25% de cal hidratada em concretos com relação á-

gua/aglomerantes 0,61 e com conteúdo de materiais cimentícios de

320 kg/m3. Para tanto, empregaram cimento Portland comum, pozolâ-

nico e uma composição de 80% de cimento Portland comum e 20% de

cinza volante. A cal hidratada empregada possuía teor de óxido de

cálcio (CaO) superior a 98%.

Diante da resistência à compressão, o concreto executado com

52

cimento Portland comum apresentou variações significativas quando

da adição dos diversos teores de cal hidratada perante o concreto de

referência (0% de cal hidratada), ora com valores mais altos, outrora

com valores mais baixos, destacando-se, para a idade de 90 dias, o

concreto com adição de 25% de cal hidratada, o qual apresentou o

maior valor de resistência, mantendo esta posição até a maior idade de

ensaio (360 dias). Os concretos com a incorporação de materiais pozo-

lânicos, cimento Portland pozolânico ou a mistura de cimento e cinza

volante, apresentaram pequena melhoria na resistência à compressão

especialmente nas primeiras idades, independente do conteúdo de cal

hidratada.

Em exame microestrutural, através da difração de raio-X e análi-

se termogravimétrica, após interromper a hidratação aos 3, 28 e 90 di-

as, não identificou-se novos produtos de reação nos exemplares que

utilizaram cal hidratada, para os diferentes materiais cimentícios em-

pregados, quando comparados com os produtos da hidratação do ci-

mento referencial. Estes ensaios pronunciaram elevados conteúdos de

hidróxido de cálcio nas pastas com adição de cal hidratada. Por outro

lado, altos conteúdos de silicato de cálcio hidratado (C-S-H) foram

observados nas pastas que possuem a incorporação de materiais pozo-

lânicos. A rápida formação de C-S-H nestes materiais, na presença de

cal hidratada, explica o incremento na resistência à compressão.

A análise da porosidade em função do teor de adição de cal hi-

dratada, realizada aos 28 dias, apresentou incremento significante no

concreto executado com cimento Portland comum para a crescente in-

corporação de cal, o que constatou-se ao contrário nos concretos com

53

a incorporação de materiais pozolânicos, nos quais decréscimos na po-

rosidade foram observados com o incremento no conteúdo de cal. Es-

tes resultados devem-se a aceleração da atividade pozolânica na pre-

sença da cal hidratada, resultando em maior quantidade de C-S-H e

conseqüentemente refinamento dos poros e diminuição da interconec-

tividade dos mesmos, resultando em melhorias nas propriedades de

durabilidade.

Convém salientar que para esta idade de ensaio, a menor porosi-

dade observada deu-se no concreto de referência sem a adição de cal,

embora a tendência acima citada, na qual espera-se que principalmen-

te a mistura com 80% de cimento e 20% de cinza volante apresente

valor de porosidade menor que o referencial, em virtude da adição da

cal, deva ser averiguada em maiores idades de ensaio, nas quais, com

uma cura adequada, maximiza-se a atividade pozolânica e por conse-

guinte densifica-se a pasta, esperando-se atingir resultados de menor

proporção e quem sabe sobrepujando o valor referencial.

54

4 INVESTIGAÇÃO EXPERIMENTAL

4.1 Introdução

A pretensão deste trabalho é, através de seus resultados, fornecer

subsídios técnicos e científicos referentes a parâmetros de durabilida-

de, aqui destacados pela permeabilidade ao oxigênio e absorção capi-

lar e água, em concretos que utilizam altos teores de adições minerais.

Observou-se o comportamento das misturas aglomerantes com a subs-

tituição parcial do cimento por estas adições minerais e, ainda, inves-

tigou-se a reposição de hidróxido de cálcio, através da cal hidratada,

sobre as características de durabilidade acima mencionadas, bem co-

mo as vantagens oriundas desta reposição em traços com adições, i-

dênticos.

O objetivo primordial da análise experimental foi medir o volu-

me de oxigênio que percola pelos concretos assim como a massa de

água absorvida por capilaridade pelos corpos de prova por unidade de

área, comparando concretos com e sem a adição de cal hidratada.

4.2 Materiais empregados

Foi utilizado cimento Portland de alta resistência inicial, tipo

CPV-ARI, em conformidade com a EB-NBR 5733. O emprego deste

cimento justifica-se em virtude de apresentar maior quantidade de

clínquer, além de um alto teor de C3S (silicato tricálcico), o que dis-

ponibiliza, em um menor espaço de tempo, uma maior quantidade de

hidróxido de cálcio para as reações pozolânicas.

As adições minerais empregadas foram a cinza volante, a cinza

de casca de arroz e a escória granulada de alto forno. A cinza volante

utilizada é procedente da Usina Termoelétrica de Candiota, a qual foi

peneirada, utilizando-se a fração passante na peneira 0,15 mm. Cinza

de casca de arroz, queimada em secadores de arroz (Engenho Irmãos

Da Cas), sem controle de temperatura, moída em laboratório por uma

hora, em moinho de bolas, utilizando-se a fração passante na peneira

0,15 mm. Esta cinza de casca de arroz foi escolhida entre aquelas que

apresentavam melhores condições de queima, ou seja, temperatura

próxima dos 700º C e com o menor teor de carbono. Pela experiência

disponível na equipe de pesquisa do Grupo de Estudos e Pesquisas em

Concreto da Universidade Federal de Santa Maria (Isaia, 1995, Isaia et

al., 1998), a moagem desta cinza por apenas uma hora é suficiente pa-

ra dotar esta pozolana com finura adequada para o emprego em con-

creto. Escória granulada de alto forno teve como procedência a Com-

panhia Siderúrgica de Tubarão (CST), utilizada conforme entregue.

A cal hidratada cálcica foi fornecida pronta para o uso pela ICAL

– Indústria de Calcinação Ltda, de Minas Gerais.

56

4.3 Caracterização dos materiais

Os materiais envolvidos nesta pesquisa passaram por análises la-

boratoriais, segundo as normas pertinentes, para a determinação de

suas propriedades físicas e químicas, o que permite a realização de ou-

tras pesquisas com materiais de características semelhantes, seguindo

os mesmos experimentos e conseqüentemente permitindo a compara-

ção de resultados.

4.3.1 Materiais cimentícios

Os ensaios de caracterização física e química do cimento foram

realizados de acordo com as seguintes normas:

• Finura # 0,075 mm – NBR 11579

• Tempo de pega – NBR 11581

• Análise química – NBR 5743, 5744, 5745, 5747, 7227 e 9203

• Superfície específica BET – ASTM D-3663

• Massa específica – NBR 6474

• Resistência à compressão da argamassa normal – NBR 7215

57

TABELA 1 – Características físicas e químicas do cimento. Cimento CPV-ARI Resistência (MPa) – 1 dia 23,2 Resistência (MPa) – 3 dias 33,1 Resistência (MPa) – 7 dias 41,9 Resistência (MPa) – 28 dias 50,4 Massa específica (kg/dm3) 3,15 Finura # 0,075 mm 0,25 Área específica (m2/g) – BET 1,8 Tempo de início de pega (min.) 160 Tempo de fim de pega (min.) 195

A caracterização físico-química das adições minerais deu-se a-

través dos seguintes ensaios:


• Superfície específica Blaine – NBR 7224

• Superfície específica BET – ASTM D-3663

• Análise química – procedimento IPT

Para a cal hidratada os seguintes ensaios de caracterização foram

realizados:

• Retirada e preparação da amostra – NBR 6471

• Análise química – NBR 6473


• Finura por peneiramento – NBR 9289

• Superfície específica Blaine – NBR 7224

58

QUADRO 4 – Composição química dos aglomerantes e da cal hidra-tada.

Teor em massa (%)

Composição química CPV-ARI Cinza

Volante Cinza de Casca

de Arroz

Escória Granulada de

Alto Forno

Cal Hidratada

Perda ao Fogo 2,99 1,16 9,14 0,00 26,12 SiO2 19,33 64,57 86,50 34,07 0,87 Al2O3 4,74 27,27 0,28 12,94 0,37 Fe2O3 3,01 2,21 0,14 10,55 0,16 CaO 63,39 1,51 0,45 41,05 73,07 MgO 1,79 0,76 0,28 8,28 0,37 SO3 3,07 0,06 0,02 1,15 0,17

Na2O 0,07 0,15 0,08 0,16 K2O 0,85 1,50 1,55 0,55 0,09

QUADRO 5 – Massa específica das adições minerais – NBR 6474.

Adições Minerais Massa Específica (kg/m3) Cinza Volante 2.240 Cinza de Casca de Arroz – 1 hora de moagem 2.090 Escória Granulada de Alto Forno 2.900 Cal Hidratada 2.330

No Quadro 6 está demonstrado a superfície específica dos mate-

riais aglomerantes, obtidos pelo método Blaine – NBR 7224 e pelo

método BET da ASTM D-3663.

QUADRO 6 – Superfície específica dos materiais aglomerantes. Material Método Blaine (m2/kg) Método BET (m2/kg) CPV-ARI --- 1800 Cinza Volante --- 350 C. Casca Arroz --- 2300 Escória Alto Forno 470 --- Cal Hidratada 900 ---

59

4.3.2 Agregados

Empregou-se, como agregado miúdo, areia natural de origem

quartzosa, proveniente da localidade do Arenal, em Santa Maria, RS.

Esta areia foi lavada para a retirada dos finos e material argiloso sen-

do, posteriormente peneirada na peneira 4,8 mm. Foi seca em estufa e

armazenada em caixas de madeira com tampa. Através do ensaio gra-

nulométrico caracterizou-se a areia como média, pertencente à zona 2.

O agregado graúdo era proveniente de rocha diabásica britada,

lavada e classificada como brita 1. A brita foi peneirada, utilizando-se

a fração passante na peneira 19,0 mm e retida na peneira 6,3 mm. Pos-

teriormente foi lavada, seca ao ar e estocada em caixa de madeira fe-

chada. Este agregado procede do município de Itaara, RS.

A obtenção das características físicas dos agregados basearam-se

nos ensaios normalizados citados abaixo.

• Composição granulométrica – NBR 7217

• Massa específica do agregado miúdo – NBR 9776

• Massa específica do agregado graúdo – NBR 9937

• Absorção de água do agregado graúdo – NBR 9937

• Massa unitária solta – NBR 7251

• Abrasão Los Angeles – NBR 6465

• Índice de forma pelo método do paquímetro – NBR 7809

• Massa unitária compactada – NBR 7810

• Inchamento do agregado miúdo – NBR 6467

60

QUADRO 7 – Características físicas dos agregados.

Porcentagens retidas dos agregados Peneiras (mm) Brita 1 Areia zona 2 12,5 27,40 --- 9,5 60,40 --- 6,3 98,30 --- 4,8 100,00 --- 2,4 100,00 3,70 1,2 100,00 13,84 0,6 100,00 31,38 0,3 100,00 72,99 0,15 100,00 94,21 Módulo de Finura 6,60 2,16 Diâmetro máximo (mm) 19,00 2,4 Massa específica (kg/dm3) 2,47 2,62 Massa unitária solta (kg/dm3) 1,34 1,63 Massa unitária compactada (kg/dm3) 1,43 --- Absorção de água (%) 3,17 --- Índice de forma 2,93 --- Abrasão Los Angeles (%) 13,69 --- Coeficiente de inchamento médio --- 1,39 Umidade crítica (%) --- 3,64

4.3.3 Aditivo superplastificante

Em virtude das baixas relações água/aglomerantes utilizadas, fez-

se necessário o emprego de um aditivo superplastificante para conferir

aos concretos a trabalhabilidade desejada. Nesta pesquisa empregou-

se um aditivo superplastificante, de tempo de pega normal, à base de

naftaleno, isento de cloretos, com densidade 1,21, de acordo com as

prescrições da EB 1763 Tipo S.

A determinação da dosagem inicial de aditivo superplastificante a

ser utilizada, nos concretos investigados, deu-se através de ensaios de

trabalhabilidade para cada mistura aglomerante e relação á-

61

gua/aglomerantes. Estes resultados serviram de parâmetro para as

moldagens definitivas, onde procurava-se obter no ensaio de consis-

tência pelo abatimento do tronco de cone (NBR 7223), valores entre

60 ± 15 mm.

4.4 Dosagem dos concretos

Foram moldadas onze misturas aglomerantes com relações á-

gua/aglomerantes 0,35; 0,45 e 0,55, sendo uma de referência com ci-

mento Portland de alta resistência inicial e as demais com teores vari-

áveis entre 50 e 90%, em massa, de cinza volante, cinza de casca de

arroz e/ou escória de alto forno.

A cal hidratada foi utilizada como adição aos materiais cimentí-

cios, em teores aproximados aos da reposição de hidróxido de cálcio,

ou seja, com teores de 15 e 18%, dependendo do traço, com o objetivo

de restabelecer a reserva alcalina e o pH dos concretos com adições.

Para tanto, baseado nas reações de hidratação do C3S e C2S obtém-se

o teor de hidróxido de cálcio produzido na hidratação do cimento, lo-

go, procurou-se, nos concretos com adições, repor o hidróxido de cál-

cio que deixou de ser produzido em virtude do menor teor de cimento,

além do que foi consumido pelas reações pozolânicas para a formação

do C-S-H secundário.

No Quadro 8 tem-se a legenda com as siglas utilizadas para todos

os concretos investigados.

62

QUADRO 8 – Legenda das misturas aglomerantes investigadas.

Sigla Descrição R Cimento Portland ARI (referência)

VC Cinza Volante e Cal Hidratada V Cinza Volante

AC Cinza de Casca de Arroz e Cal Hidratada A Cinza de Casca de Arroz

EC Escória Granulada de Alto Forno e Cal Hidratada E Escória Granulada de Alto Forno

VAC Cinza Volante, Cinza de Casca de Arroz e Cal Hidratada VA Cinza Volante e Cinza de Casca de Arroz

VEC Cinza Volante, Escória Granulada de Alto Forno e Cal Hidratada VE Cinza Volante e Escória Granulada de Alto Forno

O Quadro 9 mostra a composição utilizada para cada mistura a-

glomerante investigada, bem como o teor de cal hidratada adicionada

nos concretos, em massa, sobre a quantidade de materiais cimentícios.

QUADRO 9 – Denominação e teor de adição mineral por mistura a-glomerante investigada.

Composição das Misturas Aglomerantes (%) Adição (%)

Traço Cimento Cinza Volante

Cinza de Casca de Arroz

Escória Granulada de

Alto Forno

Cal Hidratada

R 100 --- --- --- --- VC 50 50 --- --- 15 V 50 50 --- --- ---

AC 50 --- 50 --- 18 A 50 --- 50 --- ---

EC 30 --- --- 70 15 E 30 --- --- 70 ---

VAC 30 50 20 --- 18 VA 30 50 20 --- ---

VEC 10 20 --- 70 18 VE 10 20 --- 70 ---

Obs: Cada traço foi moldado em três relações água/aglomerantes (0,35; 0,45 e 0,55)

Os teores de adições minerais utilizados nesta pesquisa baseiam-

se em trabalhos anteriores, os quais apresentaram viabilidade notória

63

na substituição do cimento por teores de 50% para cinza volante ou

cinza de casca de arroz e de 70% para a escória. As misturas ternárias

aqui utilizadas procuram substituir ao máximo o cimento, de forma a

obter-se o comportamento destes concretos perante a durabilidade e a

resistência, sendo que os mesmos possuem apenas 10 e 30% de ci-

mento.

Para a determinação das curvas de Abrams empregou-se os valo-

res de resistência à compressão oriundos das três relações á-

gua/aglomerantes a que foram moldados os concretos investigados, os

quais apresentaram relação aglomerantes/agregados de 1:3,0; 1:4,5 e

1:6,0; respectivamente, para as relações água/aglomerantes 0,35; 0,45

e 0,55.

A dosagem do concreto foi realizada conforme os procedimentos

recomendados por Helene & Terzian (1992) no sentido de compatibi-

lizar-se os diversos parâmetros que influem na interação agregados,

adições minerais e aditivos superplastificantes em função da trabalha-

bilidade pretendida. A porcentagem de argamassa foi mantida cons-

tante em 53%, em virtude de ser o teor ótimo encontrado em ensaios

preliminares.

Frente ao agregado miúdo, tornou-se necessário corrigir a sua

quantidade em função da incorporação das diferentes adições minerais

utilizadas. Como a substituição de cimento, em massa, pelas adições

minerais resulta em um aumento de volume de argamassa seca em até

23% (Isaia, 1991), decorrente da menor massa específica das adições

minerais perante o cimento, faz-se necessário subtrair igual aumento

de volume de pasta no volume de agregado miúdo, para evitar o cres-

64

cimento no volume final de argamassa seca, o que demandaria maior

quantidade de água de amassamento.

Diferentemente do agregado miúdo, a quantidade de agregado

graúdo foi mantida constante, para todos os traços.

Após a correção dos traços e a determinação da quantidade de a-

ditivo superplastificante a ser empregada, procedeu-se a moldagem

dos corpos-de-prova, de acordo com a NBR 5738, colocando-se, na

betoneira, brita, 1/4 da água, cal hidratada, a qual recebeu mistura pre-

liminar com quantidade de água igual à massa de cal adicionada para

melhorar a mistura, materiais cimentícios, 2/4 de água com superplas-

tificante, areia aos poucos e o restante da água com superplastificante.

Trabalhou-se com margem de segurança na relação água/aglomerantes

para permitir uma redosagem de aditivo ou a incorporação de mais

água de modo a obter-se a consistência desejada através do tronco de

cone.

Estando os abatimentos dentro dos limites estabelecidos (60 ± 15

mm), procedeu-se o enchimento dos moldes. Moldou-se 4 corpos-de-

prova cilíndricos para os ensaios de resistência à compressão axial aos

91 dias, com dimensões 10 x 20 cm e 2 corpos-de-prova cilíndricos

para os ensaios de permeabilidade ao oxigênio e absorção capilar de

água, com dimensões 15 x 30 cm. O adensamento foi realizado com

mesa vibratória para os corpos-de-prova de 10 x 20 cm e com vibrador

agulha para os corpos-de-prova de 15 x 30 cm.

Após 24 horas os corpos-de-prova eram desmoldados e conser-

vados em câmara úmida a 23º C e umidade relativa do ar superior a

95%, onde aguardavam, os corpos-de-prova destinados ao ensaio de

65

resistência à compressão, até a data de ensaio, procedimento este con-

forme prescrições das normas NBR 5738 e NBR 5739. Já os corpos-

de-prova de dimensões 15 x 30 cm, destinados aos ensaios de durabi-

lidade, permaneciam na câmara úmida até a idade de 7 dias, a partir da

qual iniciavam-se as operações de corte e pré-condicionamento para

os ensaios de permeabilidade ao oxigênio e absorção capilar de água.

O Quadro 10 mostra as quantidades de materiais empregados por

metro cúbico de concreto.

66

QUADRO 10 – Quantidade de materiais empregados por m de concreto.

3

Traço A/Ag Cimento (kg/m3)

Cinza Volante(kg/m3)

C. Cascade Arroz(kg/m3)

Escória(kg/m3)

Cal Hidratada

(kg/m3)

Agregado Miúdo (kg/m3)

Aditivo (kg/m3)

Água (l/m3)

R1 0,35 540 --- --- --- --- 605 0,5 188,5 R2 0,45 393 --- --- --- --- 753 --- 176,9 R3 0,55 309 --- --- --- --- 837 --- 170,0

VC1 0,35 270 270 --- --- 81 514 19,5 169,5 VC2 0,45 197 197 --- --- 59 686 8,5 168,4 VC3 0,55 155 155 --- --- 46 784 4,6 165,4 V1 0,35 270 270 --- --- --- 514 5,1 183,9 V2 0,45 197 197 --- --- --- 686 2,4 175,5 V3 0,55 155 155 --- --- --- 784 1,6 168,4

AC1 0,35 270 --- 270 --- 97 491 78,3 110,7 AC2 0,45 197 --- 197 --- 71 669 32,4 144,5 AC3 0,55 155 --- 155 --- 56 771 16,1 153,9 A1 0,35 270 --- 270 --- --- 491 48,6 140,4 A2 0,45 197 --- 197 --- --- 669 18,5 158,4 A3 0,55 155 --- 155 --- --- 771 8,7 161,3

EC1 0,35 162 --- --- 378 81 578 8,6 180,4 EC2 0,45 118 --- --- 275 59 733 5,9 171,0 EC3 0,55 93 --- --- 216 46 822 3,1 166,9 E1 0,35 162 --- --- 378 --- 578 2,7 186,3 E2 0,45 118 --- --- 275 --- 733 1,6 175,3 E3 0,55 93 --- --- 216 --- 822 1,2 168,8

VAC1 0,35 162 270 108 --- 97 468 48,3 140,7 VAC2 0,45 118 197 78 --- 71 654 19,8 157,1 VAC3 0,55 93 155 61 --- 56 759 11,8 158,2 VA1 0,35 162 270 108 --- --- 468 20,4 168,6 VA2 0,45 118 197 78 --- --- 654 8,5 168,4 VA3 0,55 93 155 61 --- --- 759 4,6 165,4

VEC1 0,35 54 108 --- 378 97 541 16,6 172,4 VEC2 0,45 39 78 --- 275 71 708 7,1 169,8 VEC3 0,55 31 61 --- 216 56 802 3,4 166,6 VE1 0,35 54 108 --- 378 --- 541 2,7 186,3 VE2 0,45 39 78 --- 275 --- 708 0,8 176,1 VE3 0,55 31 61 --- 216 --- 802 --- 170,0

Obs.: Quantidade de agregado graúdo: 1.015,20 kg/m3.

Abatimento do concreto: 60 ± 15 mm.

67

4.5 Ensaios executados nos concretos

4.5.1 Resistência à compressão axial

Este ensaio, destinado a caracterizar os concretos investigados

diante da resistência à compressão, foi realizado segundo as normas

NBR 5738 e NBR 5739. Rompeu-se 4 corpos-de-prova para cada

concreto, sendo estes cilíndricos de dimensões 10 x 20 cm, que per-

maneceram na câmara úmida até completarem a idade de 91 dias,

quando foram capeados e rompidos.

Objetivou-se com este ensaio relacionar a resistência à compres-

são com a permeabilidade ao oxigênio e a resistência à compressão

com a absorção capilar de água, para as três diferentes relações á-

gua/aglomerantes. Este também propiciou análises comportamentais

dos concretos investigados diante dos parâmetros de durabilidade sob

igualdade de resistência à compressão.

4.5.2 Pré-condicionamento para os ensaios de permeabilidade a oxi-

gênio e absorção capilar de água

O pré-condicionamento dos corpos-de-prova foi realizado se-

guindo-se as recomendações da norma RILEM TC 116-PCD (RILEM,

68

1999). O objetivo do pré-condicionamento é dotar os corpos-de-prova

de concreto, através de pré-secagem definida, de uma concentração

média de umidade em equilíbrio com 75% ± 2% de umidade relativa

em um ambiente aéreo com temperatura de 20º C ± 1º C e, com uma

distribuição uniforme da água evaporável nos corpos-de-prova. Por-

tanto, o pré-condicionamento consiste em uma etapa de pré-secagem e

uma subseqüente fase de redistribuição de umidade.

Após a desmoldagem, realizada no dia seguinte à moldagem, os

corpos-de-prova (15 x 30 cm) foram armazenados na câmara úmida

até atingirem a idade de 7 dias, quando foram retirados, marcados e

cortados, com disco diamantado, formando 4 corpos-de-prova com

espessura de 50 mm e diâmetro de 150 mm, de cada corpo-de-prova

original (15 x 30 cm), descartando-se as extremidades.

Dos 8 corpos-de-prova gerados, 2 eram utilizados para obter os

parâmetros pertinentes ao pré-condicionamento, ou seja, um corpo-de-

prova era colocado em estufa a 105º C para determinar-se o conteúdo

total de água evaporável, valor que pode ser obtido quando o corpo-

de-prova apresentar constância de peso ± 0,5 grama, no intervalo de

24 horas.

O outro corpo-de-prova era triturado, utilizando-se a fração pas-

sante na peneira 6,3 mm e retida na peneira 2,4 mm, retirando-se uma

amostra mínima de 500 gramas, depositada em bandeja aberta, a qual

era exposta em sala climatizada (75% ± 2% de umidade relativa e 20º

C ± 1º C de temperatura ambiental) até constância de peso ± 0,1 gra-

ma, em intervalos de 24 horas e, posteriormente era colocada em estu-

fa a 105º C até obter-se novamente constância de peso ± 0,1 grama,

69

em intervalos de 24 horas, resultando em valores que permitem de-

terminar o conteúdo de água evaporável na condição de equilíbrio

(75% ± 2% de umidade relativa e 20º C ± 1º C de temperatura ambi-

ental).

De posse destes resultados determinava-se a perda de peso neces-

sária para cada corpo-de-prova durante a pré-secagem.

Nos demais corpos-de-prova, após a pesagem, aplicava-se pasta

de cimento na face lateral dos mesmos para corrigir eventuais defeitos

da moldagem, lixando-os no dia seguinte e, então, aplicava-se três

demãos de verniz poliuretânico, tornando-os impermeáveis nesta su-

perfície. Esta etapa de preparação para a pré-secagem demandava de 3

a 4 dias; após concluída esta fase, estocava-se os corpos-de-prova em

sala climatizada (75% ± 2% de umidade relativa e 20º C ± 1º C de

temperatura ambiental) até o prazo previsto para a pré-secagem con-

trolada.

Para proceder-se a perda de peso durante a pré-secagem, os cor-

pos-de-prova eram colocados em estufa ventilada a 50º C, monitoran-

do-os até atingirem o peso pré-estabelecido, com variação permitida

de ± 5% sobre a perda de água calculada. O tempo de secagem variou

entre algumas horas até aproximadamente duas semanas.

Em seqüência a pré-secagem, quando os corpos-de-prova atingi-

am a massa prevista para a umidade relativa de 75%, selava-se os

mesmos utilizando-se filme de PVC (polietileno), dois sacos plásticos

de polipropileno selados a quente e, por último, um saco de polietileno

e alumínio, confeccionado com material proveniente de indústrias de

café, também selado a quente. A finalidade desta combinação era evi-

70

tar a perda de peso durante a fase de redistribuição de umidade.

Selados os 6 corpos-de-prova destinados aos ensaios de permea-

bilidade ao oxigênio e absorção capilar de água, estocava-se os mes-

mos em estufa a 50º C, sem trocas de umidade com o meio ambiente,

por um período mínimo de 14 dias. A temperatura de 50º C acelera a

redistribuição do gradiente de umidade axial no sentido de obter-se

uma distribuição homogênea da umidade por todo o corpo-de-prova.

Os corpos-de-prova permaneciam em estufa até 24 horas antes do en-

saio, quando eram retirados desta, e no estado selado, eram transferi-

dos para a sala climatizada (75% ± 2% de umidade relativa e 20º C ±

1º C de temperatura ambiental) com o intuito de alcançarem a tempe-

ratura de equilíbrio nas condições de laboratório (20º C ± 1º C) sem

que ocorresse secagem adicional. No dia seguinte eram desempacota-

dos e ensaiados, segundo os procedimentos descritos a seguir.

4.5.3 Permeabilidade ao oxigênio

O ensaio de permeabilidade ao oxigênio foi realizado de acordo

com a norma RILEM TC 116-PCD (RILEM, 1999), pelo método RI-

LEM-CEMBUREAU (RILEM, 1999). No dia do ensaio procedia-se a

retirada da selagem, determinando-se quatro diâmetros de cada corpo-

de-prova, dois diâmetros perpendiculares em ambas as faces, bem

como quatro espessuras ao longo do perímetro, sempre com precisão

de 0,1 mm, adotando-se a média dos valores encontrados. Em seqüên-

71

cia pesava-se cada corpo-de-prova e os instalava nas células de pres-

são, como ilustrado nas Figuras 3 e 4.

Regulador de pressão da tubulação Fluxômetro

Manômetro

Regulador de pressão do botijão Corpo-de-prova

Botijão de oxigênioRegulador de pressão de precisão

FIGURA 3 – Diagrama esquemático do ensaio de permeabilidade ao

oxigênio.

Corpo-de-prova

Balão para produzir bolhas de sabão

Tubos medidores do fluxo de oxigênio

Câmara de borracha

Gabarito de PVC com ranhuras

Entrada de oxigênio

Molde de vedação em borracha

FIGURA 4 – Esquema da célula de permeabilidade.

72

Inflavam-se as câmaras de borracha com ar comprimido, obser-

vando a pressão mínima de 0,70 MPa, e abria-se o fornecimento de

oxigênio com pressão absoluta inicial de 0,15 MPa. Transcorridos 30

minutos do fornecimento de oxigênio, procedia-se a primeira leitura

no fluxômetro, observando que o tempo necessário para a bolha de sa-

bão percorrer o volume do mesmo não pode ser inferior a 20 segun-

dos, caso contrário, deve-se substituir o fluxômetro por outro de maior

volume. Transcorridos mais 10 minutos procedia-se leituras sucessi-

vas e, se estas, não apresentassem variação superior a 3% diante da

primeira leitura, adotava-se as quatro últimas leituras e, com o valor

médio destas calculava-se a taxa de fluxo pertinente a determinado

concreto ensaiado. Este procedimento era realizado para três corpos-

de-prova de cada mistura aglomerante investigada, tomando como re-

sultado do ensaio a média dos três corpos-de-prova.

A seguir, aumentava-se a pressão para o próximo estágio, 0,20

MPa, repetindo-se o procedimento acima e, posteriormente, para a

pressão absoluta de 0,30 MPa, obtendo-se as respectivas taxas de flu-

xo de oxigênio através dos corpos-de-prova, para as três pressões ab-

solutas de ensaio.

Para a determinação do coeficiente de permeabilidade ao oxigê-

nio utilizou-se a equação de Hagen-Poiseuille, a qual aborda o fluxo

laminar de um fluido compressível através de corpos porosos, com

pequena capilaridade, sob condições uniformes (RILEM, 1999).

)PaA.(Piµ2.Pa.Qi.L.Ki 22 −

= (7)

73

Ki – Coeficiente de permeabilidade ao oxigênio na pressão i (m2)

Pa – Pressão atmosférica absoluta (Pa)

Qi – Taxa de fluxo na pressão i (m3/s)

L – Espessura do corpo-de-prova (m)

µ – Viscosidade dinâmica do oxigênio a 20º C ± 1º C (Pa.s)

A – Seção transversal do corpo-de-prova (m2)

Pi – Pressão absoluta de ensaio aplicada (Pa)

A pressão atmosférica no dia do ensaio era obtida através do De-

partamento de Meteorologia da Universidade Federal de Santa Maria.

4.5.4 Absorção capilar de água

Para este ensaio seguiram-se as recomendações da norma RILEM

TC 116-PCD (RILEM, 1999), a qual estabelece que os corpos-de-

prova também devem passar, primeiramente, pelo pré-

condicionamento. No dia do ensaio, após retirada a selagem, pesava-

se os corpos-de-prova, determinava-se dois diâmetros perpendiculares

entre si na face do mesmo que estaria sujeita a lâmina d´água, bem

como duas espessuras, sempre com precisão de 0,1 mm, adotando-se a

média dos valores encontrados.

A água e o ambiente de ensaio eram mantidos a temperatura

constante de 20º C ± 1º C, bem como a umidade relativa em 75% ±

2%. O ensaio consiste, conforme a Figura 5, em imergir os corpos-de-

74

prova em água até a profundidade de 3,0 mm, pesando-os aos 10 mi-

nutos, 1 hora, 4 horas e 24 horas após o início do mesmo, permitindo

assim determinar a ascensão de água por absorção capilar através das

diferenças de massa diante da massa referencial.

Antes de cada pesagem, as superfícies dos corpos-de-prova em

contato com a água eram enxugadas levemente com um pano, perma-

necendo brilhante. Durante o ensaio, um capuz plástico era colocado

sobre cada corpo-de-prova a fim de evitar a pressão sobre os poros

proveniente do ambiente.

Capuz plástico Face selada

3 mm

Água

FIGURA 5 – Esquema do ensaio de absorção capilar de água.

A água absorvida capilarmente por cada corpo-de-prova era de-

terminada para cada intervalo de tempo, através da seguinte expres-

são:

W(t) = m(t) - mo (8)

W(t) – Diferença de massa do corpo-de-prova no tempo considerado

75

m(t) – Massa do corpo-de-prova no tempo considerado

mo – Massa inicial do corpo-de-prova

A absorção capilar de água foi expressa por unidade de área da

superfície de ensaio (g/m2), conforme recomendações da norma RI-

LEM TC 116-PCD (RILEM, 1999). Nesta pesquisa, foram considera-

dos somente os valores pertinentes a absorção capilar de água depois

de transcorridos 24 horas de ensaio.

76

5 ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

5.1 Introdução

Objetiva-se neste capítulo analisar as misturas aglomerantes al-

ternativas, as quais baseiam-se na substituição parcial de cimento por

adições minerais conjugado com a adição de cal hidratada e compará-

las com uma mistura aglomerante de referência, composta por cimento

Portland ARI.

Com a mistura de referência, totalizam-se onze misturas aglome-

rantes diferentes, onde seis compõem misturas binárias e quatro, mis-

turas ternárias, as quais foram moldadas nas relações á-

gua/aglomerantes 0,35; 0,45 e 0,55, o que permite um comparativo

quantitativo dos valores de resistência à compressão, permeabilidade

ao oxigênio e absorção capilar de água das misturas entre si e destas

com a mistura referencial.

A reposição de hidróxido de cálcio, através da cal hidratada, tor-

na-se o diferencial entre as misturas, ou seja, tem-se cinco misturas

aglomerantes diferentes e, cada uma delas é moldada com e sem a in-

corporação de fonte externa de hidróxido de cálcio, o que propõe aná-

lises comparativas, de modo a se discutir resultados obtidos frente à

durabilidade.

Dois patamares de resistência à compressão, de 35 e 55 MPa, se-

rão avaliados para averiguar-se as propriedades intrínsecas de cada

concreto diante da durabilidade, formando um embasamento impres-

cindível para projetos, onde além da resistência à compressão, a dura-

bilidade deva ser averiguada para dotar o concreto de características

adequadas para suportar o meio a que estará exposto.

5.2 Resistência à Compressão

Ao se substituir o cimento pelas adições minerais, nota-se altera-

ções nos valores de resistência à compressão em relação à mistura de

referência, isto em virtude do tipo, da reatividade e do teor de substitu-

ição das adições minerais.

A utilização de adições minerais, formando misturas aglomeran-

tes binárias ou ternárias com o cimento Portland ARI, propicia atribuir

a determinado concreto as mais variadas propriedades e características

frente à durabilidade, porém, para um mesmo patamar de resistência à

compressão, estas propriedades podem variar substancialmente, ca-

bendo então uma análise criteriosa das qualidades que devem estar

presentes no concreto para dotá-lo de características adequadas frente

aos agentes agressivos do meio ao qual estará inserido durante a sua

vida útil de projeto.

Na Tabela 1 estão demonstrados os resultados obtidos deste estu-

do, referentes à resistência à compressão, para as três relações á-

gua/aglomerantes investigadas. Primeiramente são apresentados os va-

lores para o traço de referência e, posteriormente, estão explanados os

78

valores para o traço com adição de cal hidratada seguidos pelo mesmo

traço sem esta adição e, assim por diante para todas as misturas aglo-

merantes analisadas.

TABELA 1 – Resistência à compressão das misturas aglomerantes in-vestigadas a 91 dias de idade.

Traço Relação

Água/AglomerantesResistência à

Compressão aos 91 diasR2

(Equação Exponencial)R1 0,35 72,5 MPa R2 0,45 51,8 MPa R3 0,55 46,1 MPa

0,9275 (fc = 153,98.e-2,2584.x)

VC1 0,35 78,6 MPa VC2 0,45 53,0 MPa VC3 0,55 34,1 MPa

0,9990 (fc = 341,49.e-4,1762.x)

V1 0,35 59,1 MPa V2 0,45 30,5 MPa V3 0,55 25,4 MPa

0,9035 (fc = 239,39.e-4,2230.x)

AC1 0,35 79,6 MPa AC2 0,45 59,4 MPa AC3 0,55 39,3 MPa

0,9902 (fc = 279,98.e-3,5340.x)

A1 0,35 80,2 MPa A2 0,45 51,9 MPa A3 0,55 40,3 MPa

0,9776 (fc = 260,28.e-3,4483.x)

EC1 0,35 59,3 MPa EC2 0,45 42,7 MPa EC3 0,55 36,1 MPa

0,9662 (fc = 138,11.e-2,4910.x)

E1 0,35 49,1 MPa E2 0,45 39,1 MPa E3 0,55 32,6 MPa

0,9960 (fc = 99,98.e-2,0531.x)

VAC1 0,35 65,0 MPa VAC2 0,45 49,9 MPa VAC3 0,55 35,7 MPa

0,9953 (fc = 187,48.e-2,9940.x)

VA1 0,35 55,7 MPa VA2 0,45 37,8 MPa VA3 0,55 26,9 MPa

0,9987 (fc = 198,20.e-3,6466.x)

VEC1 0,35 49,1 MPa VEC2 0,45 39,8 MPa VEC3 0,55 26,4 MPa

0,9659 (fc = 150,02.e-3,0975.x)

VE1 0,35 46,2 MPa VE2 0,45 33,1 MPa VE3 0,55 20,0 MPa

0,9866 (fc = 205,56.e-4,1869.x)

79

Os valores de resistência representam a média do ensaio de 4

corpos-de-prova, desde que os valores individuais não apresentem va-

riação superior a 5% do valor médio. Caso isto ocorra elimina-se o

menor valor e procede-se novamente os cálculos, repetindo-se este

procedimento até que os valores pontuais não apresentem variação su-

perior a 5% da média.

Averigua-se que, para as diferentes relações água/aglomerantes, a

substituição parcial do cimento Portland ARI por adições minerais a-

carreta, quase sempre, decréscimos na resistência à compressão aos 91

dias.

Pelo gráfico da Figura 6, observa-se o decréscimo da resistência

à compressão à medida que aumenta a relação água/aglomerantes de

acordo com a lei de Abrams.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

R VC V AC A EC E VAC VA VEC VE

Misturas Aglomerantes

Res

istê

ncia

à C

ompr

essã

o (M

Pa)

0,35 0,45 0,55

FIGURA 6 – Resistência à Compressão, aos 91 dias, das misturas a-

80

glomerantes investigadas. Os maiores valores de resistência à compressão foram obtidos

nas misturas aglomerantes binárias contendo cinza de casca de arroz,

em teor de 50% em massa, estando, a mistura com adição de cal hidra-

tada representada por 79,6 MPa e a mistura sem esta adição por 80,2

MPa de resistência, superando, em ambos os casos, o valor referencial

de 72,5 MPa. O traço composto por 50 % de cimento e 50% de cinza

volante, com adição de cal hidratada, apresentou valor de resistência à

compressão, na relação água/aglomerantes 0,35, superior ao referenci-

al, com valor de 78,6 MPa, representando as únicas três misturas a-

glomerantes que superaram o valor de resistência do concreto com-

posto somente por cimento.

As Figuras subseqüentes ilustram as resistências à compressão

dos concretos investigados, sendo que as correspondentes curvas de

Abrams foram obtidas através das equações de regressão listadas na

Tabela 1.

A Figura 7 mostra que a utilização de cinza volante em teor de

50% acarreta, em geral, decréscimos na resistência, excetuando-se a

mistura com cal hidratada que, para relações água/aglomerantes iguais

ou inferiores a 0,416 apresenta acréscimos na resistência à compres-

são.

81

15

25

35

45

55

65

75

85

0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

Água/Aglomerantes

Res

istê

ncia

à C

ompr

essã

o (M

Pa)

R VC V

FIGURA 7 – Resistência à compressão, aos 91 dias – Cinza Volante

(50%) COM e SEM adição de cal hidratada.

A Figura 8 destaca a cinza de casca de arroz em teor de 50%, que

tanto com como sem a cal hidratada, apresentou acréscimos na resis-

tência à compressão diante do referencial. Para a mistura com cal, re-

lações água/aglomerantes iguais ou inferiores a 0,469 propiciam valo-

res de resistência à compressão superiores ao concreto de referência,

da mesma forma, para a mistura sem esta adição, relações á-

gua/aglomerantes iguais ou inferiores a 0,441 acarretam valores supe-

riores ao referencial.

82

35

45

55

65

75

85

0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

Água/Aglomerantes

Res

istê

ncia

à C

ompr

essã

o (M

Pa)

R AC A

FIGURA 8 – Resistência à compressão, aos 91 dias – Cinza de Casca

de Arroz (50%) COM e SEM adição de cal hidratada.

A Figura 9 demonstra que a utilização de 70%, em massa, de es-

cória granulada de alto forno em substituição ao cimento resulta, tanto

para o concreto com cal hidratada como para o sem, decréscimos na

resistência à compressão, ou seja, para a faixa de relações á-

gua/aglomerantes investigadas, o emprego da escória diminui a resis-

tência à compressão.

83

30

40

50

60

70

80

0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

Água/Aglomerantes

Res

istê

ncia

à C

ompr

essã

o (M

Pa)

R EC E

FIGURA 9 – Resistência à compressão, aos 91 dias – Escória de Alto

Forno (70%) COM e SEM adição de cal hidratada.

Na Figura 10, a mistura ternária envolvendo cimento (30%), cin-

za volante (50%) e cinza de casca de arroz (20%) tem seus valores de

resistência à compressão comparados com o concreto de referência,

observando-se que tanto a mistura com como a mistura sem adição de

fonte externa de hidróxido de cálcio apresentaram valores de resistên-

cia inferiores ao referencial.

A Figura 11 ilustra a mistura ternária composta por 10% de ci-

mento, 20% de cinza volante e 70% de escória granulada de alto for-

no, a qual, para todas as relações água/aglomerantes investigadas a-

presentou valores de resistência à compressão inferiores ao concreto

referencial, tanto na mistura com cal hidratada como na mistura sem

esta adição.

84

2530354045505560657075

0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

Água/Aglomerantes

Res

istê

ncia

à C

ompr

essã

o (M

Pa)

R VAC VA


(50%) Cinza de Casca de Arroz (20%) COM e SEM adição de cal hidratada.

15

25

35

45

55

65

75

0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

Água/Aglomerantes

Res

istê

ncia

à C

ompr

essã

o (M

Pa)

R VEC VE


(20%) e Escória (70%) COM e SEM adição de cal hi-dratada.

85

Observando-se os valores para o índice médio de resistência à

compressão na Figura 12, o qual representa a média das resistências à

compressão para as três relações água/aglomerantes de cada concreto

dividido pelo valor médio pertencente ao concreto referencial, onde

este último apresentará valor unitário, servindo de base para as com-

parações entre os diversos concretos, pode-se constatar que somente

as misturas binárias, com substituição de 50% de cimento por cinza de

casca de arroz, com e sem cal hidratada, apresentaram valores superio-

res ao concreto de referência.

0,58

0,680,71

0,88

0,71

0,81

1,011,05

0,67

0,971,00

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00


Índi

ce M

édio

de

Res

istê

ncia

Figura 12 – Índice Médio de Resistência à Compressão das misturas

aglomerantes investigadas.

As demais misturas investigadas apresentaram decréscimos no

índice médio de resistência à compressão quando comparadas com o

traço de referência, salientando-se que as misturas com adição de cal

hidratada tiveram sempre decréscimos na resistência inferiores aos

86

traços idênticos sem esta adição.

0,640,68

0,77

0,90

0,68

0,82

1,111,10

0,82

1,081,00

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20


Índi

ce d

e R

esis

tênc

ia -

a/ag

. = 0

,35

Figura 13 – Índice de Resistência à Compressão das misturas aglome-

rantes para a relação água/aglomerantes 0,35.

A Figura 13 ilustra, em forma de índices, os valores de resistên-

cia à compressão das misturas aglomerantes investigadas para a rela-

ção água/aglomerantes 0,35, a qual abrange concretos de alto desem-

penho1, onde o menor valor (46,2 MPa) está representado pela mistura

ternária com 10% de cimento, 20% de cinza volante e 70% de escória,

sem adição de cal hidratada.

1 Para Aitcin (2000), um concreto de alto desempenho é essencialmente um concreto tendo

uma relação água/aglomerante baixa. Um valor de cerca de 0,40 é sugerido como fronteira entre

concretos usuais e concretos de alto desempenho. Este valor de 0,40, que pode ser percebido como

sendo totalmente arbitrário, é baseado no fato de que é muito difícil, se não impossível, tornar tra-

balhável e lançável um concreto feito com os cimentos Portland mais comumente encontrados hoje

no mercado, sem o uso de um superplastificante, se a relação água/aglomerante for menor do que

0,40. Além disso, esse valor é próximo ao valor teórico sugerido por Powers para assegurar a

completa hidratação do cimento Portland (Powers, 1968) e, parece que este valor denota concretos

que estão começando a apresentar retração autógena.

87

Nota-se que os índices apresentaram valores superiores quando

correlacionados com estes mesmos índices representativos da média

das relações água/aglomerantes.

Além da mistura binária com 50% de cinza de casca de arroz,

com e sem cal hidratada, a mistura com 50% de cinza volante e com

adição de cal apresentou índice superior ao referencial, enquanto as

demais misturas mostraram-se com valores menores, destacando-se

que o decréscimo na quantidade de água de amassamento propicia

maiores incrementos na resistência à compressão, embora a maioria

das misturas não supere o concreto de cimento Portland ARI.

A análise pontual, onde procurar-se-á correlacionar as resistên-

cias à compressão dos concretos investigados com os valores correla-

tos do concreto de referência, para as três relações água/aglomerantes

investigadas, está explanada na Tabela 2, abaixo.

88

TABELA 2 – Influência das adições minerais e da cal hidratada na re-sistência à compressão das misturas aglomerantes in-vestigadas diante do concreto de referência.

Traço A/Ag. ResistênciaReferência

(MPa)

Resistência Mist. Invest.

(MPa)

Variação de Resistência

(MPa)

∆ fc(%)

∆ fc médio(%)

0,35 72,5 78,6 6,1 8 0,45 51,8 53,0 1,2 2

Cinza Volante

COM Cal 0,55 46,1 34,1 -12,0 -26 -3

0,35 72,5 59,1 -13,4 -18 0,45 51,8 30,5 -21,3 -41

Cinza Volante

SEM Cal 0,55 46,1 25,4 -20,7 -45 -33

0,35 72,5 79,6 7,1 10 0,45 51,8 59,4 7,6 15


COM Cal 0,55 46,1 39,3 -6,8 -15 5

0,35 72,5 80,2 7,7 11 0,45 51,8 51,9 0,1 0


SEM Cal 0,55 46,1 40,3 -5,8 -13 1

0,35 72,5 59,3 -13,2 -18 0,45 51,8 42,7 -9,1 -18

Escória de Alto Forno

COM Cal 0,55 46,1 36,1 -10,0 -22 -19

0,35 72,5 49,1 -23,4 -32 0,45 51,8 39,1 -12,7 -25

Escória de Alto Forno

SEM Cal 0,55 46,1 32,6 -13,5 -29 -29

0,35 72,5 65,0 -7,5 -10 0,45 51,8 49,9 -1,9 -4

C. Volante e C. de Casca de

Arroz COM Cal 0,55 46,1 35,7 -10,4 -23 -12

0,35 72,5 55,7 -16,8 -23 0,45 51,8 37,8 -14,0 -27


Arroz SEM Cal 0,55 46,1 26,9 -19,2 -42 -29

0,35 72,5 49,1 -23,4 -32 0,45 51,8 39,8 -12,0 -23

C. Volante e Escória de Alto

Forno COM Cal 0,55 46,1 26,4 -19,7 -43 -32

0,35 72,5 46,2 -26,3 -36 0,45 51,8 33,1 -18,7 -36

C. Volante e Escória de Alto Forno SEM Cal 0,55 46,1 20,0 -26,1 -57

-42

É possível verificar, através da tabela acima, a magnitude da in-

fluência da cal hidratada e das adições minerais utilizadas diante do

referencial para cada relação água/aglomerantes investigada.

89

Em geral, a utilização da cal hidratada e das adições minerais a-

carretam, nas relações água/aglomerantes mais altas (0,55), os maiores

decréscimos na resistência, evidenciando-se que os traços que supe-

ram o referencial apresentaram estes valores nas relações á-

gua/aglomerantes 0,35 e 0,45.

Os acréscimos oriundos dos concretos com cinza de casca de ar-

roz, demonstram que o seu emprego em teores elevados (50%) resul-

tam em vantagens frente à resistência à compressão para valores mé-

dios, embora, para a relação água/aglomerantes 0,55, ambos os con-

cretos, com e sem a adição de cal hidratada, apresentaram valores de

resistência inferiores ao valor pertinente ao concreto de referência. Da

mesma forma constatou-se este efeito na mistura binária composta por

50% de cimento e 50% de cinza volante, com a adição de cal hidrata-

da.

Salienta-se como maior beneficiário o traço com 50% de cinza de

casca de arroz e 18% de cal hidratada sobre a massa de materiais ci-

mentícios, o qual, na relação água/aglomerantes 0,45, apresentou um

acréscimo de resistência de 15% quando correlacionado com o valor

de resistência alcançado pelo concreto referencial.

A Tabela 3 salienta a influência decorrente da adição de cal hi-

dratada em concretos idênticos, dando enfoque sobre os acréscimos na

resistência à compressão pelo uso de fonte externa de hidróxido de

cálcio.

90

TABELA 3 – Influência da adição da cal hidratada na resistência à compressão das misturas aglomerantes investigadas.

Traço A/Ag. ResistênciaSEM Cal

(MPa)

ResistênciaCOM Cal

(MPa)


(MPa)

∆ fc(%)

∆ fc médio(%)

0,35 59,1 78,6 19,5 33 0,45 30,5 53,0 22,5 74 Cinza

Volante 0,55 25,4 34,1 8,7 34

44

0,35 80,2 79,6 -0,6 -1 0,45 51,9 59,4 7,5 15

Cinza de Casca de

Arroz 0,55 40,3 39,3 -1,0 -2 3

0,35 49,1 59,3 10,2 21 0,45 39,1 42,7 3,6 9

Escória Granulada de Alto Forno 0,55 32,6 36,1 3,5 11

14

0,35 55,7 65,0 9,3 17 0,45 37,8 49,9 12,1 32

C. Volante e C. de Casca

de Arroz 0,55 26,9 35,7 8,8 33 25

0,35 46,2 49,1 2,9 6 0,45 33,1 39,8 6,7 20

C. Volante e Escória de Alto Forno 0,55 20,0 26,4 6,4 32

16

A variação percentual média de resistência à compressão (figura

14) demonstra a influência que a cal hidratada exerce sobre concretos

idênticos (mesmo traço). A variação deste índice situou-se na faixa de

3 a 44%, mostrando que a adição de cal altera características frente a

resistência à compressão de modo diferenciado, dependendo do tipo

de adição mineral empregada.

A menor influência da adição da cal hidratada se deu no traço em

que 50% do cimento Portland ARI foi substituído por cinza de casca

de arroz, atingindo um valor médio de 3% perante a resistência à

compressão, o que significa dizer que a adição de fonte externa de hi-

dróxido de cálcio acarretou acréscimos médios de 3% na resistência à

compressão quando comparados os concretos com e sem esta reposi-

91

ção. Como a cal hidratada adicionada aos concretos atua predominan-

temente sobre a resistência através de efeito físico (filler) e, a utiliza-

ção da cinza de casca de arroz desencadeia um grande refinamento dos

poros do concreto, já que esta cinza apresenta elevada atividade pozo-

lânica, fica evidente que o efeito filler mostra-se pouco significativo

diante da resistência à compressão, pois a microestrutura da pasta de

cimento hidratada torna-se bem compacta minimizando a ação da cal

hidratada sobre a distribuição das tensões quando submete-se o con-

creto ao ensaio de compressão.

44

314

25

16

05

101520253035404550

VC - V AC - A EC - E VAC - VA VEC - VE

Misturas Aglomerantes Investigadas

Acr

ésci

mo

de R

esis

tênc

ia (%

)

Figura 14 – Variação Percentual da Resistência à Compressão das

misturas aglomerantes com e sem adição de cal hidrata-da.

A variação mais expressiva do índice médio de resistência ocor-

reu no traço onde substituiu-se 50% do cimento por cinza volante, ob-

tendo-se um acréscimo médio de 44% na resistência à compressão,

visto que o efeito filler atua de forma mais significativa no preenchi-

92

mento dos poros com cal hidratada para o gel de silicato de cálcio hi-

dratado, ou seja, a cal hidratada propicia meios de contato físico que

redistribuem mais homogeneamente as tensões sobre a microestrutura

da pasta de cimento, evitando tensões elevadas pontuais que originam

fissuras que levam o concreto ao colapso por tração.

A Tabela 4 mostra a influência da adição de cal hidratada nos

concretos idênticos, perante o concreto de referência, enfocando os a-

créscimos na resistência à compressão pelo uso de fonte externa de

hidróxido de cálcio.

TABELA 4 – Influência da adição da cal hidratada na resistência à compressão das misturas aglomerantes investigadas di-ante do concreto de referência.

Traço A/Ag. ResistênciaReferência

(MPa)


COM/SEM Cal (MPa)

∆ fc(%)

∆ fc médio(%)

0,35 72,5 19,5 27 0,45 51,8 22,5 43 Cinza

Volante 0,55 46,1 8,7 19

30

0,35 72,5 -0,6 -1 0,45 51,8 7,5 14

Cinza de Casca de

Arroz 0,55 46,1 -1,0 -2 3

0,35 72,5 10,2 14 0,45 51,8 3,6 7

Escória Granulada de Alto Forno 0,55 46,1 3,5 8

10

0,35 72,5 9,3 13 0,45 51,8 12,1 23


Arroz 0,55 46,1 8,8 19 18

0,35 72,5 2,9 4 0,45 51,8 6,7 13

C. Volante e Escória de Alto

Forno 0,55 46,1 6,4 14 9

A variação percentual média de resistência à compressão, ilustra-

da na Figura 15, abaixo, demonstra a influência que a cal hidratada

93

exerce sobre concretos idênticos, tomando-se como base os valores de

resistência à compressão atingidos pelo concreto de referência, permi-

tindo desta forma observar-se os acréscimos oriundos da adição de cal

diante de um referencial único, representado pelo concreto com so-

mente cimento Portland. A variação deste índice situou-se na faixa de

3 a 30%, sendo a menor variação constatada no concreto com 50% de

cinza de casca de arroz e, a máxima, no concreto com 50% de cinza

volante.

30

3 10

18

9

0

5

10

15

20

25

30

35



Acr

ésci

mo

de R

esis

tênc

ia (%

)

Figura 15 – Variação Percentual da Resistência à Compressão das

misturas aglomerantes com e sem adição de cal hidrata-da diante do concreto de referência.

Para a obtenção dos patamares de resistência à compressão de 35

MPa e 55 MPa faz-se necessário utilizar as relações á-

gua/aglomerantes demonstradas na Tabela 5, a qual também explana o

consumo de cimento e a resistência unitária dos concretos investiga-

dos (MPa/kg). Salienta-se que as relações água/aglomerantes indica-

94

das foram obtidas através das equações de regressão anteriormente ci-

tadas.

TABELA 5 – Relações água/aglomerantes para obter-se resistências à compressão de 35 MPa e 55 MPa, consumo de cimento e resistências unitárias.

Relação Á/Agl.

Consumo de Aglomerantes

(kg/m3)

Consumo de Cimento (kg/m3)

Resistência Unitária (MPa/kg)

Traço Adições(%)

35 MPa 55 MPa 35 MPa 55 MPa 35 MPa 55 MPa 35 MPa 55 MPa R --- 0,656 0,456 227 397 227 397 0,154 0,139

VC 50 0,545 0,437 310 418 155 209 0,226 0,263 V 50 0,455 0,348 398 536 199 268 0,176 0,205

AC 50 0,588 0,460 276 392 138 196 0,254 0,281 A 50 0,582 0,451 280 402 140 201 0,250 0,274

EC 70 0,551 0,370 307 503 92 151 0,380 0,364 E 70 0,511 0,291 340 627 102 188 0,343 0,293

VAC 70 0,561 0,410 297 450 89 135 0,393 0,407 VA 70 0,475 0,352 377 530 113 159 0,310 0,346

VEC 90 0,470 0,324 380 570 38 57 0,921 0,965 VE 90 0,423 0,315 430 590 43 59 0,814 0,932

0 50

10

15

20

25

30

35

40

R VC V AC A EC E VA VA VE VE

Consumo de Cimento (kg/m

3) 35 MP55 MP

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0



FIGURA 16 – Consumo de cimento e resistência unitária para as re-

sistências à compressão de 35 MPa e 55 MPa.

A resistência unitária, que representa a resistência à compressão

desenvolvida por cada quilo de cimento utilizado nos devidos concre-

tos, demonstra que o emprego de altos teores de adições minerais a-

95

carreta, progressivamente, um aumento na resistência unitária confor-

me aumenta-se os teores de adições, visto que cada quilo de cimento

responsabiliza-se por uma parcela maior da resistência à compressão

final. A utilização da cal hidratada propicia resistência unitárias que

superam os valores pertinentes aos concretos correlatos sem esta adi-

ção.

Para a resistência à compressão de 35 MPa, é possível obtê-la

com apenas 38 kg/m3 de cimento, vislumbrando-se que os outros 90%

são compostos por 20% de cinza volante e 70% de escória, com adi-

ção de 18% de cal hidratada sobre a massa de materiais cimentícios, o

que representa uma economia de 83% no consumo final de cimento.

Os 55 MPa de resistência podem ser obtidos com 57 quilos de cimen-

to, para o mesmo traço anteriormente citado, representando uma eco-

nomia de cimento de 86%. Estes benefícios requerem cuidados espe-

ciais na mistura do concreto, visto que a relação água/aglomerantes

deverá ser controlada rigidamente, isto porque decréscimos substanci-

ais nesta são necessários para atingir-se os valores desejados que, são

mais facilmente atingidos com maior consumo de cimento e, a utiliza-

ção de aditivos superplastificantes fazer-se-á necessária para manter a

trabalhabilidade do concreto, bem como uma cura mais prolongada

para potencializar ao máximo as reações pozolânicas que propiciam

estes benefícios ao concreto.

5.3 Permeabilidade ao Oxigênio

96

A apresentação dos resultados obtidos em análise laboratorial es-

tá explanada na tabela 6, a qual permite notar as influências variadas

decorrentes da utilização de diferentes tipos e teores de adições mine-

rais.

Tabela 6 – Permeabilidade ao oxigênio, aos 91 dias, das misturas a-glomerantes investigadas.

Traço Relação Água/Aglomerantes

Permeabilidade ao Oxigênio aos 91 dias

(x 10-17 m2)

R2

(Equação Exponencial)

R1 0,35 2,3 R2 0,45 9,4 R3 0,55 44,8

0,9992 (K = 0,0119.e14,9190.x)

VC1 0,35 0,9 VC2 0,45 2,7 VC3 0,55 8,2

1,0000 (K = 0,0189.e11,0454.x)

V1 0,35 7,9 V2 0,45 38,3 V3 0,55 83,7

0,9631 (K = 0,1433.e11,8246.x)

AC1 0,35 1,1 AC2 0,45 1,8 AC3 0,55 3,9

0,9789 (K = 0,1155.e6,2903.x)

A1 0,35 2,8 A2 0,45 4,6 A3 0,55 8,5

0,9948 (K = 0,3930.e5,5480.x)

EC1 0,35 0,4 EC2 0,45 3,4 EC3 0,55 15,0

0,9867 (K = 0,0007.e18,4840.x)

E1 0,35 15,8 E2 0,45 90,2 E3 0,55 222,1

0,9673 (K = 0,1766.e13,2320.x)

VAC1 0,35 1,7 VAC2 0,45 3,2 VAC3 0,55 4,1

0,9338 (K = 0,3790.e4,4339.x)

VA1 0,35 20,2 VA2 0,45 48,1 VA3 0,55 87,3

0,9886 (K = 1,6379.e7,3104.x)

VEC1 0,35 25,4 VEC2 0,45 44,5 VEC3 0,55 149,2

0,9566 (K = 1,0323.e8,8448.x)

97

VE1 0,35 334,0 VE2 0,45 515,1 VE3 0,55 636,1

0,9619 (K = 112,21.e3,2218.x)

A utilização de adições minerais e um controle da relação á-

gua/aglomerantes propicia variadas alterações na microestrutura da

pasta do concreto, agindo diretamente sobre a zona de transição pasta-

agregado e principalmente na rede capilar formada durante a hidrata-

ção do cimento, diminuindo o diâmetro crítico dos poros além de

segmentar as interconexões entre estes, tornando a percolação de flui-

dos no interior do concreto mais difícil.

Pelo gráfico da Figura 17, observa-se o aumento da permeabili-

dade ao oxigênio à medida que cresce a relação água/aglomerantes das

misturas investigadas.

0

1

10

100

1000



Per

mea

bilid

ade

- KO

2 (x

10-1

7 m2 )

0,35 0,45 0,55

FIGURA 17 – Permeabilidade ao oxigênio, aos 91 dias, das misturas


98

5.3.1 Permeabilidade ao oxigênio em igualdades de relações á-

gua/aglomerantes

A ordem crescente dos coeficientes de permeabilidade para os

três fatores água/aglomerantes, aos 91 dias, das 11 misturas aglome-

rantes investigadas está demonstrada na Tabela 7.

TABELA 7 – Coeficientes de permeabilidade ao oxigênio, em ordem crescente das misturas aglomerantes investigadas, aos 91 dias (classificação conforme Lee et al. (2000)*).

Relação Água/Aglomerantes

0,35 0,45 0,55 Ordem Crescente

Traço K (x 10-17 m2) Traço K (x 10-17 m2) Traço K (x 10-17 m2)1º EC1 0,4 AC2 1,8 AC3 3,9 2º VC1 0,9 VC2 2,7 VAC3 4,1 3º AC1 1,1 VAC2 3,2 VC3 8,2 4º VAC1 1,7 EC2 3,4 A3 8,5 5º R1 2,3 A2 4,6 EC3 15,0 6º A1 2,8 R2 9,4 R3 44,8 7º V1 7,9 V2 38,3 V3 83,7 8º E1 15,8 VEC2 44,5 VA3 87,3 9º VA1 20,2 VA2 48,1 VEC3 149,2

10º VEC1 25,4 E2 90,2 E3 222,1 11º VE1 334,0 VE2 515,1 VE3 636,1

* K < 10 x 10-17 m2 BOM; 10 x 10-17 m2 ≤ K ≤ 30 x 10-17 m2 MODERADO; K > 30 x 10-17 m2 POBRE

Pela Tabela 7, observa-se que o concreto de referência ocupa, nas

três relações água/aglomerantes investigadas, posições intermediárias

entre os coeficientes de permeabilidade, destacando-se que valores in-

99

feriores deste coeficiente sobre o referencial são constatados com mis-

turas aglomerantes que tiveram adição de cal hidratada, excetuando-se

o concreto com cinza de casca de arroz que, para as relações á-

gua/aglomerantes 0,45 e 0,55 apresentou coeficientes de permeabili-

dade inferiores ao concreto de referência.

De acordo com Lee et al.(2000) apud Frizzo (2001), com relação

à durabilidade, um concreto com coeficiente de permeabilidade ao o-

xigênio abaixo de 10 x 10-17 m2 é bom; entre 10 x 10-17 e 30 x 10-17 m2

é moderado e; acima de 30 x 10-17 m2 é pobre. Sob esta afirmativa, ve-

rifica-se que na relação água/aglomerantes 0,35, 64% dos concretos

investigados apresentam bom desempenho diante deste parâmetro de

durabilidade, seguido de 27% com desempenho moderado e 9%, re-

presentado por um concreto com apenas 10% de cimento, com de-

sempenho pobre. Já na relação água/aglomerantes 0,45, 55% dos con-

cretos apresentaram bom desempenho, com os outros 45% com de-

sempenho abaixo do esperado. Complementando, na relação á-

gua/aglomerantes 0,55, 36% tiveram bom resultado diante da permea-

bilidade ao oxigênio, 9% (concreto com 70% de escória e 15% de cal)

desempenho moderado e 55% comportamento medíocre.

Desta forma, o decréscimo na relação água/aglomerantes propicia

condições favoráveis para a utilização de altos teores de adições mine-

rais, mantendo o desempenho diante da permeabilidade ao oxigênio

adequado, ou seja, 91% dos concretos investigados apresentam condi-

ções, no mínimo, moderadas frente este parâmetro de durabilidade.

Com o aumento da demanda de água, estes índices decaem, passando

por 55% na relação água/aglomerantes 0,45 e, 45% na 0,55.

100

O desempenho das adições minerais empregadas diante da per-

meabilidade ao oxigênio, parâmetro importante para a durabilidade

dos concretos, pode ser observado para cada fator água/aglomerantes

com o auxílio das Figuras que se sucedem, as quais dão subsídios téc-

nicos e científicos para proporcionar aos concretos a serem emprega-

dos, propriedades intrínsecas desejáveis diante do ambiente a que esta-

rão expostos.

Convém salientar aqui, que as curvas representativas da permea-

bilidade ao oxigênio em função das relações água/aglomerantes abai-

xo representadas, foram obtidas com o auxílio das equações de regres-

são anteriormente demonstradas.

0102030405060708090

100

0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

Água/Aglomerantes

Per

mea

bilid

ade

- K O

2 (x

10-1

7 m2 )

R VC V

FIGURA 18 – Coeficiente de permeabilidade aos 91 dias – Cinza Vo-

lante (50%) COM e SEM adição de cal hidratada.

A Figura 18 enfatiza que a utilização da cal hidratada com a cin-

za volante resulta em coeficientes de permeabilidade ao oxigênio infe-

101

riores aos valores pertinentes ao concreto de referência. No concreto

sem cal hidratada todos os coeficientes mostraram-se superiores ao re-

ferencial, sendo a influência da cal é mais significativa com o aumento

das relações água/aglomerantes.

0

10

20

30

40

0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

Água/Aglomerantes

Per

mea

bilid

ade

- K O

2 (x

10-1

7 m2 )

R AC A

FIGURA 19 – Coeficiente de permeabilidade aos 91 dias – Cinza de

Casca de Arroz (50%) COM e SEM adição de cal hi-dratada.

102

0

50

100

150

200

250

0,35 0,40 0,45 0,50 0,55Água/Aglomerantes

Per

mea

bilid

ade

- K O

2 (x

10-1

7 m2 )

R EC E

FIGURA 20 – Coeficiente de permeabilidade aos 91 dias – Escória

Granulada de Alto Forno (70%) COM e SEM adição de cal hidratada.

De acordo com a Figura 19, os coeficientes de permeabilidade ao

oxigênio do concreto composto por 50% de cimento, 50% de cinza de

casca de arroz e 18% de cal hidratada são inferiores, para as três rela-

ções água/aglomerantes investigadas, aos valores pertinentes ao con-

creto de referência. Este mesmo concreto sem a adição de cal, para re-

lações água/aglomerantes iguais ou superiores a 0,373 apresenta me-

lhor desempenho diante do coeficiente de permeabilidade correspon-

dente à mistura aglomerante de referência.

A escória granulada de alto forno, representada na Figura 20, sem

a adição da cal hidratada, apresenta desempenho inferior ao concreto

de referência para todas as relações água/aglomerantes investigadas.

Por outro lado, a incorporação, por adição, da cal hidratada resulta em

coeficientes de permeabilidade ao oxigênio inferiores aos pertinentes

ao referencial, destacando-se influência significativa na relação á-

103

gua/aglomerante 0,55.

Em comparação com o concreto de referência, a mistura ternária,

ilustrada na Figura 21, composta por 30% de cimento, 50% de cinza

volante e 20% de cinza de casca de arroz, apresenta, quando da não

adição de cal hidratada, desempenho frente à permeabilidade ao oxi-

gênio inferior aos valores atingidos pelo concreto de referência, para

todas as relações água/aglomerantes investigadas. Em compensação,

quando da adição da cal hidratada, obtém-se coeficientes de permeabi-

lidade ao oxigênio inferiores aos coeficientes do referencial, salien-

tando-se que a influência desta adição mostra-se com maior magnitu-

de com o aumento da relação água/aglomerante.

0102030405060708090

100

0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

Água/Aglomerantes

Per

mea

bilid

ade

- K O

2 (x

10-1

7 m2 )

R VAC VA


lante (50%) e Cinza de Casca de Arroz (20%) COM e SEM adição de cal hidratada.

104

0

100

200

300

400

500

600

0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

Água/Aglomerantes

Per

mea

bilid

ade

- K O

2 (x

10-1

7 m2 )

R VEC VE


lante (20%) e Escória Granulada de Alto Forno (70%) COM e SEM adição de cal hidratada.

Já a mistura ternária, representada na Figura 22, com apenas 10%

de cimento, sendo o restante composto por 20% de cinza volante e

70% de escória granulada de alto forno, apresentou, tanto para a mis-

tura com como para mistura sem adição de cal hidratada, coeficientes

de permeabilidade ao oxigênio superiores aos correlatos pertencentes

ao referencial, embora a adição de cal tenha aproximado significati-

vamente a curva de permeabilidade em direção ao concreto de refe-

rência.

105

1,00

0,21

2,30

0,280,33

0,16

2,75

3,88

26,29

5,81

0,120

1

10

100


Índi

ce M

édio

de

Per

mea

bilid

ade

Figura 23 – Índice Médio de Permeabilidade ao Oxigênio das misturas

aglomerantes investigadas. Baseado no índice médio de permeabilidade ao oxigênio, ilustra-

do na Figura 23, constata-se que decréscimos nos coeficientes de per-

meabilidade, perante o concreto de referência, situaram-se entre 67% e

88%, estando o decréscimo mínimo representado pelo traço com 70%

de escória e 15% de cal hidratada, destacando-se que o valor mínimo

de permeabilidade deu-se neste concreto, com valor de 0,4 x 10-17 m2

para a relação água/aglomerantes 0,35; já o decréscimo máximo ficou

representado pelo concreto com cinza de casca de arroz, em teor de

50% e com a adição de 18% de cal hidratada. Outrora, os acréscimos

106

variaram na faixa de 130% a 2.529%, onde o acréscimo mínimo fun-

damentou-se no concreto com teor de 50% de cinza volante e; o má-

ximo na mistura ternária com apenas 10% de cimento, complementada

por 20% de cinza volante e 70% de escória.

De posse dos valores do índice médio de permeabilidade, que re-

presenta o valor médio de permeabilidade para as três relações á-

gua/aglomerantes perante o traço referencial, fica fácil observar que

em todas as misturas investigadas com adição de cal hidratada, exce-

tuando-se a mistura em que 90% do cimento foi substituído por 20%

de cinza volante e 70% de escória, apresentaram este índice inferior ao

índice unitário representativo do traço referencial. Dentre as misturas

sem adição de cal, apenas um traço, representado pela substituição de

50% de cimento por cinza de casca de arroz, apresentou índice médio

de permeabilidade inferior ao traço de referência.

Os demais traços, sem adição de cal hidratada, apresentaram va-

lores de índice médio de permeabilidade superiores ao referencial,

tendo como máximo para este índice um valor de 26,29, representati-

vo ao traço composto por 10% de cimento, 20% de cinza volante e

70% de escória granulada de alto forno.

Na relação água/aglomerantes 0,35, a qual caracteriza o concreto

de alto desempenho para todas as misturas aglomerantes investigadas,

explanar-se-á, através da Figura 24, os índices de permeabilidade fren-

te ao referencial, para compará-los com os índices médios.

107

1,00

0,39

3,43

0,48

1,22

0,17

0,74

8,7811,04

6,87

145,22

0

1

10

100

1000


Índi

ce d

e P

erm

eabi

lidad

e - a

/ag.

= 0

,35

Figura 24 – Índice de Permeabilidade ao Oxigênio das misturas aglo-

merantes para a relação água/aglomerantes 0,35.

Observa-se que há uma elevação dos índices de permeabilidade

diante do referencial, quando comparados com os índices médios, ex-

cetuando-se a mistura binária com 70% de escória e adição de cal hi-

dratada, a qual apresentou decréscimo considerável neste índice, mos-

trando-se a mistura mais eficiente diante da permeabilidade ao oxigê-

nio.

As misturas com adição de cal hidratada apresentaram desempe-

108

nho superior frente ao concreto de cimento Portland, excetuando-se a

mistura ternária com substituição de 90% de cimento por 20% de cin-

za volante e 70% de escória. Já as misturas sem adição de cal tiveram

coeficientes superiores ao concreto de referência, ou seja, um maior

fluxo de oxigênio percolou por estes concretos quando comparados ao

concreto de cimento Portland ARI.

O emprego da cal hidratada, por adição, acarretou quando com-

parado traços idênticos, em todas as misturas investigadas, decrésci-

mos na permeabilidade ao oxigênio, mostrando-se a eficiência da uti-

lização de fonte externa de hidróxido de cálcio na durabilidade do

concreto com altos teores de substituição de cimento por adições mi-

nerais. A influência da cal hidratada, acima mencionada, está explana-

da na Tabela 8, a qual faz um comparativo das misturas aglomerantes

com adição de hidróxido de cálcio diante das misturas correlatas sem

esta reposição.

TABELA 8 – Influência da adição da cal hidratada na permeabilidade ao oxigênio das misturas aglomerantes investigadas.

Permeabilidade

Traço A/Ag. SEM Cal (x 10-17 m2)

COM Cal (x 10-17 m2)

Variação de Permeabilidade

(x 10-17 m2)

∆ Κ (%)

∆ Κ médio(%)

0,35 7,9 0,9 -7,0 -89 0,45 38,3 2,7 -35,6 -93 Cinza

Volante 0,55 83,7 8,2 -75,5 -90

-91

0,35 2,8 1,1 -1,7 -61 Cinza de Casca de 0,45 4,6 1,8 -2,8 -61

-57

109

Arroz 0,55 8,5 3,9 -4,6 -54 0,35 15,8 0,4 -15,4 -97 0,45 90,2 3,4 -86,8 -96

Escória de

Alto Forno 0,55 222,1 15,0 -207,1 -93 -94

0,35 20,2 1,7 -18,5 -92 0,45 48,1 3,2 -44,9 -93


de Arroz 0,55 87,3 4,1 -83,2 -95 -94

0,35 334,0 25,4 -308,6 -92 0,45 515,1 44,5 -470,6 -91

C. Volante e Escória de Alto Forno 0,55 636,1 149,2 -486,9 -77

-85

Dentre todos os concretos submetidos ao ensaio de permeabili-

dade, os que possuíam adição de cal hidratada apresentaram, para to-

das as relações água/aglomerantes, coeficientes de permeabilidade in-

feriores aos concretos correspondentes sem esta adição. Os decrésci-

mos verificados na permeabilidade ao oxigênio, para os traços idênti-

cos, variando-se somente a adição ou não da cal hidratada situou-se na

faixa de 57% a 94%, o que significa dizer que a utilização da cal hi-

dratada resulta em benefícios significativos para a durabilidade dos

concretos, sem correlacioná-los com o traço referencial.

A figura 25 demonstra os decréscimos na permeabilidade ao oxi-

gênio para traços idênticos, variando-se apenas a adição ou não da cal

hidratada e, de posse destes resultados, constata-se que a cal hidratada

exerce uma influência muito mais acentuada na permeabilidade ao o-

xigênio quando comparada à resistência à compressão, já que esta

mesma análise, para a resistência, apresentou uma variação entre 3% e

44%.

Explica-se esta maior magnitude sobre a permeabilidade ao oxi-

gênio em virtude do efeito filler, que atua preenchendo e colmatando a

rede de poros capilares, diminuindo o diâmetro médio e a intercone-

xão dos mesmos, dificultando o transporte de oxigênio pelo interior do

110

concreto. Na resistência à compressão este efeito propicia apenas uma

melhor distribuição das tensões sobre a estrutura de C-S-H, atuando

como um elo de ligação física entre a estrutura porosa da pasta, resul-

tando em menor influência sobre a resistência diante da permeabilida-

de ao oxigênio.

85

9494

57

91

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

V - VC A - AC E - EC VA - VAC VE - VEC

Traço SEM e COM Reposição Alcalina

Dec

résc

imo

na P

erm

eabi

lidad

e (%

)

Figura 25 – Variação Percentual da Permeabilidade ao Oxigênio das


Diante dos resultados graficamente explanados acima, verifica-se

que a cal hidratada atua de forma significativa na percolação de flui-

dos pelo interior do concreto, pois através da sua utilização os coefici-

entes de permeabilidade foram drasticamente reduzidos, salientando-

se a mistura binária com 70% em massa de escória granulada de alto

forno e a mistura ternária com 50% de cinza volante e 20% de cinza

111

de casca de arroz, misturas estas que tiveram seus coeficientes médios

de permeabilidade reduzidos em 94%. Como ocorreu com a resistên-

cia à compressão, o traço envolvendo a substituição de 50% de cimen-

to por cinza de casca de arroz, foi a mistura que menos sofreu altera-

ções com a adição da cal, já que em ambos os parâmetros analisados

resultou nas menores variações nas suas características. Com efeito,

na resistência à compressão obteve-se, através do emprego da cal, a-

penas 3% de ganho, enquanto, na permeabilidade ao oxigênio, um de-

créscimo de 57% foi constatado, o que de certa forma é um bom resul-

tado, já que o interesse primordial deste estudo é levantar aspectos re-

ferentes à durabilidade do concreto e, assim dizendo, pode-se afirmar

que a cal hidratada traz benefícios para o concreto quando comparado

a um traço correspondente sem a adição de cal.,


concretos idênticos, perante o concreto de referência, enfocando os

decréscimos na permeabilidade ao oxigênio pelo uso de fonte externa

de hidróxido de cálcio.

TABELA 9 – Influência da adição da cal hidratada na permeabilidade ao oxigênio das misturas aglomerantes investigadas di-ante do concreto de referência.

Traço A/Ag. Permeabilidade

Referência (x 10-17 m2)

Variação de Permeabilidade COM/SEM Cal

(x 10-17 m2)

∆ Κ (%)

∆ Κ médio(%)

0,35 2,3 -7,0 -304 0,45 9,4 -35,6 -379 Cinza

Volante 0,55 44,8 -75,5 -169

-209

112

0,35 2,3 -1,7 -74 0,45 9,4 -2,8 -30

Cinza de Casca de

Arroz 0,55 44,8 -4,6 -10 -16

0,35 2,3 -15,4 -670 0,45 9,4 -86,8 -923

Escória Granulada de Alto Forno 0,55 44,8 -207,1 -462

-547

0,35 2,3 -18,5 -804 0,45 9,4 -44,9 -478


de Arroz 0,55 44,8 -83,2 -186 -259

0,35 2,3 -308,6 -13.417 0,45 9,4 -470,6 -5.006

C. Volante e Escória de Alto Forno 0,55 44,8 -486,9 -1.087

-2.241

A Tabela 9 referencia os decréscimos percentuais na permeabili-

dade ao oxigênio pela adição da cal hidratada, tomando-se como base

os valores do concreto de referência, o que permite observar que o

maior decréscimo ocorreu no concreto com apenas 10% de cimento,

complementado por 20% de cinza volante e 70% de escória, com va-

lor representativo de 2.241%, em virtude da adição da cal hidratada

acarretar grandes decréscimos na permeabilidade devido a ação física

(filler) que obstrui os poros, dificultando a percolação de oxigênio a-

través do concreto. O menor decréscimo salientou-se na mistura com

50% de cinza de casca de arroz, onde a adição de cal hidratada traz e-

feitos diminutos (16%), em virtude da alta pozolanicidade desta, o que

minimiza o efeito físico pela densificação da pasta com a formação do

C-S-H secundário, mostrando que o efeito pozolânico é largamente

predominante.

5.3.2 Permeabilidade ao oxigênio em igualdades de resistência à com-

pressão

113

O desempenho dos concretos investigados diante do parâmetro

de durabilidade aqui enfatizado deu-se em dois patamares de resistên-

cia à compressão, de 35 MPa e 55 MPa, obtendo-se os resultados de

permeabilidade através das equações de regressão que relacionam a

permeabilidade ao oxigênio com a resistência à compressão, para as

três relações água/aglomerantes investigadas. Na Tabela 10 estão rela-

tados os resultados pertinentes a estes dois patamares de resistência à

compressão diante da permeabilidade ao oxigênio.

TABELA 10 – Permeabilidade ao oxigênio para valores de resistência à compressão de 35 MPa e 55 MPa, aos 91 dias.

Permeabilidade ao Oxigênio

35 MPa 55 MPa Traço K91

(x 10-17 m2) K91

(x 10-17 m2)

R2

(Equação Potencial)

R 165,4 10,6 0,9117 (K = 4x1011.fc-6,0771)

VC 7,8 2,4 0,9992 (K = 93844.fc-2,6428)

114

V 31,1 9,2 0,9851 (K = 446089.fc-2,6917)

AC 4,7 2,1 0,9978 (K = 2709.fc-1,7883)

A 9,7 4,8 0,9513 (K = 2442,4.fc-1,5556)

EC 14,7 0,5 0,9952 (K = 3x1012.fc-7,3248)

E 186,4 9,9 0,9860 (K = 2x1012.fc-6,4962)

VAC 4,5 2,3 0,8956 (K = 772,49.fc-1,4473)

VA 53,0 21,4 0,9949 (K = 67079.fc-2,0093)

VEC 74,2 20,3 0,9994 (K = 2x106.fc-2,8694)

VE 439,7 314,5 0,9054 (K = 6138,3.fc-0,7415)

A ordem crescente dos coeficientes de permeabilidade ao oxigê-

nio para os dois patamares de resistência à compressão de interesse,

aos 91 dias, das 11 misturas aglomerantes investigadas está demons-

trado na Tabela 11.

TABELA 11 – Coeficientes de permeabilidade ao oxigênio, em ordem crescente das misturas aglomerantes investigadas, aos 91 dias, para os valores de resistência à compressão de 35 MPa e 55 MPa (classificação conforme Lee et al. (2000)*).

Resistência à Compressão

35 MPa 55 MPa Ordem Crescente

Traço K (x 10-17 m2) Traço K (x 10-17 m2) 1º VAC 4,5 EC 0,5 2º AC 4,7 AC 2,1

115

3º VC 7,8 VAC 2,3 4º A 9,7 VC 2,4 5º EC 14,7 A 4,8 6º V 31,1 V 9,2 7º VA 53,0 E 9,9 8º VEC 74,2 R 10,6 9º R 165,4 VEC 20,3

10º E 186,4 VA 21,4 11º VE 439,7 VE 314,5

* K < 10 x 10-17 m2 BOM; 10 x 10-17 m2 ≤ K ≤ 30 x 10-17 m2 MODERADO; K > 30 x 10-17 m2 POBRE

Para 35 MPa de resistência à compressão, 36% dos concretos a-

presentaram bom desempenho diante da permeabilidade ao oxigênio,

9% desempenho moderado e 55% um desempenho ruim, incluindo

neste último o concreto de referência composto somente por cimento.

Ao patamar de 55 MPa de resistência à compressão, 64% dos concre-

tos tiveram bom desempenho, 27% desempenho moderado, incluindo-

se nesta classificação o concreto de referência e, 9% ruim. Assim sen-

do, o aumento de resistência de 35 MPa para 55 MPa melhora o de-

sempenho dos concretos diante da permeabilidade de forma conside-

rável, pois dos 45% dos concretos com desempenho moderado, atin-

ge-se 91% elevando-se a resistência à compressão em 20 MPa.

As Figuras subseqüentes correlacionam valores de resistência à

compressão com os respectivos coeficientes de permeabilidade ao o-

xigênio para todas as misturas aglomerantes aqui analisadas, permi-

tindo a obtenção de valores correlatos para qualquer patamar de resis-

tência à compressão que se faça necessário, dentro da faixa de investi-

gação.

116

0

10

20

30

40

50

60

30 35 40 45 50 55 60

Resistência à Compressão (MPa)

Per

mea

bilid

ade

- K O

2 (x

10-1

7 m2 )

R VC V

FIGURA 26 – Correlação entre resistência e permeabilidade - Cinza

Volante (50%) COM e SEM adição de cal hidratada.

Em análise da Figura 26, observa-se que para o intervalo de resis-

tências à compressão entre 35 MPa e 55 MPa, no concreto com 50%

de cinza volante, os coeficientes de permeabilidade ao oxigênio obti-

dos, tanto para a mistura com como para a sem adição de cal hidrata-

da, foram inferiores aos valores do referencial. A influência da cal hi-

dratada mostra maior magnitude, diante da permeabilidade, nas mais

baixas resistências à compressão, atingindo um decréscimo de 75% no

patamar de 35 MPa e, de 74% para 55 MPa.

117

0

10

20

30

40

50

60

30 35 40 45 50 55 60


Per

mea

bilid

ade

- K O

2 (x

10-1

7 m2 )

R AC A

FIGURA 27 – Correlação entre resistência e permeabilidade – Cinza

de Casca de Arroz (50%) COM e SEM adição de cal hidratada.

De acordo com a Figura 27, a substituição de cimento por cinza

de casca de arroz, em teor de 50%, resulta para o intervalo de resistên-

cia à compressão entre 35 MPa e 55 MPa, coeficientes de permeabili-

dade ao oxigênio significativamente inferiores aos coeficientes do

concreto de referência, isto nos concretos com adição de cal hidratada

como nos similares sem esta reposição. A utilização da cal hidratada

mostra-se com pequena influência na permeabilidade com o aumento

da resistência à compressão, visto que os valores dos coeficientes dos

concretos com adição de cal bem como nos concretos sem esta adição

são inferiores a 10 x 10-17 m2, o que os caracteriza com bom desempe-

nho frente este parâmetro de durabilidade, segundo Lee et al.(2000)

apud Frizzo (2001).

118

0

25

50

75

100

125

150

175

200

30 35 40 45 50 55 60


Per

mea

bilid

ade

- K O

2 (x

10-1

7 m2 )

R EC E

FIGURA 28 – Correlação entre resistência e permeabilidade – Escória


O concreto sem cal, composto por 30% de cimento e 70% de es-

cória, segundo a Figura 28, apresenta coeficiente de permeabilidade ao

oxigênio, para 35 MPa de resistência, 13% maior que o pertinente ao

concreto de referência, embora para 55 MPa este mesmo concreto de-

senvolva um coeficiente de permeabilidade inferior ao valor correlato

do referencial. O mesmo concreto com a adição da cal hidratada mos-

tra-se com coeficientes de permeabilidade ao oxigênio sempre inferio-

res ao referencial para o intervalo de resistências ilustrado na Figura

acima, salientando-se que a influência da cal é bastante notória nas

mais baixas resistências, onde pelo efeito filler há o tamponamento e

diminuição da interconectividade dos poros, melhorando considera-

velmente a resistência ao fluxo de oxigênio.

119

0

10

20

30

40

50

60

30 35 40 45 50 55 60


Per

mea

bilid

ade

- K O

2 (x

10-1

7 m2 )

R VAC VA


Volante (50%) e Cinza de Casca de Arroz (20%) COM e SEM adição de cal hidratada.

Para a mistura ternária representada na Figura 29, observa-se que

para 35 MPa os coeficientes de permeabilidade mostram-se inferiores

ao referencial e, para 55 MPa, a mistura sem cal teve desempenho in-

ferior ao concreto de referência, apresentando 102% de acréscimo na

permeabilidade diante deste, enquanto a mistura com cal apresentou

valor inferior. Novamente a maior influência da cal hidratada consta-

tou-se nas resistências mais baixas, em virtude da estrutura mais poro-

sa da pasta que ao ser preenchida pela cal hidratada resulta em refina-

mento dos poros capilares e conseqüentemente dificuldade para o oxi-

gênio fluir pelo concreto.

A Figura 30, que representa graficamente a mistura ternária com

apenas 10% de cimento, apresenta coeficiente de permeabilidade, para

35 MPa, quando do concreto sem adição de cal hidratada, superior em

120

166% perante o referencial. Quando da adição da cal, vislumbra-se um

valor inferior ao concreto de referência. Para 55 MPa, tanto o concreto

com como o sem cal hidratada, apresentaram-se com desempenho in-

ferior diante do referencial, caracterizando acréscimos nos coeficien-

tes de permeabilidade, respectivamente, na ordem de 92% e 2.867%.

0

100

200

300

400

500

30 35 40 45 50 55 60


Per

mea

bilid

ade

- K O

2 (x

10-1

7 m2 )

R VEC VE


Volante (20%) e Escória de Alto Forno (70%) COM e SEM adição de cal hidratada.

A utilização da cal hidratada mostrou-se bastante efetiva no de-

créscimo, em porcentagem, dos coeficientes de permeabilidade ao o-

xigênio, estando seus valores representados na Figura 31, que mostra a

influência positiva da utilização da cal hidratada frente a este parâme-

tro de durabilidade.

121

75

52

92 9283

74

56

9589 94

0102030405060708090

100


%

35 MPa 55 MPa

FIGURA 31 – Decréscimos nos coeficientes de permeabilidade ao o-

xigênio decorrentes da adição de cal hidratada, para 35 e 55 MPa de resistência à compressão.

A utilização da cal hidratada, para 35 MPa, mostrou-se mais efi-

ciente na mistura binária com escória granulada de alto forno e, na

mistura ternária envolvendo cinza volante e cinza de casca de arroz,

proporcionando um decréscimo de 92% nos coeficientes de permeabi-

lidade ao oxigênio.

Como menor decréscimo na permeabilidade ao oxigênio pela a-

dição da cal hidratada, o traço envolvendo 50% de cimento e 50% de

cinza de casca de arroz apresenta-se com uma redução de 52% neste

coeficiente, mostrando que a utilização da cal hidratada resultou de-

créscimos em todos os concretos que variaram de 52% a 92%.

Para 55 MPa de resistência à compressão, verifica-se comporta-

mento semelhante ao ocorrido para 35 MPa. Portanto, o emprego da

cal hidratada mostrou-se benéfica diante deste parâmetro de durabili-

122

dade, adquirindo assim, potencialidade técnica e científica para o seu

emprego em concretos com altos teores de adições minerais.

As Figuras 32 e 33 representam, graficamente, as tendências nos

coeficientes de permeabilidade ao oxigênio dos concretos investiga-

dos, em virtude das diferentes composições e teores de adições mine-

rais, para os dois patamares de resistência à compressão em questão.

3 5 M P a

0 , 1

1

1 0

1 0 0

1 0 0 0

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

Te o r d e A d iç õ e s (% )

Per

mea

bilid

ade

- K O

2 (x

10-1

7 m2 )

E

V E

V E C

E C

V AV

AV CA C V A C

R

FIGURA 32 – Tendências nos coeficientes de permeabilidade ao oxi-

gênio em função do teor de adições minerais emprega-das para 35 MPa, aos 91 dias.

123

5 5 M P a

0 , 1

1

1 0

1 0 0

1 0 0 0

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0


Per

mea

bilid

ade

- K O

2 (x

10-1

7 m2 )

R

V E

V A

EV E C

E C

V A C

V

AV CA C

FIGURA 33 – Tendências nos coeficientes de permeabilidade ao oxi-

gênio em função do teor de adições minerais emprega-das para 55 MPa, aos 91 dias.

5.3.3 Comparação dos resultados obtidos com trabalhos semelhantes

Comparando os resultados obtidos com os resultados fornecidos

por Frizzo (2001), também aos 91 dias, que utilizou o mesmo método

RILEM, porém com um período de cura em câmara úmida de 49 dias,

observa-se que foi obtido para o concreto de referência valor de 10,06

x 10-17 m2, para a relação água/aglomerantes 0,35, contraposto com

2,3 x 10-17 m2, o que é quatro vezes superior ao obtido na presente

pesquisa, embora com a aumento da quantidade de água de mistura, os

resultados aqui obtidos tendem a superar os obtidos por Frizzo, já que

este obteve na relação água/aglomerantes 0,65 coeficiente de permea-

bilidade de 45,41 x 10-17 m2, enquanto neste estudo coeficiente de 44,8

124

x 10-17 m2 na relação água/aglomerantes 0,55 foi averiguado.

Diante das misturas binárias com cinza volante e com cinza de

casca de arroz, averiguou-se valores superiores aos correlatos obtidos

por Frizzo, podendo-se citar o concreto com cinza volante, em teor de

50%, com coeficiente de permeabilidade igual a 0,89 x 10-17 m2 en-

quanto aqui obteve-se 7,9 x 10-17 m2, ambos na relação á-

gua/aglomerantes 0,35. Nesta mesma relação, o concreto com 50% de

cinza de casca de arroz, apresentou-se na pesquisa do Frizzo com coe-

ficiente igual a 0,16 x 10-17 m2, contra 2,8 x 10-17 m2 aqui observado.

Esta variação deve-se, em grande parte, ao período mais longo de cura

utilizado (49 dias contraposto com 7 dias de cura úmida), o que propi-

cia condições mais favoráveis para obter-se maior desempenho das re-

ações pozolânicas.

Em pesquisa de Khan & Lynsdale (2002), a qual envolve cimen-

to Portland comum e cinza volante em teores de até 40%, em massa,

os corpos-de-prova eram curados em sala climatizada a 20º C ± 2º C e

98% ± 2% de umidade relativa e, 24 horas antes do ensaio eram secos

em estufa a 105º C ± 5º C, para atingir peso constante. Como resulta-

dos, obteve-se para 90 dias de idade, para o concreto de referência,

com relação água/aglomerantes 0,27, um coeficiente de permeabilida-

de a oxigênio de 2,5 x 10-17 m2, seguido por 9,7 x 10-17 m2 para a/ag.

0,40. Valores similares foram aqui observados, porém com maior

quantidade de água de amassamento, ou seja, para a relação á-

gua/aglomerantes 0,35 observou-se 2,3 x 10-17 m2 como coeficiente de

permeabilidade e, para a relação 0,45 constatou-se 9,4 x 10-17 m2.

Para o concreto com 40% de cinza volante, coeficientes de per-

125

meabilidade a oxigênio de 2,5 x 10-17 m2 para a/ag. 0,27, 6,0 x 10-17 m2

para a/ag. 0,40 e 13,0 x 10-17 m2 para a/ag. 0,50 foram obtidos. Neste

estudo, com maior teor de cinza volante (50%), valores bem superio-

res foram obtidos, estando representados por 7,9 x 10-17 m2 na relação

a/ag. 0,35 e 83,7 x 10-17 m2 na relação 0,55.

5.4 Absorção Capilar de Água

Por ser a água de vital importância para o processo corrosivo, em

virtude desta propiciar meio físico (eletrólito) para que, após a despas-

sivação do aço, a migração dos elétrons do ânodo para o cátodo ocor-

ram, sua presença, oriunda de fonte externa, nas redondezas dos ver-

galhões de aço deve ser evitada, pois esta absorção de água pode car-

rear elementos nocivos que propiciam a “quebra” da película passi-

vante do aço e conseqüentemente provocar a deterioração da armadu-

ra.

A água em si não é nociva para o concreto armado e, quando da

saturação dos poros por esta, provoca uma diminuição de 104 vezes na

percolação de oxigênio através destes; da mesma forma dificulta o in-

gresso de dióxido de carbono, responsável pela carbonatação do con-

creto. Como fatalmente, a água sempre estará presente nos poros do

concreto, surge a necessidade de dificultar a percolação desta para o

interior do mesmo, impedindo o acesso dos agentes agressivos à ar-

madura, o que é possível de se atingir com o refinamento dos poros a-

126

través da utilização de adições minerais. Diante da disponibilidade de

oxigênio, a utilização de adições minerais que propiciam um refina-

mento dos poros, logo, atuam sobre a interconectividade e tortuosida-

de dos mesmos, se faz bastante importante porque além de dificultar a

percolação de oxigênio pelo interior do concreto ainda segmenta os

poros, diminuindo a sucção capilar.

Pelo gráfico da Figura 34, observa-se o aumento da absorção ca-

pilar de água à medida que cresce a relação água/aglomerantes das

misturas investigadas. De uma maneira geral, a utilização das adições

minerais resulta em acréscimos na absorção capilar de água, salvo al-

gumas exceções que destacam-se com valores inferiores ao referencial

na relação água/aglomerantes 0,35.

0

750

1500

2250

3000

3750

4500

5250



Abs

orçã

o C

apila

r de

Águ

a (g

/m2 )

0,35 0,45 0,55

FIGURA 34 – Absorção Capilar de Água, aos 91 dias, das misturas


127

Na tabela 12, os resultados obtidos no ensaio de absorção capilar

de água estão explanados, disponibilizando informações referentes aos

diversos concretos investigados.

Tabela 12 – Absorção Capilar de Água das misturas aglomerantes in-vestigadas.

Traço Relação Água/Aglomerantes

Absorção Capilar de Água aos 91 dias

(g/m2)

R2


R1 0,35 316,5 R2 0,45 469,7 R3 0,55 654,7

0,9998 (Q = 1704,9.x1,6067)

VC1 0,35 961,8 VC2 0,45 1439,3 VC3 0,55 1729,1

0,9782 (Q = 3893,6.x1,3103)

V1 0,35 2280,6 V2 0,45 2837,0 V3 0,55 3310,6

0,9988 (Q = 5447,9.x0,8264)

AC1 0,35 255,1 AC2 0,45 554,8 AC3 0,55 1103,5

0,9991 (Q = 7527,5.x3,2347)

A1 0,35 345,8 A2 0,45 1336,7 A3 0,55 2549,8

0,9814 (Q = 40104.x4,4601)

EC1 0,35 176,4 EC2 0,45 515,8 EC3 0,55 597,4

0,8833 (Q = 3607,6.x2,7642)

E1 0,35 285,5 E2 0,45 1203,7 E3 0,55 1485,6

0,8878 (Q = 16804.x3,7354)

VAC1 0,35 1213,4 VAC2 0,45 1742,9 VAC3 0,55 2403,4

0,9991 (Q = 5885,7.x1,5092)

VA1 0,35 2945,5 VA2 0,45 3781,3 VA3 0,55 5199,6

0,9821 (Q = 10690.x1,2464)

VEC1 0,35 187,4 VEC2 0,45 1464,9 VEC3 0,55 2709,6

0,9447 (Q = 121112.x6,0036)

VE1 0,35 1438,7 VE2 0,45 3107,8

0,9896 (Q = 24158.x2,6570)

128

VE3 0,55 4743,3 5.4.1 Absorção capilar de água em igualdades de relações á-

gua/aglomerantes

A ordem crescente dos coeficientes de absorção capilar para as

três relações água/aglomerantes, aos 91 dias, das 11 misturas aglome-

rantes investigadas está demonstrado na Tabela 13, onde arbitrou-se

classificar os concretos com coeficientes de absorção capilar inferiores

e superiores a 1.000 g/m2.

TABELA 13 – Coeficientes de absorção capilar de água, em ordem

crescente das misturas aglomerantes investigadas, aos 91 dias.

Relação Água/Aglomerantes

0,35 0,45 0,55 Ordem Crescente

Traço Q (g/m2) Traço Q (g/m2) Traço Q (g/m2) 1º EC1 176,4 R2 469,7 EC3 597,4 2º VEC1 187,4 EC2 515,8 R3 654,7 3º AC1 255,1 AC2 554,8 AC3 1103,5 4º E1 285,5 E2 1203,7 E3 1485,6 5º R1 316,5 A2 1336,7 VC3 1729,1 6º A1 345,8 VC2 1439,3 VAC3 2403,4 7º VC1 961,8 VEC2 1464,9 A3 2549,8 8º VAC1 1213,4 VAC2 1742,9 VEC3 2709,6 9º VE1 1438,7 V2 2837,0 V3 3310,6

10º V1 2280,6 VE2 3107,8 VE3 4743,3 11º VA1 2945,5 VA2 3781,3 VA3 5199,6

Pela Tabela 13, observa-se que o concreto de referência ocupa,

na relação água/aglomerantes 0,35, posição intermediária entre os coe-

ficientes de absorção capilar, destacando-se que valores inferiores des-

te coeficiente sobre o referencial são constatados com misturas aglo-

merantes que tiveram adição de cal hidratada, excetuando-se o concre-

129

to com escória de alto forno que, para esta relação apresentou coefici-

ente de absorção capilar inferior ao concreto de referência. Para a re-

lação água/aglomerantes 0,45, o concreto de referência apresentou-se

com o melhor desempenho diante da absorção capilar, seguido por

duas misturas binárias, uma com escória de alto forno e outra com

cinza de casca de arroz, ambas com adição de cal hidratada, formando

um conjunto de concretos com coeficientes de absorção capilar menor

que 1.000 g/m2, representando 27% das misturas investigadas. Na re-

lação água/aglomerantes 0,55, o concreto com escória e com adição de

cal apresentou o melhor desempenho, seguido do referencial, com-

pondo as duas únicas misturas aglomerantes com coeficiente de ab-

sorção capilar menor que 1.000 g/m2, o que representa 18% sobre o

montante de concretos investigados.

Desta forma, o decréscimo nas relações água/aglomerantes pos-

sibilita o emprego de altos teores de adições minerais juntamente com

a cal hidratada, dotando os concretos de características intrínsecas par-

ticulares que resultam em desempenho desejável frente à durabilidade.

As Figuras que se sucedem, correlacionam os coeficientes de ab-

sorção capilar de água com a faixa de relações água/aglomerantes in-

vestigadas, comparando as diversas misturas aglomerantes com o con-

creto referencial, bem como as misturas similares com e sem adição

de cal hidratada. Salienta-se que as curvas representativas graficamen-

te ilustradas foram obtidas com o auxílio das equações de regressão

anteriormente citadas.

A Figura 35 ilustra as curvas de absorção capilar referentes ao

concreto com cinza volante em teor de 50%, com e sem adição de cal

130

hidratada, referenciando-as com o concreto de referência, onde pode-

se observar que a absorção capilar dos concretos com cinza volante é

superior a absorção do concreto de referência para todas as relações

água/aglomerantes investigadas. A utilização da cal hidratada resulta

em decréscimos na absorção capilar, sendo mais significativa a sua in-

fluência com o aumento da relação água/aglomerantes, visto que a cal

diminui a interconectividade, através de efeito físico, dos poros dimi-

nuindo a absorção por unidade de área.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

Água/Aglomerantes

Abs

orçã

o C

apila

r (g/

m2 )

R VC V

FIGURA 35 – Coeficiente de absorção capilar aos 91 dias – Cinza

Volante (50%) COM e SEM adição de cal hidratada.

De acordo com a Figura 36, a utilização da cinza de casca de ar-

roz com a adição de cal hidratada, em relações água/aglomerantes i-

guais ou inferiores a 0,401, resulta em coeficientes de absorção capilar

inferiores aos coeficientes pertencentes ao referencial. Este mesmo

concreto sem a adição da cal apresenta, para a faixa de relações á-

131

gua/aglomerantes estudadas, coeficientes de absorção superiores ao

referencial, bem como diante do seu similar com cal hidratada, vis-

lumbrando-se que a reposição de hidróxido de cálcio mostra-se mais

efetiva com o aumento da relação água/aglomerantes, assumindo par-

ticipação quase que inócua na relação água/aglomerantes 0,35, devido

a alta pozolanicidade da cinza de casca de arroz, que torna a microes-

trutura da pasta bastante densa, minimizando o efeito filler desempe-

nhado pela cal hidratada.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

Água/Aglomerantes

Abs

orçã

o C

apila

r (g/

m2 )

R AC A

FIGURA 36 – Coeficiente de absorção capilar aos 91 dias – Cinza de

Casca de Arroz (50%) COM e SEM adição de cal hi-dratada.

A substituição de cimento por escória, conforme a Figura 37,

quando associada à adição de cal hidratada em teor de 15%, torna este

concreto, em relações água/aglomerantes iguais ou inferiores a 0,523,

com melhor desempenho frente a absorção capilar quando correlacio-

132

nado com o referencial. Esta mistura binária, sem a adição de cal, a-

presenta desempenho similar ao concreto de referência na relação á-

gua/aglomerantes 0,35, absorvendo mais água do que este, por unida-

de de área, com o aumento desta relação. A magnitude da influência

da cal hidratada sobre a absorção deste concreto torna-se mais saliente

com o aumento progressivo da relação água/aglomerante.

0250500750

10001250150017502000

0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

Água/Aglomerantes

Abs

orçã

o C

apila

r (g/

m2 )

R EC E

FIGURA 37 – Coeficiente de absorção capilar aos 91 dias – Escória


A Figura 38 enfatiza o pior desempenho desta mistura ternária

frente o referencial para qualquer relação água/aglomerantes, embora

a adição de cal hidratada propicie melhoria significativa na absorção

capilar, mas não permite superar os valores obtidos pelo concreto de

referência.

133

0500

1000150020002500300035004000450050005500

0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

Água/Aglomerantes

Abs

orçã

o C

apila

r (g/

m2 )

R VAC VA


Volante (50%) e Cinza de Casca de Arroz (20%) COM e SEM adição de cal hidratada.

0500

100015002000250030003500400045005000

0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

Água/Aglomerantes

Abs

orçã

o C

apila

r (g/

m2 )

R VEC VE


Volante (20%) e Escória Granulada de Alto Forno

134


Observando-se a Figura 39, nota-se que a mistura ternária que u-

tiliza cimento, cinza volante e escória, com a adição de 18% de cal hi-

dratada sobre a massa de materiais cimentícios, em relações á-

gua/aglomerantes iguais ou inferiores a 0,379 absorve capilarmente

uma menor quantidade de água por unidade de área quando compara-

do os seus valores com os coeficientes pertencentes à mistura aglome-

rante de referência. Sem o emprego da cal este concreto mostrou-se

em piores condições, ou seja, absorveu maior quantidade de água por

unidade de área quando comparado a mistura de referência de cimento

Portland ARI.

1,00

2,87

5,85

1,332,94

0,892,06

3,72

8,28

3,03

6,45

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Índi

ce M

édio

de

Abs

orçã

o C

apila

r

Figura 40 – Índice Médio de Absorção Capilar de Água das misturas


Em análise do índice médio de absorção capilar averigua-se que

135

de maneira geral, houve acréscimos substanciais nos coeficientes de

absorção diante da mistura de referência, excetuando-se a mistura bi-

nária composta por 30% de cimento e 70% de escória granulada de al-

to forno, com adição de 15% de cal hidratada sobre a massa de mate-

riais cimentícios, a qual apresentou um decréscimo médio de 11% na

absorção capilar em relação ao referencial. Os acréscimos oriundos

das demais misturas situaram-se na faixa de 33%, para a mistura com

50% de cinza de casca de arroz com adição de cal hidratada, até

728%, valor representativo da mistura ternária, sem cal, composta por

cinza volante e cinza de casca de arroz.

Para a relação água/aglomerantes 0,35, as variações nos índices

de absorção frente o referencial estão ilustrados na Figura 41.

1,00

3,04

7,21

1,09 0,90

3,83

9,31

4,55

0,81 0,56 0,59

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


Índi

ce d

e Ab

sorç

ão C

apila

r - a

/ag.

= 0

,35

Figura 41 – Índice de Absorção Capilar das misturas aglomerantes pa-

ra a relação água/aglomerantes 0,35.

Em comparação com os índices médios de absorção capilar, veri-

136

fica-se que relação água/aglomerantes 0,35, em geral, decréscimos o-

correm, o que enaltece a maior influência das adições minerais com a

microestrutura dos concretos quando emprega-se menor quantidade de

água de amassamento.

Os decréscimos nos índices foram verificados nas misturas biná-

rias com cinza de casca de arroz, com e sem cal hidratada, devido a

grande atividade pozolânica desenvolvida por esta adição, a qual mos-

tra-se bastante eficaz no refinamento dos poros quando a relação á-

gua/aglomerantes do concreto é baixa, superando inclusive o concreto

de cimento Portland quando do emprego da cal. Já a mistura com 70%

de escória mostra-se com melhor desempenho frente à referência, tan-

to quando da adição ou não de cal hidratada, ressaltando as proprieda-

des cimentantes da escória, as quais, além das características pozolâ-

nicas, propiciam uma densificação da pasta, diminuindo significati-

vamente a quantidade de poros com conexão com a face do concreto.

Ênfase dar-se-á à mistura ternária com escória e cinza volante, a

qual apresenta apenas 10% de cimento e, com a adição de cal, mos-

trou-se como um dos melhores desempenhos frente à absorção capilar

de água, efeito advindo do sinergismo entre a cinza volante e a escória

agregado ao efeito defloculante propiciado pela escória diante dos

grãos de cimento.

A influência que a cal hidratada exerce na absorção capilar de

água está explanada na Tabela 14, a qual faz um comparativo das mis-

turas aglomerantes com adição de cal diante das misturas correlatas

sem esta reposição.

137

TABELA 14 – Influência da adição da cal hidratada na absorção capi-lar de água das misturas aglomerantes investigadas.

Absorção Capilar

Traço A/Ag. SEM Cal (g/m2)

COM Cal (g/m2)

Variação na Absorção Capilar

(g/m2)

∆ Q (%)

∆ Q médio(%)

0,35 2280,6 961,8 -1318,8 -58 0,45 2837,0 1439,3 -1397,7 -49 Cinza

Volante 0,55 3310,6 1729,1 -1581,5 -48

-51

0,35 345,8 255,1 -90,7 -26 0,45 1336,7 554,8 -781,9 -58

Cinza de Casca de

Arroz 0,55 2549,8 1103,5 -1446,3 -57 -55

0,35 285,5 176,4 -109,1 -38 0,45 1203,7 515,8 -687,9 -57

Escória Granulada de Alto Forno 0,55 1485,6 597,4 -888,2 -60

-57

0,35 2945,5 1213,4 -1732,1 -59 0,45 3781,3 1742,9 -2038,4 -54


de Arroz 0,55 5199,6 2403,4 -2796,2 -54 -55

0,35 1438,7 187,4 -1251,3 -87 0,45 3107,8 1464,9 -1642,9 -53

C. Volante e Escória de Alto Forno 0,55 4743,3 2709,6 -2033,7 -43

-53

Dentre os concretos submetidos ao ensaio de absorção capilar, os

que possuíam adição de cal hidratada apresentaram, para todas as rela-

ções água/aglomerantes, coeficientes de absorção inferiores aos con-

cretos correspondentes sem esta reposição. Os decréscimos variaram

na faixa de 51% a 57%.

A figura 42 ilustra os decréscimos na absorção capilar de água

decorrentes da adição da cal hidratada, onde constata-se que a mesma

exerce influência significativa nos coeficientes de absorção, melho-

rando as características dos concretos com altos teores de adições mi-

nerais diante deste parâmetro de durabilidade.

138

5355575551

0

10

20

30

40

50

60

V - VC A - AC E - EC VA - VAC VE - VEC


Dec

résc

imo

na A

bsor

ção

(%)

Figura 42 – Variação Percentual da Absorção Capilar de Água das


Verifica-se que a cal hidratada atua de forma mais significativa

na absorção capilar de água, na mistura binária que utiliza 70% de es-

cória granulada de alto forno, onde se obteve um decréscimo médio na

absorção de 57%. A variação correlata à utilização da cal hidratada

mostrou-se quase idêntica para todos os concretos investigados, propi-

ciando decréscimos médios mínimos de 51%, o que para a durabilida-

de dos concretos é de grande valia.

O emprego de fonte externa de hidróxido de cálcio, através da cal

hidratada, mostrou-se satisfatório para os parâmetros de durabilidade

aqui enfatizados, além de propiciar, com menor significância, melho-

rias na resistência à compressão, viabilizando o emprego da cal hidra-

tada em concretos que incorporem altos teores de adições minerais.


139

concretos idênticos, perante o concreto de referência, enfocando os

decréscimos na absorção capilar de água pelo uso de fonte externa de

hidróxido de cálcio.

TABELA 15 – Influência da adição da cal hidratada na absorção capi-lar de água das misturas aglomerantes investigadas di-ante do concreto de referência.

Traço A/Ag.

Absorção Capilar de Água

Referência (g/m2)

Variação de Absorção

COM/SEM Cal (g/m2)

∆ Q (%)

∆ Q médio(%)

0,35 316,5 -1318,8 -417 0,45 469,7 -1397,7 -298 Cinza

Volante 0,55 654,7 -1581,5 -242

-298

0,35 316,5 -90,7 -29 0,45 469,7 -781,9 -166

Cinza de Casca de

Arroz 0,55 654,7 -1446,3 -221 -161

0,35 316,5 -109,1 -34 0,45 469,7 -687,9 -146

Escória Granulada de Alto Forno 0,55 654,7 -888,2 -136

-117

0,35 316,5 -1732,1 -547 0,45 469,7 -2038,4 -434


de Arroz 0,55 654,7 -2796,2 -427 -456

0,35 316,5 -1251,3 -395 0,45 469,7 -1642,9 -350

C. Volante e Escória de Alto Forno 0,55 654,7 -2033,7 -311

-342

A Tabela acima referencia os decréscimos percentuais na absor-

ção capilar de água pela adição da cal hidratada, tomando-se como ba-

se os valores do concreto de referência, o que permite observar que o

maior decréscimo ocorreu no concreto com apenas 30% de cimento,

complementado por 50% de cinza volante e 20% de cinza de casca de

arroz, com valor representativo de 456%, em virtude da adição de cal

hidratada acarretar grandes decréscimos na absorção devido a ação fí-

sica (filler) que obstrui os poros, e como este concreto apresentou o

140

pior desempenho frente a absorção, a utilização da cal manifestou-se

com decréscimos acentuados embora, depois da sua adição, os valores

dos coeficientes continuaram bem superiores aos do concreto de refe-

rência. O menor decréscimo salientou-se na mistura com 70% de es-

cória, onde a adição de cal hidratada propiciou decréscimos médios de

117%, salientando-se que para a relação água/aglomerantes 0,35 am-

bos os concretos, com e sem cal, apresentaram coeficientes inferiores

ao referencial e, com o aumento desta relação à tendência da mistura

sem cal é superar o valor do concreto de referência, enquanto o con-

creto com cal apresenta comportamento similar ao mesmo, logo, com

o acréscimo da quantidade de água de mistura, a adição da cal mani-

festa-se com maior magnitude neste parâmetro de durabilidade.

5.4.2 Absorção capilar de água em igualdades de resistência à com-

pressão

Para a análise dos coeficientes de absorção capilar nos patamares

de resistência à compressão de 35 MPa e 55 MPa, utilizou-se equa-

ções de regressão que correlacionam a absorção capilar de água com a

resistência à compressão. Na Tabela 16 estão relatados os dados para

os patamares de resistência em questão diante da absorção capilar.

141

TABELA 16 – Absorção capilar de água para valores de resistência à compressão de 35 MPa e 55.

Absorção Capilar de Água

35 MPa 55 MPa Traço Q91

(g/m2) Q91

(g/m2)

R2


R 930,1 469,3 0,9510 (Q = 201922.fc-1,5133)

VC 1765,9 1288,9 0,9412 (Q = 21024.fc-0,6967)

V 2802,7 2326,9 0,9536 (Q = 12109.fc-0,4116)

AC 1391,3 552,1 0,9821 (Q = 2X106.fc-2,0450)

A 3104,1 829,5 0,9974 (Q = 1X108.fc-2,9196)

EC 668,9 210,3 0,9488 (Q = 6x106.fc-2,5600)

E 1344,9 209,7 0,8869 (Q = 3x109.fc-4,1115)

VAC 2502,4 1499,1 0,9894 (Q = 140836.fc-1,1336)

VA 4158,2 2927,9 0,9890 (Q = 65653.fc-0,7761)

VEC 878,1 149,1 0,7805 (Q = 1x109.fc-3,9224)

VE 2366,1 1269,2 0,9222 (Q = 317515.fc-1,3780)

A ordem crescente dos coeficientes de absorção capilar de água

para os dois patamares de resistência à compressão de interesse, o que

permite classificar os concretos diante do seu desempenho frente a es-

te parâmetro de durabilidade, aos 91 dias, das 11 misturas aglomeran-

tes investigadas está demonstrado na Tabela 17. Arbitrou-se classifi-

car os concretos, segundo seus índices de absorção capilar, em inferio-

res ou superiores a 1.000 g/m2.

142

TABELA 17 – Coeficientes de absorção capilar de água, em ordem crescente das misturas aglomerantes investigadas, aos 91 dias, para os valores de resistência à compressão de 35 MPa e 55 MPa.

Resistência à Compressão

35 MPa 55 MPa Ordem Crescente

Traço Q (g/m2) Traço Q (g/m2) 1º EC 668,9 VEC 149,4 2º VEC 878,1 E 209,7 3º R 930,1 EC 210,3 4º E 1344,9 R 469,3 5º AC 1391,3 AC 552,1 6º VC 1765,9 A 829,5 7º VE 2366,1 VE 1269,2 8º VAC 2502,4 VC 1288,9 9º V 2802,7 VAC 1499,1

10º A 3104,1 V 2326,9 11º VA 4158,2 VA 2927,9

Para 35 MPa de resistência à compressão, 27% dos concretos a-

presentaram desempenho menor que 1.000 g/m2, incluindo o concreto

de referência. Os demais concretos tiveram coeficientes superiores a

1.000 g/m2, mostrando-se com pior desempenho frente ao referencial.

Ao patamar de 55 MPa de resistência à compressão, 55% dos concre-

tos tiveram bom desempenho. Destaca-se a influência da mistura biná-

ria com escória, com e sem cal, e a mistura ternária com cinza volante,

escória e cal, as quais apresentaram-se nos dois patamares de resistên-

cia com ótimo desempenho.

As Figuras subseqüentes correlacionam valores de resistência à

compressão com os respectivos coeficientes de absorção capilar de

água para todas as misturas aglomerantes analisadas, permitindo a ob-

tenção de valores correlatos para qualquer patamar de resistência à

143

compressão que se faça necessário.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

30 35 40 45 50 55 60


Abs

orçã

o C

apila

r (g/

m2 )

R VC V

FIGURA 43 – Correlação entre resistência e absorção - Cinza Volante


De acordo com a Figura 43, a adição da cal hidratada melhora

significativamente a absorção capilar de água do concreto com cinza

volante, em teor de 50%, mas não o suficiente para superar os coefici-

entes do concreto de referência. Para o intervalo de resistências em

questão, a cal hidratada atua de forma aproximadamente constante,

deixando as curvas representativas dos concretos com adição ou não

de cal quase paralelas, embora sua maior influência se dê nas mais

baixas resistências à compressão, onde tem-se, para 35 MPa, um de-

créscimo de 58% na absorção capilar, isto quando comparado os valo-

res do concreto sem cal com o concreto com a reposição de hidróxido

de cálcio.

144

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

30 35 40 45 50 55 60


Abs

orçã

o C

apila

r (g/

m2 )

R AC A

FIGURA 44 – Correlação entre resistência e absorção – Cinza de Cas-ca de Arroz (50%) COM e SEM adição de cal hidrata-da.

0

500

1000

1500

30 35 40 45 50 55 60


Abs

orçã

o C

apila

r (g/

m2 )

R EC E

FIGURA 45 – Correlação entre resistência e absorção – Escória Gra-nulada de Alto Forno (70%) COM e SEM adição de cal hidratada.

145

Observando-se a Figura 44, nota-se que a substituição de cimento

por cinza de casca de arroz, em teor de 50%, independente da utiliza-

ção ou não da cal hidratada, acarreta coeficientes de absorção capilar

sempre superiores aos valores pertinentes ao concreto de referência,

embora para 55 MPa, os dois concretos apresentem coeficientes de

absorção capilar satisfatórios, ou seja, menores que 1.000 g/m2, apro-

ximando-se bastante do desempenho do referencial. Entretanto, com o

decréscimo da resistência, os coeficientes de absorção tendem a cres-

cer, afastando-se gradativamente da referência, tornando-se mais sali-

ente este efeito na mistura sem cal, enquanto a mesma mistura com

reposição de hidróxido de cálcio, apresenta comportamento mais uni-

forme, embora com tendência a afastar-se cada vez mais do desempe-

nho desenvolvido pelo concreto de referência. Assim sendo, a utiliza-

ção da cal manifesta-se com mais evidência nas baixas resistências,

diminuindo o seu efeito com o aumento desta.

As curvas representativas da mistura binária com escória, ilustra-

das na Figura 45, destacam este concreto como sendo a melhor mistu-

ra aglomerante diante da absorção capilar, visto que com a adição de

cal, o desempenho perante este parâmetro de durabilidade é superior

ao referencial para toda a faixa de resistências analisadas. Outrora, a

não utilização da cal manifesta-se em coeficientes de absorção capilar

superiores ao referencial para resistências inferiores a 40 MPa. Para

valores superiores seu desempenho supera o referencial, superando a

mistura com cal no patamar de resistência à compressão de 55 MPa.

146

0500

10001500200025003000350040004500

30 35 40 45 50 55 60


Abs

orçã

o C

apila

r (g/

m2 )

R VAC VA

FIGURA 46 – Correlação entre resistência e absorção – Cinza Volante (50%) e Cinza de Casca de Arroz (20%) COM e SEM adição de cal hidratada.

0

500

1000

1500

2000

2500

30 35 40 45 50 55 60


Abs

orçã

o C

apila

r (g/

m2 )

R VEC VE

FIGURA 47 – Correlação entre resistência e absorção – Cinza Volante

(20%) e Escória de Alto Forno (70%) COM e SEM a-dição de cal hidratada.

147

Em análise da Figura 46, constata-se que a substituição de 70%

de cimento por 50% de cinza volante e 20% de cinza de casca de arroz

resulta, para o intervalo de resistências à compressão de 35 a 55 MPa,

coeficientes de absorção capilar superiores aos valores obtidos com o

concreto de referência, independente da utilização ou não da cal hidra-

tada. A adição de cal reduz substancialmente a absorção capilar desta

mistura ternária, tendo influência quase que uniforme no intervalo de

resistências investigado.

Na ilustração da Figura 47, a qual compara a mistura ternária

com 90% de substituição de cimento (20% de cinza volante e 70% de

escória), com e sem cal, com o concreto de referência, verifica-se que

a não adição de cal hidratada resulta em coeficientes de absorção capi-

lar superiores ao referencial para todo o intervalo investigado. Já o seu

emprego dota o concreto de coeficientes inferiores ao referencial, vis-

to que há a colmatação dos poros capilares por partículas de hidróxido

de cálcio (efeito filler). Ao nível de 55MPa, a cal hidratada dotou tal

concreto com o menor coeficiente de absorção capilar alcançado entre

as misturas aglomerantes investigadas, diminuindo o coeficiente de

1269,2 g/m2 para 149,4 g/m2.

A utilização da cal hidratada mostrou-se bastante efetiva no de-

créscimo dos coeficientes de absorção capilar, isto porque obteve-se

sempre valores inferiores de absorção nas misturas aglomerantes que

tiveram a incorporação de fonte externa de hidróxido de cálcio diante

das correlatas sem esta adição. Os valores representativos destes de-

créscimos, para os níveis de resistência à compressão de 35 MPa e 55

148

MPa estão ilustrados na Figuras 48.

37

55 5040

63

4533

0

49

88

0102030405060708090

100


%

35 MPa 55 MPa

FIGURA 48 – Decréscimos nos coeficientes de absorção capilar de

água decorrentes da adição de cal hidratada, para 35 e 55 MPa de resistência à compressão.

A utilização da cal hidratada, para 35 MPa, destacou-se na mistu-

ra ternária com cinza volante e escória granulada de alto forno, pro-

porcionando um decréscimo de 63% no coeficiente de absorção capi-

lar de água.

O menor decréscimo na absorção capilar de água pela adição da

cal hidratada, caracterizou-se no traço envolvendo 50% de cimento e

50% de cinza volante, o qual apresentou redução de 37% neste coefi-

ciente, mostrando que a utilização da cal hidratada proporcionou de-

créscimos nos concretos investigados que variaram de 37% a 63%.

Para 55 MPa de resistência à compressão, obteve-se na mistura

ternária envolvendo cinza volante e escória granulada de alto forno,

decréscimo no coeficiente de absorção na ordem de 88%.

149

O menor benefício decorrente do emprego da cal hidratada, men-

ciona-se na mistura composta por 30% de cimento Portland ARI e

70% de escória granulada de alto forno, a qual após averiguação expe-

rimental resultou em um decréscimo de –0,3%, o que significa dizer

que a utilização da cal hidratada mostrou-se inócua para este nível de

resistência à compressão, salientando que os coeficientes de ambos os

concretos, com e sem cal, são inferiores ao concreto de referência.

As Figuras subseqüentes representam, graficamente, as tendên-

cias nos coeficientes de absorção capilar de água dos concretos inves-

tigados, em virtude das diferentes composições e teores de adições

minerais, com a reposição ou não de hidróxido de cálcio, através de

cal hidratada, para os dois patamares de resistência à compressão em

questão.

3 5 M P a

1 0 0

1 0 0 0

1 0 0 0 0

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0


Abs

orçã

o C

apila

r (g/

m2 )

E

V E

V E CE C

V A

VA

V CA C

V A C

R

FIGURA 49 – Tendências nos coeficientes de absorção capilar de á-

gua em função do teor de adições minerais emprega-das para 35 MPa, aos 91 dias.

150

5 5 M P a

1 0 0

1 0 0 0

1 0 0 0 0

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

T e o r d e A d iç õ e s (% )

Abs

orçã

o C

apila

r (g/

m2 )

R

V E

V A

E V E C

E C

V A C

V

A

V C

A C

FIGURA 50 – Tendências nos coeficientes de absorção capilar de á-

gua em função do teor de adições minerais emprega-das para 55 MPa, aos 91 dias.

As tendências nos coeficientes de absorção capilar elucidam o

bom desempenho das misturas aglomerantes binárias e ternárias que

possuem em sua composição, 70% de escória substituindo o cimento,

em massa, principalmente na resistência à compressão de 55 MPa, vis-

to que este benefício torna-se bastante acentuado devido as proprieda-

des cimentícias e pozolânicas da escória, a qual refina os poros e em

muitas vezes os obstruem, diminuindo significativamente a intercone-

xão dos poros internos do concreto com a face exposta deste, minimi-

zando a sucção de água.

151

5.4.3 Comparação dos resultados obtidos com trabalhos semelhantes

Na pesquisa de Frizzo (2001), foram obtidos aos 91 dias, para o

concreto de referência (CPV-ARI), com relação água/aglomerantes

0,35, absorção capilar de 1.996,0 g/m2 e 3.690,0 g/m2 para á-

gua/aglomerantes 0,50. Neste trabalho obteve-se para este mesmo

concreto valores inferiores, representados por 316,5 g/m2 para á-

gua/aglomerantes 0,35 e 654,7 g/m2 para a relação água/aglomerantes

0,55.

Para os concretos com materiais pozolânicos, constatou-se valo-

res de absorção capilar superiores aos atingidos na pesquisa do Frizzo,

o que decorre do maior tempo de cura antes do pré-condicionamento

(49 dias), enquanto neste trabalho a cura úmida foi de apenas 7 dias.

Este período mais prolongado de cura favorece grandemente a forma-

ção do C-S-H secundário, o que segmenta e diminui a interconectivi-

dade dos poros. Neste trabalho observou-se para a mistura com 50%

de cinza volante na relação água/aglomerantes 0,35 um coeficiente de

absorção de 2.280,6 g/m2 contra 542,0 g/m2 obtido por Frizzo e, na re-

lação água/aglomerantes 0,55 deste trabalho constatou-se um coefici-

ente de 3.310,6 g/m2, sendo observado um valor de 700,0 g/m2 para

a/ag. 0,50 na pesquisa do Frizzo. No concreto com 50% de cinza de

casca de arroz, coeficiente de 345,8 g/m2 foi obtido, contra 159,0 g/m2

na pesquisa do Frizzo, isto na relação água/aglomerantes 0,35, já na

relação 0,55 obteve-se aqui 2.549,8 g/m2 e, na pesquisa similar 391,0

152

g/m2.

Na pesquisa de Andrade et al. (2000) apud Frizzo (2001) obser-

vou-se no concreto de referência coeficiente de absorção de 763,0

g/m2 contra 316,5 g/m2 deste trabalho, para a/ag. 0,35.

5.5 Integ

5.5.1 An

lid

Na

aglomera

traços, p

diante da

pela perm

Em

cal exerc

hidróxido

ao concre

Ao

ocorridas

médios d

frente à

ração dos resultados

álise da resistência à compressão e dos parâmetros de durabi-

ade decorrentes da adição da cal hidratada

Figura 51, explanar-se-á os resultados referentes às misturas

ntes que utilizaram adições minerais na composição de seus

ara evidenciar a influência da incorporação da cal hidratada

resistência à compressão e da durabilidade, aqui destacada

eabilidade ao oxigênio e absorção capilar de água.

síntese, através desta ilustração, fica claro a influência que a

e sobre concretos idênticos variando-se apenas a reposição de

de cálcio, tendo como base os valores médios pertencentes

to de referência.

correlacionar as variações, as quais expressam as vantagens

nos concretos que receberam cal hidratada, os benefícios

ecorrentes da sua incorporação mostraram-se mais salientes

permeabilidade ao oxigênio e à absorção capilar de água do

153

que na resistência à compressão, ou seja, atribuições mais significati-

vas nos parâmetros de durabilidade.

1,00

0,03

0,100,18

0,09

1,00

2,09

0,16

5,47

2,59

1,00

2,981,61

1,17

4,563,42

0,30

22,41

0,0

0,1

1,0

10,0

100,0

1000,0

R VC - V AC - A EC - E VAC - VA VEC - VE

Índi

ce M

édio

Resistência à CompressãoPermeabilidade ao OxigênioAbsorção Capilar de Água

REFERÊNCIA

CAL SEMCAL COM

MisturaMistura -Mistura

IM =

Figura 51 – Acréscimos na Resistência à Compressão e Decréscimos na Permeabilidade ao Oxigênio e Absorção Capilar de Água (Médios) para as misturas investigadas decorrentes da adição de cal hidratada, tendo como base os valores do concreto de referência.

Diante do concreto de alto desempenho, ou seja, para a relação

água/aglomerantes 0,35, a Figura 52 mostra de forma similar a anteri-

ormente ilustrada, a influência da cal hidratada sobre as variáveis rela-

cionadas com este trabalho.

154

1,00

0,14 0,13

1,00

3,04

0,74

6,70

1,00

4,17

0,29 0,34

5,473,95

0,27

0,04

0,0

8,04

134,17

0,0

0,1

1,0

10,0

100,0

1000,0

R VC - V AC - A EC - E VAC - VA VEC - VE

Índi

ce -

a/ag

. = 0

,35

Resistência à CompressãoPermeabilidade ao OxigênioAbsorção Capilar de Água

0,35

0,350,35

REFERÊNCIA

CAL SEMCAL COM0,35 Mistura

MisturaMisturaI

−=

Figura 52 – Acréscimos na Resistência à Compressão e Decréscimos na Permeabilidade ao Oxigênio e Absorção Capilar de Água para as misturas investigadas decorrentes da adição de cal hidratada, tendo como base os valores do concreto de referência, para a relação água/aglomerantes 0,35.

Com a menor quantidade de água de amassamento, frente à resis-

tência à compressão, a adição da cal hidratada propiciou acréscimos

nesta variável de forma significativa, mas de menor intensidade quan-

do comparado com as vantagens médias advindas desta incorporação.

Com o período de cura de apenas 7 dias e com baixa água de mistura

tem-se muitas partículas anidras, tanto de cimento como das adições,

resultando em perda de atividade química para o desenvolvimento da

microestrutura de C-S-H e predominância do efeito microfiller, o qual

melhora as características do concreto, mas sua intensidade associado

as atividades pozolânicas não resultam em aprimoramento similar da

155

estrutura do gel apresentado quando tem-se maior quantidade de água

de amassamento. Tais benefícios decorrentes da baixa relação á-

gua/aglomerantes e altos teores de adições minerais poderiam ser ma-

ximizados com maior tempo de cura, o que permitiria maior grau de

hidratação do cimento, bem como maior atividade pozolânica, atuando

significativamente na resistência à compressão dos concretos investi-

gados.

De modo contrário, a mistura binária com 70% de escória apre-

sentou acréscimo superior à média quando da análise pontual na rela-

ção a/ag. = 0,35, efeito este originado pelas propriedades defloculantes

desta adição, ou seja, maior dispersão das partículas de cimento com

conseqüente maior nível de hidratação, associado às características

cimentícias e pozolânicas da escória, que mostraram-se bastante efici-

entes diante da microestrutura do concreto com o emprego de baixa

quantidade de água de mistura. Como exceção ao anteriormente co-

mentado, cita-se a mistura com 50% de cinza de casca de arroz, a qual

apresentou decréscimo insignificante na resistência, ou seja, a utiliza-

ção da cal hidratada mostrou-se inócua frente a alta reatividade pozo-

lânica desta cinza, a qual torna insignificante o efeito físico provenien-

te da cal.

Na permeabilidade ao oxigênio todas as misturas investigadas

apresentaram decréscimos superiores nos coeficientes quando compa-

rados aos desenvolvidos pelas médias, em virtude do maior embrica-

mento das partículas anidras de cimento, adições e da cal, minimizan-

do o fluxo de oxigênio pelos concretos. Na absorção capilar, as mistu-

ras binárias com cinza de casca de arroz e escória tiveram benefício

156

inferior diante da adição de cal quando comparados com os valores

médios, enquanto a mistura binária com cinza volante e as misturas

ternárias apresentaram comportamento contrário, devido a maior seg-

mentação dos poros decorrente do maior pronunciamento do efeito fí-

sico, o que obstaculiza os finos capilares, diminuindo significativa-

mente a absorção capilar de água através destes.

Em igualdades de resistências à compressão, através da Tabela

18, tem-se um comparativo sobre a efetividade e desempenho de cada

quilo de cimento empregado nas misturas aglomerantes investigadas.

TABELA 18 – Resistência, permeabilidade e absorção unitárias das misturas investigadas para 35 e 55 MPa.

Consumo de

Cimento (kg/m3)


Permeabilidade Unitária

(x 10-17 m2/kg)

Absorção Unitária (g/m2.kg) Traço Adições

(%) 35 MPa 55 MPa 35 MPa 55 MPa 35 MPa 55 MPa 35 MPa 55 MPa

R --- 227 397 0,154 0,139 0,729 0,027 4,097 1,182VC 50 155 209 0,226 0,263 0,050 0,011 11,393 6,167V 50 199 268 0,176 0,205 0,156 0,034 14,084 8,682

AC 50 138 196 0,254 0,281 0,034 0,011 10,082 2,817A 50 140 201 0,250 0,274 0,069 0,024 22,172 4,127

EC 70 92 151 0,380 0,364 0,160 0,003 7,271 1,393E 70 102 188 0,343 0,293 1,827 0,053 13,185 1,115

VAC 70 89 135 0,393 0,407 0,051 0,017 28,117 11,104VA 70 113 159 0,310 0,346 0,469 0,135 36,798 18,414

VEC 90 38 57 0,921 0,965 1,953 0,356 23,108 2,616VE 90 43 59 0,814 0,932 10,226 5,331 55,026 21,512

Diante da resistência unitária, constata-se que o aumento no teor

de adições requer um maior desempenho por quilo de cimento empre-

gado, o que de fato ocorre, destacando-se que as misturas com cal hi-

dratada apresentam valores de resistências unitárias sempre superiores

aos concretos correlatos sem a sua adição.

157

A permeabilidade unitária, para 35 MPa, apresentou valores, na

sua maioria, inferiores ao valor desenvolvido pelo concreto de refe-

rência, excetuando-se a mistura com 70% de escória, sem cal hidrata-

da, e a mistura ternária, com 20% de cinza volante e 70% de escória,

com e sem cal, misturas as quais exigem maior desempenho por quilo

de cimento para atingir-se os valores de permeabilidade desenvolvidos

por estes concretos. Nas demais misturas os valores foram inferiores

ao referencial, o que enaltece a influência das reações pozolânicas e

do efeito filler sobre a permeabilidade a oxigênio das misturas. Para

55 MPa, com valores superiores ao referencial, repetem-se as misturas

anteriores seguidas pela mistura com 50% de cinza volante, sem cal e,

a mistura ternária, com 50% de cinza volante e 20% de cinza de casca

de arroz, também sem cal, demonstrando a maior taxa de responsabi-

lidade por quilo de cimento diante da permeabilidade a oxigênio, em-

bora, a permeabilidade final não supere a desenvolvida pelo referenci-

al.

Em relação à absorção unitária, constata-se que cada quilo de ci-

mento das misturas investigadas é responsável por uma taxa de absor-

ção maior que o referencial, tanto para 35 como para 55 MPa, excetu-

ando-se apenas uma única mistura, composta por 70% de escória, sem

a adição de cal hidratada, a qual para 55 MPa apresentou uma absor-

ção unitária inferior ao valor de referência, o que ressalta as proprie-

dades pozolânicas e cimentantes da escória diante da absorção capilar

de água.

158

5.5.2 Relação entre permeabilidade e absorção capilar

Os mecanismos de transporte para a permeabilidade e absorção

capilar são distintos, embora ambos dependam da porosidade, distri-

buição e interconexão dos poros. Nota-se que a adição de cal hidratada

propicia vantagens significativas diante da permeabilidade e da absor-

ção, já que o seu emprego reduz significativamente os valores correla-

tos oriundos dos respectivos semelhantes sem a utilização desta. As

Figuras subseqüentes ilustram o crescimento mais acentuado da ab-

sorção capilar do que a permeabilidade, visto que a absorção capilar

dá-se sob pressão atmosférica e relaciona-se com a porosidade aberta

ao meio externo, enquanto na permeabilidade, o fluido encontra-se

sob pressão e deve percolar por todo o corpo-de-prova, dependendo,

conseqüentemente, da interconectividade dos poros.

A representatividade das linhas de tendência abaixo ilustradas, as

quais fundem a permeabilidade ao oxigênio com a absorção capilar de

água, estão sustentadas por valores mínimos de R2 iguais ou superio-

res a 0,9062.

159

0

5 0

1 0 0

1 5 0

2 0 0

2 5 0

3 0 0

3 5 0

4 0 0

0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 3 5 0 0 4 0 0 0

A b s o r ç ã o C a p i la r d e Á g u a ( g / m 2 )

Per

mea

bilid

ade

ao O

xigê

nio

(x 1

0-17 m

2 )

E

A

V

V A

V E

R

FIGURA 53 – Correlação entre permeabilidade ao oxigênio e absor-

ção capilar de água das misturas aglomerantes investi-gadas SEM adição de cal hidratada.

0

5 0

1 0 0

1 5 0

2 0 0

2 5 0

3 0 0

3 5 0

4 0 0

0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 3 5 0 0 4 0 0 0

A b s o r ç ã o C a p i la r d e Á g u a ( g / m 2 )

Per

mea

bilid

ade

ao O

xigê

nio

(x 1

0-17 m

2 )

RV CE C A C V A C

V E C

FIGURA 54 – Correlação entre permeabilidade ao oxigênio e absor-

ção capilar de água das misturas aglomerantes investi-gadas COM adição de cal hidratada.

160

Observando-se a Figura 53, a qual correlaciona a absorção capi-

lar com a permeabilidade para o concreto de referência e os concretos

sem a adição de cal hidratada, verifica-se que o coeficiente angular re-

presentativo da linha de tendência referencial mostra como sendo este

um dos concretos que mais sofre influência na permeabilidade em

função do acréscimo na absorção capilar, sendo seu valor representa-

tivo inferior apenas a mistura binária composta por 70% de escória,

sem a adição da cal.

Para a cinza volante, conforme a Figuras 53 e 54, verifica-se que

a adição da cal hidratada proporciona um decréscimo significativo no

coeficiente angular da linha de tendência desta mistura, o que manifes-

ta-se como uma menor dependência da permeabilidade ao oxigênio

com o acréscimo da absorção capilar.

Para a cinza de casca de arroz, o emprego da cal hidratada resul-

tou em um pequeno acréscimo no coeficiente angular deste concreto, o

que significa dizer que uma variação na absorção capilar resultará

maior variação da permeabilidade na mistura com cal hidratada do que

na mistura sem a reposição de hidróxido de cálcio.

A utilização da cal hidratada na mistura binária com escória, a-

carreta melhoria considerável no coeficiente angular da linha de ten-

dência, salientando que esta mistura sem cal apresenta a maior depen-

dência da permeabilidade em função da absorção, pois apresenta den-

tre todas as misturas investigadas o maior coeficiente angular.

Para a mistura ternária composta por cinza volante e cinza de

casca de arroz, novamente a adição de cal hidratada resulta em benefí-

cios significativos sobre a permeabilidade ao oxigênio, visto que a sua

161

utilização resultou no menor coeficiente angular obtido dentre as mis-

turas aglomerantes investigadas, ou seja, grandes variações na absor-

ção capilar resultam em pequenos acréscimos na permeabilidade ao

oxigênio, isto quando do emprego da cal hidratada.

Decréscimo foi averiguado no coeficiente angular da mistura ter-

nária com cinza volante e escória após a adição de cal hidratada, acar-

retando assim menor variação na permeabilidade com o aumento da

absorção capilar.

Portanto, a reposição de hidróxido de cálcio, através da cal hidra-

tada, resulta em melhorias na permeabilidade ao oxigênio frente à ab-

sorção capilar de água, tendo-se como única exceção à mistura binária

com 50% de cinza de casca de arroz, na qual obteve-se um pequeno

acréscimo no coeficiente angular da linha de tendência do concreto

com cal diante do seu similar sem esta reposição. As misturas com a

adição de cal hidratada apresentam os melhores desempenhos diante

da correlação entre absorção capilar e permeabilidade, excetuando-se

a mistura com cinza de casca de arroz, a qual pode-se dizer que a re-

posição de hidróxido de cálcio mostrou-se pouco significativa diante

desta. Assim sendo, a utilização da cal hidratada propicia pequenas

variações na permeabilidade com variações mais acentuadas na absor-

ção capilar, o que de fato ocorre também nas misturas sem cal, mas

tendo-se a permeabilidade com variações um pouco mais acentuadas.

Pode-se concluir que o emprego da cal atua de forma mais signi-

ficativa na permeabilidade ao oxigênio, visto que através do efeito fil-

ler, propicia a segmentação e o aumento da tortuosidade da rede capi-

lar, dificultando o escoamento de fluidos pelo interior do concreto. Pa-

162

ra a absorção capilar a adição de hidróxido de cálcio é menos signifi-

cativa devido à porosidade aberta na superfície e a maior penetração

de fluidos devido aos efeitos da cura serem mais significativos na ca-

mada de cobrimento.

163

6 CONCLUSÃO

6.1 Síntese Geral

A influência das adições minerais em substituição ao cimento

conjugado com a adição de hidróxido de cálcio, através da cal hidrata-

da, sobre a resistência à compressão, permeabilidade ao oxigênio e ab-

sorção capilar de água, conforme os procedimentos estabelecidos, a

condução e a avaliação da referida pesquisa, permitem explanar as se-

guintes conclusões:

A adição da cal hidratada no concreto, além de restabelecer total

ou parcialmente o teor de hidróxido de cálcio remanescente, atribui

vantagens significativas frente aos parâmetros de durabilidade investi-

gados, propiciando acréscimos variados de resistência à compressão

quando comparados aos concretos correlatos sem o emprego da cal.

Como conseqüência viabiliza-se o emprego de altos teores de adições

minerais conjugado com a cal, aos concretos, minimizando-se custos,

reutilizando-se resíduos e principalmente, majorando-se a vida útil das

estruturas.

Visto que a cal hidratada atribui aos concretos vantagens diante

da durabilidade, seu emprego torna-se vantajoso, já que minimiza ou

até mesmo elimina os efeitos colaterais advindos das reações pozolâ-

nicas, em síntese, diminuição da reserva de hidróxido de cálcio, embo-

ra um controle da relação água/aglomerantes faça-se necessário, jun-

tamente com o maior consumo de aditivo superplastificante.

6.2 Influência da cal hidratada sobre a resistência à compressão

em igualdade de relação água/aglomerantes

Ao correlacionar os concretos com adições minerais, utilizando-

se a mesma quantidade de água de amassamento, observou-se que a

utilização, por adição, da cal hidratada acarreta acréscimos de resis-

tência à compressão frente aos concretos correlatos sem a adição de

hidróxido de cálcio. Em valores médios, tendo como base o concreto

de cimento Portland, incrementos de 30% averiguaram-se no concreto

com cinza volante, 3% no concreto com cinza de casca de arroz, 10%

no concreto com escória, 18% na mistura ternária com cinza volante e

cinza de casca de arroz e, 9% na ternária com cinza volante e escória.

Em geral a utilização de adições minerais resulta em decréscimos

na resistência à compressão frente ao referencial, salvo a mistura com

cinza volante e cal, e as misturas com cinza de casca de arroz, com e

sem cal, que nas relações água/aglomerantes mais baixas superaram o

concreto de cimento Portland.

O valor máximo de resistência salientou-se na mistura com cinza

de casca de arroz, com e sem cal hidratada, com valor de 80 MPa.

165

6.3 Influência da cal hidratada sobre a permeabilidade ao

oxigênio

6.3.1 Em igualdade de relação água/aglomerantes

Constataram-se decréscimos significativos nos coeficientes de

permeabilidade ao oxigênio, pelo emprego da cal, quando comparados

aos coeficientes dos concretos correlatos sem o emprego desta, para

todas as misturas aglomerantes investigadas. Para o concreto com cin-

za volante, a adição da cal resultou em decréscimo médio de 209% no

coeficiente de permeabilidade, 16% para o concreto com cinza de cas-

ca de arroz, 547% para o concreto com escória, 259% para a mistura

ternária com cinza volante e cinza de casca de arroz e 2.241% para a

ternária com cinza volante e escória, tendo como parâmetro os valores

médios do concreto de cimento Portland.

Ao relacionar os concretos com adições minerais com o concreto

de cimento Portland, situou-se o referencial em valores intermediários

de permeabilidade, tendo como valores inferiores às misturas com a-

dição de cal, exceto a mistura ternária com 20% de cinza volante e

70% de escória para todas as relações água/aglomerantes investigadas.

Nas relações água/aglomerantes mais altas, ou seja, 0,45 e 0,55, a mis-

tura com cinza de casca de arroz, sem cal, apresentou melhor desem-

penho quando contraposta com o referencial.

As demais misturas aglomerantes, sem a adição da cal, tiveram

166

coeficientes de permeabilidade superiores ao concreto de referência,

para todas as relações água/aglomerantes investigadas.

Para a relação água/aglomerantes 0,35, a mistura com 70% de es-

cória e cal apresentou o menor coeficiente de permeabilidade, repre-

sentado por 0,4 x 10-17 m2, valor 6 vezes menor que o do concreto de

referência. O concreto com cinza de casca de arroz e cal, caracterizou-

se por possuir o menor valor de permeabilidade na relação á-

gua/aglomerantes 0,45, com coeficiente de 1,8 x 10-17 m2, valor 5 ve-

zes menor que o referencial. Na relação água/aglomerantes 0,55, a

mistura com cinza de casca de arroz e cal com coeficiente de permea-

bilidade de 3,9 x 10-17 m2, mostra-se como valor mínimo, sendo este

11 vezes menor que apresentado pelo concreto de referência.

6.3.2 Em igualdade de resistência à compressão

Ao patamar de 35 MPa de resistência à compressão, os concretos

com adição de cal apresentaram coeficientes de permeabilidade inferi-

ores ao referencial, ou seja, de acordo com o desempenho citam-se a

mistura ternária com 50% de cinza volante e 20% de cinza de casca de

arroz e as misturas binárias com 50% de cinza de casca de arroz, 50%

de cinza volante e a mistura com 70% de escória, com coeficientes de

permeabilidade entre 4,5 e 14,7 x 10-17 m2. Com menor desempenho a

mistura ternária com 20% de cinza volante e 70% de escória apresen-

tou coeficiente de 74,2 x 10-17 m2, valor 2 vezes menor que o referen-

167

cial. Também as misturas sem cal, com cinza de casca de arroz, cinza

volante e a mistura ternária com cinza volante e cinza de casca de ar-

roz superaram o referencial, embora com coeficientes superiores aos

seus similares com a adição da cal.

Para 55 MPa, todas as misturas com cal, excetuando-se a com

20% de cinza volante e 70% de escória, apresentaram desempenho su-

perior ao referencial, estando os coeficientes de permeabilidade situa-

dos entre 0,5 a 2,4 x 10-17 m2. Dentre as misturas sem cal, às misturas

binárias com cinza de casca de arroz, com cinza volante e com escória

apresentaram melhor desempenho que o concreto de referência, com

coeficientes entre 4,8 e 9,9 x 10-17 m2, enquanto no concreto de cimen-

to Portland averiguou-se coeficiente de 10,6 x 10-17 m2.

Em ambos os casos, tanto para 35 quanto para 55 MPa, os de-

créscimos médios decorrentes da adição da cal frente aos concretos

idênticos sem esta adição foram de 75% para o concreto com cinza

volante, 54% para o concreto com cinza de casca de arroz, 93% para o

concreto com escória e 90% para as misturas ternárias.

6.4 Influência da cal hidratada sobre a absorção capilar de água

6.4.1 Em igualdade de relação água/aglomerantes

A utilização da cal nos concretos com elevados teores de adições

168

minerais resulta em decréscimos significativos nos coeficientes de ab-

sorção capilar de água quando comparados com os concretos similares

sem esta adição, para todas as misturas aglomerantes investigadas. Pa-

ra o concreto com cinza volante, a adição da cal resultou em decrés-

cimo médio de 298% no coeficiente de absorção capilar, 161% para o

concreto com cinza de casca de arroz, 117% para o concreto com es-

cória, 456% para a mistura ternária com cinza volante e cinza de casca

de arroz e 342% para a ternária com cinza volante e escória, tendo

como parâmetro os valores médios do concreto de cimento Portland.

6.4.2 Em igualdade de resistência à compressão

Para 35 MPa de resistência à compressão, dois concretos apre-

sentaram melhor desempenho quando correlacionados ao referencial,

ambos com adição de cal, sendo representados pelo concreto com

70% de escória e pela mistura ternária com 20% de cinza volante e

70% de escória, sendo seus coeficientes de absorção capilar, respecti-

vamente, 668,9 g/m2 e 878,1 g/m2, contraposto por 930,1 g/m2 do con-

creto de referência.

Na resistência à compressão de 55 MPa, a mistura ternária com

20% de cinza volante e 70% de escória, com cal, a mistura com 70%

de escória sem e com cal, apresentaram coeficientes de absorção capi-

lar inferiores ao concreto de cimento Portland, estando estes entre

149,4 g/m2 e 210,3 g/m2, valores, no mínimo, 2 vezes menores que o

169

referencial.

A adição da cal, ao patamar de 35 MPa, propiciou decréscimos

médios de 37% para o concreto com cinza volante, 55% para o con-

creto com cinza de casca de arroz, 50% para o concreto com escória,

40% para a mistura ternária com cinza volante e cinza de casca de ar-

roz e 63% para o concreto com cinza volante e escória. Para 55 MPa,

o efeito da cal mostrou-se de forma mais aleatória, pois averiguou-se

decréscimo de 45% para o concreto com cinza volante, 33% para o

concreto com cinza de casca de arroz, 0% para o concreto com escó-

ria, 49% para a mistura ternária com cinza volante e cinza de casca de

arroz e 88% para o concreto com cinza volante e escória.

6.5 Relações entre permeabilidade e absorção capilar

Com incrementos progressivos na resistência à compressão, para

todas as misturas aglomerantes investigadas, constatou-se decréscimos

na permeabilidade ao oxigênio e na absorção capilar de água, em vir-

tude das menores relações água/aglomerantes empregadas, as quais

possuem intercorrelações com a compacidade da matriz, já que redu-

zem progressivamente os vazios capilares, propiciando o refinamento

dos poros através da formação do C-S-H secundário proveniente das

atividades pozolânicas, bem como a maximização do efeito microfiller

que obstrui a continuidade destes.

Com a adição da cal, nos concretos com adições minerais, os co-

170

eficientes de permeabilidade ao oxigênio praticamente independem da

resistência à compressão, enquanto o concreto de referência mostra

maior dependência entre estas variáveis. Para as misturas sem cal, o

coeficiente de permeabilidade mostra-se mais dependente da resistên-

cia à compressão, sofrendo decréscimos com o incremento desta.

Para a absorção capilar, a adição da cal propicia decréscimos sig-

nificativos nestes coeficientes, com dependência da resistência à com-

pressão. Quando não adiciona-se cal, a absorção capilar mostra-se

mais dependente da resistência, ou seja, sofre decréscimos significati-

vos com o incremento da resistência à compressão.

Observou-se pouca dependência da absorção capilar em relação

aos respectivos coeficientes de permeabilidade quando se realizam as

correlações entre estas variáveis, fato observado pela pequena inclina-

ção das retas em relação ao eixo das abscissas (absorção capilar de

água). As misturas sem cal apresentam retas com coeficientes angula-

res mais altos, com exceção da mistura binária com cinza de casca de

arroz. Nas misturas com cal, somente a ternária com cinza volante e

escória mostra maior dependência da absorção capilar em função da

permeabilidade.

Este comportamento revela que a adição de cal hidratada rebaixa

com mais intensidade os coeficientes de permeabilidade ao oxigênio

do que a absorção capilar de água, devido ao efeito microfiller, que

obstrui os poros, associado ao refinamento da rede capilar, advindos

das reações pozolânicas, o que dificulta a percolação de fluidos pelo

concreto. Estes mesmos efeitos mostram-se menos significativos na

absorção capilar, pois a diminuição do diâmetro dos poros associado à

171

porosidade aberta para a superfície do concreto facilita a sucção capi-

lar, embora a formação do C-S-H secundário propicie decréscimos na

absorção mas sem intensidade suficiente para sobrepujar o referencial.

Para tanto um período maior de cura faz-se interessante para maximi-

zar os efeitos das reações pozolânicas e densificar ainda mais o gel, a

fim de diminuir a porosidade da camada de cobrimento, a qual sofre

influências significativas com a variação do tempo de cura.

6.6 Propostas para novos estudos

Como sugestões para trabalhos futuros, deixa-se como propostas

a variação do teor de cal hidratada adicionada aos concretos, onde a-

qui, utilizou-se valores percentuais de 15 e 18%, valores que podem

ser alterados para mais ou para menos, por exemplo, 10, 15, 20 e 25%,

a fim de abranger uma maior faixa de adição de cal hidratada e verifi-

car sua influência sobre as propriedades de durabilidade e resistência à

compressão dos concretos. Com isso tem-se subsídios técnicos refe-

rentes à reposição de hidróxido de cálcio, através da cal hidratada, pa-

ra os diferentes tipos de adições minerais, podendo-se adequar a quan-

tidade de cal a ser adicionada aos concretos de acordo com o tipo e re-

atividade de adição empregada, mantendo a reserva alcalina apropria-

da a vida útil da estrutura.

Importante análise complementar a ser investigada, é o tempo de

cura a que dispõe-se os concretos a serem ensaiados nos parâmetros

172

de durabilidade abordados neste trabalho, com o intuito de maximizar

as atribuições físico-químicas advindas das reações pozolânicas con-

jugado com a atividade hidráulica desenvolvida pela escória, já que

adotou-se um período curto de cura úmida, de apenas de 7 dias neste

estudo.

A utilização de iguais teores de adições minerais, nas misturas

binárias, possibilitaria averiguar a eficiência destas adições, juntamen-

te com a adição de cal hidratada nos respectivos concretos, com o

propósito de compará-los entre si e com o concreto de referência. Isto

proporcionaria um levantamento econômico do emprego destas adi-

ções conjugado com a cal hidratada, vinculado com o desempenho di-

ante da durabilidade e da resistência à compressão.

6.7 Considerações finais

Deve-se destacar o aspecto vantajoso e econômico da mistura bi-

nária com escória granulada de alto forno, em teor de 70%, conjugado

com a adição da cal hidratada. Este concreto propicia uma economia

grande de cimento por metro cúbico e, principalmente, apresenta óti-

mas características de durabilidade, mostrando-se com desempenho

superior ao concreto de referência diante da permeabilidade ao oxigê-

nio e absorção capilar de água, para as três relações água/aglomerantes

investigadas.

Para os patamares de resistência à compressão pré-estabelecidos

173

(35 MPa e 55 MPa), este concreto apresentou coeficientes de permea-

bilidade e absorção capilar inferiores aos desenvolvidos pelo concreto

de cimento Portland ARI.

A necessidade de aditivo superplastificante para conferir a traba-

lhabilidade desejada torna-se irrisório diante da economia decorrente

da substituição de cimento por escória granulada de alto forno, visto

que utilizou-se quantidades de aditivo entre 1,00% e 1,59% nas três

relações água/aglomerantes investigadas, com o intuito de obter-se um

abatimento de 60 ± 15 mm.

174

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UFSM Dissertação de Mestrado EFEITOS DA ADIÇÃO DE CAL ...w3.ufsm.br/gepecon/diss/631071a0d16df6e6fa03accbf84e5c4a.pdf · • Ao Laboratório de Materiais de Construção Civil