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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE CONSTRUÇÃO CIVIL
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
ISLAS STEIN BUTH
MARYAH COSTA DE MORAES
ANÁLISE DO CIMENTO ÁLCALI ATIVADO QUANDO SUJEITO À REAÇÃO
ÁLCALI-AGREGADO
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
PATO BRANCO
2016
ISLAS STEIN BUTH
MARYAH COSTA DE MORAES
ANÁLISE DO CIMENTO ÁLCALI ATIVADO QUANDO SUJEITO À REAÇÃO
ÁLCALI-AGREGADO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil do Curso de Engenharia Civil, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná – Câmpus Pato Branco.
Orientadora: Profa. Drª. Caroline Angulski da Luz
PATO BRANCO
2016
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE CONTRUÇÃO CIVIL
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
TERMO DE APROVAÇÃO
ANÁLISE DO CIMENTO ÁLCALI ATIVADO QUANDO SUJEITO À REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO
ISLAS STEIN BUTH MARYAH COSTA DE MORAES
No dia 22 de novembro de 2016, às 13h00min, na Sala P203 da Universidade
Tecnológica Federal do Paraná, este trabalho de conclusão de curso foi julgado e,
após arguição pelos membros da Comissão Examinadora abaixo identificados, foi
aprovado como requisito parcial para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia
Civil da Universidade Tecnológica Federal do Paraná– UTFPR, conforme Ata de
Defesa Pública nº28-TCC/2016.
Orientador: Profª. Drª. CAROLINE ANGULSKI DA LUZ (DACOC/UTFPR-PB) Membro 1 da Banca: Prof. Dr. JOSÉ ILO PEREIRA FILHO (DACOC/UTFPR-PB) Membro 2 da Banca: Drª. JANAÍNA SARTORI BONINI (PPGTP/UTFPR-PB)
AGRADECIMENTOS
Em primeiro lugar agradecemos a Deus, por ser nosso guia durante essa
caminhada, nos abençoar com saúde e determinação para realização deste sonho,
pelos dons que nos deste e pelos relacionamentos que possibilitam nosso
crescimento diário.
À nossa parceria para o desenvolvimento deste trabalho, que fortaleceu ainda
mais nossos laços de amizade e companheirismo. Sempre demonstrando muita
paciência e compreensão um para com o outro e fazendo o nosso melhor em conjunto
para produção de um trabalho que desenvolvesse ainda mais nossa capacidade.
Às nossas famílias pelo imenso amor, carinho, confiança e incentivo
incessante quando os caminhos foram se tornando mais árduos. Pela compreensão
por nossa falta durante a graduação onde perdemos nossa convivência diária e até
mensal. Sem o apoio de vocês nada disso seria possível, pois vocês são os pilares e
maiores exemplos de nossas vidas.
Um agradecimento especial à nossa orientadora, Professora Dra. Caroline
Angulski da Luz, pela oportunidade de trabalhar em sua equipe durante dois anos de
muito aprendizado e desenvolvimento pessoal. Agradecemos à toda paciência com
nossas dúvidas incontáveis, tropeços de aprendizes e muitas correções de trabalhos,
além de toda sua dedicação para fazer de nós pesquisadores.
Aos nossos amigos, desde os mais antigos aos mais recentes, que nos
garantiram um caminho mais leve, com muitas risadas e distrações. Cada um marcou
nossas vidas de uma maneira diferente e sempre terão um lugar especial em nossos
corações.
Aos colegas de iniciação científica, mestrandos, estagiários e técnicos do
laboratório que sempre se disponibilizaram a nos ajudar e não negaram a solucionar
as incontáveis dúvidas que surgiram.
À Professora Msc. Eloise Aparecida Langaro, que nos incluiu em sua pesquisa
sobre cimentos álcali ativados e despertou em nós interesse por esta área, sempre
respondendo nossos questionamentos com muita atenção e paciência, que em pouco
tempo de trabalho conjunto se tornou uma amiga e conselheira.
A todos os professores que passaram por nós durante a graduação, por todo
aprendizado, convivência diária, apoio e incentivo para fazer de nós Engenheiros.
Gostaríamos de agradecer a disponibilidade de local do laboratório de
Materiais e Estruturas da UTFPR-PB para realização deste trabalho, e também aos
responsáveis pelo laboratório de solos, onde permitiram a utilização de suas estufas
durante longos meses.
Agradecemos também à banca examinadora, Professora Drª Janaína Sartori
Bonini e ao Professor Dr. José Ilo Pereira Filho, pela disponibilidade e contribuições
para este trabalho.
RESUMO
A crescente preocupação ambiental vem impulsionando estudos para o
desenvolvimento de cimentos alternativos com reduzida emissão de gases poluentes
em sua fabricação. Um destes é o cimento álcali ativado (CAT), que além de
proporcionar uma redução na emissão de gás carbônico, também propicia o
reaproveitamento de rejeitos industriais, como a escória de alto forno. Alguns estudos
já relatam bons resultados quanto à resistência mecânica e durabilidade deste
cimento, porém ainda são escassos os estudos que avaliam seu desempenho quando
sujeito à reação álcali-agregado (RAA). Esta reação é uma manifestação patológica
que afeta principalmente barragens e outras obras expostas a ambientes úmidos,
onde os álcalis do cimento se combinam a minerais reativos do agregado, gerando
produtos expansivos e capazes de gerar trincas e comprometer estruturas de
concreto. Um dos fatores que influenciam o desenvolvimento da RAA para o cimento
Portland é a quantidade de álcalis disponíveis na sua composição. Como os cimentos
álcali ativados apresentam, em geral uma maior quantidade de álcalis que o Portland,
surge a necessidade de analisar mais a fundo o comportamento dos CAT’s quando
sujeitos a esta reação. Neste estudo, foi avaliado o desempenho de cimentos álcali
ativados de escória de alto-forno com teores de 4 e 5% de NaOH quando em contato
com agregado reativo da região de Pato Branco-PR. Foram realizados ensaios de
expansão em argamassa e concreto, resistência mecânica, análise visual e
microestrutural. Como comparação, foram feitas as mesmas análises em dois tipos
de cimento Portland (CPV-ARI e CPIV-RS). A partir dos resultados, constatou-se um
bom comportamento do cimento álcali ativado quanto à RAA, com expansões
inferiores às estabelecidas por norma, e sem a constatação de perdas de resistência
mecânica ou integridade estrutural. O teor de ativador alcalino teve uma pequena
influência no comportamento dos CAT’s, sendo que a menor quantidade de NaOH,
que resulta em menor equivalente alcalino, mostrou-se mais resistente à reação.
Mesmo para o maior teor de ativador, os resultados foram bons e comparáveis aos do
CPIV-RS, cimento Portland recomendado para a inibição da reação álcali-agregado.
Palavras-chave: Cimento álcali ativado, escória ácida, reação álcali-agregado.
ABSTRACT
The growing environmental concern has stimulated studies for the
development of alternative cements, with reduced greenhouse gas emissions in its
manufacture. One of these is the alkali activated cement (CAT), which in addition to
providing a reduction in carbon emissions, also allows the reuse of industrial waste,
such as blast furnace slags. Some studies have already reported good results in terms
of mechanical strength and durability of this cement, but there are still few studies that
evaluate its performance when exposed to the alkali-aggregate reaction (AAR). This
reaction is a pathological manifestation that affects mainly dams and other
constructions exposed to humid environments, where the cement alkalis combine with
reactive minerals of the aggregate, creating an expansive product capable of
generating cracks and compromise concrete structures. One of the factors that
influences the development of the RAA for Portland cement is the amount of alkalis
available in its composition. As alkali activated cements generally present a greater
amount of alkalis than the Portland, the need to further analyze the behavior of CAT's
when subjected to this reaction comes up. In this study, the performance of blast
furnace slags activated with contents of 4 and 5% of NaOH is evaluated when in
contact with reactive aggregate of the region of Pato Branco-PR. There were carried
out essays of expansion in mortar and concrete, mechanical strength, visual and
microstructural analysis. As a comparison, the same tests were performed on two
types of Portland cement (CPV-ARI and CPIV-RS). From the results, there was found
a good behavior of the alkali activated cement to the RAA, with lower expansions that
established by standards, and no strength or structural integrity losses. The alkali
activator content had a little influence on the behavior of the CATs, where the minor
amount of NaOH, which results in smaller alkali equivalent, proved more resistant to
the reaction. Even for the higher level of activator, results were good and comparable
to the CPIV-RS, Portland cement recommended for inhibiting alkali-aggregate
reaction.
Key-words: Alkali activated cement, acid slag, alkali-aggregate reaction.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Representação gráfica de alto-forno .......................................................... 22
Figura 2: Processo de resfriamento brusco da escória de alto-forno ........................ 22
Figura 3: Diagrama de RANKIN ................................................................................ 23
Figura 4: Fissuração mapeada em barragem provocada pela RAA .......................... 31
Figura 5: Fissuração provocada pela RAA em bloco de fundação no Recife ............ 32
Figura 6: Gel maciço gretado .................................................................................... 37
Figura 7: Gel rendado ............................................................................................... 37
Figura 8: Gel em forma cristalizada ........................................................................... 37
Figura 9: Relação do tipo de escória com a expansão .............................................. 41
Figura 10: Influência do tipo e teor de ativador na expansão .................................... 42
Figura 11: Diagrama de ensaios ............................................................................... 45
Figura 12: Peneiramento dos agregados em agitador de peneiras ........................... 46
Figura 13: Ensaio de reatividade do agregado .......................................................... 48
Figura 14: Moinho de bolas ....................................................................................... 49
Figura 15: Escória antes e após moagem ................................................................. 49
Figura 16: Granulometria escória. ............................................................................. 50
Figura 17: Difração de Raios-X da escória ácida. ..................................................... 51
Figura 18: Hidróxido de sódio .................................................................................... 52
Figura 19: Resistência à compressão dos CAT's avaliados ...................................... 55
Figura 20: Argamassadeira utilizada para a mistura das argamassas ...................... 57
Figura 21: Solução aquosa de NaOH ........................................................................ 57
Figura 22: Barras de argamassa em solução de NaOH ............................................ 59
Figura 23: Recipientes com as barras em estufa ...................................................... 59
Figura 24: Medição de barras de argamassa em relógio comparador ...................... 60
Figura 25: Concreto nos moldes prismáticos ............................................................ 62
Figura 26: Mistura manual do agregado graúdo ........................................................ 62
Figura 27: Medição de prisma de concreto no relógio comparador ........................... 63
Figura 28: Corpos de prova de argamassa em solução de NaOH ............................ 65
Figura 29: Aparelho EMIC DL-30000 ........................................................................ 65
Figura 30: Expansões do ensaio acelerado das barras de argamassa ..................... 66
Figura 31: Análise visual CPV-ARI ............................................................................ 68
Figura 32: Análise visual CPIV-RS ............................................................................ 68
Figura 33: Análise visual CAT 5% NaOH .................................................................. 69
Figura 34: Análise visual CAT 4% NaOH .................................................................. 69
Figura 35: Partículas de argamassa depositadas no fundo do recipiente ................. 70
Figura 36: Microscopia eletrônica de varredura para o cimento CPV-ARI ................ 71
Figura 37: Microscopia eletrônica de varredura para o cimento CPIV-RS ................ 72
Figura 38: Microscopia eletrônica de varredura para o CAT 5% ............................... 73
Figura 39: Microscopia eletrônica de varredura para o CAT 4% ............................... 74
Figura 40: Ensaio acelerado dos prismas de concreto .............................................. 76
Figura 41: Resistência à compressão CPIV-RS ........................................................ 78
Figura 42: Resistência à compressão CAT 5% ......................................................... 78
Figura 43: Resistência à flexão dos cimentos aos 28 dias ........................................ 79
Figura 44: Análise de MEV – CPV-ARI ..................................................................... 96
Figura 45: Análise de MEV – CPV-ARI ..................................................................... 97
Figura 46: Análise de MEV – CPIV-RS ..................................................................... 98
Figura 47: Análise de MEV – CPIV-RS ..................................................................... 99
Figura 48: Análise de MEV – CAT 5% NaOH............................................................ 99
Figura 49: Análise de MEV – CAT 5% NaOH.......................................................... 100
Figura 50: Análise de MEV – CAT 4% NaOH.......................................................... 101
Figura 51: EDS para o CPV-ARI ............................................................................. 103
Figura 52: EDS para o CPIV-RS ............................................................................. 105
Figura 53: EDS para o CPIV-RS ............................................................................. 106
Figura 54: EDS para o CAT 5% .............................................................................. 107
Figura 55: EDS para o CAT 4% .............................................................................. 109
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Comparativo entre as composições químicas entre as escórias de alto forno
com o cimento Portland ............................................................................................. 24
Tabela 2: casos registrados de RAA em obras hidráulicas ....................................... 32
Tabela 3 Tipos de cimentos Portland comercializados no Brasil............................... 39
Tabela 4: Composição química da escória ............................................................... 50
Tabela 5: Composição química dos Cimentos Portland ............................................ 52
Tabela 6: Massa específica dos cimentos ................................................................. 53
Tabela 7: Superfície específica dos cimentos ........................................................... 53
Tabela 8: Na2O equivalente dos cimentos utilizados ................................................ 54
Tabela 9: Granulometria requerida para o agregado do ensaio ................................ 56
Tabela 10: Granulometria do Agregado Graúdo ....................................................... 61
Tabela 11: Granulometria do Agregado Miúdo.......................................................... 61
Tabela 12: Principais componentes químicos dos géis encontrados ........................ 75
Tabela 13: Quantitativo de material para o ensaio de expansão em argamassa ...... 90
Tabela 14: Quantitativo de material para o ensaio de expansão em concreto .......... 90
Tabela 15: Quantitativo de material para o ensaio de resistência mecânica ............. 90
Tabela 16: Leituras das barras de CPV-ARI ............................................................. 92
Tabela 17: Comprimentos das Barras de CPV-ARI .................................................. 92
Tabela 18: Expansões das barras de CPV-ARI ........................................................ 92
Tabela 19: Leituras das barras de CPIV-RS ............................................................. 92
Tabela 20: Comprimentos das barras de CPIV-RS ................................................... 93
Tabela 21: Expansões das barras de CPIV-RS ........................................................ 93
Tabela 22: Leituras das barras de CAT 5% NaOH .................................................... 93
Tabela 23: Comprimentos das barras de CAT 5% NaOH ......................................... 93
Tabela 24: Expansões das barras de CAT 5% NaOH ............................................... 94
Tabela 25: Leituras das barras de CAT 4% NaOH .................................................... 94
Tabela 26: Comprimentos das barras de CAT 4% NaOH ......................................... 94
Tabela 27: Expansões das barras de CAT 4% NaOH ............................................... 94
Tabela 28: EDS para o CPV-ARI ............................................................................ 104
Tabela 29: EDS para o CPIV-RS ............................................................................ 106
Tabela 30: EDS para o CAT 5% .............................................................................. 108
Tabela 31: EDS para o CAT 4% .............................................................................. 110
Tabela 32: Leituras dos prismas de CPIV-RS ......................................................... 112
Tabela 33: Comprimentos dos prismas de CPIV-RS .............................................. 112
Tabela 34: Expansões dos prismas de CPIV-RS .................................................... 112
Tabela 35: Leituras dos prismas de CAT 5% NaOH ............................................... 113
Tabela 36: Comprimentos dos prismas de CAT 5% NaOH ..................................... 113
Tabela 37: Expansões dos prismas de CAT 5% NaOH .......................................... 113
Tabela 38: Resistência à compressão 1 dia ............................................................ 115
Tabela 39: Resistência à compressão 7 dias .......................................................... 115
Tabela 40: Resistência à compressão 28 dias ........................................................ 115
Tabela 41: Resistência à flexão 1 dia ...................................................................... 116
Tabela 42: Resistência à flexão 28 dias .................................................................. 116
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT
Al2O3
ASTM
C2S
C3A
C3S
C4AF
Ca
Ca(OH)2
CaO
CAT 4%
CAT 5%
CAT
CO2
CP
CP IV
CP IV-RS
CP’s
CPIII
CPV-ARI
CSH
DRX
EDS
Fe2O3
FeO
H2O
HT
IPT
K
K2O
KOH
Associação Brasileira de Normas Técnicas
Óxido de alumínio
American Society for Testing and Materials
Silicato dicálcico
Aluminato tricálcico
Silicato tricálcico
Ferroaluminato tetracálcico
Cálcio
Hidróxido de cálcio
Óxido de cálcio
Cimento álcali ativado com 4% de hidróxido de sódio
Cimento álcali ativado com 5% de hidróxido de sódio
Cimento álcali ativado
Dióxido de carbono
Cimento Portland
Cimento Portland pozolânico
Cimento Portland pozolânico resistente a sulfatos
Corpos de prova
Cimento Portland de alto-forno
Cimento Portland de alta resistência inicial
Silicato de cálcio hidratado
Difração de raios-x
Espectrometria por energia dispersiva de raios-x
Óxido de ferro (III)
Óxido de ferro (II)
Água
Hidrotalcita
Instituto de Pesquisas Tecnológicas
Potássio
Óxido de potássio
Hidróxido de potássio
MEV
MgO
Mn2O3
Na
Na2Co3
Na2O
Na2O3Si
Na2SO4
NaOH
NASH
NBR
OH
pH
RAA
S
Si
SiO2
TiO2
Microscopia eletrônica de varredura
Óxido de magnésio
Óxido de manganês (III)
Sódio
Carbonato de sódio
Óxido de sódio
Silicato de sódio (Water glass)
Sulfato de sódio
Hidróxido de sódio
Aluminosilicato de sódio hidratado
Norma Brasileira Regulamentadora
Hidroxila
Potencial hidrogeniônico
Reação álcali-agregado
Enxofre
Silício
Dióxido de silício
Dióxido de titânio
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................ 15
1.1 OBJETIVO GERAL .......................................................................................... 16
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................... 17
1.3 JUSTIFICATIVA .............................................................................................. 17
2 REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO ................................................................... 19
2.1 ESCÓRIA DE ALTO-FORNO .......................................................................... 19
2.1.1 Histórico da utilização da escória como aglomerante .................................. 19
2.1.2 Produção da escória de alto-forno ............................................................... 21
2.1.3 Composição química da escória .................................................................. 23
2.2 CIMENTO ALCALÍ ATIVADO (CAT) ............................................................... 25
2.2.1 Introdução aos sistemas álcali ativados ....................................................... 25
2.2.2 Mecanismos do Cimento Álcali Ativado ....................................................... 27
2.2.3 Influência da composição química da escória no CAT ................................. 28
2.2.4 Influência do ativador alcalino no CAT ......................................................... 29
2.3 REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO (RAA) ........................................................... 30
2.3.1 Histórico da RAA .......................................................................................... 30
2.3.2 Tipos de RAA ............................................................................................... 33
2.3.3 Mecanismos da reação álcali-sílica .............................................................. 33
2.3.4 Fatores que influenciam a RAA .................................................................... 35
2.3.5 Caracterização do gel da RAA ..................................................................... 37
2.3.6 Reação álcali-agregado no cimento Portland ............................................... 38
2.3.7 Reação álcali-agregado no cimento álcali ativado ....................................... 40
2.4 MÉTODOS PARA AVALIAÇÃO DA RAA ........................................................ 42
2.4.1 Método Acelerado de Barras de Argamassa ................................................ 43
2.4.2 Método dos Prismas de Concreto ................................................................ 44
2.4.3 Método Acelerado dos Prismas de Concreto ............................................... 44
3 METODOLOGIA .............................................................................................. 45
3.1 MATERIAIS ..................................................................................................... 46
3.1.1 Agregado ...................................................................................................... 46
3.1.2 Escória de Alto Forno ................................................................................... 48
3.1.3 Ativador Alcalino .......................................................................................... 51
3.1.4 Cimentos ...................................................................................................... 52
3.2 MÉTODOS ...................................................................................................... 55
3.2.1 Ensaio de expansão em argamassa ............................................................ 56
3.2.2 Análise Visual e Microestrutural ................................................................... 60
3.2.3 Ensaio de expansão em Concreto ............................................................... 61
3.2.4 Ensaios de Resistência Mecânica ................................................................ 63
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................... 66
4.1 EXPANSÃO EM ARGAMASSA ....................................................................... 66
4.2 ANÁLISE VISUAL ............................................................................................ 67
4.3 ANÁLISE DE MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV) ......... 71
4.4 EXPANSÕES EM CONCRETO ....................................................................... 76
4.5 RESISTÊNCIA MECÂNICA ............................................................................. 77
5 CONCLUSÕES ............................................................................................... 80
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................... 83
APÊNDICE A: QUANTITATIVO DE MATERIAIS UTILIZADOS NOS ENSAIOS ...... 89
APÊNDICE B: DADOS DE LEITURA DE VARIAÇÃO DIMENSIONAL EM BARRAS
DE ARGAMASSA ...................................................................................................... 91
APÊNDICE C: IMAGENS DA ANÉLISE DE MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE
VARREDURA ............................................................................................................ 95
APÊNDICE D: ANÁLISE DE ESPECTROSCOPIA DE ENERGIA DISPERSIVA .... 102
APÊNDICE E: DADOS DE LEITURA DE VARIAÇÃO DIMENSIONAL EM PRISMAS
DE CONCRETO ...................................................................................................... 111
APÊNDICE F: DADOS DO ENSAIO DE RESISTÊNCIA MECÂNICA ..................... 114
15
1 INTRODUÇÃO
Desde os primórdios da história o ser humano promove uma constante
transformação do meio em que vive. A partir da revolução industrial esse processo
vem acelerando cada vez mais, provocando efeitos irreversíveis para a vida no
planeta. Com isso, são inúmeros os estudos que buscam a sustentabilidade, de forma
a suprir as necessidades do ser humano sem comprometer o meio ambiente ou a
sobrevivência das gerações futuras, minimizando a liberação de gases prejudiciais a
atmosfera e visando a reutilização de resíduos eliminados nos processos industriais.
A indústria da construção civil é um dos setores que mais movimentam a
economia do país, participando em 6,4% do produto interno bruto (CÂMARA
BRASILEIRA DA CONSTRUÇÃO CIVIL, 2016). Além de ter grande participação na
economia, o setor é o que produz as estruturas com maior dimensão física no planeta,
sendo consequentemente o maior consumidor de recursos naturais (JOHN, 2000).
O cimento Portland é um dos materiais mais utilizados na construção civil,
sendo também uma das principais fontes de poluentes da atividade. Estima-se que as
indústrias cimenteiras são responsáveis por 5,0% das emissões mundiais de CO2.
(WORLD BUSINESS COUNCIL FOR SUSTEINABLE DEVELOPMENT, 2012).
Destas, cerca de 50% são decorrentes do processo químico, 40% da queima de
combustíveis fósseis e o restante do transporte (WORLD BUSINESS COUNCIL FOR
SUSTEINABLE DEVELOPMENT, 2002).
Como alternativa para a redução dessas emissões, a indústria cimenteira já
vem há algum tempo pesquisando e aplicando os cimentos com adições de rejeitos
industriais. Um desses produtos é a escória, subproduto da fusão de ferro gusa em
alto forno. Esta pode ser classificada como ácida ou básica dependendo de sua
composição química, sendo que, geralmente a escória ácida é proveniente de alto
forno a carvão vegetal, e a básica de fornos a coque.
O carvão vegetal é responsável por apenas 1% da produção de ferro gusa no
mundo. Porém, no Brasil, em 2013 foram produzidas 23,9 milhões de toneladas de
ferro gusa em fornos a coque, e 7,6 milhões de toneladas em fornos a carvão vegetal,
ou seja, 24,1% da produção brasileira é de escória proveniente de fornos a carvão
vegetal (SINDICATO DA INDÚSTRIA DE FERRO NO ESTADO DE MINAS GERAIS,
2013).
16
Enquanto a escória básica é utilizada quase em sua totalidade como adição
ao cimento, a ácida ainda é pouco aproveitada, por ser considerada menos reativa
quando comparada com a básica (JOHN, 1995), além de ser uma particularidade da
indústria brasileira.
Uma alternativa para o aproveitamento das escórias ácidas produzidas no
país é o cimento álcali ativado (CAT), uma mistura de escória vítrea e ativador alcalino.
Quando comparados aos cimentos tradicionais, estes apresentam vantagens como
um maior e mais rápido desenvolvimento da resistência à compressão, menor calor
de hidratação e maior resistência a ataques químicos (BILIM e ATIS, 2012).
Entretanto, um fator alarmante no CAT é o alto teor de álcalis nesse cimento,
pois este é um dos responsáveis pelo desenvolvimento da reação álcali-agregado
(RAA) em obras de engenharia. O que justifica essa preocupação é por seu
equivalente alcalino de Na2O% variar entre 2% e 5%, enquanto o do cimento Portland
(CP) não poderia ultrapassar em 0,6% (CHEN et al., 2002).
Porém, ainda são poucos os estudos referentes à influência da reação álcali-
agregado nesse tipo de cimento. Esta reação é um fenômeno químico que ocorre
entre hidróxidos alcalinos presentes no cimento com minerais reativos do agregado.
O produto dessa reação em contato com a umidade gera expansões no concreto em
diferentes intensidades e idades, podendo causar fissuras e deslocamentos na
estrutura da edificação além de prejudicar a funcionalidade desta (HASPARYK, 2005).
A RAA sofre uma grande variação de acordo com o teor de álcalis do cimento
e as características do agregado utilizado. Desta forma, levando em conta o alto teor
de álcalis do CAT produzido com a escória ácida, o presente trabalho visa avaliar este
cimento com os agregados reativos presentes na região de Pato Branco/PR.
1.1 OBJETIVO GERAL
Analisar o comportamento do cimento álcali ativado (CAT), em comparação
ao cimento Portland (CP), quanto a reação álcali-agregado (RAA), visando sua
aplicação em obras de Engenharia Civil.
17
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Caracterizar os CAT’s quanto ao seu comportamento mecânico e micro
estrutural;
Estudar a reatividade de agregado basáltico disponível na região de Pato
Branco/PR;
Analisar o comportamento do CAT quando sujeito à RAA, em comparação ao
cimento Portland;
Avaliar a influência do teor de ativador do CAT no seu comportamento quando
submetido a RAA;
1.3 JUSTIFICATIVA
As indústrias cimenteiras são grandes responsáveis pela poluição do meio
ambiente, produzindo cerca de uma tonelada de CO2 por tonelada de cimento Portland
produzido, além da necessidade de extração de 1,15 toneladas de calcário para sua
produção (AITCIN e MINDESS, 2011).
Essa alta demanda energética se faz necessária para a calcinação do
clínquer, em que uma mistura de calcário e argila devem ser colocados em fornos com
a temperatura de 1450°C. De acordo com o Sindicato Nacional da Indústria do
Cimento (SNIC, 2015), durante o ano de 2015 foram produzidas 64,9 milhões de
toneladas de cimento Portland no Brasil, lançando milhões de toneladas de CO2 na
atmosfera.
A partir desses dados, são muitas as alternativas estudadas para minimizar a
produção de clínquer. Um exemplo criado pela própria indústria são os cimentos com
adições, como o Cimento Portland de alto-forno (CP III), que tem de 35 a 70% de
escória de alto forno em sua composição (ABNT NBR 5735, 1991).
Uma outra opção pode ser a utilização de cimentos alternativos, como o
cimento álcali ativado, objeto principal deste estudo, que se baseia na reutilização de
um subproduto das metalúrgicas, sendo necessária apenas transformações com
baixa demanda de energia para sua utilização. Desta forma, evita-se a calcinação e a
consequente liberação de CO2, além de reaproveitar-se de um rejeito industrial.
18
Tem sido estimado que a substituição do cimento Portland pelo cimento álcali
ativado em concretos poderia reduzir a quantidade de CO2 lançado na atmosfera em
mais de 80% (DUXON et al., 2007 apud JUENGER et al., 2011).
Apesar de os CAT’s apresentarem bons resultados quanto a sua composição
micro estrutural e resistência mecânica, ainda são poucos os estudos de durabilidade
que avaliam a aplicação prática destes na construção civil. Alguns estudos ainda
necessários para a avaliação dos CAT’s são penetração por íons cloreto,
carbonatação e reação álcali-agregado, sendo este último o objetivo deste trabalho,
que configura a originalidade do mesmo.
No campo da RAA, existem alguns estudos internacionais avaliando este
cimento, porém nenhum com as escórias e agregados disponíveis em território
nacional. Desta forma, é importante para a aplicação do CAT um estudo que avalie
esta reação considerando as peculiaridades apresentadas no país, de forma a
verificar a possibilidade de sua utilização em obras sujeitas a RAA. De acordo com
SHI et al. (2015), estudos da reatividade álcali-agregado no CAT com agregados
naturais são relativamente limitados.
Com base nos estudos de resistência mecânica já realizados com os cimentos
álcali ativados e em métodos já consagrados para a avaliação da reação álcali-
agregado no cimento Portland, justifica-se a viabilidade de um estudo que avalie os
efeitos da RAA no CAT.
19
2 REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO
2.1 ESCÓRIA DE ALTO-FORNO
Segundo a ABNT NBR 5735 (1991), a escória é um subproduto da produção
do ferro gusa em alto forno, que quando submetida ao processo de resfriamento
brusco, denominado granulação, torna-se vítrea, adquirindo assim poder
aglomerante. Esta é composta principalmente por silicatos e alumino silicatos de
cálcio.
A partir do início do século XX a escória proveniente da indústria siderúrgica
tem sido largamente utilizada para as mais diversas aplicações, como para fabricação
de cimento, material de aterro, base e sub-base rodoviária, fertilizantes para o solo e
lastro ferroviário (CENTRO DE GESTÃO DE ESTUDOS ESTRATÉGICOS - CGEE,
2008).
2.1.1 Histórico da utilização da escória como aglomerante
O aparecimento de registros sobre a capacidade aglomerante da escória de
alto forno antecede em muitas décadas a patente do cimento Portland por Aspdin em
1824. Desde 1774, Loriot observava o poder aglomerante da escória quando
misturada com cal (MATHER 1957, apud PEREIRA, 2010).
Como o processo da granulação, responsável por tornar a escória vítrea, teve
seu primeiro registro em 1853, sugere-se que o primeiro cimento de escória foi
produzido em 1862 por Emil Lagen na Alemanha, a partir da moagem conjunta de
clínquer e escória (VENUAT, 1976, apud MASSUCATO, 2005).
Já, o primeiro registro de utilização comercial da escória como aglomerante
foi em 1895 na Alemanha, onde se produziam diariamente 7 mil blocos de alvenaria,
com escória granulada moída e cal hidratada (KERSTEN, 1921, apud JOHN, 1995).
Como primeiro registro legal, a norma suíça aprovada em 1901, incluía os
cimentos de escória misturados com cal hidratada ou hidráulica (LEDUC &
CHENU,1912, apud JOHN,1995).
Além de serem bastante aplicados na Europa, os cimentos de escória também
eram produzidos, no ano de 1937, em duas fábricas no Alabama, EUA, onde se
utilizava como matéria prima cal hidratada, escória de alto forno além de uma pequena
20
quantidade de hidróxido de sódio para acelerar a pega (WITHEY & ASTHON, 1939,
apud PEREIRA, 2010).
Por volta de 1940, mesmo sem perceber a dimensão de sua descoberta,
Purdon foi o primeiro a propor o princípio da ativação alcalina, o qual demonstrou que
o pH é um fator determinante para se iniciar as fases do produto, além do tipo de
aluminossilicato (PINTO, 2006).
Em sequência, na antiga união soviética, em 1960 começaram estudos sobre
um cimento de escória ativado com compostos alcalinos, e quatro anos depois se deu
início a produção em larga escala. Com a produção desse cimento e consequentes
estudos, em 1980 existiam fábricas que os produziam com resistência mecânica em
torno de 125 MPa (GLUKHOVSKY, ROSTOVSKAJA & RUMYNA, 1980, apud JOHN,
1995).
Entretanto, nessa mesma época os cimentos de escória sem clínquer
deixavam de ser utilizados no restante da Europa. Segundo JOHN (1995) esse
desinteresse nos cimentos de escória sem clínquer é devido à baixa resistência inicial,
tendência à fissuração devido a deterioração superficial quando em contato com o ar,
entre outros. Ou seja, as únicas vantagens dos cimentos de escória com cal,
produzidos na época, perante o cimento Portland, eram a alta resistência a água do
mar e baixo custo na produção.
Apesar da diminuição dos cimentos de escória, a utilização de escória como
adição no cimento Portland aumentou por todo o período. Como exemplo disso,
atualmente no Brasil, o CP III, cimento Portland de alto forno, consome quase toda a
produção de escória básica, proveniente dos altos fornos a coque das grandes
metalúrgicas. De acordo com o INSTITUTO DE AÇO BRASIL - IAB (2014), essa
porcentagem chega a 99%.
De acordo com MASSUCATO (2005), a fabricação de cimento Portland com
escória iniciou em 1952, a porcentagem de escória de alto forno adicionada nesse
cimento era de 30 a 50%. E no ano de 1977, foi aprovada pela ABNT NBR 5732
(1991), antiga EB – 1, a utilização de no máximo 10% de escória no cimento Portland,
sendo que apenas em 1991 foi normatizado o CP III. (BATAGIN e ESPER, 1988, apud
MASSUCATO, 2005).
21
2.1.2 Produção da escória de alto-forno
Para a produção de ferro gusa em alto-forno pode-se utilizar dois distintos
combustíveis, o carvão vegetal e o coque (carvão mineral). O carvão vegetal é
utilizado em fornos de pequeno a médio porte, e o coque em alto forno de grande
capacidade. Isso ocorre porque o carvão vegetal não suporta altas demandas de
pressões de carga, limitando assim o tamanho do alto-forno que funciona a partir
desse combustível. (SOARES, 1982, apud MASSUCATO, 2005)
Além disso, o carvão vegetal é uma particularidade brasileira, segundo o
CENTRO DE GESTÃO DE ESTUDOOS ESTRATÉGICOS - CGEE (2010). Enquanto
no mundo esse tipo de combustível tem uma aplicação de 1%, no Brasil essa
porcentagem está entre 25 a 30%. Isso se deve a alta disponibilidade dessa matéria-
prima, e a pequena parcela de jazidas de carvão mineral, sendo que o coque utilizado
no país é importado da Austrália.
Os maiores responsáveis pela produção de ferro gusa a partir do carvão
vegetal no Brasil são os produtores independentes. Isso faz com que a escória
decorrente desse processo geralmente não seja vendida para as cimenteiras, fazendo
com que o material se transforme em resíduos que se acumulam nos pátios dessas
indústrias.
A produção da escória de alto forno a carvão vegetal é decorrente da
combinação de reações entre a fusão do material inerte do minério de ferro, dos
materiais fundentes e das cinzas desse combustível, que ao chegarem a um nível
superior do alto-forno que estará em uma temperatura maior que 1200 °C, passam
para o estado líquido. Os principais compostos decorrentes dessa reação são os
silicatos e aluminatos (SOUZA, 2007). Ou seja, as escórias são pertencentes ao grupo
dos alumino-silicatos, e além disso são ricas em óxidos de metais alcalino-terrosos,
cálcio e magnésio (PINTO, 2006).
Na Figura 1 a seguir, observa-se a representação característica de um alto-
forno, equipamento no qual ocorre as reações para produção do ferro gusa e escória
de alto-forno, sendo este um reator térmico onde a carga sólida é descendente e os
gases redutores ascendentes (THOMAZ, 2010).
22
Figura 1: Representação gráfica de alto-forno Fonte: SEILNACHT, apud THOMAZ, 2010
Ao sair do alto forno, a escória que se encontra em uma temperatura de
1350°C à 1500°C, deve ser resfriada bruscamente para que seus íons não se
organizem de forma cristalina, e assim ela se torne uma escória vítrea (amorfa) e
consequentemente um material aglomerante, conforme pode-se observar na Figura 2
a seguir:
Figura 2: Processo de resfriamento brusco da escória de alto-forno Fonte: THOMAZ, 2010
23
Esse processo de resfriamento em alta velocidade da escória é chamado de
granulação, pois além de torna-la vítrea, também a reduz a grãos que lembram os da
areia natural (JOHN, 1995).
2.1.3 Composição química da escória
Como a escória é um rejeito da fusão do ferro gusa, na sua produção estão
contidas todas as impurezas presentes no minério de ferro e nos combustíveis, sendo
que ao juntá-las poderia ser formada uma mistura com ponto de fusão muito elevado,
o que traria prejuízos as metalúrgicas. De acordo com MASSUCATO (2005), para que
isso não ocorra, são adicionados materiais fundentes no alto-forno, controlando assim
a composição química da escória, e fazendo com que ela fique dentro de uma região
bem definida no diagrama de RANKIN (SiO2 – CaO – Al2O3) apresentado na Figura 3:
Figura 3: Diagrama de RANKIN
Fonte: BATAGIN e ESPER, 1988, apud MASSUCATO, 2005
A partir disso, as indústrias metalúrgicas mantêm a composição química da
escória constante, para que não ocorram desvios na produção que causariam
prejuízos nesse processo. E como pode-se observar nesse diagrama, as escórias
ácidas e básicas apresentam os mesmos compostos químicos que do cimento
24
Portland, porém as quantidades destes são variáveis. A Tabela 1 apresenta o
comparativo entre as composições químicas das escórias de alto-forno e do cimento
Portland:
Tabela 1: Comparativo entre as composições químicas entre as escórias de alto forno com o
cimento Portland
Escória ácida Escória básica Cimento Portland
CaO 24 – 39 40 – 45 66
SiO2 38 – 55 30 – 35 22
Al2O3 8 – 19 11 – 18 5
MgO 1,5 – 9 2,5 – 9 -
Fe2O3 0,4 – 2,5 0 – 2 3
FeO 0,2 – 1,5 0 – 2 -
S 0,03 – 0,2 0,5 – 1,5 -
CaO/SiO2 média 0,68 1,31 3
Fonte: (adaptado de JOHN, V. M., 1995)
De acordo com SOUZA (2007), as escórias provenientes de alto-forno a
carvão vegetal são geralmente classificadas como ácidas (A), enquanto o combustível
coque produz escórias básicas (B). Essa classificação foi citada por JOHN (1995) em
sua tese, que apresenta uma relação denominada índice de basicidade, baseada nos
óxidos ácidos e básicos presentes na escória. Nesta relação, se o valor de
CaO/SiO2>1 a escória é considerada básica (B), se CaO/SiO2<1, será considerada
escória ácida (A). Esta relação é a mais simples encontrada, pois compara os
compostos que são produzidos em maiores porcentagens na escória e que as
classificam corretamente.
Com isso, verifica-se que as escórias básicas são mais ricas em óxido de
cálcio, enquanto as ácidas apresentam maior quantidade de dióxido de silício. Sabe-
se que o CaO é considerado um óxido básico, enquanto o SiO2 é um óxido ácido,
sendo desta nomenclatura que surge a classificação das escórias em ácidas ou
básicas (SOUZA, 2007).
Durante anos, avaliava-se a hidraulicidade das escórias por comparações
entre a proporção de modificadores de cadeia e os formadores de cadeia, onde o CaO
é um modificador e o SiO2 é um formador. Considerava-se que o modificador
aumentava a reatividade e o formador diminuía.
Entretanto apenas esse fator não pode avaliar a hidraulicidade das escórias,
pois atualmente, sabe-se que as escórias ácidas também apresentam capacidades
aglomerantes tão válidas quanto as básicas (KIEL, 1952, apud JOHN 1995). Isto
também foi verificado em estudos realizados recentemente, onde foi comparada a
25
ativação alcalina por soda cáustica de escórias ácidas e básicas, e a que desenvolveu
os melhores resultados foi a ácida (LANGARO et al., 2016).
A ABNT NBR 5735 (1991), do cimento Portland de alto-forno, determina que
para uma escória ser utilizada como aditivo mineral ao cimento, sua composição
química deve respeitar a Equação 1:
𝐶𝑎𝑂+𝑀𝑔𝑂+𝐴𝑙2𝑂3
𝑆𝑖𝑂2 > 1 Equação 1
Com a veracidade dessa equação, a norma garante que a escória utilizada
possui capacidade aglomerante e com velocidade adequada das reações quando esta
inicia o processo de hidratação.
Apesar de apresentar propriedades hidráulicas latentes, ou seja, ganham
resistência mecânica quando misturadas com água, as reações de hidratação da
escória são lentas, o que limitaria sua aplicação comercial. Contudo, alguns ativadores
aceleram estas reações, sejam eles químicos, físicos ou térmicos (PEREIRA, 2010;
JOHN, 1995).
Os ativadores químicos têm a função de elevar o pH da escória, e assim
proporcionar mais rapidamente a dissolução da película superficial formada sobre os
grãos da escória quando estes entram em contato com a água.
Já os ativadores físicos estão relacionados à granulometria da escória, onde
a maior superfície específica dos grãos promove uma aceleração na hidratação das
escórias. Esta aceleração da hidratação também pode ser influenciada por maiores
temperaturas de cura, sendo que estas potencializam principalmente as reações
iniciais quando a escória é utilizada como aglomerante (SILVA, 1998).
2.2 CIMENTO ALCALÍ ATIVADO (CAT)
2.2.1 Introdução aos sistemas álcali ativados
Tem-se registros desde o ano 1940, onde Purdon estudou sobre a ativação
alcalina de escórias de alto-forno, onde obteve-se bons resultados de resistência
mecânica deste material (PINTO, 2006).
26
Outro fato histórico interessante sobre ativação alcalina foi realizado por
Glukhovsky Viktor em 1959, onde ele propôs a base da teoria de cimentos alcalinos,
onde estudando sobre as construções antigas de Roma e do Egito, denominou sua
teoria de “solo-cimento”, que desenvolveu a redescoberta de ligantes de base alcalina
a partir de alumino-silicatos, que apresentavam propriedades muito boas e possuía
campo de aplicação apreciáveis.
Após o desaparecimento de cimentos de escória sem clínquer nos anos 60,
durante o sétimo Congresso de química do Cimentos, em Paris no ano de 1980,
ressurge o interesse na escória como aglomerante. Neste, observa-se um grande
interesse em compostos que permitem a ativação das escórias sem a necessidade do
clínquer. Além disso, teve-se grande avanço nos estudos sobre a estrutura atômica
do vidro e na avaliação da hidraulicidade das escórias (JOHN, 1995).
Em sequência, no oitavo congresso, que aconteceu no Rio de Janeiro em
1986, houve um grande aumento em trabalhos sobre a avaliação da reatividade das
escórias, além de um foco sobre a ativação alcalina em cimentos de escória. Durante
essa época que se deu início aos estudos sobre cimento de escória no Brasil, que
teve como instituição pioneira o Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT). As
primeiras pesquisas realizadas no Brasil tinham como base a influência da finura da
escória, realizados por Tezuka, Florindo & Silva, no ano de 1984, e a ativação da
escória com variados teores de cal e gipsita. Em sequência, surgiram estudos com a
ativação da escória com compostos alcalinos, como o silicato de sódio (JOHN, 1995).
Esse mesmo autor define em sua tese o conceito de ativador, como um
produto que tem como função a aceleração no processo de dissolução da escória,
que permite a precipitação dos produtos hidratados. Diferentemente do clínquer
Portland, que se dissolve por ataque hidrolítico (ação das moléculas de água), a
escória dissolve-se por ataque hidroxílico (pelos íons de OH-). Com isso, os ativadores
ideais para ativação da escória são os alcalinos, que atuam aumentando o pH da
solução.
Após a dissolução da película de produtos de hidratação que protege os grãos
da escória, decorrente do aumento do pH da solução acima de 12, inicia-se a
precipitação de produtos hidratados, sendo que o primeiro composto a ser precipitado
é o Silicato de Cálcio Hidratado (CSH), o composto fundamental de todos os cimentos
(JOHN, 1995).
27
O gel CSH encontrado em cimentos provenientes de escória, também está
presente no cimento Portland, entretanto, estes se diferenciam um pouco devido a
menor concentração de Ca/Si encontrado nas escórias (PINTO, 2006).
2.2.2 Mecanismos do Cimento Álcali Ativado
O cimento álcali ativado, é uma mistura da escória de alto-forno vítrea com
um tipo de ativador alcalino (hidróxido ou silicato), composto capaz de aumentar a
reatividade da escória durante a hidratação. Quando comparado ao cimento Portland,
estes apresentam vantagens como resistência à compressão mais elevada em idades
iniciais, menor calor de hidratação e maior resistência a ataques químicos (BILIM e
ATIS, 2012).
O CAT é confeccionado por materiais ricos em alumino-silicatos e com
quantidade considerável de cálcio, como as escórias de alto-forno. Outro tipo de
material ativado alcalinamente é o geopolímero, este é um material constituinte do
sistema álcali ativado, que se diferencia dos demais por possuir baixa ou nenhuma
quantidade de cálcio em sua composição, e tem como gel resultante das reações
iniciais o N-A-S-(H), enquanto o CAT comum tem como principal produto da reação o
CSH (JUENGER et al., 2011; VASSALO, 2013).
O processo químico da ativação alcalina de escórias ainda é objeto de estudo
e discussão entre os autores, isso se deve à grande complexidade dos mecanismos
de intervenção dos álcalis nas diversas fases do processo, às variadas substâncias
ativadoras, composição química da matéria prima, graus de cristalização, entre outros.
Contudo, estudos realizados demonstram que o mecanismo de ativação pode ser
dividido basicamente em 3 fases. A primeira é a fase de destruição das ligações
covalentes, ou dissolução do sólido inicial, em que se tem a formação do gel CSH.
Seguido da fase de formação da estrutura de coagulação, precipitação do CSH.
Então, na terceira fase, verifica-se a polimerização, formação das macromoléculas
(PINTO, 2006).
Com relação a microestrutura do CAT na identificação de compostos
hidratados que desenvolvem a resistência mecânica desse cimento, geralmente são
observadas as fases de CSH em maior quantidade, além da hidrotalcita, quando o
ativador alcalino for o hidróxido de sódio ou silicato de sódio. Também foram
verificados em estudos que os cimentos ativados com hidróxido de sódio produzem
compostos de hidratação mais cristalinos, além disso o padrão de hidratação para
28
este ativador se demostrou mais complexo que para as pastas ativadas com silicato
de sódio (WANG & SCRIVENER, 1995).
Outro fator que influencia na resistência mecânica e de durabilidade dos
CAT’s é a cura, pois esse tipo de cimento se mostra muito sensível a esses processos,
tanto pela cura térmica quanto pela cura imersa ou seca (JUENGUER et al., 2011).
2.2.3 Influência da composição química da escória no CAT
Estudos recentes avaliam a influência da composição química da matéria-
prima no CAT. Isso se faz necessário pois a escória de alto-forno apesenta
composições química variáveis em função do combustível utilizado, minério de ferro,
impurezas presentes no alto-forno e fundentes. Segundo GRUSKOVNJAK et al.
(2008), os compostos químicos Al2O3 e CaO são os que reagem mais rápido, além de
que escórias que apresentam uma maior quantidade destes produzem corpos de
prova com maiores resistências à compressão.
Nessas pesquisas também foram concluídos que maiores quantidades de
óxido de manganês (MgO) presentes na escória, proporcionam maior resistência
mecânica e menor porosidade na microestrutura, além da formação de hidrocalcita
ser mais considerável, sendo essa um dos compostos hidratados do cimento. Outro
fator analisado foi a quantidade de Al2O3, quando encontrado em maior quantidade
diminuiu-se a taxa de hidratação da escória, contudo isso não influenciou na
resistência mecânica dos corpos de prova de argamassa, pelo contrário, as escórias
com mais alumina apresentaram maiores resistência mecânicas. Além disso, foi
observado nas escórias com maior quantidade de Al2O3 um menor calor de hidratação
durante suas reações (HAHA et al., 2011; HAHA et al., 2012).
Este estudo da composição química também foi realizado por LANGARO et
al. (2016), onde a escória com maior porcentagem de MgO e Al2O3, apresentou
melhores resultados de resistência mecânica e maior produção de hidratos, quando
sujeitos a ativação alcalina com NaOH. Isto se justifica, pois, o Al2O3 tem influência no
desenvolvimento da reação inicial na presença de NaOH como ativador alcalino, e o
MgO tem influência positiva tanto na resistência à compressão quanto na porosidade
da microestrutura.
Outros fatores relacionados a composição química das escórias vítreas, que
indicam se estas são adequadas para o processo de ativação alcalina, são as razões
molares CaO/SiO2 variando de 0,5 a 2,0, e Al2O3/SiO2 de 0,1 a 0,6. Entretanto, não é
29
regra que a resistência mecânica tenha uma boa relação com esses parâmetros
(TALLING et al., 1989 apud PROVIS et al., 2014).
2.2.4 Influência do ativador alcalino no CAT
O ativador alcalino também influi consideravelmente nas propriedades do
CAT, pois nesse tipo de cimento os íons alcalinos são um dos responsáveis pelas
propriedades ligantes do material, seja por sua natureza ou concentração. Com isso,
ele deve ser estudado de acordo com as características do material, como
composição química e finura (PINTO, 2006). Em estudos realizados recentemente no
Brasil, notou-se que o NaOH apresentou boa compatibilidade química e física,
apresentando resultados satisfatórios quanto resistência mecânica e microestrutura
na produção dos hidratos do cimento, como o CSH (LANGARO, 2016).
Os ativadores mais utilizados são os hidróxidos de metais alcalinos (KOH e
NaOH), cal hidratada (Ca(OH)2), os silicatos de sódio ou potássio, sulfetos de cálcio
hidratado, carbonato de sódio, ou a mistura entre alguns destes compostos (JOHN,
1995).
O JOHN (1995) ainda diz em sua tese, que os hidróxidos de sódio e potássio
produzem soluções com elevado pH. Além disso, diminuem a solubilidade do CaO na
solução, facilitando a precipitação dos compostos hidratados. Do ponto de vista de
PUERTAS (1995) o NaOH, o Na2CO3 e o silicato de sódio são os mais eficazes para
a ativação das escórias, por esses acelerarem a dissolução da escória ao elevarem o
pH acima de 12, e facilitarem a formação de hidratos estáveis de baixa solubilidade,
além de favorecer a formação de uma estrutura compacta.
Contudo, em alguns estudos observou-se que o NaOH faz o papel de
catalisador da reação, pois devido a sua alta solubilidade ele dificilmente reage com
os óxidos da escória para a formação de produtos hidratados. Outros ativadores,
como os sulfatos, são responsáveis pela formação de produtos hidratados, como a
etringita (CHEN et al., 2007). Sendo esta etringita composto encontrado geralmente
em cimento Portland e Supersulfatados, conforme analisado em estudo realizado por
RUBERT (2015).
Estudos realizados na Suíça por HAHA et al. (2001) levaram em consideração
a contribuição da quantidade de óxido de magnésio (MgO) para a resistência dos CAT,
relacionando-a com dois ativadores, o NaOH e Na2O3Si (water glass). Para escória
com maior quantidade de MgO o melhor ativador foi o water glass, onde a quantidade
30
desse composto deve ser superior a 8%. Já para as escórias com menos MgO é
recomendável a utilização do NaOH, que promove uma melhor hidratação nas idades
iniciais, além de que as pastas ativadas com hidróxido de sódio formam um gel de
Silicato de Cálcio hidratado (CSH) mais cristalino e com menos água. Isto foi verificado
por LANGARO (2016), onde a escória estudada possuía porcentagem de MgO inferior
a 8%, e apresentou melhores resultados quando ativada com NaOH.
Dando sequência a este estudo, HAHA et al. (2012) observou o efeito do Al2O3
nas reações do CAT, verificando-se que para o ativador NaOH as escórias com maior
quantidade de alumina promoveram um pequeno aumento na resistência mecânica,
enquanto para o water glass a maior quantidade de alumina fez abaixar a resistência
mecânica.
Através de estudos como esse, foi verificado que a cinética das reações de
hidratação do CAT com escória é altamente influenciada pelo ativador, além de que a
composição química dessa matéria prima deve influenciar na escolha do ativador
alcalino, pois essa também é um fator que interfere nessas reações (SHI et al., 1995
apud LANGARO, 2016).
2.3 REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO (RAA)
A reação álcali-agregado é a reação patológica que ocorre no concreto, entre
os hidróxidos alcalinos provenientes principalmente do cimento, e minerais reativos
do agregado. Esta reação gera produtos capazes de expandir na presença de
umidade, provocando fissurações, deslocamentos e podendo comprometer a
estrutura (HASPARYK, 2005).
2.3.1 Histórico da RAA
Ao longo das décadas de 1920 e 1930, foi observado um grande número de
fissuras nos pavimentos de concreto da Califórnia (PREZZI et al., 1997). Em 1940,
Stanton atribuiu essas fissuras a uma reação deletéria entre a sílica do agregado e os
álcalis do cimento (STANTON, 1940 apud HASPARYK, 2005).
Segundo MIZUMOTO (2009), nos anos de 1940 e 1941, os Estados Unidos
iniciaram pesquisas na área, devido à constatação da reação em barragens e obras
de arte de rodovias. No mesmo período a Austrália iniciou um programa de pesquisas
visando entender o mecanismo da RAA.
31
O mesmo autor afirma que na África do Sul ocorreram os primeiros registros
da reação e o início dos estudos sobre o tema na década de 1970. Já a China
identificou a deterioração de estruturas na década de 1990.
Na década de 1970 novos casos de RAA foram descobertos, inclusive em
obras que haviam tido seus agregados previamente avaliados segundo os métodos
da época, sugerindo que o conhecimento e as metodologias que se tinha sobre a
reação ainda não estavam suficientemente aprimorados (SILVA, 2007). HASPARYK
et al. (2006) sugerem que a crise do petróleo, que provocou uma necessidade de
maior eficiência energética e consequente maior teor de álcalis nos cimentos, também
contribuiu para o aumento dos casos de RAA.
A partir da década de 1990 foram elaborados novos métodos para a avaliação
da reação álcali-agregado, devido à grande quantidade de casos reportados em todo
o mundo. Entre estes, estão o método acelerado das barras de argamassa (ASTM C
1260) e o método dos prismas de concreto (ASTM C 1293) (SILVA, 2007).
No Brasil, de acordo com ANDRIOLO (2000), as primeiras ocorrências da
reação foram observadas no início da década de 1960, durante estudos na Barragem
de Jupiá, com 1,6 milhões de m³ de concreto. O autor levantou um número de 19
hidrelétricas afetadas pela RAA no território nacional até o ano de 2000. Além de
danos em barragens, são reportados efeitos da reação em tomadas d’água, casas de
força, vertedouros e eclusas. A Figura 4 mostra os efeitos da RAA em uma barragem
nos EUA:
Figura 4: Fissuração mapeada em barragem provocada pela RAA Fonte: ACRES (2005), apud TIECHER (2006)
Além das hidrelétricas, também há relatos da reação em pontes, viadutos,
obras portuárias, termoelétricas, fundações de edifícios (Figura 5), e túneis
(HASPARYK et al., 2006).
32
Figura 5: Fissuração provocada pela RAA em bloco de fundação no Recife Fonte: ANDRADE (2006), apud COUTO (2008)
Atualmente, considera-se que as principais jazidas de agregados reativos do
mundo estão localizadas nos Estados Unidos, leste do Canadá, Austrália, Nova
Zelândia, África do Sul, Alemanha, Inglaterra e Islândia (VALDUGA, 2002).
A Tabela 2 apesenta os casos registrados de reação álcali-agregado em obras
hidráulicas até 1998. Nota-se que o Brasil é o país com o terceiro maior número de
casos de RAA em obras hidráulicas, ficando atrás apenas de Canadá e Estados
Unidos.
Tabela 2: casos registrados de RAA em obras hidráulicas
País Nº de Casos
Canadá 41
Estados Unidos 29
Brasil 20
África do Sul 10
França 05
País de Gales 05
Portugal 04
Austrália 02
Índia 02
Paquistão 02
Argentina 01
Áustria 01
Costa do Marfim 01
Ghana 01
Inglaterra 01
Moçambique 01
Nigéria 01
Quênia 01
Romênia 01
Suiça 01
Uganda 01
Zambia 01
Fonte: KIHARA et al., 1998, apud TIECHER, 2006
33
2.3.2 Tipos de RAA
A reação álcali-agregado pode ser dividida em três formas, de acordo com os
tipos de agregados que participam da reação. São eles: reação álcali-sílica, reação
álcali-silicato e reação álcali-carbonato (VALDUGA, 2002).
Segundo TIECHER (2006), essas classificações visam agrupar os minerais
reativos pelo mecanismo de expansão provocado por eles, facilitando medidas de
mitigação. A autora também afirma que a reação álcali-sílica e a reação álcali-silicato
não apresentam grandes diferenças em seu mecanismo de expansão, mas são
diferidas pela complexidade e velocidade com que ocorrem.
A reação álcali-sílica é a mais comum entre as três, sendo também a que
ocorre mais rapidamente. Nesta, os hidróxidos do cimento reagem com alguns tipos
de sílica presentes nos agregados (VALDUGA, 2002; HASPARYK, 2006). Nesta
reação normalmente ocorre exsudação de gel composto por sílica e álcalis na
superfície de concreto.
A reação álcali-silicato é definida pela ABNT NBR 15577-1 (2008) como um
tipo específico de reação álcali-sílica, entre os álcalis do cimento e alguns tipos de
silicatos.
Os silicatos causadores desta reação estão presentes em algumas rochas
sedimentares (argilitos, siltitos, folhelhos argilosos e grauvacas), metamórficas
(gnaisse e quartzitos), e magmáticas (granitos). Apesar da semelhança com a reação
álcali-sílica, esta é mais lenta, devido aos minerais reativos estarem mais
disseminados na matriz, e à presença de quartzo deformado (VALDUGA, 2002).
Já a reação álcali-carbonato é a reação em que agregados carbonáticos
contendo calcário dolomítico reagem com os álcalis do cimento (VALDUGA, 2002).
Nesta reação, não ocorre a formação de gel expansivo, mas sim a chamada
desdolomitização, que enfraquece a ligação entre pasta e agregado, provocando
fissurações (ABNT NBR 15577-1, 2008).
2.3.3 Mecanismos da reação álcali-sílica
A reação álcali-sílica se dá entre os álcalis presentes no cimento e a sílica do
agregado. De acordo com VALDUGA (2002), isso ocorre pois em meio com alto teor
de álcalis a sílica torna-se muito mais solúvel.
34
Neste cenário, COUTO (2008) resume as reações químicas que formam o gel
expansivo em 3 etapas:
Etapa 1: Inicialmente, as hidroxilas (OH-) presentes no cimento reagem com
a superfície da sílica presente no agregado, produzindo ligações do tipo silanol (Si-
OH) (Equação 2):
Si-O-Si+ + OH- → Si-O-Si-OH Equação 2
Etapa 2: As hidroxilas atacam então o grupo silanol, em uma reação típica
ácido-base (Equação 3). A equação é então balanceada pelos íons (Na+ e K+),
formando um gel sílico-alcalino (Equações 4 e 5):
Si-OH + OH- → Si-O- + H2O Equação 3
Si-O- + Na+ → Si-ONa Equação 4
Si-O- + K+ → Si-OK Equação 5
Etapa 3: Os íons de hidroxila excedentes atacam então as ligações internas
da sílica (grupo siloxano) (Equações 6 e 7), desintegrando a sílica e deixando em
solução monômeros de silicatos (Equação 8), e propiciando a absorção de água e
íons alcalinos (Equações 9, 10 e 11):
Si-O-Si + 2OH- → Si-O- + -O-Si + H2O Equação 6
2SiO2 + OH- → SiO5/2- + SiO5/2H Equação 7
SiO5/2- + OH- + ½ H2O → H2SiO4
2- Equação 8
H2SiO42- + 2Na+ → Na2H2SiO4 Equação 9
H2SiO42- + 2K+ → K2H2SiO4 Equação 10
H2SiO42- + 2Ca2+ → CaH2SiO4 Equação 11
Segundo VALDUGA (2002), inicialmente são os íons Na+ e K+ que se unem
aos monômeros para formar o gel (Equações 10 e 11). Porém, como a migração
desses íons é lenta, começa a ocorrer também a reação com o Ca+ (Equação 11).
Desta forma, o gel formado pode ter uma composição química variável de acordo com
os tipos de agregado, proporção de materiais, posição do gel no interior do concreto
(VALDUGA, 2002; HASPARYK, 2005)
35
Existem teorias que sugerem que um gel com alto teor de cálcio não produz
grandes expansões quando exposto à água, e consequentemente não gera
fissurações no concreto (HELMUTH e STARK, 1992 apud VALDUGA, 2002).
A produção do gel, por si, não causa fissuração no concreto. Porém, quando
em contato com a água, este expande e provoca pressões hidráulicas, que se
ultrapassarem a resistência à tração do concreto causam fissurações (VALDUGA,
2002).
2.3.4 Fatores que influenciam a RAA
Diversos fatores determinam a ocorrência da reação álcali-agregado, estando
estes relacionados com os materiais constituintes do concreto, condições ambientais
e com agentes inibidores da reação (TIECHER, 2006).
De acordo com WANG (1990) apud TICHER (2006), os fatores que afetam a
RAA podem ser classificados em:
Agentes relacionados ao meio ambiente: umidade, temperatura, ciclos de
molhagem e secagem;
Agentes químicos: sais, aditivos aceleradores de pega e superplastificantes;
Agentes relacionados ao concreto: teor de álcalis do cimento, fator a/c,
dimensão e composição dos agregados;
Agentes que controlam a reação: adições pozolânicas, teor de ar incorporado,
porosidade dos agregados, aditivos químicos inibidores de expansão.
O teor de álcalis é um fator com grande influência na reação, pois a
concentração de hidróxidos alcalinos na solução influencia o seu pH (TICHER, 2006).
Quanto maior o teor de álcalis, maior o pH, e consequentemente maior a solubilidade
da sílica presente nos agregados.
De acordo com NEVES (2010), álcalis são os elementos que se localizam na
primeira coluna da Tabela periódica, embora somente sódio e potássio sejam
considerados álcalis na química do cimento. Somente os chamados álcalis ativos
participam do ataque à sílica ativa dos agregados, ou seja, aqueles que não ficam
fixos na estrutura dos silicatos de cálcio hidratados ou dos próprios agregados
(OBERHOLSTER, 1983, apud NEVES, 2010)
O teor de álcalis do cimento é geralmente medido como equivalente alcalino
em sódio, através da Equação 12 (SANCHEZ, 2008). De acordo com BÉRUBÉ (2002)
36
apud NEVES (2010), para um cimento se considerado de baixo teor alcalino, este
deve ter um Na2O equivalente inferior a 0,60%.
Na2O equivalente (%) = Na2O (%) + 0,658 K2O (%) Equação 12
Porém, somente a avaliação do teor de álcalis do cimento não é suficiente
para verificação da ocorrência da reação álcali-agregado, pois, para um mesmo
cimento, um concreto com maior quantidade de material cimentício por m³ possui um
maior teor de álcalis. Desta forma, há um consenso entre os pesquisadores da área
em avaliar o teor de álcalis do concreto, e não somente do cimento (NEVES, 2010;
PIRES, 2009; SANCHEZ, 2008). De acordo com BÉRUBÉ (2000) apud SANCHEZ
(2008), um limite no teor de álcalis de 3kg/m³ de concreto em geral é eficiente para
minimizar a RAA.
Outro fator com grande influência na RAA são os agregados. Quanto mais
desorganizada a estrutura mineral do agregado, mais intensa tende a ser a reação.
Os minerais podem ser classificados em ordem decrescente de reatividade como os
com estrutura amorfa (opala e vidro vulcânico), microcristalina e criptocristalina
(calcedônia), metaestável (tridimita e cristobalita) e cristalina (quartzo, feldspato e
filossilicato) (HASPARYK et al, 2006).
Além da estrutura e composição, o tamanho dos grãos dos agregados
também influencia na reação, sendo que quando este diminui, as expansões
aumentam (TICHER, 2006).
Estudos também indicam que existe um “teor péssimo” de agregados reativos,
ou seja, um teor de agregados reativos em que as expansões são maiores. Isso pode
ser explicado pelo fato de que um excesso de agregados reativos em relação aos
álcalis implica em um consumo rápido destes pela sílica (PAULON, 1981, apud
PIRES, 2009).
Entre os fatores externos ao concreto, o principal é a umidade. De acordo
com IDORN (1992) apud VALDUGA (2002), embora o gel se forme a umidades
inferiores, é necessária uma umidade superior a 80% para que este expanda. A
temperatura também pode funcionar como um acelerador ou retardador da reação,
sendo o aumento das expansões diretamente proporcional a elevações na
temperatura (COUTO, 2008).
37
2.3.5 Caracterização do gel da RAA
Diversos autores buscam identificar a presença e as características do gel da
reação álcali-agregado, visando entender os mecanismos da reação.
Para isto, a técnica mais utilizada é a microscopia eletrônica de varredura, que
permite a obtenção de imagens de alta resolução das amostras, aliada à
espectrometria por energia dispersiva de raios-X, que apresenta a composição
química para determinados pontos das imagens (HASPARYK, 2005). Desta forma, o
gel pode ser caracterizado quanto à sua morfologia e composição química.
As morfologias mais encontradas na literatura para o gel são a forma gretada
(Figura 6), rendada (Figura 7), e cristalizado, em forma de rosáceas (Figura 8):
Figura 6: Gel maciço gretado Fonte: ARRAIS, 2011
Figura 7: Gel rendado Fonte: ARRAIS, 2011
Figura 8: Gel em forma cristalizada Fonte: ARRAIS, 2011
A composição química do gel em geral é cálcico-sílico-alcalina, podendo o
álcali ser o sódio ou o potássio. A proporção de cada um dos elementos, além da
presença de outros em menor quantidade, é bastante variável (ARRAIS, 2011;
38
HASPARYK, 2005; TIECHER, 2006; VALDUGA, 2002). Uma característica do gel da
RAA é sua relação CaO/SiO2 inferior a 1,5, sendo que relações superiores a este valor
podem caracterizar produtos da reação do cimento (TIECHER, 2006).
A bibliografia não apresenta uma relação da morfologia do gel com sua
composição química, tampouco com as expansões provocadas pela reação, sendo
que foram observadas as mesmas morfologias tanto para reações consideradas
deletérias quanto para outras consideradas inócuas (ARRAIS, 2011; HASPARYK,
2005; TIECHER, 2006; VALDUGA, 2002).
O gel pode ser observado principalmente na interface entre a pasta e o
agregado, e nos poros da argamassa. TIECHER (2006) e ARRAIS (2011) observaram
a presença do produto da reação mesmo em corpos de prova com expansões
classificadas como inócuas, porém em menor quantidade, e principalmente nos poros.
2.3.6 Reação álcali-agregado no cimento Portland
O Cimento Portland (CP) é composto por uma mistura de calcário, sílica e
alumina provenientes da argila, óxido de ferro e sulfato de cálcio. Sendo que
primeiramente é realizada a clinquerização, mistura entre calcário e argila em fornos
rotativos onde a temperatura pode alcançar 1500°C, que proporciona a ocorrência de
várias reações químicas durante o processo para a formação do clínquer. Em
sequência esse material é resfriado e levado a moinhos juntamente com o sulfato de
cálcio, prevenindo assim a pega instantânea do cimento, ao final desse processo o
produto resultante é o cimento Portland comercializado (NEVILLE et al., 2013).
São destacados como principais compostos do cimento o Silicato tricálcico
(C3S), Silicato dicálcico (C2S), Aluminato tricálcico (C3A) e o Ferroaluminato
tetracálcico (C4AF). Destes, os mais importantes são os silicatos C3S e C2S, pois são
os responsáveis pela resistência mecânica dos compostos do cimento, enquanto o
C4AF ao reagir com a gipsita forma um composto (sulfoferrito de cálcio) que acelera a
hidratação destes silicatos (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
Existem também alguns compostos secundários no cimento, como o MgO,
TiO2, Mn2O3, K2O e Na2O. Apesar de constituírem uma pequena parcela da massa do
cimento, dois deles são de fundamental importância, sendo estes os óxidos de sódio
e potássio (Na2O e K2O). Estes compostos são conhecidos como álcalis, pois podem
reagir com alguns agregados, causando assim a reação álcali-agregado, responsável
pela desintegração do concreto (NEVILLE et al., 2013).
39
Atualmente são tomadas diversas medidas que diminuem a ocorrência da
RAA, na Inglaterra uma das principais medidas recomendadas é a utilização de
cimento Portland comum com adições, pelo menos 50% de escória granulada de alto-
forno ou 25% de cinza volante, garantindo que o teor de álcalis fornecido ao concreto
não ultrapasse 3,0 kg/m³.
Segundo TIECHER (2006) as adições pozolânicas impedem a reação álcali-
agregado pois ao reagirem com o hidróxido de cálcio do cimento Portland provocam
uma diminuição do pH da solução dos poros, inibindo assim a reação.
Outro fator que combate a RAA com adições minerais é que a sílica presente
nestas reage com os álcalis do CP antes da sílica presente nos agregados do
concreto, e esta reação que ocorre primeiramente não é prejudicial, pois o produto
silicoso, finamente divido, é inofensivo por não acarretar em expansões (DIAMOND,
1984, apud TIECHER, 2006).
Atualmente no Brasil são produzidos cimentos Portland com variadas
porcentagens de adições, nessas opções tem-se dois tipos com altas porcentagens
de adições, que podem ser usados para prevenirem o desencadeamento da reação
álcali-agregado. Na Tabela 3 a seguir tem-se os tipos de CP comercializados no Brasil
e suas adições.
Tabela 3 Tipos de cimentos Portland comercializados no Brasil
Tipo
Sigla
Classe resistência
(MPa)
Composição Norma
Brasileira Clínquer +
gesso Escória
alto forno
Pozolana
Fíler
Comum CP I-S 32 ou 40 90-95 - 1-5 - NBR 5732
Composto
CP II-E 32 ou 40 56-94 6-34 - 0-10
NBR 11578
CP II-Z 32 ou 40 76-94 - 6-14 0-10
CP II-F 32 ou 40 90-94 - 0 6-10
Alto forno CP III 32 ou 40 30-65 35-70 0 0-5 NBR 5735
Pozolânico CP IV 32 45-85 - 15-50 0-5 NBR 5736
Alta resistência
inicial
CP ARI - 95-100 - - 0-5 NBR 5733
Fonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DO CIMENTO PORTLAND, 2002
Em estudo realizado por TIECHER (2006), concluiu-se que o CP IV, ou
cimento Pozolânico, gerou menores expansões comparando-se com os outros tipos
de cimento, então recomenda-se que na execução de grandes obras sujeitas a reação
álcali-agregado seja utilizado o CP IV.
40
2.3.7 Reação álcali-agregado no cimento álcali ativado
Com o intuito de se obter resultados sobre a durabilidade do CAT, estudos
vêm sendo desenvolvidos nessa área há algum tempo. O interesse nesse tipo de
pesquisa ocorre por esse cimento apresentar uma alta quantidade de álcalis na sua
composição, sendo que o equivalente de Na2O% varia de 2% a 5%, devido ao ativador
alcalino adicionado na escória, enquanto no cimento Portland este teor é bastante
inferior (CHEN et al., 2002).
BAKHAREV et al. (2001) realizaram um estudo de RAA em concretos de
cimento álcali ativado e de cimento Portland (CP), através do método de ensaio lento
da norma ASTM C 1293 (Método dos prismas de concreto), em que se verifica as
expansões dos corpos de prova no decorrer de um longo tempo. No estudo foram
realizadas medições até a idade de 22 meses. Os autores utilizaram em sua pesquisa
um CAT com teor de Na2O equivalente de aproximadamente 8,0%. Como conclusão
desse estudo foi considerado que o CAT obteve maior expansão que o cimento
Portland, sendo que nos primeiros 50 dias alcançou uma expansão de 0,04% e no
final dos 12 meses chegou a 0,1%, enquanto o Portland alcançou 0,03% após os 22
meses de análise.
Entretanto, no estudo realizado por PUERTAS et al. (2009) com o ensaio
acelerado segundo a norma ASTM C 1260 (Método acelerado das barras de
argamassa), onde os corpos de prova foram submetidos no decorrer de um mês em
solução de 1M de NaOH a 80 °C, comparando-se resultados de CAT e CP para
diversos agregados, observou-se que os corpos de prova de CAT tiveram uma
expansão 4 vezes menor que os de CP. Além disso, ao serem submetidos a essas
condições do ensaio, os CAT’s tiveram um aumento em sua resistência mecânica a
compressão, e diminuição na porosidade.
Outro fator analisado foi a influência do tipo da escória utilizada para o
desenvolvimento da RAA. No estudo realizado por CHEN et al. (2002), foram
comparadas as expansões em escórias básicas, ácidas e neutras, classificadas pela
relação (CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3): se for >1 é básica, <1 é ácida e se a relação foi
igual a 1 a escória é considerada neutra. A conclusão foi que as escórias são
inibidoras da RAA, e devido a composição química desses materiais, a escória ácida
foi a que se mostrou mais eficiente para inibir a RAA. Os resultados podem ser
observados na Figura 9:
41
Figura 9: Relação do tipo de escória com a expansão Fonte: adaptado de CHEN et al. (2002)
Esses mesmos autores também compararam o CAT com o CP no ensaio lento
de primas de concreto, e em seus resultados as expansões nos corpos de prova de
CAT foram significativamente inferiores às dos de CP. Segundo eles, os álcalis
participam das reações de hidratação do CAT como componentes independentes,
causando uma redução nos álcalis livres.
Uma melhor explicação para esse evento, foi dada por THOMAS (2011) apud
SHI et al. (2015). Segundo os autores, o CAT possui menor expansão com relação ao
CP devido ao baixo teor Ca/Si. O C-S-H decorrente de reações que possuem menor
relação Ca/Si atrai uma maior quantidade de álcalis para sua formação.
Com relação a influência do tipo de ativador alcalino na RAA, foi observado
que o NaOH é o que apresenta menos expansões nesse tipo de reação, seguido pelo
Na2SO4, Na2CO3 e por último o waterglass (CHEN et al., 2002).
O teor de ativador alcalino também é determinante para o aumento de
expansões devido a RAA, e dependendo do tipo deste material, o teor adotado pode
elevar drasticamente essas expansões. Isso pode ser justificado pelo aumento de
álcalis adicionados aos CAT’s. Em seu estudo YANG et al. (1999) apud SHI et al.
(2015) verificaram que o teor de NaOH tem pouca influência nas expansões dos
corpos de prova de CAT, enquanto o teor do ativador Na2O.nSiO2 é um fator
determinante para o aumento das expansões nos corpos de prova, como pode-se
observar na Figura 10:
42
Figura 10: Influência do tipo e teor de ativador na expansão Fonte: adaptado de YANG et al. (1999) apud SHI et al. (2015)
Outro fato observado pelos autores, é que a alta quantidade de álcalis e a alta
resistência mecânica inicial dos CAT’s causam baixas expansões decorrentes da RAA
em idades iniciais. Desta forma recomenda-se uma duração dos ensaios com esse
tipo de cimento superior aos de CP, pois estes podem desencadear a RAA mais
lentamente (SHI et al., 2015).
2.4 MÉTODOS PARA AVALIAÇÃO DA RAA
Diversos estudos no campo da reação álcali-agregado vêm sendo realizados,
com diversos métodos encontrados na literatura. Porém, ainda não foi definido um
método rápido e eficaz para a sua avaliação. Desta forma, na maioria dos casos é
adotado um conjunto de ensaios a fim de verificar a reatividade dos agregados
(TICHER, 2006)
Os ensaios para avaliação da RAA podem ser classificados em dois tipos:
métodos que avaliam unicamente o agregado (análise petrografia, Osipov, método
químico, método das rochas carbonáticas), e métodos que avaliam o conjunto
cimento/agregado (método das barras, método acelerado, método dos prismas de
concreto) (VALDUGA, 2002).
43
Devido ao fato de o presente trabalho ter foco na avaliação do comportamento
dos cimentos frente à reação álcali-agregado, serão apresentados nesta seção
somente os métodos que avaliam o conjunto cimento/agregado.
2.4.1 Método Acelerado de Barras de Argamassa
O Método Acelerado de Barras de Argamassa é normatizado no pela ASTM
C-1260 (2007) e ABNT NBR 15577-4 (2008), e é, devido à sua velocidade de
avaliação, o método mais utilizado no mundo (SANCHEZ, 2008).
O ensaio consiste na confecção e imersão de barras de argamassa em uma
solução de hidróxido de sódio a 80 ºC por um período de 30 dias, fazendo-se leituras
de expansão aos 16 e 30 dias contados a partir de sua moldagem, e em períodos
intermediários (ABNT NBR 15577-4, 2008).
A ASTM C-1260 (2007) define um limite de expansão de 0,20% aos 16 dias,
acima do qual a reação é considerada deletéria. Expansões entre 0,10% e 0,20% são
classificadas como potencialmente deletérias, e abaixo de 0,10%, como inócuas. Já a
ABNT NBR 15577-4 (2008) classifica como potencialmente inócua a reação com
expansão abaixo de 0,19% aos 30 dias, e acima desse limite como potencialmente
reativa.
Existe uma grande discussão na bibliografia a respeito da confiabilidade
desse método, principalmente no que se refere à duração do ensaio e às condições
altamente agressivas em que é executado. De acordo com THOMAS et al. (2006)
apud DAHER (2009), os resultados do método não reproduzem com precisão a
realidade, porém podem garantir segurança à prevenção da RAA.
Já SILVA (2007) afirma que, devido às condições as quais as amostras são
submetidas, agregados não reativos podem ser classificados como potencialmente
reativos (falsos-positivos). Além disso, agregados com reativos com comportamento
mais lento podem ter sua expansão não detectada, mesmo aos 30 dias (falsos-
negativos).
Para tentar minimizar os erros do ensaio acelerado, diferentes países
possuem limites de expansão e tempos de duração de ensaios variados, de forma a
adaptar o ensaio às características do agregado local (SANCHEZ, 2008).
44
2.4.2 Método dos Prismas de Concreto
O Método dos Prismas de Concreto é normatizado pela ASTM C1293 (2008)
e pela ABNT NBR 15577-6 (2008) (DAHER, 2009). Neste, são confeccionados
prismas de concreto mantidos em ambiente com umidade relativa de 95%, à
temperatura de 38 ºC. Devem ser feitas medições de expansões aos 7, 28 e 56 dias,
e posteriormente medidas mensais até o período de 12 meses (ABNT NBR 15577-6,
2008).
Tanto a ASTM C1293 (2008) quanto a ABNT NBR 15577-6 (2008)
caracterizam como inócua a reação que apresentar expansão inferior a 0,04% após
12 meses, e como potencialmente reativa a que ultrapassar esse valor.
O método apresenta como vantagens a possibilidade de avaliação de
agregados graúdos ou miúdos, ou de uma combinação de ambos, além da
confiabilidade, devido às condições semelhantes às de campo.
Vários autores afirmam que não foram encontrados agregados considerados
inócuos pelo ensaio com comportamento reativo em campo (SANCHEZ, 2008). Como
contraponto, a longa duração do ensaio pode inviabilizar a análise em muitos casos.
2.4.3 Método Acelerado dos Prismas de Concreto
Diante do problema da longa duração do Método dos Prismas de Concreto,
GROSBOIS e FONTAINE (2000) apud HASPARYK (2005) propuseram uma variação
do método, alterando a temperatura para 60ºC, e desta forma reduzindo o tempo de
ensaio para três meses.
Uma avaliação deste método foi feita por FOURNIER et al. (2004), em que
foram avaliados dois tipos de agregado no Método dos Prismas de Concreto, e em
sua variação acelerada, em 5 diferentes laboratórios. Os pesquisadores concluíram
que a variação acelerada do método, com um limite de expansão de 0,04% aos 90
dias, apresenta o mesmo diagnóstico que o ensaio lento para 90% dos casos. Porém,
um limite mais conservador, de 0,025% foi recomendado para agregados ígneos e
metamórficos.
Os mesmos autores afirmam que, na maior parte dos casos, o processo de
expansão foi praticamente concluído aos 90 dias nas condições do ensaio,
confirmando o menor tempo necessário para sua realização.
45
3 METODOLOGIA
Este estudo tem como objetivo a avalição do comportamento do cimento álcali
ativado quando sujeito à reação álcali-agregado. As análises visaram investigar o teor
de ativador alcalino presente no CAT no desenvolvimento da RAA e, também,
compará-lo aos cimentos Portland, de maior e menor resistência à RAA: CPIV-RS e
CPV-ARI, respectivamente.
Para isso, foram realizados ensaios de expansão, resistência mecânica e
análises microestruturais. A Figura 11 apresenta o diagrama de ensaios realizados:
Figura 11: Diagrama de ensaios Fonte: Autoria própria
Meto
dolo
gia
Caracteriazação dos materiais
Agregado
Massa específica
Ensaio de reatividade
Escória
Composição química
Granulometria e superfície específica
Massa específica
DRX
Preparação de Material
AgregadoSeparação das faixas
granulométricas
Escória Moagem
Ensaios
CAT 4% NaOH
CAT 5% NaOH
CPV ARI
CP IV-RS
Método acelerado das barras de argamassa
(30d)
Análise visual e MEV
CAT 5% NaOH
CP IV-RS
Ensaio de resistência mecânica (7 e 28d)
Ensaio acelerado dos prismas de concreto
(90d)
46
3.1 MATERIAIS
3.1.1 Agregado
Os agregados utilizados no estudo são do tipo basáltico, provenientes de uma
jazida localizada no município de Pato Branco – PR. A areia de britagem foi utilizada
como agregado miúdo, e as britas 0 e 1 como agregado graúdo.
Tanto o agregado miúdo quanto o graúdo tiveram suas granulometrias
selecionadas de forma a atender o especificado pelos ensaios, através de
peneiramento em agitador de peneiras (Figura 12). Ambos foram lavados com o intuito
de eliminar o material pulverulento presente, e então secos em estufa a 100ºC durante
24h.
Figura 12: Peneiramento dos agregados em agitador de peneiras Fonte: Autoria própria
Massa Específica do Agregado Miúdo
Para o cálculo da massa específica aparente do agregado miúdo, foi utilizado
o método do picnômetro, ABNT NBR NM 52 (2002). Primeiramente obteve-se o valor
da massa do deste aparelho preenchido com água destilada (𝑃𝑎𝑔), depois retirou-se
parte da água e adicionou-se a massa de 100g (m) de agregado. Depois disso, este
foi preenchido até o topo com água destilada, e registrado o valor da massa desse
conjunto, de (𝑃𝑎𝑔+𝑚).
47
A partir da Equação 13 calculou-se o valor da massa específica aparente da
escória:
𝜇 =𝑚
𝑃𝑎𝑔−(𝑃𝑎𝑔+𝑚−𝑚) Equação 13
Chegou-se à uma massa específica de 2,89 g/cm³.
Massa Específica do Agregado Graúdo
A massa específica do agregado graúdo foi determinada de acordo com a
ABNT NBR NM 53 (2003).
Para isso, primeiramente os agregados foram submergidos em água por um
período de 24h. Estes foram então secos superficialmente com pano, e pesados (ms).
A amostra foi então novamente submersa e pesada em água (ma). Por fim, os
agregados foram secos em estufa, e pesados em estado seco (m). A massa específica
do agregado seco é dada pela Equação 14, onde d é a massa específica:
𝑑 =𝑚
𝑚𝑠−𝑚𝑎 Equação 14
Com isso, chegou-se à uma massa específica de 2,75 g/cm³.
Ensaio de Reatividade do Agregado
Em estudo realizado por TIECHER (2006), o agregado basáltico da região de
Pato Branco - PR, utilizado no estudo, foi classificado como reativo.
Para comprovar a natureza reativa deste agregado, foi realizado o ensaio
acelerado das barras de argamassa, normatizado pela NBR 15577-4 (2008),
comparando seus resultados aos da areia normatizada do IPT (regulamentada pela
ABNT NBR 7214 – 2012), de natureza inócua.
Devido à indisponibilidade do cimento padrão recomendado pela norma, com
equivalente alcalino de 0,9±0,1% e finura de 4900±200 cm²/g, foi utilizado o CPV-ARI,
por este apresentar finura e teor equivalente alcalino próximo ao cimento normatizado.
O procedimento de ensaio foi realizado conforme será descrito no item 3.2.1.
Os resultados do ensaio de reatividade do agregado são apresentados na
Figura 13:
48
Figura 13: Ensaio de reatividade do agregado Fonte: Autoria própria
As barras com o agregado basáltico apresentaram uma expansão bastante
superior às com areia do IPT, ultrapassando o limite da NBR 15577-4 já aos 7 dias,
podendo desta forma ser classificado como reativo.
3.1.2 Escória de Alto Forno
Foi utilizada para o estudo a escória granulada de alto forno a carvão vegetal,
classificada como ácida.
Preparação
A escória foi seca em estufa com temperatura controlada de 105º C, durante
24 horas. Em sequência colocada em um moinho de bolas (marca Servitech, modelo
CT 242) (Figura 14) e triturada durante duas horas. A Figura 15 apresenta a escória
antes e após a moagem:
0,000%
0,100%
0,200%
0,300%
0,400%
0,500%
0,600%
7 14 21 28
Expansão
Idade (dias)
Agregado Utilizado Areia IPT Limite
49
Figura 14: Moinho de bolas Fonte: Autoria própria
Granulometria
A análise granulométrica foi realizada no Laboratório de Análises de Minerais
e Rochas – LAMIR do Departamento de Geologia da Universidade Federal do Paraná
(UTFPR), através de um granulômetro a laser via úmido, e é apresentada na Figura
16:
Figura 15: Escória antes e após moagem Fonte: Autoria própria
50
Figura 16: Granulometria escória. Fonte: Autoria própria
Composição química
A composição química da escória foi obtida através de ensaio de
espectroscopia por fluorescência de raios-x, realizada no Laboratório de Análises de
Minerais e Rochas – LAMIR, do Departamento de Geologia da Universidade Federal
do Paraná (UFPR). Esta composição pode ser observada na Tabela 4:
Tabela 4: Composição química da escória
Componente Escória ácida (%) NBR 5735 (%)
SiO2 38,10 - CaO 37,00 - Al2O3 13,90 - MgO 6,20 - Fe2O3 1,30 - MnO 1,10 - K2O 0,90 - TiO2 0,80 - Na2O 0,20 - SO3 0,10 -
CaO/SiO2 0,97 - Na2O+0,658K2O 0,79 -
(CaO+MgO+Al2O3)/SiO2 1,49 >1,00
Fonte: Autoria própria
Nessa Tabela também foi adicionado o índice de hidraulicidade da ABNT NBR
5735 (1991), que regulamenta a utilização da escória como adição ao cimento
Portland de alto forno. Nota-se que a escória utilizada nesse estudo respeita esse
51
índice. Também está presente o índice de basicidade CaO/SiO2, que classifica essa
escória como ácida, pois essa relação é menor que 1.
Nota-se também que a escória possui uma proporção de 0,20% de Na2O, e
0,90% de K2O, tendo portando um teor de equivalente alcalino de 0,79%, calculado
de acordo com a Equação 12, apresentada no item 2.3.4.
DRX da escória
Para o reconhecimento do estado amorfo da escória, estado em qual o
material estava antes de ser hidratado, foi realizado o ensaio de difração de raios-x.
Como pode-se visualizar na Figura 17, a escória pode ser considerada um material
amorfo, por não apresentar picos no DRX, característicos de estruturas cristalinas.
Figura 17: Difração de Raios-X da escória ácida. Fonte: Autoria própria
3.1.3 Ativador Alcalino
O ativador alcalino escolhido para utilizar no cimento álcali ativado foi o
hidróxido de sódio – P.A. (NaOH) da marca Enerquímica, com 99% de pureza (Figura
18). A escolha do NaOH é decorrente de indicações na literatura, por este apresentar
bons resultados na maioria dos estudos realizados, e por possuir melhor
compatibilidade para proporcionar as reações do CAT com a escória utilizada
(LANGARO, 2016).
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0,000 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000
Inte
nsid
ad
e
2ϴ°
52
Figura 18: Hidróxido de sódio Fonte: Autoria própria
3.1.4 Cimentos
Composição química dos Cimentos Portland
As composições químicas dos cimentos Portland utilizados foram obtidas a
partir do site informativo da empresa Itambé, apresenta-se na Tabela 5 a seguir
apenas os compostos mais relevantes para as reações do cimento.
Tabela 5: Composição química dos Cimentos Portland
Componente CPIV-RS CPV-ARI
SiO2 28,92 18,96 CaO 45,17 60,89 Al2O3 9,56 4,24 MgO 2,88 3,87 Fe2O3 3,83 2,66 SO3 2,31 3,00
Fonte: CIMENTO ITAMBÉ (2016)
Massa Específica
A massa específica dos CAT’s (escória de alto forno) foi medida através do
método do picnômetro, como descrito no item 3.1.1.
Já para os cimentos Portland, a determinação da massa específica baseou-
se na ABNT NBR NM 23, por meio do frasco volumétrico de Le Chatelier. Foi utilizado
o querosene como fluido para o ensaio devido a este não provocar a hidratação do
cimento.
53
O primeiro passo foi adicionar a querosene ao Le Chatelier entre as marcas
de zero e 1 cm², e então colocou-se o frasco no banho de água de repouso por 30
minutos. Após o decorrer desse tempo foi registrada a primeira leitura de volume (V1).
Depois disso, foi adicionada uma amostra de aproximadamente 60 gramas de
cimento Portland no frasco e agitado suavemente para que não ocorresse a formação
de bolhas. Foi então registrada a segunda leitura de volume (V2) e a massa utilizada
de cimento (m). Através da Equação 15, obteve-se a massa específica do cimento:
𝜌 =𝑚
(𝑉2−𝑉1) Equação 15
O resultado foi considerado a média entre dois ensaios em que a diferença foi
menor que 0,01 g/cm³.
A Tabela 6 apresenta os resultados de massa específica para todos os
cimentos:
Tabela 6: Massa específica dos cimentos
Cimento Massa específica (g/cm³)
CAT 5% 2,55
CAT 4% 2,55
CPV ARI 2,93
CPIV - RS 2,88
Fonte: Autoria própria
Finura Blaine
Método de permeabilidade do ar ou Blaine é um ensaio que permite conhecer
a superfície específica dos materiais finos, como os cimentos.
As finuras dos CAT’s e do CPV-ARI foram obtidas em laboratório através do
método Blaine, regulamentado pela ABNT NBR NM 76 (1998), enquanto a do CPIV-
RS foi obtida no site da fabricante.
A Tabela 7 apresenta a superfície específica dos cimentos utilizados:
Tabela 7: Superfície específica dos cimentos
Cimento Superfície específica (cm²/g)
CAT 4% 5351
CAT 5% 5351
CPV ARI 4351
CPIV – RS * 4122
Fonte: Autoria própria * Fonte: CIMENTO ITAMBÉ (2016)
54
Teor equivalente alcalino
Para o cálculo do teor equivalente de álcalis do cimento álcali ativado (escória
+ ativador), inicialmente calculou-se o teor equivalente de Na2O no NaOH pela quação
16, de acordo com a ABNT NBR 15577-6 (2008)
Na2O eq (NaOH) (%) = 0,77 NaOH(%) Equação 16
Fez-se então a média ponderada entre os teores equivalentes e os teores de
escória e ativador, de acordo com a Equação 17:
Na2O eq (%) = (Na2O eq Esc x Esc(%))+(Na2O eq NaOH x NaOH(%))
𝐸𝑠𝑐 (%)+𝑁𝑎𝑂𝐻 (%) Equação 17
Os equivalentes alcalinos para os cimentos Portland foram obtidos a partir de
relatórios de ensaio da fabricante Itambé.
A Tabela 8 apresenta os teores alcalinos equivalentes para os cimentos
utilizados:
Tabela 8: Na2O equivalente dos cimentos utilizados
Teor de Ativador Na2O equivalente
4% NaOH 3,72%
5% NaOH 4,42%
CPV ARI * 0,71%
CPIV-RS * 1,17%
Limite recomendado por BÉRUBÉ (2002) apud NEVES (2010)
0,60%
Fonte: Autoria própria * Fonte: CIMENTO ITAMBÉ (2016)
Nota-se que o teor equivalente alcalino dos CAT’s é bastante superior ao dos
cimentos Portland, devido a porcentagem de NaOH adicionados para a ativação.
Resistência mecânica dos CAT’s
Os CAT’s utilizados foram caracterizados em estudos realizados pelos
autores (LANGARO et al., 2016) e por LANGARO (2016). Estes apresentaram bons
resultados de resistência mecânica, mesmo em idades iniciais, mostrando-se
adequados para a aplicação prática nesse quesito. A Figura 19 apresenta os
resultados de resistência à compressão para os teores utilizados no estudo:
55
Figura 19: Resistência à compressão dos CAT's avaliados Fonte: Autoria própria
Análises feitas pelos autores também mostraram que estes cimentos
apresentam um calor de hidratação relativamente baixo, sendo, portanto aplicáveis
em obras de concreto em massa. Além disso, o CSH, principal composto hidratado
dos cimentos álcali ativados, foi observado em grande quantidade nas amostras,
indicando que sua composição microestrutural é condizente com o que é apresentado
na literatura (LANGARO et al., 2016).
3.2 MÉTODOS
Para a avaliação dos efeitos da RAA, foram adotados os teores de 4 e 5% de
NaOH como ativador alcalino para os CAT’s. Estas proporções foram escolhidas por
apresentarem bons resultados quanto à resistência mecânica e compostos hidratados
em estudos anteriores, sendo que o teor de 4% apresentou melhor resistência inicial
e o 5% chegou as maiores resistências mecânicas, aos 28 dias, comparado a todos
os teores estudados, 2, 3, 4, 5 e 6% (LANGARO, 2016).
Como comparação, foram escolhidos dois tipos de cimento Portland, o CPV-
ARI por apresentar grande desenvolvimento da reação álcali-agregado, e o CPIV-RS
por ser citado na bibliografia como um bom mitigador desta reação.
Para o ensaio de expansão em argamassa, e as análises visual e de
Microscopia Eletrônica de Varredura, foram avaliados os 4 cimentos citados acima.
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
45,0
3 dias 7 dias 28 dias
Resis
tência
Mecânic
a (
MP
a)
4% 5%
56
Já para os ensaios de resistência a compressão e de expansão em concreto
foram selecionados apenas o CAT 5% e o CPIV-RS, por estes apresentarem bom
desempenho quando sujeitos à RAA, no ensaio de expansões em barras de
argamassa. O teor de 5% de NaOH para o CAT foi escolhido por este ser mais
suscetível à reação, quando comparado ao 4%. Desta forma, com análises mais
aprofundadas demonstrando que o CAT 5% é resistente à reação, pode-se inferir que
o CAT 4% também é.
Estes ensaios foram realizados apenas com 2 cimentos devido à grande
quantidade de material requerida para sua realização, bem como à falta de
disponibilidade de estufas.
3.2.1 Ensaio de expansão em argamassa
Para a medição das expansões em argamassa devido à RAA, foi optado pelo
Método Acelerado das Barras de Argamassa, normatizado pela ABNT NBR 15577- 4
(2008), Determinação da Expansão em Barras de Argamassa pelo Método Acelerado.
Este método é um dos mais utilizados para este tipo de avaliação, tendo como grandes
vantagens a facilidade e a rapidez do ensaio.
Proporção dos materiais para o ensaio
Os quantitativos dos materiais utilizados em todos os ensaios são
apresentados no Apêndice A.
O agregado miúdo utilizado neste método foi a areia de britagem de origem
basáltica, separada nas faixas granulométricas apresentadas na Tabela 9. A
quantidade de agregado em gramas foi a utilizada para a moldagem de três barras de
argamassa para cada tipo de cimento.
Tabela 9: Granulometria requerida para o agregado do ensaio
Peneira com abertura de malha Quantidade de material em massa
Passante Retido % g
4,75 mm 2,36 mm 10 99,0
2,36 mm 1,18 mm 25 247,5
1,18 mm 600 µm 25 247,5
600 µm 300 µm 25 247,5
300 µm 150 µm 15 148,5
Fonte: adaptado ABNT NBR 15577 – 4
57
Para a dosagem do material foi utilizado de uma parte de cimento para 2,25
partes de agregado, em massa. E relação água/cimento de 0,47 em massa. Sendo
assim, 440 g de cimento e 990 g de agregado e 206,8 g de água.
Mistura e moldagem da argamassa
Para a preparação das argamassas foi utilizado um misturador mecânico
(Figura 20). Inicialmente foi colocada a água, com o ativador alcalino diluído para os
CAT’s (Figura 21), em sequência adicionou-se o cimento. Esses dois materiais foram
misturados mecanicamente na velocidade lenta durante 30 s. Depois foi acrescentado
o agregado a cuba durante 30 s, em sequência mudou-se a velocidade para rápida e
misturou-se durante 30 s. Após isso, a argamassa descansou por um minuto e meio,
coberta com pano úmido na cuba, e depois disso foi batida na velocidade rápida
durante mais um minuto.
Figura 20: Argamassadeira utilizada para a mistura das argamassas Fonte: Autoria própria
Figura 21: Solução aquosa de NaOH Fonte: Autoria própria
58
Para cada cimento foram produzidas 3 barras de argamassa, em moldes
prismáticos de 25x25x285 mm. O tempo decorrido entre o término da mistura e a
moldagem não ultrapassou 2 minutos e 15 s. Com o auxílio de uma espátula, foram
dispostas em duas camadas aproximadamente iguais sendo que cada uma foi
adensada com 30 golpes na mesa de espalhamento.
Cura inicial
Devido aos prismas de cimento álcali ativado não apresentarem resistência
suficiente para a colocação em solução após 24h em condições normais, estes foram
submetidos à cura térmica a 60°C durante as 24h iniciais da hidratação. Esta
temperatura foi escolhida através de ensaios, onde primeiramente deixou-se os
corpos-de-prova em cura ambiente e não foi possível realizar a desmoldagem após
24 horas, pois não estavam suficientemente resistentes. Após isso, realizou-se testes
com a temperatura de 40°C, que também não foi suficiente para proporcionar uma
desmoldagem sem danos após um dia. Com isso, chegou-se a temperatura de 60°C
que proporcionou a resistência mecânica necessária em 24h para desmoldagem.
Os prismas de cimento Portland foram deixados em câmara úmida a uma
temperatura de 23°C durante este mesmo período.
Disposição na solução e medições
Após 24 horas, as barras foram desmoldadas e identificadas. Em sequência,
as barras de argamassa foram colocadas em um recipiente com água destilada, até
imergi-las, e sem tocar nas paredes do recipiente, nem entre si, e levadas à estufa a
80°C.
Depois de 24 horas de desmoldagem, as barras foram medidas no relógio
comparador, essas foram consideradas as leituras zero. Depois disso, colocou-se as
barras em recipiente com solução de NaOH (1 ± 0,01) N (Figura 22), de forma que
ficassem totalmente imersas e sem tocar ao recipiente e nem entre si.
Para a preparação da solução de NaOH, foram diluídos 40 g de soda em 900
mL de água destilada, e depois adicionou-se água até alcançar 1 litro de solução. O
recipiente escolhido foi de aço inox, pois esse se mostrou mais resistente à solução
de NaOH em altas temperaturas.
59
Os recipientes com os prismas foram então colocados em estufa a uma
temperatura de 80±2°C (Figura 23), onde permaneceram por 28 dias, sendo retirados
apenas para as medições.
Figura 22: Barras de argamassa em solução de NaOH Fonte: Autoria própria
Figura 23: Recipientes com as barras em estufa Fonte: Autoria própria
Após a leitura inicial, foram realizadas leituras, no relógio comparador
conforme Figura 24, aos 7, 14 e 28 dias, contados a partir da colocação das barras
em solução alcalina.
60
Figura 24: Medição de barras de argamassa em relógio comparador Fonte: Autoria própria
3.2.2 Análise Visual e Microestrutural
Após o término do ensaio acelerado das barras de argamassa, foi realizada a
análise visual dos corpos de prova, visando identificar fissuras, poros esbranquiçados
e outros indícios da RAA.
Já para o ensaio de microestrutura das barras, foi utilizado o método de
microscopia eletrônica de varredura (MEV), com o objetivo de identificar fraturas e a
presença de gel exsudado da reação.
A microscopia eletrônica de varredura é uma análise que permite a
identificação de compostos químicos e morfologia de amostras, através de imagens
de alta resolução (LANGARO, 2016; HASPARYK, 2005).
Para a preparação das amostras para a análise de MEV foi seguida uma
metodologia semelhante à proposta por VALDUGA (2002), com imersão das barras
de argamassa em acetona por 2 horas. Depois deste intervalo, as barras passaram
por um filtro a vácuo, e foram secas em estufa a 40ºC por 24h. Posteriormente as
barras foram fragmentadas, procurando retirar-se a área externa, que ficou em contato
com a solução de NaOH, e assim foram selecionadas amostras para análise da
microestrutura.
61
3.2.3 Ensaio de expansão em Concreto
O intuito de realização do ensaio de expansão em concreto foi analisar o
desenvolvimento de variações dimensionais quando em contato com agregado
graúdo e avaliar o desempenho dos cimentos quando dispostos em condições menos
agressivas que as do Método acelerado em barras de argamassa. Além de verificar o
desenvolvimento da reação álcali-agregado por um tempo maior, por esta reação ser
conhecida por se desenvolver em idades avançadas.
Devido à indisponibilidade de tempo para a realização do Método Lento dos
Prismas de Concreto, com duração de um ano, foi realizada a variação acelerada
deste, com duração de 3 meses. Para isto, foram respeitados os parâmetros de
moldagem da ABNT NBR 15577-6 (2008), porém os corpos de prova foram
armazenados à uma temperatura de 60ºC, de forma a acelerar a expansão.
Proporções dos materiais para o ensaio
O traço utilizado foi determinado seguindo requisitos apresentados pela ABNT
NBR 15577-6 (2008): de consumo de cimento de (420+-10) kg/m³, relação a/c=0,45,
volume de agregado graúdo de (50%+-0,2%) do volume total de concreto.
A norma recomenda a adição de NaOH à agua de amassamento, para elevar
o equivalente alcalino da solução para 1,25%. Porém, como o objetivo do presente
trabalho é a avaliação de cimentos com diferentes equivalentes alcalinos, não foi
realizada esta adição.
A granulometria dos agregados utilizados é apresentada nas Tabelas 10 e 11:
Tabela 10: Granulometria do Agregado Graúdo
Peneira Proporção Individual em Massa
Passante Retido
9,4 mm 4,75 mm 100%
Fonte: Autoria própria
Tabela 11: Granulometria do Agregado Miúdo
Peneira Proporção Individual em Massa
Passante Retido
4,75 mm 2,36 mm 10%
2,36 mm 1,18 mm 25%
1,18 mm 600 µm 25%
600 µm 300 µm 25%
300 µm 150 µm 15%
Fonte: ABNT NBR 15577-4 (2008)
62
Mistura e moldagem do concreto
Para cada cimento, CAT 5% e CPIV-RS, foram moldados 3 corpos de prova
prismáticos, em moldes com dimensões de 75x75x285mm (Figura 25):
Figura 25: Concreto nos moldes prismáticos Fonte: autoria própria
A mistura dos materiais foi feita inicialmente na argamassadeira, misturando-
se cimento, água, e agregado miúdo, conforme descrito no item 3.2.1. O agregado
graúdo foi misturado posteriormente de forma manual, como mostrado na Figura 26:
Figura 26: Mistura manual do agregado graúdo Fonte: Autoria própria
Disposição em estufa e medição
Após a moldagem, os corpos de prova foram mantidos nos moldes por 24h,
em uma câmara úmida à 23ºC. Foi então feita a retirada dos CP’s dos moldes, seguida
de medida inicial.
Os prismas foram então colocados em estufa, à uma temperatura de 60ºC. O
armazenamento dentro da estufa foi feito em recipientes com lâmina d’água, para
63
manter uma umidade relativa de aproximadamente 95%, utilizando espaçadores de
forma que os CP’s não entrassem em contato com esta.
Para todos os casos, foram realizadas medidas de comprimento aos 7, 14,
28, 56 e 91 dias. Os prismas foram retirados da estufa 24h antes de cada medição, e
colocados em câmera úmida à 23ºC, de forma a minimizar o efeito da dilatação
térmica nas expansões.
As medidas de comprimento foram realizadas através do relógio comparador
seguindo o procedimento descrito pela ABNT NBR 15577-6 (2008), como mostrado
na Figura 27. Inicialmente foi medida a barra padrão, e então os prismas, colocados
sempre na mesma posição e rotacionados em 360º, anotando-se a menor leitura.
Figura 27: Medição de prisma de concreto no relógio comparador Fonte: Autoria própria
3.2.4 Ensaios de Resistência Mecânica
Os ensaios de resistência mecânica foram realizados com o intuito de avaliar
possíveis perdas de resistência, consequentes das condições agressivas propícias ao
desenvolvimento da reação álcali-agregado propostas pelo Método acelerado das
barras de argamassa. Para isto foram comparadas as resistências mecânicas dos
corpos de prova sujeitos a solução de NaOH, com outros em cura úmida. Para ambos
os casos os corpos de prova foram submetidos a temperatura de 80ºC.
64
Dosagem, mistura e moldagem das argamassas
Foram moldados 3 corpos-de-prova para cada tipo de cimento e tipo de cura,
portanto foram moldados 4 conjuntos de 3 prismas de argamassa, chegando-se a 12
corpos de prova.
Para execução das argamassas, foi utilizada a ASTM C 348-02 (2002), com
um traço cimento: areia: água de 1: 2,75: 0,485. De acordo com a norma,
primeiramente foi feita a diluição do ativador em água, em sequência adicionado o
cimento e misturado na argamassadeira durante 30s na velocidade lenta. Após,
adicionou-se o agregado miúdo, o mesmo utilizado para o ensaio acelerado de barras
de argamassa, e deixou-se por mais 30s na velocidade lenta. Em sequência a mistura
ficou durante 30s na velocidade rápida, e então a argamassa descansou por 90s,
seguidos por mais 60 segundos em mistura rápida.
Foram então moldados corpos de prova prismáticos (4 cm x 4 cm x 16 cm), em
duas camadas com 30 golpes em cada.
Cura
Os corpos de prova de CAT 5% NaOH foram deixados em cura térmica em estufa
a 60°C durante 24h após a moldagem, de forma a adquirirem a resistência necessária
para imersão na solução. Já os de CP IV-RS foram deixados em câmera úmida a 23°C
durante este tempo.
Após 24 horas da moldagem os corpos de prova foram desmoldados e colocados
em solução de NaOH (1 ± 0,01) N a (80 ± 2) °C (Figura 28), de forma que ficassem
totalmente imersos.
Já os corpos de prova de controle ficaram em cura úmida a 80°C, com umidade
relativa de aproximadamente 95%, para rompimento nas mesmas datas que os que
permaneceram em solução de NaOH.
65
Figura 28: Corpos de prova de argamassa em solução de NaOH Fonte: Autoria própria
Rupturas à compressão e flexão
Foram realizados ensaios de resistência mecânica à compressão aos 1, 7 e 28
dias, e de flexão aos 1 e 28 dias. Os ensaios foram realizados utilizando-se do
aparelho da marca EMIC, modelo DL-30000 (Figura 29), com uma velocidade de
carregamento de 1,0 mm/min.
Figura 29: Aparelho EMIC DL-30000 Fonte: Autoria própria
66
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste capítulo serão apresentados os resultados de expansão em
argamassa, expansão em concreto, resistência mecânica, análise visual e
microscopia eletrônica de varredura para os cimentos avaliados.
4.1 EXPANSÃO EM ARGAMASSA
Na Figura 30 são apresentados os resultados do ensaio acelerado das barras
de argamassa para o mesmo agregado basáltico da região de Pato Branco – PR,
variando o tipo de cimento, sendo estes CPV-ARI, CPIV-RS, CAT 5% NaOH e CAT
4% NaOH. As medições individuais para cada barra estão no Apêndice B.
Figura 30: Expansões do ensaio acelerado das barras de argamassa Fonte: Autoria própria
Somente as barras com CPV-ARI ultrapassaram o limite de expansão de
0,19%, estabelecido pela ABNT NBR 15577-4 (2008) para classificar a reação como
potencialmente deletéria. A expansão alcançou o valor limite já aos 7 dias, e continuou
a ser observada até o fim das medições, aos 28 dias, quando ultrapassou a marca de
0,50%.
-0,100%
0,000%
0,100%
0,200%
0,300%
0,400%
0,500%
0,600%
7 14 21 28
Expansão
Idade (dias)
CP IV-RS CP V ARI CAT 4% CAT 5% Limite
67
Outro fato que pode ser observado é que, apesar da indicação da literatura
de uma estabilização nas expansões ao final dos 28 dias para a maior parte dos
cimentos, esta tendência não foi notada para os corpos de prova de CPV-ARI.
Para os demais cimentos, CPIV-RS, CAT 5% e CAT 4%, a reação pode ser
classificada como potencialmente inócua, estando as expansões abaixo de 0,19%
para todas as idades.
Os corpos de prova de CPIV-RS apresentaram uma pequena retração aos 7
dias, provavelmente relacionado ao próprio processo de retração do cimento. Após
observou-se apenas expansão a partir dos 14 dias, alcançando 0,046% aos 28 dias.
Foi notada uma tendência de estabilização na expansão ao final dos 28 dias.
Para o CAT 5%, observou-se uma expansão de 0,030% aos 7 dias, evoluindo
para 0,068% aos 21 dias. Aos 28 dias, as barras deste cimento apresentaram uma
leve redução de comprimento quando comparado à medição interior, tendendo à uma
estabilização de suas expansões.
Já para o CAT 4% notou-se uma pequena retração até os 21 dias, sendo que
até os 28 dias obteve uma pequena ascendência em suas expansões, chegando à
0,008%, com uma pequena tendência de crescimento em suas expansões.
Os teores de ativador adotados para os CAT’s tiveram uma influência visível
na expansão das barras. Isso se justifica pelo equivalente alcalino dos cimentos,
influenciado pela quantidade de ativador adicionada. Porém, mesmo o CAT com maior
teor de ativador alcalino apresentou expansões relativamente baixas e inferiores ao
limite recomendado pela norma.
Para o ensaio acelerado das barras de argamassa, ambos os cimentos álcali
ativados apresentaram expansões próximas às do CPIV-RS, citado na bibliografia
como um cimento com bom comportamento neste tipo de ensaio.
4.2 ANÁLISE VISUAL
Após o término do ensaio acelerado das barras de argamassa, os corpos de
prova foram analisados visualmente com o intuito de encontrar fissuras superficiais,
envergamentos e outros indícios da reação álcali-agregado. As Figuras 31, 32, 33 e
34 são referentes às análises, sendo que foram selecionadas as imagens que melhor
representaram o estado dos corpos de prova.
68
Figura 31: Análise visual CPV-ARI Fonte: Autoria própria
Figura 32: Análise visual CPIV-RS Fonte: Autoria própria
69
Figura 33: Análise visual CAT 5% NaOH Fonte: Autoria Própria
Figura 34: Análise visual CAT 4% NaOH Fonte: Autoria própria
Nas barras de CPV-ARI (Figura 31) foi possível observar a olho nu o
aparecimento de fissuras na superfície de todos os corpos de prova. No corpo de
70
prova CP3, onde foram observadas as maiores fissuras, algumas destas chegaram a
aproximadamente 10 cm de comprimento. Em outros corpos de prova foram
visualizadas fissuras menores, porém em maior número, além de indícios de fissuras
mapeadas.
Já as barras produzidas com os demais cimentos (CPIV-RS, CAT 5% E CAT
4%) não apresentaram fissuras aparentes que poderiam ser decorrentes da reação
álcali-agregado. Este fato está de acordo com os resultados obtidos no ensaio
acelerado de expansão das barras de argamassa, em que apresentaram expansões
inferiores ao limite imposto pela ABNT NBR 15577 (2008).
As barras de argamassa não apresentaram envergamento para nenhum dos
tipos de cimento analisados. Outro fato observado para todos os cimentos, foi que
com o decorrer do ensaio foram algumas partículas provenientes dos corpos de prova
acumuladas no fundo dos recipientes, como pode ser visto na Figura 35. Porém não
foi observada uma redução de seção ou deterioração de nenhuma das barras.
Figura 35: Partículas de argamassa depositadas no fundo do recipiente Fonte: Autoria própria
Algumas barras apresentaram irregularidades em sua superfície, porém isso
foi observado desde que os corpos de prova foram desmoldados, não sendo, portanto,
decorrente da reação álcali-agregado.
71
4.3 ANÁLISE DE MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV)
Após a análise visual, os corpos de prova foram quebrados, e posteriormente
selecionadas algumas amostras do interior destes para realizar uma análise mais
criteriosa, em busca de indícios da reação álcali-agregado, como a formação de géis
expansivos e microfissuras. A análise foi realizada para os quatro cimentos avaliados,
e seus resultados estão apresentados a seguir. O Apêndice C apresenta todas as
imagens obtidas na análise de MEV.
A Figura 36 apresenta o MEV do CPV-ARI:
Figura 36: Microscopia eletrônica de varredura para o cimento CPV-ARI Fonte: Autoria própria
Para o CPV-ARI, foram observadas fissuras superficiais, como mostra a
Figura 36 (A). Neste caso, devido à ampliação relativamente pequena (100x), tem-se
uma fissura de tamanho considerável, possivelmente visível a olho nu.
72
As Figuras 36 (B) e 36 (C) apresentam um poro revestido totalmente por gel
rendado, e a Figura 36 (D) mostra o gel no interior em maior aproximação,
confirmando sua morfologia característica da reação.
Todos os poros da amostra de CPV-ARI analisados em MEV apresentaram-
se parcial ou totalmente encobertos por gel de morfologia rendada. Além disso, nota-
se através das Figuras 36 (B) e 36 (C) que a superfície da amostra também se
apresenta recoberta por um produto de características semelhantes ao gel presente
nos poros.
Na Figura 37 pode ser observada a análise de MEV para o CPIV-RS:
Figura 37: Microscopia eletrônica de varredura para o cimento CPIV-RS Fonte: Autoria própria
Na Figura 37 (A) observa-se que a amostra de CPIV-RS também apresentou
fissuras. Porém, nota-se que estas são de menores dimensões quando comparadas
ao CPV-ARI, provavelmente não visíveis a olho nu.
73
Para este cimento, foram identificados tanto poros sem a presença de gel
(Figura 37 B), quanto outros recobertos totalmente pelo material (Figura 37 C). O gel
observado na amostra de CPIV-RS apresentou uma morfologia diferente do CPV-ARI,
podendo este ser classificado como cristalizado, em forma de rosáceas. Outro fato
observado é que não foram identificados produtos na superfície da amostra de CPIV-
RS, apenas em alguns poros.
A Figura 38 apresenta o MEV para o cimento álcali ativado com 5% de NaOH
(CAT 5%):
Figura 38: Microscopia eletrônica de varredura para o CAT 5% Fonte: Autoria própria
A Figura 38 (A), com ampliação de 200x, apresenta alguns poros da amostra
de CAT 5%, bem como uma fissura de dimensões relativamente pequenas,
comparável à apresentada pelo CPIV-RS na Figura 38 (A).
74
Como no CPIV, também foram observados poros vazios (Figura 38 B), e
outros preenchidos por gel (Figura 38 C). Este gel, porém, apresentou-se em uma
morfologia diferente dos dois vistos anteriormente, em forma gretada. Como pode ser
visto na Figura 38 (B), na amostra de CAT 5% também não foram notados produtos
depositados sobre sua superfície.
Na Figura 39 está apresentado o MEV do CAT 4%:
Figura 39: Microscopia eletrônica de varredura para o CAT 4% Fonte: Autoria própria
Para o CAT 4% foram observadas fissuras apenas no interior dos poros
(Figura 39 B), sendo estas de dimensões bastante reduzidas. Este cimento foi o que
apresentou o maior número de poros sem a presença de gel (Figuras 39 A e 39 B).
Quando encontrado, o gel apresentou-se com a característica gretada
(Figuras 39 C e 39 D), sendo este o mesmo tipo de gel encontrado no CAT 5%. Não
foram observados produtos da reação na superfície da amostra (Figuras 39 A e 39 B).
75
A grande presença de gel característico da RAA no CPV-ARI está de acordo
com os resultados apresentados por este no ensaio acelerado das barras de
argamassa, em que foi o cimento que mais apresentou expansão, e o único em que a
reação foi classificada como deletéria.
Já para os demais cimentos o gel também foi encontrado, porém em menor
quantidade. Este fato é condizente com os resultados citados na literatura, em que o
gel foi observado mesmo em amostras de reações inócuas.
Uma justificativa para o bom comportamento dos CAT’s e do CPIV-RS,
mesmo com a presença do gel, pode ser a presença da sílica em maiores quantidades
tanto na escória dos cimentos álcali ativados quanto na pozolana do CPIV-RS,
conforme pode ser observado nas Tabelas 4 e 5, de composição química da escória
e dos cimentos Portland. A sílica tende a reagir com os álcalis presentes no cimento,
diminuindo a quantidade de álcalis no gel, e tornando-o menos expansivo.
Outro fato observado foi a variação na morfologia dos géis encontrados,
sendo observado o gel rendado para o CPV-ARI, cristalizado para o CPIV-RS, e
gretado para ambos os CAT’s. Porém, não foi encontrada na bibliografia uma relação
entre a morfologia do gel e o grau de severidade da reação álcali-agregado.
Quanto à composição química, todos os géis tiveram uma relação Ca/Si
inferior a 1,5, sendo, portanto classificados como provenientes da reação álcali
agregado. Na Tabela 12 são apresentados os compostos relevantes para a reação
álcali agregado, sendo que as análises completas de EDS são apresentadas no
Apêndice D.
Tabela 12: Principais componentes químicos dos géis encontrados
Ca (%) Si (%) Na (%) Ca/Si
CPV-ARI 14,39 22,06 10,49 0,65
CPIV-RS 4,91 19,32 12,04 0,25
CAT 5% 6,01 21,61 13,75 0,28
CAT 4% 6,17 15,95 10,96 0,39
Fonte: Autoria própria
Para todos os géis o álcali presente foi o NaOH, que foi encontrado em
quantidades semelhantes para todos estes.
Notou-se uma maior relação Ca/Si para o gel da amostra de CPV-ARI, que foi
o cimento que apresentou maiores expansões. Porém, não se pode estabelecer uma
relação entre a composição química do gel e as expansões provocadas por este.
76
4.4 EXPANSÕES EM CONCRETO
Devido à duração relativamente longa do ensaio acelerado dos prismas de
concreto, e à falta de mais estufas para o armazenamento dos corpos de prova, este
ensaio foi realizado apenas para os cimentos CPIV-RS e CAT 5%.
Este ensaio foi realizado com o intuito de servir como fator de comparação ao
ensaio acelerado das barras de argamassa, que é citado na bibliografia como menos
preciso devido à agressividade das condições em que os corpos de prova são
expostos. Como não houve a disponibilidade de tempo hábil para o desenvolvimento
do ensaio de longa duração dos prismas de concreto, com duração de um ano, foi
optado pela variação acelerada do método, com duração de 3 meses.
Os resultados para o ensaio acelerado dos prismas de concreto são
apresentados na Figura 40. As medições e expansões individuais para cada prisma
estão no Apêndice E.
Figura 40: Ensaio acelerado dos prismas de concreto Fonte: Autoria própria
Os prismas de ambos os cimentos apresentaram comprimento abaixo do
inicial durante a maior parte do tempo, não ultrapassando o limite sugerido por
FOURNIER et al. (2004) para rochas ígneas em nenhum momento do ensaio.
Aos 7 dias, o cimento CPIV-RS apresentou retração de 0,018%. Entretanto,
após esta idade foi observada uma curva ascendente de expansões, alcançando
0,009% de variação de comprimento ao final das medições.
Já o CAT 5% apresentou um comportamento bastante irregular, com
insignificante variação de comprimento até os 7 dias, retração até os 14, seguida de
-0,040%
-0,030%
-0,020%
-0,010%
0,000%
0,010%
0,020%
0,030%
7 14 28 56 91
CAT 5% CPIV-RS Limite
77
expansão até os 28 dias, e de uma nova retração até o fim das medições. A maior
variação dimensional para o CAT foi entre os 7 e 28 dias, com uma retração de
0,032%. Ao final das medições, a variação dimensional deste cimento apresentou uma
tendência de estabilização, com um comprimento 0,031% menor que o inicial.
As expansões em concreto indicam um melhor comportamento do cimento
álcali ativado, quando comparado ao CPIV-RS, no que se refere à reação álcali-
agregado. O CAT não apresentou expansão significativa em nenhuma das medições,
nem tendência de expansões ao fim destas. Porém, são necessários estudos mais
aprofundados quanto às retrações apresentadas por este cimento.
É importante salientar que devido às variações de comprimento bastante
pequenas para este ensaio, inferiores às do ensaio acelerado de barras de
argamassa, este apresenta uma maior sensibilidade à erros de medição. Além disso,
devido aos moldes de maior dimensão, utilizando pinos pequenos, ocorreram
problemas como o encaixe dos pinos no relógio comparador, provocando em alguns
casos o contato da superfície do concreto com o medidor. Isto pode ser uma
explicação para o comportamento irregular no gráfico de variação de comprimento
para o CAT 5%.
4.5 RESISTÊNCIA MECÂNICA
Os ensaios de resistência mecânica, tanto à compressão como à flexão, foram
realizados para analisar os efeitos que ambientes propícios a desenvolver a reação
álcali-agregado teriam sobre o comportamento mecânico dos cimentos. Para isto
foram comparados corpos de prova de argamassa imersos em solução de NaOH (1 ±
0,01) N, com outros de controle submetidos à cura úmida. Todos eles foram expostos
a temperatura de 80ºC.
Devido a indisponibilidade de estufas para a realização do ensaio de
resistência mecânica com todos os cimentos, para este ensaio foram considerados
apenas o CPIV-RS e o CAT 5%, por estes apresentarem bom desempenho quanto a
expansão. Para o CAT, a escolha foi do teor de NaOH de 5% devido as melhores
resistências apresentadas na bibliografia.
A resistência mecânica à compressão foi analisada nas idades de 1, 7 e 28
dias. O intuito foi comparar os corpos de prova submetidos à solução com os de
78
controle, como pode ser visto nas Figuras 41 e 42. As resistências individuais de cada
barra são apresentadas no Apêndice F.
Figura 41: Resistência à compressão CPIV-RS Fonte: Autoria própria
Figura 42: Resistência à compressão CAT 5% Fonte: Autoria própria
Os corpos de prova com 1 dia de idade tiveram o mesmo processo de cura
para ambos os casos, sendo que os corpos de prova da solução só foram dispostos
nesta após 24 horas. Desta forma, os resultados para esta idade são apresentados
apenas um parâmetro de resistência inicial em que os corpos de prova foram
colocados em solução.
Aos 7 dias de hidratação, ambos os cimentos tiveram uma resistência
levemente superior para os corpos de prova na solução. Este fato sugere que para
esta idade, a resistência a compressão dos cimentos avaliados não foi afetada
negativamente pelas condições propícias à RAA.
Já para a idade de 28 dias a resistência mecânica foi inferior para os corpos
de prova sujeitos a solução de NaOH. Para o CAT observa-se uma maior diferença
entre as resistências de solução e de controle, próxima à 8 MPa. Enquanto isso, para
o CPIV-RS essa diferença é menor, porém houve uma queda de resistência para os
corpos de prova sujeitos à solução ente os 7 e 28 dias.
Devido ao bom desempenho dos cimentos nos demais ensaios, e à ausência
de trincos nas barras, acredita-se que esta diferença de resistência não esteja
relacionada diretamente à reação álcali-agregado. Uma hipótese é que a longa
exposição à solução de NaOH possa ter provocado uma pequena degradação
superficial não relacionada à reação, o que teria reduzido a área de contato para o
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
1 7 28
Resis
tência
a C
om
pre
ssão (
MP
a)
Idade (dias)
Controle Solução
10
15
20
25
30
35
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45
50
55
60
65
1 7 28R
esis
tência
a C
om
pre
ssão (
MP
a)
Idade (dias)
Controle Solução
79
ensaio de compressão. Além disso, os diferentes regimes de cura, imersa para a
solução e úmida para o controle, também podem ter afetado as resistências.
Também foi realizado o ensaio de resistência mecânica à flexão aos 28 dias.
De modo geral a resistência à flexão tende a ser mais afetada pelos fissuras e trincos
que podem ser causados pela RAA. A Figura 43 apresenta a comparação entre as
resistências à flexão de corpos de prova na solução e de controle para ambos os
cimentos.
Figura 43: Resistência à flexão dos cimentos aos 28 dias Fonte: Autoria própria
Para os dois cimentos os corpos de prova na solução apresentaram maior
resistência à flexão, sendo que para o CAT 5% a diferença foi maior. Isto se opõe aos
resultados de resistência à compressão para os 28 dias, em que os corpos de prova
de controle apresentaram maiores resistências.
Como as amostras de CPIV-RS e CAT 5% não apresentaram fissuração
visível a olho nu, uma expansão bastante inferior aos limites máximos recomendados
pela norma, a queda de resistência à flexão das amostras em contato com solução
não é esperada. Ao contrário, o contato com a solução de NaOH deve ter influenciado
positivamente a formação de gel CSH na superfície das amostras, contribuindo assim
com à resistência à flexão.
0
2
4
6
8
10
12
14
Controle Solução Controle Solução
CPIV CAT 5%
Resis
tência
à f
lexão (
MP
a)
80
5 CONCLUSÕES
Este trabalho teve como objetivo analisar o comportamento de diferentes
traços de cimentos álcali ativados comparados ao cimento Portland, quanto à reação
álcali-agregado.
Foi constatado bom desempenho para os CAT’S na análise de expansão em
argamassa com variações dimensionais comparáveis ao CPIV-RS, sendo este citado
na bibliografia como adequado para obras sujeitas à RAA. Nesta mesma análise,
foram comparados com o CPV-ARI, que apresentou expansões bastante superiores
aos demais cimentos, ultrapassando os limites determinados pela NBR 15577-4
(2008).
Para o ensaio de expansões em concreto, confirmou-se um melhor
desempenho para o CAT quando comparado ao CPIV-RS, sendo que nenhum
desenvolveu reação considerada como deletéria.
O teor de ativador alcalino, principal responsável pelo equivalente alcalino dos
CAT’s, apresentou uma pequena influência nas expansões em argamassa, sendo que
no CAT com menor quantidade de ativador obteve-se as menores expansões do
ensaio. Esta influência não era esperada, pois de acordo com resultados
apresentados pela bibliografia, o teor de ativador não influi nas expansões de CAT’s
ativados com NaOH.
Visualmente os corpos de prova submetidos às condições agressivas
propícias à reação álcali-agregado apresentaram fissuras apenas para o CPV-ARI.
Além disso, nenhuma amostra apresentou degradação superficial visível, ou
envergamentos.
Foi identificada a presença dos géis característicos da reação álcali-agregado
em todos os cimentos analisados. Entretanto, para o CPV-ARI foi observada uma
maior presença de gel, tanto nos poros quanto na superfície da amostra, enquanto
para os demais cimentos o gel foi encontrado apenas em alguns poros. Também
foram notas diferenças na morfologia dos géis, onde para os CAT’S encontrou-se gel
do tipo gretado, para o CPV-ARI do tipo rendado e no CPIV-RS verificou-se o gel na
forma cristalizada.
Com relação à resistência mecânica das amostras de CAT submetidas à
solução rica em álcalis, não foram observadas quedas nos valores ao longo do período
81
estudado. Desta forma, pode-se considerar que os cimentos álcali ativados avaliados
não tiveram perdas de resistência decorrentes da RAA. Este comportamento foi
esperado, já que estas amostras apresentaram expansões significativamente
inferiores ao limite estipulado por norma.
Os resultados estão, em geral, de acordo com a bibliografia, que apresenta o
CPV-ARI como pouco resistente à RAA, o CPIV-RS como bom inibidor, e os CAT's
como cimentos com bom desempenho em contato com a reação álcali-agregado.
Indícios da RAA, como a presença de gel, também são observados por diversos
autores, mesmo para cimentos que não sofrem com a reação.
O desempenho ruim do CPV-ARI, mesmo sendo o cimento com menor
equivalente alcalino entre os avaliados, pode ser justificado por sua elevada pureza e
ausência de adições capazes de controlar o desenvolvimento da reação álcali-
agregado. De forma análoga, o bom desempenho do CPIV-RS tem como justificativa
seu teor de até 50% de adição de material pozolânico, que promove reações capazes
de inibir a RAA no cimento Portland. Desta forma, conclui-se que, além do equivalente
alcalino, a presença de adições também tem uma grande influência na reação álcali-
agregado no cimento Portland.
Os CAT’s apresentaram, de um modo geral, um bom comportamento à reação
álcali-agregado em todas as análises. Isto indica que os álcalis participam das reações
de hidratação deste cimento como componentes independentes, o que diminui a
quantidade de álcalis livres.
Outro fato que explica o bom comportamento dos CAT’s avaliados é sua
composição química, pois a baixa relação Ca/Si da escória ácida pode ter
impulsionado a incorporação de álcalis ao CSH, reduzindo a quantidade destes
elementos disponíveis para o desenvolvimento da RAA.
A composição destes cimentos, utilizando escória classificada como ácida e
NaOH como ativador alcalino, pode ter contribuído para o seu bom desempenho,
sendo esta combinação citada na literatura como a mais adequada para a inibição da
reação.
Contrariando o que foi apresentado na bibliografia, as expansões nos CAT’s
não apresentaram uma tendência de aumento nas idades finais dos ensaios, sendo
observada inclusive uma maior tendência de estabilização nestes cimentos quando
comparados aos cimentos Portland.
82
Os CAT’s avaliados podem ser considerados inibidores da reação álcali-
agregado por seus bons resultados quanto à expansão, ausência de defeitos
observáveis a olho nu e pouca presença de gel quando expostos a condições
favoráveis ao desenvolvimento desta reação. Esta afirmação se confirma tomando-se
como base seus resultados comparáveis aos do CPIV-RS, cimento que vem sendo
estudado e utilizado em condições de RAA com bom desempenho.
O cimento álcali ativado é um tipo de aglomerante que contempla altas
resistências mecânicas em idades iniciais, baixo impacto ambiental e possibilidade de
valorização de subprodutos ainda pouco utilizados. Seus bons resultados quanto à
reação álcali-agregado, aliados aos recentes estudos a respeito da sua durabilidade,
indicam a viabilidade de sua aplicação em obras sujeitas à RAA.
Para o melhor entendimento dos efeitos da reação álcali-agregado nos CAT’s,
ainda são necessários estudos que avaliem de forma mais aprofundada a influência
de variados ativadores alcalinos e diferentes composições químicas de escórias.
Como continuação deste estudo, também é sugerida uma avaliação dos mesmos
cimentos através de ensaios lentos de expansão.
83
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABCP, Associação Brasileira de Cimento Portland. Guia básico de utilização do
Cimento Portland. Boletim técnico 106. São Paulo, 2002.
ANDRIOLO, Francisco Rodrigues. AAR – Dams affected in Brazil – Report of the
current situation. In: International Conference on Alkali-Aggreate Reaction in
Concrete, 11, 2000, Québec. Anais. Québec, 2000. p. 1243-1252.
ARRAIS, Miguel Sebastião Maia Chaves. Reação álcali-silicato: Avaliação do
comportamento de agregados graúdos da região metropolitana de recife frente
a diferentes tipos de cimento. UFPE, Recife, 2011.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15577-1: Agregados –
RAA – Guia para avaliação. Rio de Janeiro, 2008.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15577-4: Agregados –
RAA – Ensaio acelerado de barras de argamassa. Rio de Janeiro, 2008.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15577-6: Agregados –
RAA – Determinação da expansão em prismas de concreto. Rio de Janeiro, 2008.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5732: Cimento
Portland comum. Rio de Janeiro, 1991.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5735: Cimento
Portland de alto-forno. Rio de Janeiro, 1991.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7214: Areia Normal
para Ensaio de Cimento – Especificação. Rio de Janeiro, 2012.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 23: Cimento
Portland e outros materiais em pó – Determinação da massa específica. Rio de
Janeiro, 2000.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 52: Agregado
miúdo – Determinação de massa específica e massa específica aparente. Rio de
Janeiro, 2009.
84
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 53: Agregado
graúdo – Determinação de massa específica, massa específica aparente e
absorção de água. Rio de Janeiro, 2003.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 76: Cimento
Portland – Determinação da finura pelo método de permeabilidade ao ar (Método
de Blaine). Rio de Janeiro, 1998.
ASTM C348-02. Standard Test Method for Flexural Strength of Hydraulic-Cement
Mortars. Philadelphia, 2002.
ASTM C1260-07. Standard test method for potential álcali reactivity of
aggregates (Motar-BarMethod). Philadelphia, 2007.
ASTM C1293-08b. Standard test method for determination of lengh change of
concrete due tu álcali-silica reaction. Philadelphia, 2008.
AITCIN, P. C.; MINDESS, S. Sustainability of Concrete. USA e Canada: Spon Press,
2011. p. 28-37.
BAKHAREV, T.; SANJAYAN, J. G.; CHENG, Y. B. Resistance of alkali-activated
slag concrete to alkali-aggregate reaction. Cement and Concrete Research 31, p.
331-334. 2001.
BILIM, Cahit, ATIS, Cengiz Duran. Alkali activation of mortars containing different
replacement levels of ground granulated blast furnace slag. Construction and
Building Materials, 2012.
Câmara Brasileira da Construção Civil. Banco de Dados – PIB Brasil e Construção
Civil. Disponível em: < http://www.cbicdados.com.br/menu/pib-e-investimento/pib-
brasil-e-construcao-civil>. Acesso em: Abril, 2016.
CGEE, Centro de Gestão e Estudos Estratégicos. Estudo Prospectivo do Setor
Siderúrgico. Brasília, 2008.
CGEE, Centro de Gestão e Estudos Estratégicos. Siderurgia no Brasil 2010 – 2025.
Brasília, 2010.
CHEN W.; BROUWERS H. J. H. The hydration of slag, part 1: reaction models for
alkali-activated slag. Journal of Materials Science 42, p. 428-443. 2007.
85
CHEN, You-zhi; PU, Xin-cheng; YANG, Chang-hui; DING, Qing-jun. Alkali Aggregate
Reaction in Alkali Slag Cement Mortars. Journal of Wuahan University of
Technology, v. 17, nº 3. 2002.
CIMENTO ITAMBÉ. Relatórios de ensaio. Disponível em:
<http://www.cimentoitambe.com.br/relatorios-de-ensaio/>. Acesso em: out. 2016.
COUTO, Tiago Andrade. Reação álcali-agregado: estudo do fenômeno em rochas
silicosas. UFG, Goiânia, 2008.
DAHER, Cesar Henrique Sato. Avaliação do grau de influência de parâmetros de
contorno no ensaio de reatividade potencial álcali-agregado pelo método
acelerado. UFPR, Curitiba, 2009.
FOURNIER, Benoit; CHEVRIER, Ray; GROSBOIS, Marie de; LISELLA, Rino;
FOLLIARD, Kevin; IDEKER, Joson; SHEHATAD, Medhat; THOMAS, Mike; BAXTER,
Steve. The Accelerated Concrete Prism Test (60ºC): Variability of the test methof
and proposed expansion limits. Proceedings of the 12th International Conference
on Alkali-Aggregate Reaction in Concrete, Beijing, China, 2004.
GRUSKOVNJAK, A.; LOTHENBACH, B.; WINNEFELD, F.; FIGI R.; KO, S. C.;
ADLER, M.; MÄDER U. Hydration mechanisms of super sulphated slag cement.
Cement and Concrete Research 38, p. 983-992. 2008.
HAHA M. Ben; LOTHENBACH B.; SAOUT G. Le; WINNEFELD F. Influence of slag
chemistry on the hydration of alkali-activated blast-furnace slag – Part I: Effect
of MgO. Cement and Concrete Research 41, p. 955-963. 2011.
HAHA M. Ben; LOTHENBACH B.; SAOUT G. Le; WINNEFELD F. Influence of slag
chemistry on the hydration of alkali-activated blast-furnace slag – Part II: Effect
of Al2O3. Cement and Concrete Research 42, p.74-83. 2012.
HASPARYK, Nicole Pagan, CAVALCANTI, Alberto Jorge C. Tavares, DE ANDRADE,
Walton Pacelli. Reação álcali agregado em barregens. Concreto e Construções,
São Paulo, n. 42, p. 38-43. 2006.
HASPARYK, Nicole Pagan. Investigação de Concretos afetados pela reação
álcali-agregado e caracterização avançada do gel exsudado. UFRGS, Porto
Alegre, 2005.
86
IAB, Instituto de Aço Brasil. Relatório de Sustentabilidade. Rio de Janeiro, 2014.
JOHN, Vanderley M. Cimento de escória ativada com silicato de cálcio. USP, São
Paulo, 1995.
JOHN, Vanderley M. Reciclagem de resíduos na construção civil: contribuição à
metodologia de pesquisa e desenvolvimento. USP, São Paulo, 2000.
JUENGER M.C.G.; WINNEFELD F.; PROVIS J.L.; IDEKER J.K. Advances in
alternative cementitious binders. Cement and Concrete Research 41, p. 1232-1243.
2011.
LANGARO, Eloise Aparecida. Cimento Álcali Ativado a partir da valorização da
Escória de Alto Forno a Carvão Vegetal. UTFPR, Curitiba. 2016.
LANGARO, E.A; MORAES, M.C; BUTH, I.S; ANGULSKI DA LUZ, C; MATOSKI, A.
Estudo do teor de ativador no desempenho de cimentos álcali ativados feitos
com escórias ácidas em idades iniciais. 60° Congresso Brasileiro de Cerâmica,
Águas de Lindóia, SP, 2016.
MASSUCATO, Carlos José. Utilização de escória de alto-forno à carvão vegetal
como adição no concreto. UNICAMP, Campinas, 2005.
MEHTA, P.K.; MONTEIRO, P. Concreto: microestrutura, propriedades e
materiais.. p. 674. São Paulo: IBRACON, 2008.
MIZUMOTO, Camilo. Investigação da reação álcali-agragado (RAA) em
testemunhos de concreto e agregados constituintes. UNESP, Ilha Solteira, 2009.
NEVILLE, A. M.; BROOKS, J. J. Tecnologia do Concreto. 2 ed. p. 8-11; 266-267.
São Paulo: BOOKMAN, 2013.
NEVES, José Miguel Marinho. Reaccções álcalis-sílica e resistência aos sulfatos
em betão – ensaios. Universidade do Porto, Portugal, 2010.
PEREIRA, Romério Sales. Ativação de cimento siderúrgico. UFMG, Belo Horizonte,
2010.
PINTO, Amândio Teixeira. Introdução ao Estudo dos Geopolímeros. Universidade
de Trás-os-Montes e Alto Douro. Vila Real, Portugal. 2006.
87
PIRES, Kironi Oliveira. Investigação do potencial reativo álcali-agregado residual
– um estudo de caso. UFPR, Curitiba, 2009.
PREZZI, Mônica; KURTIS, K. E.; MONTEIRO, Paulo J. M.; DOS SANTOS, Márcia
Campos; DE ANDRADE, Walton Pacelli. Importância da química de superfície na
reação álcali agregado. Furnas, 1997.
PROVIS, John L.; DEVENTER, Jannie S.J. van. Alkali-Activated Materials: State-
of-the-Art Report, RILEM TC 224-AAM. v. 13. Springer Netherlands, 2014.
PUERTAS, F. Cementos de escorias activadas alcalinamente: Situación actual y
perspectivas de futuro. IETCC/CSIC. Espanha. 1995.
PUERTAS, F.; PALACIOS, M.; GIL-MAROTO, A.; VÁZQUES, T. Alkali-aggregate
behaviour of alkali-activated slag mortars: Effect of aggregate type. Cement &
Concret Pomposites 31, p.277-284. 2009.
RUBERT, S. Contribuição ao estudo de cimentos supersulfatados: formulação e
mecanismos de hidratação. Dissertação – Programa de Pós-graduação em
Processos Químicos e Bioquímicos, UTFPR. Pato Branco, 2015.
SANCHEZ, Leandro Francisco Moretti. Contribuição ao estudo dos métodos de
ensaio na avaliação das reações álcali-agregado em concretos. USP, São Paulo,
2008.
SHI, Zhenguo; HU, Xiang. A review on alkali-aggregate reactions in alkali-
activated mortars/concretes made with alkali-reactive aggregates. Materials and
Structures 48, p. 621-628. 2015.
SILVA, Maristela G.; AGOPYAN, Vahan. A influência da temperatura na hidratação
dos cimentos de escória de alto-forno. USP, São Paulo, 1998.
SILVA, Patricia Neves. Reação álcali-agregado nas usinas hidrelétricas do
complexo Paulo Afonso / CHESF. USP, São Paulo, 2007.
SINDIFER, Sindicato da Indústria de Ferro no Estado de Minas Gerais. Anuário. Belo
Horizonte, 2013.
SNIC, Sindicato Nacional da Indústria do Cimento. Resultados preliminares até dez.
2015. Rio de Janeiro, 2015.
88
SOUZA, Dilermando Salvador Júnior. Estudo do comportamento de escórias de
alto-forno a carvão vegetal produzidos a partir da ativação à quente. UFMG, Belo
Horizonte, 2007.
TIECHER, Francieli. Reação álcali-agregado: avaliação do comportamento de
agregados do sul do Brasil quando se altera o cimento utilizado. UFRGS, Porto
Alegre, 2006.
THOMAZ, Eduardo C.S. Escórias de alto forno – Parte 1 – Fabricação. Notas de
aula. IME, Rio de Janeiro, 2010.
VALDUGA, Laila. Reação álcali-agregado – mapeamento de agregados reativos
no estado de São Paulo. UNICAMP, Campinas, 2002.
VASSALO, Érica Antunes de Souza. Obtenção de geopolímero a partir de
metacaulim ativado. UFMG, Belo Horizonte, 2013.
WANG, Shao-Dong; SCRIVENER, Karen L. Hydration Products of Alkali Activated
Slag Cement. Cement and Concret Research 25, p.561-571. 1995.
World Business Council for Susteinable Development. A iniciativa para
sustentabilidade do cimento – 10 anos de progresso – avançar para a próxima
década. Geneva, Switzerland, 2012.
World Business Council for Susteinable Development.The cement sustainability
initiative – our agenda for action. Switzerland, 2002.
89
APÊNDICE A: QUANTITATIVO DE MATERIAIS UTILIZADOS NOS ENSAIOS
90
Expansão em argamassa
Tabela 13: Quantitativo de material para o ensaio de expansão em argamassa
Material CAT 4% (g) CAT 5% (g) CPIV-RS (g) CPV-ARI (g)
Aglomerante 440,0 440,0 440,0 440,0
NaOH 17,6 22,0 - -
Agregado miúdo 990,0 990,0 990,0 990,0
Água 206,8 206,8 206,8 206,8
Fonte: Autoria própria
Expansão em concreto
Tabela 14: Quantitativo de material para o ensaio de expansão em concreto
Material CAT 4% (g) CAT 5% (g) CPIV-RS (g) CPV-ARI (g)
Aglomerante 738,3 738,3 738,3 738,3
NaOH 29,5 36,9 - -
Agregado miúdo 1223,3 1223,3 1223,3 1223,3
Agregado graúdo
1960,2 1960,2 1960,2 1960,2
Água 332,2 332,2 332,2 332,2
Fonte: Autoria própria
Resistência mecânica
Tabela 15: Quantitativo de material para o ensaio de resistência mecânica
Material CAT 4% (g) CAT 5% (g) CPIV-RS (g) CPV-ARI (g)
Aglomerante 480,0 480,0 480,0 480,0
NaOH 19,2 24,0 - -
Agregado miúdo 1320,0 1320,0 1320,0 1320,0
Água 232,8 232,8 232,8 232,8 Fonte: Autoria própria
91
APÊNDICE B: DADOS DE LEITURA DE VARIAÇÃO DIMENSIONAL EM BARRAS
DE ARGAMASSA
92
CPV-ARI
Tabela 16: Leituras das barras de CPV-ARI
Leituras (mm)
Leitura inicial 7 dias 14 dias 21 dias 28 dias
Barra padrão 6,78 1,239 2,388 2,477 3,216
CP1 8,48 3,501 5,016 5,461 6,402
CP2 8,441 3,423 4,998 5,419 6,388
CP3 8,557 3,685 5,271 5,635 6,611
Fonte: Autoria própria
Tabela 17: Comprimentos das Barras de CPV-ARI
Comprimentos (mm)
Leitura inicial 7 dias 14 dias 21 dias 28 dias
Barra padrão 295,570 295,570 295,570 295,570 295,570
CP1 297,270 297,832 298,198 298,554 298,756
CP2 297,231 297,754 298,18 298,512 298,742
CP3 297,347 298,016 298,453 298,728 298,965
Fonte: Autoria própria
Tabela 18: Expansões das barras de CPV-ARI
Expansões
7 dias 14 dias 21 dias 28 dias
CP1 0,189% 0,312% 0,432% 0,500%
CP2 0,176% 0,319% 0,431% 0,508%
CP3 0,225% 0,372% 0,464% 0,544%
Média 0,197% 0,334% 0,442% 0,517%
Sd 0,021% 0,027% 0,016% 0,019%
Fonte: Autoria própria
CPIV-RS
Tabela 19: Leituras das barras de CPIV-RS
Leituras (mm)
Leitura inicial 7 dias 14 dias 21 dias 28 dias
Barra padrão 5,153 5,939 3,281 3,219 6,046
CP10 3,836 4,615 1,985 2,005 4,840
CP11 6,695 7,471 4,844 4,964 7,811
CP12 4,016 4,717 2,147 2,150 4,986
Fonte: Autoria própria
93
Tabela 20: Comprimentos das barras de CPIV-RS
Comprimentos (mm)
Leitura inicial 7 dias 14 dias 21 dias 28 dias
Barra padrão 295,570 295,570 295,570 295,570 295,570
CP10 294,253 294,246 294,274 294,356 294,364
CP11 297,112 297,102 297,133 297,315 297,335
CP12 294,433 294,348 294,436 294,501 294,510
Fonte: Autoria própria
Tabela 21: Expansões das barras de CPIV-RS
Expansões
7 dias 14 dias 21 dias 28 dias
CP10 -0,002% 0,007% 0,035% 0,038%
CP11 -0,003% 0,007% 0,068% 0,075%
CP12 -0,029% 0,001% 0,023% 0,026%
Média -0,012% 0,005% 0,042% 0,046%
Sd 0,012% 0,003% 0,019% 0,021%
Fonte: Autoria própria
CAT 5% NaOH
Tabela 22: Leituras das barras de CAT 5% NaOH
Leituras (mm)
Leitura inicial 7 dias 14 dias 21 dias 28 dias
Barra padrão 6,901 2,400 5,177 3,211 3,271
CP7 8,427 4,028 6,846 4,966 4,970
CP8 8,298 3,925 6,629 4,838 4,858
CP9 8,142 3,682 6,470 4,600 4,611
Fonte: Autoria própria
Tabela 23: Comprimentos das barras de CAT 5% NaOH
Comprimentos (mm)
Leitura inicial 7 dias 14 dias 21 dias 28 dias
Barra padrão 295,570 295,570 295,570 295,570 295,570
CP7 297,096 297,198 297,239 297,325 297,269
CP8 296,967 297,095 297,022 297,197 297,157
CP9 296,811 296,852 296,863 296,959 296,910
Fonte: Autoria própria
94
Tabela 24: Expansões das barras de CAT 5% NaOH
Expansões
7 dias 14 dias 21 dias 28 dias
CP7 0,034% 0,048% 0,077% 0,058%
CP8 0,043% 0,019% 0,077% 0,064%
CP9 0,014% 0,018% 0,050% 0,033%
Média 0,030% 0,028% 0,068% 0,052%
Sd 0,012% 0,014% 0,013% 0,013%
Fonte: Autoria própria
CAT 4% NaOH
Tabela 25: Leituras das barras de CAT 4% NaOH
Leituras (mm)
Leitura inicial 7 dias 14 dias 21 dias 28 dias
Barra padrão 6,890 2,340 5,166 3,304 3,229
CP4 8,463 3,909 6,753 4,849 4,850
CP5 8,325 3,748 6,508 4,649 4,704
CP6 8,326 3,673 6,556 4,587 4,645
Fonte: Autoria própria
Tabela 26: Comprimentos das barras de CAT 4% NaOH
Comprimentos (mm)
Leitura inicial 7 dias 14 dias 21 dias 28 dias
Barra padrão 295,570 295,570 295,570 295,570 295,570
CP4 297,143 297,139 297,157 297,115 297,191
CP5 297,005 296,978 296,912 296,915 297,045
CP6 297,006 296,903 296,960 296,853 296,986
Fonte: Autoria própria
Tabela 27: Expansões das barras de CAT 4% NaOH
Expansões
7 dias 14 dias 21 dias 28 dias
CP4 -0,001% 0,005% -0,009% 0,016%
CP5 -0,009% -0,031% -0,030% 0,013%
CP6 -0,035% -0,015% -0,052% -0,007%
Média -0,015% -0,014% -0,030% 0,008%
Sd 0,014% 0,015% 0,017% 0,010%
Fonte: Autoria própria
95
APÊNDICE C: IMAGENS DA ANÉLISE DE MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE
VARREDURA
96
CPV-ARI
Figura 44: Análise de MEV – CPV-ARI Fonte: Autoria própria
97
Figura 45: Análise de MEV – CPV-ARI Fonte: Autoria própria
98
CPIV-RS
Figura 46: Análise de MEV – CPIV-RS Fonte: Autoria própria
99
Figura 47: Análise de MEV – CPIV-RS Fonte: Autoria própria
CAT 5% NaOH
Figura 48: Análise de MEV – CAT 5% NaOH Fonte: Autoria própria
100
Figura 49: Análise de MEV – CAT 5% NaOH Fonte: Autoria própria
101
CAT 4% NaOH
Figura 50: Análise de MEV – CAT 4% NaOH Fonte: Autoria própria
102
APÊNDICE D: ANÁLISE DE ESPECTROSCOPIA DE ENERGIA DISPERSIVA
103
CPV-ARI
Figura 51: EDS para o CPV-ARI Fonte: Autoria própria
104
Tabela 28: EDS para o CPV-ARI
Ca Si O Na Fe Mg Al S
1 14,39 22,06 53,06 10,49 - - - -
2 34,73 3,44 41,79 - 11,87 0,96 6,36 0,86
Fonte: Autoria própria
105
CPIV-RS
Figura 52: EDS para o CPIV-RS Fonte: Autoria própria
106
Figura 53: EDS para o CPIV-RS Fonte: Autoria própria
Tabela 29: EDS para o CPIV-RS
Ca Si O Na Fe Mg Al C
1 4,91 19,32 56,33 12,04 - - 1,21 5,99
2 9,92 27,79 44,60 5,23 - - 12,46 -
3 19,04 14,72 50,50 2,93 1,08 1,17 10,57 -
Fonte: Autoria própria
107
CAT 5%
Figura 54: EDS para o CAT 5% Fonte: Autoria própria
108
Tabela 30: EDS para o CAT 5%
Ca Si O Na Mg Al
1 6,01 21,61 57,40 13,75 - 1,23
2 21,53 18,76 47,65 4,05 2,44 5,58
Fonte: Autoria própria
109
CAT 4%
Figura 55: EDS para o CAT 4% Fonte: Autoria própria
110
Tabela 31: EDS para o CAT 4%
Ca Si O Na Mg Al C
1 6,17 15,95 56,05 10,96 0,51 1,01 9,35
2 11,97 15,25 50,36 6,73 2,36 4,93 8,40
Fonte: Autoria própria
111
APÊNDICE E: DADOS DE LEITURA DE VARIAÇÃO DIMENSIONAL EM PRISMAS
DE CONCRETO
112
CPIV-RS
Tabela 32: Leituras dos prismas de CPIV-RS
Leituras (mm)
Leitura inicial 7 dias 14 dias 28 dias 56 dias 91 dias
Barra padrão 3,236 3,328 3,296 3,904 3,003 4,810
CP1 2,838 2,942 2,924 3,545 2,604 4,475
CP2 2,635 2,667 2,594 3,235 2,355 4,180
CP3 2,223 2,200 2,236 2,850 2,042 3,847
Fonte: Autoria própria
Tabela 33: Comprimentos dos prismas de CPIV-RS
Comprimentos (mm)
Leitura inicial 7 dias 14 dias 28 dias 56 dias 91 dias
Barra padrão 295,570 295,570 295,570 295,570 295,570 295,570
CP1 295,172 295,184 295,198 295,211 295,171 295,235
CP2 294,969 294,909 294,868 294,901 294,922 294,940
CP3 294,557 294,442 294,510 294,516 294,609 294,607
Fonte: Autoria própria
Tabela 34: Expansões dos prismas de CPIV-RS
Expansões
7 dias 14 dias 28 dias 56 dias 91 dias
CP1 0,004% 0,009% 0,013% 0,000% 0,021%
CP2 -0,020% -0,034% -0,023% -0,016% -0,010%
CP3 -0,039% -0,016% -0,014% 0,018% 0,017%
Média -0,018% -0,014% -0,008% 0,000% 0,009%
Sd 0,018% 0,018% 0,015% 0,014% 0,014%
Fonte: Autoria própria
113
CAT 5% NaOH
Tabela 35: Leituras dos prismas de CAT 5% NaOH
Leituras (mm)
Leitura inicial 7 dias 14 dias 28 dias 56 dias 91 dias
Barra padrão 3,257 3,262 3,288 3,873 3,053 4,874
CP4 6,937 6,931 6,917 7,548 6,719 8,511
CP5 2,112 2,039 2,040 2,661 1,838 3,629
CP6 3,096 3,210 3,019 3,631 2,739 4,577
Fonte: Autoria própria
Tabela 36: Comprimentos dos prismas de CAT 5% NaOH
Comprimentos (mm)
Leitura inicial 7 dias 14 dias 28 dias 56 dias 91 dias
Barra padrão 295,570 295,570 295,570 295,570 295,570 295,570
CP4 299,250 299,239 299,199 299,245 299,236 299,207
CP5 294,425 294,347 294,322 294,358 294,355 294,325
CP6 295,409 295,518 295,301 295,328 295,256 295,273
Fonte: Autoria própria
Tabela 37: Expansões dos prismas de CAT 5% NaOH
Expansões
7 dias 14 dias 28 dias 56 dias 91 dias
CP4 -0,004% -0,017% -0,002% -0,005% -0,014%
CP5 -0,026% -0,035% -0,023% -0,024% -0,034%
CP6 0,037% -0,037% -0,027% -0,052% -0,046%
Média 0,002% -0,030% -0,017% -0,027% -0,031%
Sd 0,026% 0,009% 0,011% 0,019% 0,013%
Fonte: Autoria própria
114
APÊNDICE F: DADOS DO ENSAIO DE RESISTÊNCIA MECÂNICA
115
Tabela 38: Resistência à compressão 1 dia
Compressão 1 dia (Mpa)
CPIV-RS CAT 5% NaOH
Controle Solução Controle Solução
CP1 14,60 12,41 31,46 28,54
CP2 14,33 13,04 27,06 27,71
CP3 13,62 12,32 24,73 30,04
Media 14,18 12,59 27,75 28,76
SD 0,41 0,32 2,79 0,96
Cv 2,91% 2,54% 10,06% 3,35%
Fonte: Autoria própria
Tabela 39: Resistência à compressão 7 dias
Compressão 7 dias (Mpa)
CPIV-RS CAT 5% NaOH
Controle Solução Controle Solução
CP1 44,33 49,14 49,59 43,97
CP2 47,01 48,01 35,37 44,38
CP3 45,43 48,98 44,79 48,65
Media 45,59 48,71 43,25 45,67
SD 1,10 0,50 5,91 2,12
Cv 2,41% 1,02% 13,66% 4,63%
Fonte: Autoria própria
Tabela 40: Resistência à compressão 28 dias
Compressão 28 dias (Mpa)
CPIV-RS CAT 5% NaOH
Controle Solução Controle Solução
CP1 49,84 46,85 65,15 56,50
CP2 50,62 47,51 62,83 53,43
CP3 49,44 46,23 67,24 53,92
CP4 46,92 48,23 62,28 57,12
CP5 48,65 44,78 53,47 50,16
CP6 52,55 50,61 62,20 50,41
Media 49,67 47,37 62,20 53,59
SD 1,73 1,80 4,30 2,68
Cv 3,5% 3,81% 6,9% 4,99%
Fonte: Autoria própria
116
Tabela 41: Resistência à flexão 1 dia
Flexão 1 dia (Mpa)
CPIV-RS CAT 5% NaOH
Controle Solução Controle Solução
CP1 3,91 3,07 6,16 6,20
CP2 3,23 3,07 5,10 6,06
CP3 3,70 3,37 5,92 6,34
Media 3,61 3,17 5,73 6,20
SD 0,28 0,14 0,45 0,11
Cv 7,87% 4,46% 7,92% 1,84%
Fonte: Autoria própria
Tabela 42: Resistência à flexão 28 dias
Flexão 28 dias (Mpa)
CPIV-RS CAT 5% NaOH
Controle Solução Controle Solução
CP1 10,56 8,01 10,13 13,30
CP2 9,50 11,10 9,27 11,75
CP3 8,55 12,01 8,41 12,41
Media 9,54 10,37 9,27 12,49
SD 0,82 1,71 0,70 0,64
Cv 8,61% 16,50% 7,57% 5,09%
Fonte: Autoria própria
