Upload
dangdan
View
215
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Breno Macedo Faria
Currículo Graduado em Engenharia Civil pela Unicamp (Universidade Estadual de Campinas) em 1999, MBA em Gestão Estratégica e Econômica de Projetos pela FGV (Fundação Getúlio Vargas ), e especialização em Pavimentos de Concreto pela USP (Universidade de São Paulo). Atua desde 1999 na área de pisos e pavimentos de concreto e atualmente é Gerente Técnico da LPE Engenharia.
Concreto – etimologia:
A palavra “Concreto” vem do latim Concretus que é uma conjugação de Concrescere que significa crescer em conjunto, aumentar por agregação.
Sumário
I. INTRODUÇÃO: HIDRATAÇÃO DO CIMENTO E RETRAÇÃO
II. ADITIVOS EXPANSORES
III. CASOS PRÁTICOS
Uso de Concreto de Retração Compensada em Pisos Industriais
A retração do concreto sempre foi um fator desafiador para os profissionais ligados a projetos e a execução de pisos industriais, demandando o desenvolvimento de técnicas que permitam atender as exigências dos usuários, e também mitigar os efeitos prejudiciais que a retração do concreto poderá provocar.
Uma das técnicas utilizadas para combater os efeitos da retração é a utilização de aditivos expansores e compensadores de retração, que agem na estrutura molecular dos compostos formados pela hidratação do cimento.
Nesta apresentação vamos abordar, de uma forma simplificada, o processo de hidratação do cimento, da retração do concreto, e da ação dos agentes expansores.
1.1. Introdução
1.2. Produção do cimento
Calcário + Argila Clínquer
Clínquer
+ Adições Cimento
Moagem
Aquecimento
• Escória
• Fíler
• Pozolana
• Gesso
• CPI
• CPII - E
• CPII - F
• CPII – Z
• CPIII
• CPIV
• CPV
1.3. Principais compostos do clínquer
Composto Nome Característica
C3S Alita Influenciam na resistência
C2S Belita Influenciam na resistência
C3A Influenciam na pega
C4AF Influenciam na pega
A nomenclatura destes compostos químicos são abreviações utilizadas internacionalmente:
C: CaO (Óxido de cálcio) S: SiO2 (Óxido de silício)
A: Al2O3 (Óxido de alumínio)
F: Fe2O3 (Óxido de ferro)
C3S: 3CaO. SiO2
C2S: 2CaO. SiO2
C3A: 3CaO. Al2O3
C4AF: 4CaO. Al2O3. Fe2O3
1.3. Hidratação do cimento
C3S
C2S
C3A
C4AF
+ H2O:
Pode se transformar em outros compostos (monossulfato hidratado)
Cimento Composto Forma
Pasta de cimento endurecida
Características
(*) S: CaSO4
Ca(OH)2 Hidróxido de cálcio
(Portlandita)
Resistência inicial e Passivação da armadura
Etringita (C6AS3H32) (*)
Resistência nas 1as idades
C-S-H Silicato de cálcio
hidratado
Principal responsável pela resistência
1.3. Hidratação do cimento
Imagens obtidas de microscópio eletrônico por varredura:
Ca(OH)2 C-S-H Etringita
Fonte: Públio Penna Firme Rodrigues – Estudo da Correlação entre as Reações de Hidratação do Cimento e a Retração do Concreto
1.3. Hidratação do cimento
Representação esquemática da distribuição dos compostos da pasta endurecida de cimento próximo a um agregado (Zona de transição):
Fonte: P. Kumar Metha, e Paulo J. M. Monteiro – Concreto: Estrutura, Propriedades, e Materiais
C-S-H
C H
C-A-S-H (Etringita)
Agregado
1.4. Água na estrutura do concreto
• Água adsorvida: próxima a superfície dos sólidos. Algumas teorias sugerem que que elas são compostas por até 6 camadas de moléculas de água (1,5nm). Parte desta água pode ser perdida da pasta de concreto quando a umidade relativa ≤ 30%. A sua remoção causa significativa variação volumétrica.
• Água interlamelar: fica entre as camadas do C-S-H. Esta água só é perdida por secagem forte (umidade inferior à 10%). A sua perda provoca considerável retração na estrutura.
• Água quimicamente combinada: água que faz parte das estruturas dos compostos hidratados do cimento. Ela só é perdida quando a estrutura é aquecida a altas temperaturas, como por exemplo: fogo. Causa danos severos à estrutura.
• Água capilar: água presente em vazios com dimensões ≥ 5,0nm. A sua remoção causa variação volumétrica do concreto quando estiver em capilares entre 5,0 e 50,0nm. Em capilares maiores a sua remoção não causa variações volumétricas.
1.4. Água na estrutura do concreto
C-S-H
Água capilar
Água adsorvida
Água interlamelar
Fonte: P. Kumar Metha, e Paulo J. M. Monteiro – Concreto: Estrutura, Propriedades, e Materiais
1.5. Retração do concreto
• Retração plástica: perda de volume quando o concreto ainda está plástico (não ocorreu o fim da pega).
Redução volumétrica do concreto: ocorre principalmente devido à movimentação das moléculas de água.
Acontece quando a perda de água por evaporação > taxa de exsudação.
Características:
Fissuras sobre obstáculos (barras de aço e grandes partículas de agregados).
Fissuras paralelas e afastadas cerca de 30 a 100cm (profundidade de 25 a 50mm).
• Retração por secagem: perda de água capilar (em capilares < 50nm), perda de água adsorvida, e perda de água interlamelar.
Retração plástica e por secagem
Perda de água para o meio externo
Se durante a concretagem tomarmos cuidado para evitar a retração plástica e por secagem:
• Concretando em ambiente coberto e fechado.
• Evitando a incidência direta de sol e de vento.
• Controlando a temperatura do concreto (evitando agregados e cimentos quentes).
• Minimizando a evaporação na superfície do concreto.
Restringindo a retração plástica
• Executar cura úmida rigorosa (exemplo 30 dias), e manter a umidade alta para evitar a perda de água do concreto após endurecimento.
Restringindo a retração por
secagem Estaremos isentos de fissura de retração? Não
1.5. Retração do concreto
• Retração autógena:
“É a variação macroscópica que ocorre na pasta de cimento, sem que haja transferência de umidade para o exterior.”
Perda de volume, mas não há perda de massa
Água se transforma em produtos da hidratação: água livre se transforma em
água adsorvida, interlamelar, ou quimicamente combinada.
• A retração autógena gerou interesse no meio técnico com o desenvolvimento do CAD (concreto de alto desempenho – tem baixo fator a/c).
• Tem sua intensidade aumentada com a redução do fator água / cimento (a/c).
Comitê japonês de retração (Tazawa, 1999)
Fonte: Públio Penna Firme Rodrigues – Estudo da Correlação entre as Reações de Hidratação do Cimento e a Retração do Concreto
1.5. Retração do concreto
2.1. Histórico
1960 – Alexander Klein (Universidade da Califórnia) desenvolveu um clínquer que apresentava características expansivas ao concreto.
C3S
C2S
C3A
C4AF
C4A3S
CS
S: CaSO4
Etringita (C6AS3H32)
Potencializa a formação da Etringita
Sulfoaluminatos
Expansiva
Desenvolvimento dos cimentos Tipo K (ASTM C 845)
Cimento comum
Hoje existem dois tipos de produtos que podem provocar expansão ao concreto:
• Sulfoaluminatos – formação da etringita.
Diferente dos cimentos expansivos estes produtos são utilizados como aditivos ao concreto em dosagens específicas para cada situação particular
• Óxido de cálcio (CaO) super-calcinados: formação de Ca(OH)2. Aquecidos a cerca de
1500oC
2.1. Histórico
C3S
C2S
C3A
C4AF
C4A3S
CS
Sulfoaluminatos
Expansão do concreto
2.2. Sulfoaluminato
É importante notar que nesta reação há um grande consumo de água, portanto ela só é
possível se existir água disponível
Cura úmida
Etringita (C6AS3H32)
S: CaSO4
0
1
2
3
4
5
6
0,01 0,08 0,64 5,12 40,96 327,68
C-S-H
Ca(OH)2
Monossulfato
Etringita Quantidade R
ela
tiva
Tempo (horas) 1dia 7dias 28dias
Velocidade típicas da formação de produtos da hidratação:
Queda produção de Etringita e início da formação de Monosulfatos
Fonte: P. Kumar Metha, e Paulo J. M. Monteiro – Concreto: Estrutura, Propriedades, e Materiais
2.2. Sulfoaluminato
2.3. Óxido de Cálcio - Supercalcinado
CaO
Supercalcinado
+ H2O Ca(OH)2 Expansão do
concreto
-600
-400
-200
0
200
400
0 5 10 15 20 25 30
Conc. c/ CaO (supercalcinado)
Conc.
Referência
Variaçã
o
dim
ensi
onal (µ
m/m
)
Tempo (dias)
Ensaio feito segundo ASTM C 157 (retração livre)
2.4. Concreto com expansor - comportamento
Curva típica de variação de dimensional:
Mudança
no c
om
prim
ento
Expansã
o
Contr
açã
o
Cura úmida
Cura seca
Concreto de cimento expansivo
Concreto comum
7 dias 1 ano
0
Idade
Fonte: P. Kumar Metha, e Paulo J. M. Monteiro – Concreto: Estrutura, Propriedades, e Materiais
Ensaio feito segundo JIS A 6202 sob retração restringida – concreto com sulfoaluminato
Comparação: concreto sem e com expansor
-150
-100
-50
0
50
100
150
0 4 7 11
14
18
21
25
28
32
35
39
42
46
49
53
56
60
64
67
71
74
78
81
85
88
92
95
99
102
106
117
120
124
127
131
134
138
141
145
Strain
(x10
-6)
Convencional-simulado DENKASem expansor Com expansor
2.4. Concreto com expansor - comportamento
L
L + ΔL`
Expansão e restrição da movimentação:
Expansão livre:
Expansão
restringida: Gera tensões de compressão internas que
inibem a formação de fissuras
L
L + ΔL
Barra de aço
2.4. Concreto com expansor - comportamento
0
200
400
600
800
1000
0 10 20 30 40 50 Expansã
o e
m 7
dia
s
(µm
/m)
Dosagem (kg/m3)
Variação da expansão com a dosagem
Retração dos concretos brasileiros (com restrição de água no traço) apresentam valores em torno de 400 a 500µm/m.
Para uma placa de concreto com dimensões de 10m a sua junta irá abrir cerca de 5mm.
Gráfico elaborado para concreto com sulfoaluminato
2.4. Concreto com expansor - comportamento
Comportamento estrutural em função da dosagem do aditivo:
Expansã
o
(µm
/m)
Dosagem(Kg/m3)
• Redução fissuras por retração.
• Propicia uma maior dimensão das placas.
• Redução da abertura das juntas.
Protensão química: • Força de protenção devido a
expansão / restrição.
• Ganho estrutural.
Retração compensada
2.4. Concreto com expansor - comportamento
2.5. Normas
Ensaios do concreto sob retração livre: ASTM C 157 (Norma Americana)
Especificação cimentos expansivos: ASTM C 845
NM 131 (Norma Brasileira / Mercosul)
Ensaios do concreto sob retração restringida: ASTM C 878 (Norma Americana)
JIS A 6202 (Norma Japonesa)
Controle da retração / expansão:
2.6. Guia para uso de concreto com compensador de retração
• Tipos de materiais.
American Concrete Institute - ACI 223
• Considerações sobre o dimensionamento das estruturas (aborda o tipo de restrição e as tensões de compressão provocadas pela expansão).
• Proporções dos materiais e procedimentos para a mistura.
• Lançamento, acabamento, e cura.
3.1. Dallas Love Field Airport
Em 1969 e 1972 foram executas 2 pistas com cimento tipo K.
Estrutura do pavimento: concreto armado.
Resultados:
Os pavimentos anteriores tinham juntas espaçadas a cada 15m, com fissuras centrais em praticamente todas as placas.
Os pavimentos com cimentos expansivos tinham juntas espaçadas a cada 23 e 38m, e com apenas fissuras esporádicas entre juntas.
Fonte: P. Kumar Metha, e Paulo J. M. Monteiro – Concreto: Estrutura, Propriedades, e Materiais
3.2. Centro de Distribuição em Itupeva / SP
• Área aproximada: 50.000m2.
• Distância entre juntas: 11,0 x 10,5m. • Ano de construção: 2014.
• Concreto com espessura de 14cm e reforçado com fibras de aço.
• Utilizar expansor a base de sulfoaluminato, e dobrar o comprimento entre juntas, utilizando uma área com a mesma dosagem de fibras, e uma outra área somente com barra de aço .
Projeto original:
Projeto proposto:
Execução da faixa reforçada com barras de aço Cura úmida
3.2. Centro de Distribuição em Itupeva / SP
Ʃ abert. juntas:
Placas 11,0m x 10,5m Placas 22,0m x 21,0m
11 a 14mm 19 a 24mm
Foram computadas as aberturas das juntas descontando a abertura dos cortes (3,0mm)
Mesmo dobrando o tamanho das placas as aberturas das juntas ficaram inferiores as dos pisos sem expansores
3.2. Centro de Distribuição em Itupeva / SP
3.3. Centro de distribuição em MG
Piso protendido
• Distância máxima entre juntas: 72,25m.
• Ano de construção: 2015.
• Abertura esperada para a juntas, sem expansor (placa de 72,25m) = 37mm (retração de 520µm/m).
• Concreto com espessura de 15cm - reforçado com cabos de protensão.
• Foi utilizado expansor a base de óxido de cálcio (10 kg/m3), com objetivo de reduzir a abertura das juntas.
• Abertura média real das juntas (placa de 72,25m) = 20mm (após 5 meses).
Obs: nesta obra foi utilizada cura química
• Área: 25.570m2.
3.4. Câmara de congelado
• Tamanho das placas: 18,20 x 23,38m.
• Ano de construção: 2017.
• Concreto com espessura de 16cm – armado com dupla tela.
• Foi utilizado expansor a base de óxido de cálcio (10 kg/m3), com objetivo de reduzir a abertura das juntas, já que em câmaras congeladas a abertura é intensificada pela redução da temperatura.
• Área: 13.000m2.
3.5. Depósito em Extrema / MG
• Ano de construção: 2017.
• Abertura esperada para a juntas, sem expansor (placa de 23,46m) = 12mm (retração de 500µm/m).
• Concreto com espessura de 14cm - reforçado com fibras de aço (25 kg/m3).
• Foi utilizado expansor a base de óxido de cálcio (15 kg/m3), com objetivo de reduzir a abertura das juntas, e compensar parte da dosagem de fibras para combater a retração.
• Área: 10.000m2.
• Tamanho das placas: 23,46 x 23,30m.
IV. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os aditivos expansores são produtos que podem ser utilizados por projetistas envolvidos com a construção de piso e pavimentos de concreto, e que conseguem proporcionar os seguintes benefícios técnicos:
• Reduzir a ocorrência de fissuras por retração.
• Reduzir a abertura das juntas.
• Reduzir o número de juntas.
• Compensar ou até eliminar a retração do concreto (dependendo da dosagem).