O Efeito da Redosagem de Superplastificante no Abatimento e Resistência à Compressão do Concreto de
Cimento Portland
Jonas Andrey D. Silva , João B. Baldo e Walter Libardi
Laboratório de Materiais Refratários e Concretos – LAMARCO – DEMa – UFSCar
Rodovia Washington Luís, Km 235, 13565-905 São Carlos – SP
e-mail: [email protected]
Resumo: Através deste estudo procurou-se determinar o efeito da redosagem de superplastificante nas
propriedades de abatimento e resistência à compressão do concreto de cimento Portland preparado com relações
água cimento de 0.40 , 0.45 e 0.50, comparativamente ao mesmo concreto não aditivado. Os aditivos
superplastificantes atuam basicamente como defloculantes da pasta, permitindo a utilização de baixas relações
água/cimento com melhor qualidade na moldagem e diminuição da segregação e exudação do concreto, o que
permite a preparação de um concreto de fácil adensamento, moldagem e maior resistência mecânica. Tendo em
vista que o superplastificante começa a perder sua efetividade nos primeiros 15 minutos após o amassamento da
pasta (perda de trabalhabilidade), o presente trabalho objetivou investigar os efeitos da redosagem do
superplastificante no abatimento e resistência à compressão de um concreto de cimento portland convencional.
Foi encontrado que a redosagem de superplastificante só promove a retomada do abatimento para níveis
próximos aos iniciais, bem como proporciona um acréscimo da resistência mecânica para valores da relação
água/cimento abaixo de 0.45.
Palavras-chaves: cimento Portland, superplastificante, redosagem, trabalhabilidade
Introdução
O cimento Portland é composto de partículas cujo tamanho varia na faixa de 1 a 50 µm. Tais partículas,
quando em suspensão aquosa, tendem naturalmente a flocular devido a forças de caráter eletrostático, forças do
tipo Van der Walls e interações químicas superficiais, que ocorrem entre partículas hidratadas ou em processo de
hidratação.
Imediatamente após a adição da água, as fases anidras (C3A, C2S, C3S, C4AF) do cimento iniciam
reações com a água originando cristais de hidróxido de Cálcio (Ca(OH)2) e um gel amorfo de silicato de cálcio
hidratado (C.S.H), recobrindo as partículas.
Aditivos conhecidos como superplastificantes são utilizados em pastas, argamassas ou em concretos de
cimento Portland, objetivando-se deflocular o sistema água+cimento, isto é, procura-se diminuir a relação
água/cimento obtendo-se ao mesmo tempo os benefícios de decréscimo de viscosidade da massa de concreto e
aumento de resistência mecânica quando a mesma enrijecer. Os superplastificantes são geralmente polímeros
orgânicos aniônicos sulfonados a base de naftaleno ou melamina.
Ao ser adicionado à suspensão água+cimento, o superplastificante se dissocia liberando cátions
monovalentes e grandes grupos poliméricos aniônicos. Como a reação de hidratação promove uma elevação
acentuada do pH do meio, as partículas hidratadas adquirem carga superficial positiva, imediatamente os ânions
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poliméricos adsorvem na sua superfície, carregando-as negativamente com a mesma magnitude de carga, isto
resulta em forças de repulsão eletrostática que separam as partículas e as distribuem no meio. Além disso,
dependendo do peso molecular do componente polimérico do superplastificante, a adsorção pode originar
interações físicas dos grandes grupos aniônicos adsorvidos, propiciando uma repulsão de origem espacial devido
a um decréscimo da entropia de configuração do sistema.
O período de eficiência desses aditivos superplastificantes é limitado, pois os produtos da hidratação do
cimento tendem a aprisionar a pequena quantidade de superplastificantes presente no sistema, sendo assim,
agentes que retardam a formação de ligações entre os produtos de hidratação podem ser usados simultaneamente,
fazendo com que os superplastificantes atuem durante um tempo mais longo. No entanto os retardadores podem
afetar negativamente o nível de resistência mecânica final do concreto
O comportamento reológico das pastas, argamassas ou concreto de cimento Portland pode ser avaliado
através do ensaio de abatimento, um parâmetro que exprime a capacidade da pasta, argamassa ou concreto em
fluir sob ação do seu próprio peso, sendo fundamentalmente dominado pela tensão de escoamento da massa de
concreto.
Neste estudo objetivou-se investigar comparativamente a variação do abatimento com o tempo, de
diferentes massas de concreto, com e sem adição de superplastificante, e em especial as implicações da
redosagem nesta propriedade.
Procedimento Experimental
Para o preparo da massa de concreto foram utilizados os seguintes materiais: cimento portland comum
com fillers (CP II F 32), pedra britada número 1 (19 a 25mm), areia (módulo de finura 1.88), água e
superplastificante à base de naftaleno. A mistura obedeceu uma ordem pré estabelecida: brita 1, cimento, areia,
água ou água+superplastificante, consecutivamente. Para a mistura utilizou-se batedeira planetária, onde
inicialmente bateu-se a massa seca por 2 minutos para homogeinizá-la, acrescentando a parte líquida aos poucos.
O traço adotado em massa foi: 52% de brita 1, 33% de areia grossa, 15% de cimento e relações água/cimento
variando em 0,40, 0,45 e 0,50. Usou-se inicialmente 1% de superplastificante (em relação à massa de cimento),
redosando de 0,50% quando necessário. Para que se pudesse efetuar os ensaios e moldagem dos corpos de prova
(2 por massa) foram necessários 8kg de massa. As diferentes composições de massas se encontram na Tabela I.
Em seguida mediu-se o abatimento ( medida de trabalhabilidade) através do método tradicionalmente
utilizado “Slump Test”, onde um tronco de cone foi integralmente preenchido com a massa, sendo esta adensada
em 3 camadas com um bastão de aço de 16 mm, golpeando 25 vezes. Em seguida ergueu-se o tronco de cone
deixando que a massa escoasse livremente, medindo então o quanto abateu tomando por base o topo do tronco de
cone e usando uma régua comum de 30 cm.
Repetiu-se as medidas de abatimento de 15 em 15 minutos até 150 minutos, redosou-se em 0,50 % (em
relação a massa de cimento) quando houve perda considerável de abatimento. Ao final dos 150 minutos moldouse dois corpos de prova cilíndricos ( 10 cm x 20 cm), por formulação, em mesa vibratória, já que houve grande
perda de coesão. Os corpos de prova foram submetidos a cura úmida por 28 dias por imersão em água,
posteriormente fez-se o capeamento (regularização da superfície), para isto preparou-se uma pasta de areia fina e
cimento.
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Tabela I. Formulação e respectivas características das diferentes massas ensaiadas. Os teores
de
superplastificante indicados dizem respeito a porcentagrm em massa relativa à massa total de cimento utilizada
em cada massa.
Composição
Fator água cimento
M1
M3
M2
M1s
0,40
0,50
0,45
0,40
Teor total de
superplastificante
0
0
0
3,0 %
M2s
0,45
2,50 %
M3s
0,50
2,0 %
Redosagem
0
0
0
( 1 % + 0,50 % + 0,50 %
+ 0,50% + 0,50 % )
( 1 % + 0,50 % + 0,50 %
+ 0,50 % )
( 1 % + 0,50 % + 0,50 %)
Após os procedimentos acima descritos, executou-se o ensaio de resistência a compressão simples,
utilizando-se uma prensa hidráulica EMIC, modelo PCPE 100T.
Visando economia de material usou-se um tronco de cone com dimensões reduzidas em 25% daquele
prescrito em norma, mantendo-se a mesma relação dimensional e inclinação das paredes.
Análise e Discussão dos Resultados
Efeito da adição de superplastificante na trabalhabilidade do concreto
No gráfico da Figura 1, encontram-se os resultados da determinação do abatimento para as massas com
diferentes fatores água/cimento, com e sem adição de superplastificante. É possível observar que a adição de
superplastificante confere um maior abatimento inicial e ao longo do tempo (com as redosagens), apenas quando
a relação água/cimento é menor ou igual a 0.45. Percebe-se também que quando a relação água cimento é da
ordem de 0.50 não há ganho no abatimento inicial com adição de 1% de superplastificante. Os aumentos de
abatimento observados ao longo do tempo só foram observados após a redosagem de superplastificante para a
massas com fator água/cimento 0,40 e 0.45 (massas M1s e M2s). Assim foi encontrado que o abatimento da
massa M1s volta assumir valores aproximados do abatimento inicial desde que a redosagem seja feita nos
primeiros 60 minutos após a mistura de água e a variabilidade do mesmo é de menor amplitude. Para a massa
com fator água/cimento 0,45 (Massa M2s) observou-se que ao abatimento retorna próximo da sua medida inicial
desde que se efetue a redosagem nos primeiros 45 minutos após a mistura da água porém a variabilidade do
mesmo é maior do que da assa M1s. Para a massa com fator água/cimento 0,50 (Massa M3s) notou-se que o
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abatimento após redosagens assume no máximo 60% do valor inicial, porém neste caso a variabilidade do
abatimento tem a maior amplitude. Assim pode se também perceber através da Figura 1, que a amplitude das
quedas e retomadas nos valores de abatimento são proporcionais à relação água/cimento da mistura. Este fato
pode estar ligado à cinética mais rápida de dissolução das partículas de cimento quando a concentração de água
aumenta.
Medida de Trabalhabilidade
60
Abatimento (mm)
50
Massa M1
Massa M1s
Massa M2
Massa M2s
Massa M3
Massa M3s
40
30
20
10
0
0
15
30
45
60
75
90
120
150
Tempo (min.)
Figura 1. Comparativo de retomada de Trabalhabilidade em relação às massa não aditivadas, das diferentes
massas contendo superplastificante após as diferentes redosagens.
Efeito da adição de superplastificante na resistência mecânica do concreto
Na Tabela II, encontram-se os resultados do teste de resistência mecânica à compressão simples para os
diferentes corpos de prova das massas com e sem adição de superplastificante.
Os corpos de prova confeccionados com adição de superplastificante, após cura úmida por 28 dias
(capeados e regularizados) quando submetidos ao teste de resistência mecânica a compressão simples em uma
prensa hidráulica, apresentaram resistência à compressão superior aos demais (sem adição de superplastificante),
com exceção daqueles onde o fator água/cimento foi igual a 0,50. Este fato indica que aparentemente o efeito
deletério da elevada da relação água cimento, se sobrepõe aos efeitos benéficos proporcionados pela inclusão do
superplastificante.
Os corpos de prova da massa de concreto “pura”(sem adição de superplastificante) foram submetidos a
cura úmida por 7 dias, onde atingiram 78% de sua resistência a 28 dias (segundo a norma de concreto NB1
versão 2000), logo após foram capeados e submetidos também ao teste de resistência mecânica à compressão
simples, fazendo uma previsão da resistência à compressão para 28 dias segundo dados normativos. Observou-se
uma menor resistência para os corpos de prova sem adição de superplastificante, com exceção daqueles com
fator água/cimento 0,50. Este fato pode estar relacionado a uma combinação em excesso de água promovendo a
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formação de um gel de CSH mais poroso e/ou uma segregação da parte fina do concreto (exudação),
comprometendo a compacticidade da microestrutura e elevando o tamanho de defeitos internos.
Tabela II. Comparativo de Resistência à Compressão Simples para as diferentes massas após as diferentes
redosagens.
Massas Ensaiadas Resistência do
Corpo de Prova 1
Resistência do
Corpo Prova 2
M1
M1s
M2
M2s
M3
M3s
32,2 MPa
48,4 MPa
22,6 MPa
46,2 MPa
23,6 MPa
28,0 MPa
27,4 Mpa
44,6 MPa
20,8 Mpa
34,2 Mpa
23,6 Mpa
30,0 Mpa
Resistência após 28
dias de cura úmida
Corpo de Prova
1(previsão segundo
norma)
35,1 Mpa
Resistência após 28
dias de cura úmida
Corpo de Prova
2(previsão segundo
norma)
41,3 MPa
26,7 MPa
29,0 MPa
30,3 MPa
30,3 MPa
Conclusões
Através da presente investigação pode-se concluir que adição de superplastificante afetou de maneira
considerável as propriedades de abatimento e resistência à compressão do concreto de cimento Portland, quando
a relação água/cimento se situou abaixo de 0.45.
A inclusão do superplastificante promoveu um acréscimo de resistência mecânica, exceto quando a
relação água/cimento foi igual a 0.50, apresentando resistência à compressão inferior à da massa pura de mesma
relação água/cimento.
Para a massa com relação água/cimento igual a 0.40, a redosagem de superplastificante proporcionou a
retomada da trabalhabilidade perdida, quando tal redosagem (0,50% em relação à massa de cimento) foi feita nos
primeiros 60 minutos após a mistura da água. Já para a massa com fator água/cimento 0,45, a retomada de
trabalhabilidade aconteceu quando a redosagem foi feita nos primeiros 45 minutos após a mistura da água. Para a
massa com fator água/cimento 0,50 foi encontrado que a trabalhabilidade perdida não foi retomada quando
redosado o superplastificante. Isto ocorreu para todas as redosagens efetuadas. Portanto, a retomada da
trabalhabilidade com a redosagem está vinculada à relação água/cimento, o que no caso em estudo ocorreu para
valores máximos da ordem de 0.45. Além disso aparentemente a retomada da trabalhabilidade é mais efetiva
qunto menor for a relação água/cimento.
A amplitude da variação do abatimento com o tempo sob as diversas redosagens mostrou ser
proporcional à relação água/cimento.
Para baixas relações água/cimento (≤ 0.45) o nível de abtimento inicial é mais fácilmente mantido com
menor teor final de superplastificante.
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Abstract
The Effect of Redosing of Superplasticizer in the Slump and Compressive Strength of Portland Cement Concrete
In this study it was investigated the effect of a naftalene based superplasticizer
redosing on the slump behavior and compressive strength of portland cement concrete,
prepared under different water/cement ratios of 0.40, 0.45 and 0.50. All initial mixtures had
1wt% superplasticizer content based on the cement content. The additional doses were added
in increments of 0.5wt% based on the cement mass. It was found that the superplasticizer
redosing only promotes the recovery of the innitial slump levels at the same time producing
increase in compressive strength provided that the water/cement ratio is below 0.45.
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