1
UFSM
Dissertação de Mestrado
EFEITOS DA ADIÇÃO DE CAL HIDRATADA EM
CONCRETOS COM ALTOS TEORES DE ADIÇÃO
MINERAL NA PENETRAÇÃO DE CLORETOS E NA
SOLUÇÃO AQUOSA DOS POROS DO CONCRETO
Márcia Dal Ri
PPGEC
Santa Maria, RS, Brasil
2002
2
EFEITOS DA ADIÇÃO DE CAL HIDRATADA EM
CONCRETOS COM ALTOS TEORES DE ADIÇÃO
MINERAL NA PENETRAÇÃO DE CLORETOS E NA
SOLUÇÃO AQUOSA DOS POROS DO CONCRETO
por
Márcia Dal Ri
Dissertação apresentada ao Curso de Mestrado do Programa de PósGraduação em Engenharia Civil, Área de Concentração em
Materiais de Construção, da Universidade Federal de Santa Maria
(UFSM, RS), como requisito parcial para obtenção do grau de
Mestre Em Engenharia Civil.
PPGEC
Santa Maria, RS – Brasil
2002
3
Universidade Federal De Santa Maria
Centro de Tecnologia
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
A Comissão Examinadora, abaixo assinada,
aprova a Dissertação de Mestrado
EFEITOS DA ADIÇÃO DE CAL HIDRATADA EM
CONCRETOS COM ALTOS TEORES DE ADIÇÃO
MINERAL NA PENETRAÇÃO DE CLORETOS E NA
SOLUÇÃO AQUOSA DOS POROS DO CONCRETO
elaborado por
Márcia Dal Ri
como requisito parcial para a obtenção do grau de
Mestre em Engenharia Civil
COMISSÃO EXAMINADORA:
Prof. Dr. Antônio Luiz G. Gastaldini (orientador)- UFSM/RS
Prof. Dr. Geraldo Cechella Isaia – UFSM/RS
Profa. Dra. Denise Dal Molin – URGS/RS
Santa Maria, 15 de agosto de 2002.
4
Agradeço, inicialmente a Deus,
pois sem ele nada seria possível, agradeço também
a todas as pessoas que de alguma forma,
contribuíram para que este trabalho fosse concluído.
E principalmente a minha família
que em todos os momentos me deu apoio e compreensão.
5
RESUMO
Dissertação de Mestrado
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
Universidade Federal de Santa Maria, RS, Brasil
EFEITOS DA ADIÇÃO DE CAL HIDRATADA EM CONCRETOS COM
ALTOS TEORES DE ADIÇÃO MINERAL NA PENETRAÇÃO DE
CLORETOS E NA SOLUÇÃO AQUOSA DOS POROS DO CONCRETO
Autora: Márcia Dal Ri
Orientador: Prof. Dr. Antônio Luiz G. Gastaldini
Santa Maria, 30 de junho de 2002
A principal forma de degradação das estruturas é a corrosão da armadura, seja
devido à ação de íons cloreto ou à carbonatação. A substituição do cimento
por grandes quantidades de adições minerais resulta em diminuição dos teores
de hidróxido de cálcio na solução dos poros e num aumento da velocidade de
carbonatação. Este trabalho teve por objetivo verificar o efeito da adição de
cal hidratada, com o intuito de repor àquela consumida pelas reações
pozolânicas, em misturas binárias e ternárias compostas com altos teores de
adições minerais, cinza volante, cinza de casca de arroz e escória de alto
forno, na penetração de cloretos e composição da solução aquosa dos poros do
concreto Foram investigadas 11 misturas aglomerantes, sendo uma de
referência, e as demais contendo cinza volante, cinza de casca de arroz e
escória de alto forno. Os níveis de resistência foram definidos em função das
relações água/aglomerante 0,35, 0,45 e 0,55, e tempo de cura, 28 e 91 dias.
Posteriormente, foram construídas as curvas de Abrams que possibilitaram
uma análise em dois níveis de resistência, 40 MPa e 55 MPa. Os ensaios
realizados foram resistência à compressão axial, penetração de cloretos
segundo a ASTM C 1202 e composição da solução aquosa dos poros. Da
análise dos resultados obtidos, constatou-se redução na penetração total de
cloretos para todas as misturas com adição, variando de acordo com o tipo e
teor de substituição da adição, comparadas àquela de referência, tanto para
igualdade de relação a/ag quanto para os mesmos níveis de resistência, 40
MPa e 55 MPa. Verificou-se redução na condutividade específica das misturas
aglomerantes investigadas, em relação àquela de referência. Para todas as
misturas investigadas, a adição de cal hidratada resultou num aumento nos
valores de resistência à compressão, permeabilidade a cloreto e condutividade
da solução aquosa dos poros.
6
SUMÁRIO
RESUMO ...................................................................................................... viii
ABSTRACT .....................................................................................................ix
LISTA DE TABELAS ....................................................................................... x
LISTA DE FIGURAS ..................................................................................... xii
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS ....................................................... xiv
INTRODUÇÃO ............................................................................................... 1
CAPÍTULO I
CORROSÃO DAS ARMADURAS POR CLORETOS, MECANISMO DE
PENETRAÇÃO............................................................................................... 5
1.1 - Introdução .............................................................................................. 5
1.2 – Corrosão das armaduras por cloretos ................................................... 6
1.3 –Mecanismo de penetração de íons cloretos.......................................... 14
CAPITULO II
EFEITOS DAS ADIÇÕES MINERAIS NA DURABILIDADE DO CONCRETO
FRENTE A CLORETOS................................................................................ 19
2.1 - Efeitos das adições minerais na estrutura da pasta.............................. 23
2.2 - Efeitos das adições minerais na composição da solução aquosa dos
poros.............................................................................................................. 26
2.3 - Efeito das adições minerais na relação Cl-/OH- e na retenção de
cloretos.......................................................................................................... 29
7
CAPITULO III
INVESTIGAÇÃO EXPERIMENTAL ............................................................. 33
3.1 - Introdução ............................................................................................ 33
3.2 - Metodologia da pesquisa............. ........................................................ 35
3.3 - Ensaios de caracterização dos materiais ............................................ .37
3.3.1 - Cimento........ ..................................................................................... 37
3.3.2 - Pozolana ........................................................................................... 40
3.3.3 - Cal Hidratada .................................................................................... 42
3.3.4- Agregados ...........................................................................................43
3.3.5 - Superplastificante ...............................................................................43
3.4 - Dosagem dos concretos ....................................................................... 45
3.4.1 - Cura e preparação dos corpos de prova ........................................... 48
3.5 – Sequência de ensaios ......................................................................... 49
3.5.1 - Resistência à compressão ....... ........................................................ 49
3.5.2 - Penetração de cloreto ....................................................................... 50
3.5.3 – Relação iônica Cl-/OH-....................................................................... 50
3.5.4 – Solução aquosa dos poros ............................................................... 51
CAPITULO IV
ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ......................................... 54
4.1 - Introdução ............................................................................................ 54
4.2 - Análise dos resultados de resistência à compressão .......................... 55
4.3 – Análise dos resultados de penetração de cloreto ............................... 63
4.3.1 – Análise da penetração média de cloretos............ ............................ 68
4.3.2 - Análise da penetração total de cloretos para resistência de 40 MPa,
aos 91 dias.................................................................................................. 71
4.3.3 - Análise da penetração total de cloretos para resistência de 55 MPa,
aos 91 dias ................................................................................................ 73
4.3.4 – Relação Cl-/OH-. ............................................................................... 79
4.4- Análise dos resultados da solução aquosa dos poros ...........................80
4.5 -Integração dos resultados ..................................................................... 84
8
4.5.1 - Resistência à compressão versus penetração de cloreto ..................84
4.5.2 - Penetração de cloreto versus cloretos retidos................................... 86
4.5.3 – Penetração de cloretos versus solução aquosa dos poros................87
CONCLUSÃO .............................................................................................. 89
REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFIAS .............................................................. 93
9
LISTA DE TABELAS
TABELA 1.1 – Teor limite de cloretos (Andrade, 1992 citado por Forte,
1995)........................................................................................8
TABELA 3.1 – Características físico/químicas do cimento...........................38
TABELA 3.2 – Características físicas das pozolanas.....................................38
TABELA 3.3 – Dados granulométricos do cimento e pozolanas...................39
TABELA 3.4 – Composição química do cimento e pozolanas.......................39
TABELA 3.5 – Denominação, teor de pozolana e cal para as diferentes
misturas investigadas.............................................................41
TABELA 3.6 – Características
físicas
dos
agregados
miúdo
e
graúdo....................................................................................44
TABELA 3.7 – Quantidade
de
material
utilizado
por
m3 de
concreto..................................................................................46
TABELA 3.8 – Idades de ensaio e tamanho dos corpos de prova.................48
TABELA 3.9 – Condutividade equivalente
de
íons
aquosos
numa
concentração infinita em 250C...............................................53
TABELA 4.1 – Resistência à compressão e índice médio de resistência
aos 28 e 91 dias......................................................................56
TABELA 4.2 – Constantes de Abrams para os resultados de resistência à
compressão aos 28 e 91 dias..................................................59
10
TABELA 4.3 – Relação água/aglomerante e consumo de cimento para
igualdade
de
resistência
de
40
MPa,
aos
91
dias.........................................................................................61
TABELA 4.4 – Relação água/aglomerante e consumo de cimento para
igualdade
de
resistência
de
55
MPa,
aos
91
dias.........................................................................................61
TABELA 4.5 – Penetração total e índice médio de penetração de
cloretos...................................................................................64
TABELA 4.6 – Penetração
de
cloretos
em
concretos
baseado
nos
resultados obtidos no teste da ASTM C 1202........................67
TABELA 4.7 – Constantes de Abrams para os resultados de penetração
de cloretos aos 28 e 91 dias...................................................67
TABELA 4.8 – Penetração de cloretos total para igualdade de resistência de
40 MPa, aos 91 dias...............................................................72
TABELA 4.9 – Penetração de cloretos total para igualdade de resistência de
55 MPa, aos 91 dias...............................................................75
TABELA 4.10 – Alcalinidade, teor de cloreto retido e relação iônica Cl-/OH, aos 91 dias........................................................................75
TABELA 4.11 – Análise da solução aquosa dos poros, para relação a/ag
0,55, aos 91 dias.................................................................... 81
TABELA 4.12 – Na2Oeq,
relação
condutividade e
a/ag
condutividade relativa
0,55,
aos
para
91
dias........................................................................................ 82
11
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1.1 – Corrosão do aço induzida por cloretos. (HANSSON, 1995,
citado por HANSSON et al, 1998)........................................11
FIGURA 1.2 – Taxa de corrosão do aço em função do tempo de vida útil da
estrutura.
(ANDRADE,
1992
citado
por
FORTES,
1995)......................................................................................12
FIGURA
3.1
–
Difração
de
raio
X
da
cinza
de
casca
de
arroz.......................................................................................42
FIGURA 4.1 – Resistência
à
compressão
versus
relação
água/aglomerante, aos 28 dias...............................................58
FIGURA 4.2 – Resistência
à
compressão
versus
relação
água/aglomerante, aos 91 dias...............................................59
FIGURA 4.3 – Consumo de cimento para resistência à compressão de 40
MPa, aos 91 dias....................................................................62
FIGURA 4.4 – Consumo de cimento para resistência à compressão de 55
MPa, aos 91 dias....................................................................62
FIGURA 4.5 – Penetração de cloretos versus relação a/ag, aos 28 dias, para as
diferentes misturas.................................................................65
FIGURA 4.6 – Penetração de cloretos versus relação a/ag, aos 91 dias, para as
diferentes misturas.................................................................65
FIGURA 4.7 – Índice médio de penetração de cloretos, aos 28 e 91
dias.........................................................................................70
12
FIGURA 4.8 – Penetração total de cloretos para igualdade de resistência de
40 MPa...................................................................................73
FIGURA 4.9 – Penetração total de cloretos para igualdade de resistência de
55 MPa...................................................................................74
FIGURA 4.10 – Teores de cloreto totais retidos no concreto.........................77
FIGURA 4.11 – pH das misturas investigadas ..............................................81
FIGURA 4.12– Condutividade específica, em ohm-1, para relação a/ag
0,55, aos 91 dias....................................................................82
FIGURA 4.13 – Condutividade específica, em %, para relação a/ag 0,55, aos
91 dias....................................................................................83
FIGURA 4.14 – Correlação entre penetração de cloretos e resistência à
compressão
em
igualdade
de
relação
a/ag,
aos
91
dias.........................................................................................84
FIGURA 4.15 – Penetração
de
cloretos em igualdade de resistência à
compressão, aos 91 dias.........................................................85
FIGURA 4.16 – Correlação entre penetração de cloretos, em Coulombs, e o
teor de cloretos totais retidos, para as misturas sem adição de
cal hidratada...........................................................................86
FIGURA 4.17 – Correlação entre condutividade específica e penetração
de íons cloretos, aos 91 dias, sem adição de cal
hidratada.................................................................................87
FIGURA 4.18 – Correlação entre condutividade específica e penetração
de íons cloretos, aos 91 dias, com adição de cal
hidratada.................................................................................88
13
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
a/ag - Relação água/aglomerante (cimento + pozolana), em massa
a/c - Relação água/cimento, em massa
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas
ARI – Cimento Portland de alta resistência inicial
BaCl2 – Sulfato de bário
BaSO4 – Cloreto de bário
C3A – Aluminato tricálcico
C3S – Silicato tricálcico
C/S – Relação cálcio/sílica
Ca2+ - Íons cálcio
CA – Cinza de casca de arroz
CaO – Óxido de cálcio
CaSO4 – Sulfato de cálcio
CCA – Cinza de casca de arroz
CH – Hidróxido de cálcio
Cl – Íons cloreto
Cl- - Íons cloreto
Cl-/OH- - Relação iônica entre cloretos e hidroxilas
CO2 – Anidrido carbônico ou dióxido de carbono
CP – Cimento portland
C-S-H – Silicatos de cálcio hidratados
Cu – Penetração unitária de cloretos
14
CV – Cinza volante
D10 – Diâmetro (µm) abaixo do qual encontram-se 10% das partículas
D50 – Diâmetro (µm) abaixo do qual encontram-se 50% das partículas
D90 – Diâmetro (µm) abaixo do qual encontram-se 90% das partículas
fc – Resistência à compressão, em MPa
Fe2+ – Íons ferro
H – Moléculas de água (H2O)
HCl – Ácido clorídrico
IC – Índice de penetração média de cloretos
ICu – Índice de penetração unitária de cloreos
K+ - Íons potássio
Na+ - Íons sódio
NaCl – Cloreto de sódio
Na2O – Óxido de sódio
Na2Oeq – Equivalente alcalino em sódio
NaOH – Hidróxido de sódio
O2 – Oxigênio
OH- - Íons hidroxila ou hidroxila
pH – Potencial de hidrogênio ou hidrogeniônico
REF – Concreto de referência, sem adição mineral
SiO2 – Dióxido de silício
SO42- - Óxido de enxofre
UR – Umidade relativa do ar
φ - Diâmetro
15
CAPÍTULO I – COROSÃO DAS ARMADURAS POR CLORETOS,
MECANISMO DE PENETRAÇÃO
1.1 – INTRODUÇÃO
O concreto é um material caracterizado por apresentar bom
comportamento quando submetido a esforços de compressão. Entretanto, é
baixa sua resistência à tração, sendo, por isso, associado ao aço, constituindo o
concreto armado. O concreto e o aço são materiais de construção compatíveis,
não apresentando problemas quanto à dilatação térmica e são largamente
utilizados na construção civil.
As armaduras de aço, estando em contato com o ar atmosférico e a
umidade, voltam ao seu estado original, sofrendo corrosão metálica, que é a
transformação de materiais metálicos, pela ação química ou eletroquímica do
meio-ambiente. (AMPADU et al, 1999).
O concreto protege a armadura sob dois aspectos: o físico e o químico.
Quanto à primeira proteção é devida à barreira física proporcionada pelo
cobrimento sobre a armadura, cuja eficiência depende da qualidade e
espessura do cobrimento de concreto; a proteção química resulta do elevado
pH existente na solução aquosa dos poros do concreto, permitindo, assim, a
formação de uma fina película protetora, conhecida como camada de
passivação.
16
A destruição da camada passivadora pode ser devido à ação do dióxido
de carbono (CO2) ou íons cloreto (Cl-), sendo que a presença simultânea de
oxigênio e umidade, resulta no processo de corrosão da armadura.
1.2 – CORROSÃO DA ARMADURA POR CLORETOS
A vida útil de projeto entende-se pelo período de tempo no qual se
mantém as características das estruturas de concreto, sem exigir medidas
extras de manutenção e reparo, isto é, após esse período que começa a efetiva
deterioração da estrutura. A vida útil pode ser modificada pela ação de agentes
agressivos, principalmente os íons cloretos, que provém tanto do meio
externo, como podem estar presentes no seio do concreto, oriundos da água de
amassamento, agregados ou de aditivos a base de cloretos. Outro agente
agressivo é o CO2, responsável pela carbonatação do concreto, que causa uma
diminuição da alcalinidade do concreto.
Conforme WEE et al (2000), a resistência à compressão e relação a/ag
são convencionalmente empregadas para descrever a qualidade do concreto.
Atualmente são feitas identificações e avaliações independentes das
propriedades que devem ser consideradas em estruturas expostas a ambientes
marinhos. Permeabilidade a cloretos do concreto é uma propriedade intrínseca
que precisa para ser avaliado, especialmente em construções de estruturas que
podem estar expostas a meio-ambiente marinho. A corrosão, que é induzida
17
por cloretos, em concreto armado, é a maior causa de deterioração prematura e
degradação de estruturas de concreto.
Segundo AL-MOUDI & MASLEHUDDIN (1993), o concreto protege a
armadura fisicamente graças a impermeabilidade da estrutura, com o retardo
de ingresso de agentes agressivos para o interior da estrutura. A proteção
química é proveniente do elevado pH na solução aquosa dos poros, que forma
um tênue filme de proteção, conhecido como camada de passivação. Sua
integridade e qualidade de proteção depende da alcalinidade (pH). Bem
hidratado o cimento Portland contém de 15 a 30 % de hidróxido de cálcio e
outros álcalis, usualmente encontrados na solução dos poros, cujo pH está
entre 13 e 13,5.
Os poros do concreto de pequenas dimensões são ocupados pela fase
aquosa do concreto, contendo componentes iônicos, como OH-, Na+, Ca2+,K+ e
SO4 2-.
De acordo com NEVILLE (1997), a camada de passivação na superfície
do aço se forma logo após o início da hidratação do cimento, consiste de γFe2O3, firmemente aderente ao aço. Enquanto esta película de óxido estiver
presente, o aço permanece intacto.
AL MOUDI E MASLEHUDDIN (1993) afirmam que a corrosão das
armaduras é devido, principalmente aos íons cloretos, e que as condições
agressivas do meio-ambiente, caracterizadas por elevadas temperaturas,
variação de umidade e presença de íons agressivos como sais de cloreto e
sulfato, são entendidos como principais fatores contribuintes na deterioração
da estrutura de concreto. Entretanto, a relação entre corrosão e concentração
de cloretos no aço ainda não possui aceitação universal, AL MOUDI E
MASLEHUDDIN (1993), JENSEN et al (1999).
18
A tabela 1.1 apresenta o teor limite de cloretos proposto pelas diversas
normas. Segundo FORTES (1995), um valor médio aceito para o teor de
cloreto é de 0,4% em relação à massa de cimento ou 0,05% a 0,1% em relação
à massa do concreto.
De acordo com a Norma Brasileira, NBR-6118, o máximo teor de
cloretos é de 500mg/l, em relação à água de amassamento do concreto.
Na América do Norte, segundo NEVILLE (1997), o teor de íons cloreto
no concreto armado é fixado em 0,15% da massa de cimento.
TABELA 1.1- Teor limite de cloretos (ANDRADE, 1992 citado por
FORTES, 1995).
Teor Limite de Cl− para
Norma
concreto armado (% em
relação
a
Massa
de
Cimento)
EH − 88
0,40
pr EN − 206
0,40
BS − 8110/85
0,20 − 0,40*
ACI − 318/83
0,15 − 0,30 − 1,00**
* O limite varia em função do tipo de cimento
** O limite varia em função da agressividade ambiental
HANSSON et al (1998) cita que os cloretos contidos na solução dos
poros não podem ser usados sozinhos para medir a taxa de corrosão. Assim,
enquanto um teor de Cl- mínimo contido pode ser necessário para iniciar o
19
processo corrosivo, a taxa subsequente de corrosão é controlada por outros
fatores, como resistividade, porosidade, pH, e disponibilidade de oxigênio.
Parte dos cloretos combinam-se com o aluminato tricálcico (C3A) e
formam principalmente o cloroaluminato de cálcio, conhecido por sal de
Friedel (C3A.CaCl2.10H2O). Este sal se incorpora à fase sólida do cimento
hidratado. Outra parte é fisicamente retida por adsorção à superfície dos poros
de gel. Finalmente uma terceira parte fica dissolvida na fase aquosa dos poros,
formando os cloretos livres, que penetram através do concreto, até alcançar a
armadura, podendo desencadear o processo corrosivo (FORTES, 1995).
A concentração de íons cloreto depende da concentração de outros íons
presentes. Para um dado teor de íons cloreto, quanto maior a concentração de
hidroxila (OH-), maior a quantidade de cloretos livres. Por esse motivo,
considera-se que a relação Cl-/OH- influencia na evolução da corrosão,
(NEVILLE,1997).
Para THOMAS (1996), o risco de corrosão do aço aumenta com o
aumento da relação Cl-/OH- presente na solução dos poros, sendo a relação
crítica proposta de 0,61.
O mecanismo de corrosão do aço, no concreto, só se desenvolve em
presença de água, ou ambiente com umidade relativa elevada (U.R. > 60%). A
corrosão só ocorre quando atendidas as seguintes condições básicas:
existência de um eletrólito, deve existir uma diferença de potencial de eletrodo
e presença de oxigênio.Assim, não há corrosão em concreto seco, nem
tampouco em concreto totalmente saturado, devido não haver suficiente
acesso de oxigênio.
Para FORTES (1995), a corrosão é um processo desenvolvido de modo
espontâneo como o de qualquer pilha eletroquímica onde existam um ânodo,
20
um cátodo, um eletrólito e a presença de um condutor elétrico. A ausência de
um desses elementos impedirá o início da corrosão ou cessará o processo, caso
já esteja em andamento.
Segundo NEVILLE (1997), a corrosão pode ser descrita como segue.
Quando existe uma diferença de potencial elétrico entre dois pontos do aço no
concreto, forma-se uma célula eletroquímica: com uma região anódica e uma
região catódica ligadas pelo eletrólito na forma de água dos poros da pasta
endurecida. Os íons Fe++, com carga elétrica positiva no ânodo passam para a
solução, enquanto os elétrons livres,e- , com carga elétrica negativa, passam
pelo aço para o cátodo, onde são absorvidos pelos constituintes do eletrólito e
combinam com a água e oxigênio formando os íons de hidroxila, OH-. Estes
íons se deslocam pelo eletrólito e combinam com os íons ferrosos formando
hidróxido ferroso, que por outra oxidação se transformam em hidróxido
férrico (ferrugem). As reações são as seguintes:
Reações anódicas:
Fe → Fe++ + 2 eFe++ + 2(OH)-→ Fe(OH)2 (hidróxido ferroso)
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → 4 Fe (OH)3 (hidróxido férrico)
Reações catódicas:
4 e- + O2 + 2 H2O → 4(OH-)
A Figura 1.1 representa esquematicamente a corrosão do aço induzida
por cloretos
21
Processo catódico redução do
oxigênio
2e- + H2O + ½ O2 → 2 (OH)-
Processo anódico
Difusão de O2
através do concreto
Água dos poros- eletrólito
de dissolução do
FIGURA 1.1 - Corrosão do aço induzida por cloretos (HANSSON,1995,
citado por HANSSON et al,1998 )
O modelo de vida útil de estruturas de concreto armado proposto por
TUUTTI (1982), consiste em duas fases, conforme mostra a Figura 1.2. A
primeira fase corresponde ao tempo que os cloretos levam para penetrar no
concreto em quantidade suficiente para despassivar a armadura. Este período
depende da taxa de difusão dos íons cloreto, da diminuição dos cloretos
ligados e a taxa de ingresso de íons cloreto. A segunda fase é o período de
corrosão ativa e corresponde ao período de tempo em que os produtos da
corrosão causam expansão e lascamento no concreto. A duração desse período
é determinada pela taxa de corrosão e da capacidade do concreto em resistir as
22
forças internas causadas pelos produtos da corrosão. A taxa de corrosão
depende da taxa de ingresso de oxigênio, da resistividade elétrica do concreto,
das condições do meio ambiente.
Grau de
Corrosão
Grau máximo aceitável de corrosão
O 2 ,Temp., UR
CO 2 , Cl
-
Iniciação
Tempo
Propagação
vida útil
tempo antes de reparar
FIGURA 1.2- Taxa de corrosão do aço em função do tempo de vida útil
da estrutura (ANDRADE, 1992, citado por FORTES,
1995)
Para GENTIL (1987), a oxidação do aço ou ferrugem é acompanhada de
um aumento de volume, que inicialmente gera microfissuras ou aumenta o
número de microfissuras preexistentes presentes no recobrimento de concreto
devido à cura inadequada. Estas microfissuras iniciais tornam a penetração de
agente agressivo mais fácil, de tal forma a favorecer a corrosão do aço e
finalmente leva ao lascamento do recobrimento de concreto.
23
AL-AMOUUDI & MASLEHUDDIN (1993) citam que os íons cloreto
ativam a superfície do aço, formando o ânodo, sendo o cátodo a superfície
passivada. As reações são as seguintes:
Fe++ + 2 Cl- → FeCl2
FeCl2 + 2 H2O → Fe(OH)2 + 2 HCl
HANSSON et al (1998) afirmam que a composição da solução aquosa
dos poros em contato com a armadura é o principal responsável pela corrosão.
Juntamente com a estrutura da pasta, estando relacionadas aos seguintes
fatores: a) o Cl- contido e o pH da solução aquosa dos poros, controlam a
agressividade química do ambiente do aço; b) a porosidade e distribuição do
tamanho dos poros da pasta de cimento determinam a disponibilidade do meio
corrosivo e c) a resistividade da pasta de cimento que determina a magnitude
da corrosão fluindo de áreas anódicas, onde a corrosão está acontecendo, para
as que permanecem passivas, áreas catódicas.
DELAGRAVE (1996) relatou que o nível de pH da solução aquosa dos
poros é o mais importante fator no controle da durabilidade das pastas de
cimento sujeitas a ataques químicos. Este pode alterar a microestrutura e
modificar a composição química das pastas. A porosidade total e a
profundidade de descalcificação aumentam com a diminuição do nível de pH.
1.3 – MECANISMO DE PENETRAÇÃO DE ÍONS CLORETO
24
Os íons cloreto podem estar presentes no concreto tendo sido
incorporados a mistura através de agregados contaminados, por água do mar
ou água salobra, ou por aditivos a base de cloretos. Contudo o problema do
ataque por cloretos geralmente surge quando os íons se originam do meio. Isso
pode ser causado por sais descongelantes, pela água do mar em contato com o
concreto, ou depositado sobre sua superfície na forma de gotículas,
NEVILLE(1997).
SANSON et al (2000) afirmam que o concreto é um material poroso,
tendo um esqueleto rígido (sólido) e a fase liquida (aquosa). A fase liquida
possui uma elevada carga iônica contida na solução aquosa dos poros, devido
à presença de íons. No estágio inicial da hidratação, pode-se considerar que a
fase liquida esteja no estado metaestável do equilíbrio termodinâmico com a
fase sólida. Durante a vida útil da estrutura de concreto, a composição química
da fase aquosa dos poros pode ser modificada, devido à penetração de íons
externos e/ ou a ativação de íons já presentes na solução dos poros.
Segundo TANG (1999), em geral, os íons cloreto estão presentes no
concreto sob duas formas: cloretos livres e cloretos ligados. Os cloretos totais
contidos no concreto são a soma dos cloretos livres e cloretos ligados, sendo
que os cloretos livres contidos na solução possuem mobilidade e podem
contribuir na concentração e na condutividade. Para PAPADAKIS (2000),
existe uma boa correlação entre o teor C3A contido e a capacidade ligante de
cloretos. Ele determina que a capacidade de ligar cloretos é fator determinante
na resistência ao ingresso de cloretos.
Os íons cloretos podem ser transportados no concreto através dos
seguintes mecanismos: absorção capilar, difusão, permeabilidade ou migração
25
de íons por ação de um campo elétrico. A cada um dos mecanismos e ações
corresponde uma dimensão e distribuição ideal dos poros nos quais a
penetração é maior.
Os principais mecanismos de transporte de ions cloreto são a difusão e a
migração. A difusão é o movimento de substâncias de zona de elevado
gradiente de concentração para a zona de baixa concentração, enquanto
migração é o carregamento de substâncias sobre a ação de um campo elétrico,
TANG (1999).
De acordo com DELAGRAVE (1996), os íons cloreto normalmente
penetram no concreto por capilaridade ou difusão. Eles migram para o aço,
destruindo a camada passivadora e podendo desencadear o processo corrosivo,
podendo interagir com alguns hidratos da pasta de cimento. A lixiviação do
cálcio tende a aumentar a porosidade, aumentando a difusão dos íons cloreto.
O processo de difusão não depende somente da diferença de concentração
entre a solução dos poros e a solução externa, mas também da microestrutura
da pasta.
O ingresso de íons cloreto diminui quando a porosidade é reduzida ou a
tortuosidade do sistema de poros é aumentada. Assim, a composição e
estrutura da pasta ou argamassa apresentam forte influência no ingresso de
cloretos, JENSEN et al (1999).
LI & ROY (2000) confirmam que a porosidade, diâmetro médio dos
poros, e distribuição do tamanho dos poros nos materiais cimentícios são
muito importantes para as características da microestrutura; influenciando uma
série de propriedades dos materiais, como resistência à compressão,
durabilidade e resistividade à difusão de íons. Essas propriedades são
26
essencialmente afetados pela finura, relação a/ag, composição química e
reatividade das adições minerais.
Para WEE et al (2000), o mecanismo de transporte dos íons cloretos é
melhor entendido como um processo de migração iônica (eletrolítico).
Durante a condução eletrolítica, a condutividade do fluido dos poros é o maior
responsável pelo processo condutivo, sendo governado pela concentração dos
vários íons dissolvidos nele. Os principais íons que participam do processo
condutivo são Na+,K+,Ca2+ e OH-. Deste modo, além dos íons cloretos
presentes no meio, os íons presentes na solução dos poros participam do
processo iônico de migração.
A condutividade do Na+(50,11Ω-1m2mol-1) e K+ (73,52Ω-1m2mol-1), na
fase aquosa, são menores se comparados à condutividade dos íons cloreto
(76,34 Ω-1m2mol-1). O papel dos íons Ca+ (59,50 Ω-1m2mol-1) durante o
processo de migração acredita-se ser desprezível devido a sua baixa
concentração na solução dos poros. Os íons OH- (198,30 Ω-1m2mol-1) possuem
alta condutividade se comparado aos outros íons.
Para Prince & Gagné (2001), a variação na concentração de OH- altera a
condutividade e o pH na solução, sendo que o aumento na concentração de
OH- aumenta a intensidade de corrente. HANSSON et al (1998) confirmam
que o aumento na concentração iônica da solução dos poros aumenta a
condutividade, diminuindo assim a resistividade elétrica do concreto.
Segundo AMPADU et al (1999), a resistividade do concreto aumenta
com o tempo de cura e com a diminuição da relação a/ag.
DELAGRAVE (1996) afirma que a relação a/ag não causa efeito no
processo de deterioração por ataque químico, mas influencia na cinética deste
27
processo. A redução da relação a/ag
diminui a porosidade e causa um
refinamento dos poros.
Segundo NYAME (1985) apud KEARSLEY & WAINWRIGHT (2001),
a adição de agregados a pasta, possuem duas influências sobre a
permeabilidade: o volume de obstrução pode reduzir a permeabilidade, pois o
agregado possui menor permeabilidade que a pasta; mas os efeitos da interface
pasta
agregado,
por
exemplo
microfissuras,
podem
aumentar
a
permeabilidade.
DELAGRAVE (1996) confirma que a presença de agregados tende a
modificar a microestrutura da pasta de cimento na interface. A elevada
porosidade e o aumento de portlandita contido na zona de transição, facilita o
ingresso de agentes agressivos externos e aumenta a lixiviação do cálcio.
Para NEVILLE (1995) apud KEARSLEY & WAINWRIGHT (2001), a
permeabilidade do concreto dá indícios da facilidade com que os fluidos,
gases e vapores penetram e se movem através deste e, por esta razão, é um
bom indicativo da qualidade do mesmo. Segundo KEARSLEY &
WAINWRIGHT (2001), se a porosidade é alta e os poros estão
interconectados a permeabilidade também será alta, mas se os poros forem
descontínuos a permeabilidade do concreto será baixa, apesar da porosidade
ser alta.
HANSON et al (1998) relatam que os fatores que podem afetar a
corrosão induzida por cloretos são: a) a taxa de ingresso de cloretos do meioambiente; b) a concentração de cloretos que o aço pode tolerar, antes que
ocorra a despassivação da armadura; c) resistividade elétrica do concreto e d)
a composição química do eletrólito (solução aquosa dos poros).
28
CAPITULO II – EFEITOS DAS ADIÇÕES MINERAIS NA
DURABILIDADE DO CONCRETO FRENTE A CLORETOS.
2.1 – Introdução
A durabilidade do concreto é definida, de acordo com o Comitê 201 do
ACI (American Concrete Institute), como a sua capacidade de resistir à ação
de intempéries, ataques químicos, abrasão ou qualquer outro processo de
deterioração. Pode ser definida também como a capacidade que a estrutura
possui de manter suas características estruturais e funcionais originais, pelo
tempo de vida útil esperado, nas condições de exposição para qual foi
projetada.
Uma forma de agregar ganhos econômicos e ecológicos é introduzir na
composição do concreto uma ou mais adições minerais. As principais adições
minerais utilizadas são a cinza volante, resíduo da queima do carvão, visto que
entre 30% a 50% da massa de carvão produzido volta a cava sob forma de
cinza; escória de alto forno, subproduto da fabricação do ferro gusa,
representando 50% do produto final; e cinza de casca de arroz, representando
20% da produção de arroz.
Estes resíduos possuem atividade hidráulica (escória) e/ou pozolânica
(cinza volante e cinza de casca de arroz) por serem de origem silico-aluminosa
e mineralógicamente amorfos, reagindo com a água e cal, podendo assim ser
incorporados ao cimento.
29
Segundo NEVILLE (1997), a pozolana é definida como um material
silicoso ou sílico-aluminoso, que em si mesmo possui pouca ou nenhuma
propriedade cimentante, mas numa forma finamente moída e na presença de
umidade, reage quimicamente com hidróxido de cálcio, a temperatura
ambiente, para formar compostos cimentantes.
A utilização de pozolanas traz benefícios para diversas propriedades do
concreto. Por se tratar de um material extremamente fino, sua adição
proporciona um efeito físico através do tamponamento dos poros, diminuindo
o volume de vazios, e um efeito químico, pela produção de C-S-H, através das
reações pozolânicas. Contribui assim para uma menor porosidade, o que
permite ganhos de resistência mecânica e proporciona um concreto com baixa
permeabilidade, garantindo uma proteção à estrutura frente a agentes
agressivos, que promovem a deterioração do concreto, ALVES (2000).
Para MASLEHUDDIN et al (1990), existe uma crescente tendência, no
mundo inteiro, pelo uso de adições minerais, principalmente, cinza volante,
escória de alto forno e cinza de casca de arroz. Esses materiais foram
inicialmente usados com o objetivo de preservação do meio-ambiente e
diminuição do consumo de energia, mas tiveram evidência quando usados,
pois promoveram durabilidade ao concreto.
ROY (1986) apud MASLEHUDDIN et al (1990) relatam que a baixa
capacidade de difusão de íons cloreto em concretos com a adição de pozolanas
pode ser devido à baixa concentração de íons hidroxila na solução dos poros.
A difusão de íons cloreto no concreto é fortemente influenciada pelo tipo de
cimento e, tipo e proporção de pozolanas utilizadas. MASLEHUDDIN et al
(1990) observaram, em misturas com 20% de cinza volante e 60% de escória
30
de alto forno, menor penetração de cloretos e creditaram esse fato à
diminuição da penetração devido ao refinamento dos poros.
MANGAT & MOLLOY (1991), ao substituírem o cimento por 15%,
20% e 25% de cinza volante e 20%, 40% e 60% de escória de alto forno,
verificaram que o uso dessas adições minerais no concreto influenciam na taxa
de corrosão, modificando a concentração de Cl- e a alcalinidade, ou seja, a
concentração de OH- na solução dos poros.
A taxa de corrosão foi
significativamente reduzida para o teor de substituição de 60% de escória de
alto forno. Observaram também que a resistividade do concreto aumenta com
o aumento no teor de substituição das adições minerais.
WEE et al (2000) realizaram ensaios com várias proporções e finuras de
escória de alto forno e concluíram que a carga passante em concretos com esta
adição diminui exponencialmente devido ao aumento da resistividade elétrica
da mistura. A carga passante é controlada pela microestrutura e condutividade
do fluido dos poros (especialmente íons OH-). Para adições de até 70% de
escória de alto forno a resistividade elétrica aumenta, ou seja, diminui a
permeabilidade a cloretos. Essa diminuição pode ser atribuída à densificação
da microestrutura e diminuição da condutividade do fluido dos poros.
Investigando misturas com teor de substituição de 20% e 40% de cinza
volante, AMPADU et al (1999) verificaram significativa redução no
coeficiente de difusão de íons cloreto, principalmente com elevadas idades.
Obtiveram melhor resultado para um teor de substituição de 40%.
BABU & RAO (1995) citam que a cinza volante demonstra pouca
eficiência para pequenas idades, pois age somente como agregado fino (efeito
filer), entretanto, para maiores idades aumentam sua eficiência devido às
reações pozolânicas. Para eles a eficiência da cinza volante depende de suas
31
características, físicas como forma, tamanho e distribuição das partículas, e
químicas como composição química e mineralógica.
ZHANG & MALHOTRA (1995) determinaram a penetração de cloretos
aos 28 e 91 dias, em concretos compostos com 10% de cinza de casca de
arroz, com relação a/ag 0,40. Aos 28 dias, observaram que o concreto de
referência apresentou carga passante de 2175 C, enquanto que a mistura
contendo cinza de casca de arroz apresentou 875 C. Aos 91 dias o concreto
com cinza de casca de arroz apresentou carga passante de 360 C, inferior ao
concreto de referência, 1975 C. Concluíram, portanto, que a cinza de casca de
arroz apresenta excelente resistência à penetração de íons cloreto, com carga
passante em Coulomb menor que 1000, tanto aos 28 como aos 91 dias.
2.2 – Efeitos das adições minerais na estrutura da pasta
A estrutura dos poros, ou seja, a porosidade total, forma e distribuição de
tamanho dos poros, são uma importante característica microestrutural, uma
vez que influencia nas propriedades mecânicas, durabilidade e resistividade
iônica.
A diminuição da taxa de corrosão, em concretos com adição de
pozolanas, é atribuída à diminuição da permeabilidade, que retarda o ingresso
de agentes agressivos. A adição de pozolanas resulta na transformação de
grandes poros em poros menores, causando um refinamento dos poros. Esse
refinamento ocorre devido às reações pozolânicas, ou seja, a reação do
32
hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) e a sílica amorfa, resultando em silicato de
cálcio hidratado suplementar (C-S-H), de menor relação Ca/Si. Essa fase C-SH
apresenta menor densidade que a primária, formada na hidratação do
cimento, WEE et al (2000).
As reações estão representadas a seguir:
C3S + H → C-S-H (primário) + CH
Pozolana + CH + H → C-S-H
De acordo com METHA (1986) apud MASLEHUDDIN et al (1990), a
ação das partículas de pozolanas aumenta a densidade da zona de transição por
diversos mecanismos. Primeiro, a inclusão de finas partículas na mistura do
concreto reduzem a porosidade. Segundo, as finas partículas servem de
núcleos para a cristalização do hidróxido de cálcio, que ao invés de formar
grandes cristais, formam numerosos pequenos cristais com orientação
randômica. Terceiro, a reação química lenta que envolve a transformação de
hidróxido de cálcio em silicato de cálcio hidratado.
LI & ROY (1986),afirmam que a estrutura dos poros do concreto é
essencialmente afetado pela finura, relação água/aglomerante, composição
química e reatividade da pozolana. Com o aumento de substituição de cinza
volante, a permeabilidade a cloretos é diminuída.
WEE et al (2000) observaram que o volume de poros capilares
diminuíram, devido à redução dos teores de Ca (OH)2 decorrente das reações
pozolânicas. Como resultado a microestrutura do concerto se torna mais
densa, tortuosa e descontínua se comparada a mistura somente com cimento.
O efeito filer das partículas ultra-finas preenche os vazios da pasta e também a
zona de transição pasta agregado, tornando a microestrutura mais densa.
33
JENSEN et al (1999) verificaram que a adição de pozolana gera uma
redução na porosidade, e aumento na tortuosidade do sistema de poros,
reduzindo a conectividade dos poros capilares, diminuindo com isso o
coeficiente de difusão.
Para KAWAMURA & TORRI (1989) apud AMPADU et al (1999), a
adição de cinza volante no concreto torna a microestrutura mais densa, e
consequentemente, promove uma maior proteção física às barras de aço do
concreto. AMPADU et al (1999) obtiveram uma correlação entre a
resistividade elétrica e o volume total de poros. Contudo o coeficiente de
correlação diminui com o aumento da adição de cinza volante, sendo a
resistividade elétrica inversamente proporcional ao volume total de poros.
ROY (1989) verificou que elevadas substituições de cimento por escória
de alto forno, além de influenciar nas propriedades do concreto fresco,
promovem alterações importantes para a microestrutura da pasta, como a
diminuição do tamanho e distribuição dos poros, diminuindo assim a
permeabilidade e aumentando a durabilidade.
Para PLANT & BILODEAU (1989), a incorporação de adições (cinza
volante e escória) diminui a porosidade do sistema, resultando em redução da
permeabilidade a íons cloreto. Concretos com adição de cinza volante (25%) e
escória de alto forno(50%) são menos permeáveis a cloretos, se comparados
com o concreto de referência, (28 dias).
PANDEY & SHARMA (2000) observaram que aos 91 dias de idade, os
concretos contendo escória de alto forno e cinza volante apresentaram menor
volume total de poros. Esse refinamento deve-se às reações pozolânicas e
acarretam um aumento da resistência à compressão.
34
De acordo com BACKER (1983) apud MASLEHUDDIN et al (1990), os
concretos compostos com escória de alto forno apresentam menor penetração
de cloretos do que os compostos com cinza volante. Isto porque a escória
possui propriedades pozolânicas e hidráulicas, enquanto a cinza volante possui
somente propriedades pozolânicas.
HEIKAL et al (2000) verificaram que a adição de cal hidratada diminui a
porosidade total, com a formação de uma estrutura mais densa, e acelera a
taxa de hidratação do cimento. O efeito da adição de cal é de ordem física e
química. Física, pois a finura do material funciona como filer, e química
porque as reações com a fase aluminato produzem carboaluminato. As
pozolanas reagem com a cal adicionada, formando C-S-H adicional,
aumentando a resistência à compressão.
2.3 - Efeitos das adições minerais na composição da solução aquosa dos
poros
Para HUSSAIN et al (1996), em concretos normais livres de
carbonatação e contaminação por cloretos, o aço permanece passivado devido
à elevada alcalinidade da solução aquosa dos poros. Contudo, a passivação do
aço é rompida quando há uma quantidade suficiente de cloretos na solução dos
poros. A passivação depende também da concentração de OH- na solução dos
poros.
35
WEE et al (2000) verificaram que a permeabilidade a cloretos do
concreto depende basicamente de suas características microestruturais e da
condutividade da solução aquosa dos poros. A concentração de OH- na
solução dos poros depende do cimento contido na mistura e da alcalinidade,
que depende do tipo e proporção da mistura utilizada no concreto. A
influência do pH da solução aquosa dos poros na carga passante é governada
pelo regime de cura e pelos íons OH- liberados das reações pozolânicas.
PRINCE et al (1999), investigando os mecanismos que envolvem a
penetração de cloretos no concreto, verificaram que a composição da solução
aquosa dos poros tem grande influência. Os íons OH- contidos modificam
notavelmente a intensidade da corrente, pois a mobilidade destes íons é
aproximadamente duas vezes maior do que dos íons Cl-. Dois concretos com
mesma relação a/ag podem ter diferentes medidas de intensidade de corrente,
se suas composições forem diferentes.
Para Prince & gagnéb (2001), a variação na concentração de OH- altera a
condutividade e o pH da solução aquosa dos poros. O aumento na
concentração de OH- gera um aumento na intensidade de corrente medida, e
aceleram o processo de migração dos íons. Eles verificaram que não são
somente os íons Na+, Cl- e OH- que participam do mecanismo de difusão,
outros íons, principalmente Ca++ e SO4+, também participam do transporte de
carga através do concreto.
MEDHAT et al (2000) concluíram que ao se substituir parte do cimento
por cinza volante, a concentração de álcalis (Na+ e K+) e íons hidroxila (OH-)
na solução dos poros diminui significativamente. A magnitude desta redução
depende de inúmeros fatores, incluindo a natureza da cinza volante, nível de
substituição e idade.
36
HEIKAL et al (2000), ao adicionarem cal hidratada ao concreto com
cimento pozolânico, verificaram que o aumento na adição de cal hidratada
gera um aumento no teor de cal livre (Ca2+), ocasionando um aumento na
condutividade.
CERVO (2001), ao realizar ensaios em concretos com a adição de 25%
e 50% de cinza volante e cinza de casca de arroz, 8% de sílica ativa, concluiu
que essas adições reduzem a quantidade de Ca2+, Na+ ,K+, SO4+e OH- na
solução dos poros se comparados à mistura de referência, porém sem diminuir
o pH para valores menores que 12,8. Para cinza volante o aumento no teor de
substituição de 25% para 50%, resultou numa diminuição dos valores de Na2+,
K+e OH-. Nos concretos contendo cinza de casca de arroz, o aumento no teor
de substituição apresentou um notável decréscimo na concentração de Na2+ e
K+.
Observou, também, que todas as misturas com adições minerais
apresentaram menores valores de condutividade se relacionado à mistura de
referência. Atribuiu este fato à diminuição no teor de álcalis na solução dos
poros e às modificações na estrutura de poros das misturas aglomerantes, que
tornam a estrutura mais densa, diminuindo assim a condutividade. Com o
aumento no teor de substituição a condutividade também foi diminuída,
devido ao maior consumo de CH, formando C-S-H adicional de menor relação
C/S que fixam os álcalis, resultando numa menor quantidade desses íons livres
na solução aquosa dos poros do concreto.
37
2.3 - Efeitos das adições minerais na relação Cl-/OH- e na retenção de
cloretos
Para HUSSAIN et al (1996) a relação Cl-/OH- depende da alcalinidade da
solução dos poros, sendo que essa relação diminui com o aumento da
alcalinidade da solução dos poros.
MANGAT & MOLLOY (1991) concluíram que a concentração de
cloretos (Cl-/OH-) na solução dos poros é o mais seguro indicativo de
corrosão, especialmente quando compara concretos com diferentes tipos e
quantidades de adições minerais.
AMPADU et al (1999) concluiram que ao adicionar cinza volante ao
concreto, uma parte dos cloretos irá se ligar a sua fase aluminato, formando
sais de Friedel, e a concentração de cloretos livres na solução aquosa dos
poros será diminuída, diminuindo a difusividade. Se comparado ao concreto
de referência o aumento na adição de cinza volante aumenta a quantidade de
sais de Friedel e diminui o Ca(OH)2 contido, pois este é consumido pelas
reações pozolânicas, gerando a diminuição do pH da solução aquosa dos
poros, e consequentemente diminuição da relação Cl- / OH-.
DHIR et al (1997) concluíram que a cinza volante possui elevada
capacidade de reter cloretos, imobilizando os íons, promovendo uma elevada
resistência ao ingresso destes. Isso pode ser atribuído à elevada proporção de
alumina, e possível natureza amorfa dessa alumina, induzindo um aumento de
formação de sais de Friedel. Ensaios realizados com teores de cinza volante de
38
0, 17, 33, 50 e 67 % mostraram que a capacidade de reter cloretos aumenta 4
vezes em relação ao concreto de referência, com o aumento de até 50% de
substituição. Acima desse nível a capacidade de reter cloretos diminui, devido
à instabilidade dos sais de Friedel ao baixo pH da solução dos poros.
Para THOMAS (1996), os sais de Friedel permanecem estáveis em
soluções básicas (pH>12), mas se tornam instáveis para menores valores de
pH, geralmente ocasionados pela carbonatação.
HUSSAIN et al (1996) concluíram que o tempo para o início da corrosão
do aço, em concretos expostos a ambientes agressivos, depende do C3A
contido na pasta. O tempo para o início da corrosão aumenta com o aumento
do C3A contido, pois há uma maior retenção de cloretos e conseqüentemente
menos cloretos livres.
Para WEE et al (2000), os sais de Friedel, produtos da reação dos íons
cloreto com a fase aluminato do cimento e adições, tendem a se depositar nos
grandes poros (>60 ηm), causando uma diminuição no tamanho dos poros,
tornando-os descontínuos e tortuosos, consequentemente restringindo a
penetração de cloretos através do concreto. Observaram também diminuição
do pH da solução dos poros em concretos com elevados teores de escória de
alto forno.
A capacidade de reter cloretos é influenciada, entre outros fatores, pelos
álcalis contidos que possuem efeito inibidor. Esse fator é obscurecido pela
forte elevação na concentração de íons OH- na solução dos poros, causando a
diminuição da relação Cl-/OH-, reduzindo o risco da corrosão. A capacidade
de retenção de cloretos diminui com o aumento dos sulfatos contidos, pois
ocorre uma competição entre os sulfatos e os cloretos para reagirem com o
C3A, CSIZMANDIA (2001).
39
PAPADAKIS (2000) determinou a penetração de cloretos no concreto
utilizando10%, 20% e 30% de cinza volante, com relação a/ag 0,50. Observou
que todas as misturas utilizando substituição parcial de cimento por adições
minerais apresentaram menor carga passante, e que a carga passante através
das amostras foi inversamente proporcional ao teor de adição mineral.
Observou, também, que as adições minerais aumentam a capacidade de
retenção de cloretos, podendo ser atribuído à elevada quantidade de C-S-H
contido, especialmente com baixa relação C/S, que pode ligar os íons Na+ e
Cl-. Para ele a capacidade de reter cloretos é fator determinante da resistência
ao ingresso de cloretos.
THOMAS (1996) verificou que o uso de cinza volante aumenta a
retenção de cloretos, reduzindo os cloretos livres na solução aquosa dos poros.
Seu uso também reduz a alcalinidade do concreto e aumenta a relação Cl-/OHna solução dos poros se comparados ao concreto de referência.
SANSON et al (2000) verificaram que a presença de íons cloreto na
solução aquosa dos poros destrói as condições de equilíbrio termodinâmico,
existente entre a solução dos poros e a pasta. Com o objetivo de restaurar esse
equilíbrio, ocorrem reações de precipitação/dissolução. Um exemplo é a
reação de dissolução do hidróxido de cálcio Ca(OH)2, é iniciada quando a
hidratação da pasta de cimento na solução dos poros, inicialmente com pH
13,5, entra em contado com a solução externa de baixo pH. Os íons hidroxila
na solução dos poros tendem a ser lixiviados do sistema de baixo potencial
eletroquímico. Para reestabelecer o equilíbrio, o hidróxido de cálcio se
dissolve, gerando íons Ca2+ e OH- na solução. Outro exemplo que pode
ocorrer é a precipitação dos sais de Friedel. Numerosas estruturas de concreto
estão expostas de certa forma a esta degradação química.
40
DELAGRAVE et al (1996) estudaram a degradação de pastas de cimento
sujeitas a soluções do tipo agressiva com pH de 4,5 e 8,5. A principal causa de
degradação das pastas utilizadas no estudo foi a lixiviação do cálcio. Ao longo
do tempo surgiu uma parcial descalcificação em pastas de cimento
endurecidas. Isso pode ser explicado pelo fato das pastas de cimento serem
instáveis a níveis de pH menores que aproximadamente 13. As pastas
sofreram maior deterioração quando imersas em nível de pH 4,5 do que em
pH de 8,5. BUIL et al (1990) apud DELAGRAVE (1996) verificaram que a
grandeza na qual as pastas de cimento podem ser descalcificadas não depende
somente da solubilidade dos hidratos, mas também, da difusividade do cálcio.
A reação química entre a solução dos poros e os hidratos é extremamente
rápida com a difusividade do cálcio.
41
CAPÍTULO III – INVESTIGAÇÃO EXPERIMENTAL
3.1 Introdução
Cada vez mais se busca uma forma de diminuir o risco de corrosão nas
armaduras do concreto armado pelo menor custo, ficando a cargo dos
pesquisadores descobrir diferentes formas de atingir este objetivo.
A investigação experimental proposta neste trabalho teve como foco
ampliar o conhecimento de engenheiros e pesquisadores quanto à durabilidade
das armaduras inseridas no concreto com elevados teores de adições minerais
e adição de cal hidratada de origem externa, esta última com o objetivo de
repor o hidróxido de cálcio, consumido pelas reações pozolânicas.
Assim investiga-se a influência da adição de cal hidratada, em concretos
com elevados teores de adições minerais, como, cinza volante, cinza de casca
de arroz e escória de alto forno, sobre a penetração de íons cloreto e a
composição da solução aquosa dos poros. Realizaram-se os ensaios de
penetração de cloretos, segundo o método da ASTM C 1202 e o ensaio de
solução aquosa dos poros através do método proposto por LONGUET et al
(1973). Verificou-se, também, a quantidade de cloreto retido e o pH dos
concretos submetidos ao ensaio de penetração de cloretos. Em paralelo a estes
ensaios, foi realizado o ensaio de resistência à compressão de acordo com os
métodos de ensaio NBR 5738 e 5739 para as diferentes misturas,
possibilitando assim uma análise conjunta dos resultados.
42
Com o intuito comparativo, tornou-se necessário a investigação de um
concreto sem adição, somente com cimento, sendo denominado concreto de
referência, que serviu de parâmetro para os diferentes resultados obtidos
quando utilizadas as pozolanas e/ou cal hidratada. Os teores de substituição de
cimento por adição mineral foram, 50% para cinza volante e cinza de casca de
arroz e 70% para escória de alto forno, nas misturas binárias. Para as misturas
ternárias, 20% e 70% para cinza volante e escória de alto forno,
respectivamente, e 50% e 20% para cinza volante e cinza de casca de arroz.
Para cada mistura investigada, foi estudada outra com o mesmo teor de
substituição de pozolana, porém com a adição da cal hidratada, totalizando
assim onze misturas aglomerantes.
Antes do início dos experimentos, tornou-se fundamental proceder uma
investigação das características físicas e químicas de cada uma das adições
minerais, cimento e cal hidratada. Neste capítulo são abordadas as
caracterizações dos materiais constituintes dos concretos, as dosagens
especificadas para os diferentes traços, os ensaios de laboratório e a coleta dos
dados.
3.2 Metodologia da pesquisa
Para se alcançar os objetivos propostos pela pesquisa, tornaram-se
necessárias a definição e quantificação das variáveis utilizadas no
experimento, sendo estas relacionadas a seguir:
43
As variáveis independentes inerentes à própria constituição do concreto,
ou seja, as que determinam seu grau de compacidade ou relação sólido/espaço
da pasta ao longo do tempo. São as seguintes:
- Relação água/aglomerante (proporção de água em relação a quantidade
de cimento + adição), em massa, igual a 0,35 ; 0,45 e 0,55.
- Idade de ensaio: 28 e 91 dias para os ensaios de resistência à
compressão e penetração de cloretos; 91 dias para determinação do pH,
cloreto retido e solução aquosa dos poros.
As variáveis intervenientes são aquelas que alteram o comportamento das
variáveis independentes influindo, portanto, no resultado das variáveis
dependentes. São aquelas que modificam as propriedades do material
cimentício:
- Tipo de adições minerais (utilizadas como substituição em massa de
cimento):
cinza volante;
cinza de casca de arroz;
escória de alto forno.
Estas pozolanas foram escolhidas por serem as adições minerais mais
abundantes e representativas da região sul do Brasil, com exceção da escória
de alto forno, utilizadas em misturas binárias e ternárias.
- Teor de adições minerais: Foram adotados limites superiores aos
preconizados por normas ou recomendações. Assim nas misturas binárias
contendo cinza volante e cinza de casca de arroz a substituição foi de
50% e para escória de alto forno 70%. Nas misturas ternárias para escória
de alto forno e cinza volante os teores de substituição foram de 70% e
20%, respectivamente, e para cinza volante e cinza de casca de arroz 50%
44
e 20%, respectivamente. Cada mistura aglomerante adotada foi
investigada com e sem a adição de cal hidratada.
- Teor de cal hidratada: Foram adotadas quantidades iguais àquelas
liberadas pelas reações de hidratação do cimento, presente na mistura de
referência, determinadas em pesquisas realizadas anteriormente.
c) Variáveis dependentes: são aquelas que dependem das variáveis
independentes ou intervenientes, são as seguintes:
- Características do concreto: resistência à compressão axial, resistência à
penetração de íons cloreto, cloreto retido, alcalinidade da mistura
- Características da pasta: solução aquosa dos poros.
3.3 Ensaios de caracterização dos materiais
Para se alcançar o objetivo proposto pelo trabalho, determinar a
influência da adição da cal hidratada em concretos com elevados teores de
adições minerais, fez-se necessário coletar, preparar e caracterizar os materiais
a serem utilizados.
A seguir são apresentadas as características físicas e químicas dos
materiais utilizados, seguindo os procedimentos normalizados pela ABNT ou
normas estrangeiras.
45
3.3.1 Cimento
Foi empregado um cimento com menor teor de adições existente região,
Portland de alta resistência inicial, CPV - ARI, segundo EB 2 - NBR 5733,
por este apresentar maior teor de clinquer em sua composição,
disponibilizando a incorporação de teores mais elevados de adições minerais.
Foram realizados os seguintes ensaios, cujos resultados constam nas
tabelas 3.1 e 3.4.
- Massa específica: NBR 6474;
- Finura # 0,075 mm: NBR 11579;
- Área específica: NBR 7224;
- Área específica BET: ASTM D-3663;
- Tempo de início e fim de pega: NBR 11581;
- Resistência à compressão: NBR 7215;
- Análise granulométrica à laser: CETEC;
- Análise química: NBR 5743; 5744; 5745; 5747; 7227; 9203.
TABELA 3.1 – Características físico/mecânicas do cimento
Cimento
CPV – ARI
Resistência à compressão (MPa) – 1 dia
18,1
Resistência à compressão (MPa) – 3 dias
36
Resistência à compressão (MPa) – 7 dias
39
Resistência à compressão (MPa) – 28 dias
50,9
46
Massa específica (kg/m3)
3120
Finura # 0,075 mm
0,25
Área específica (m2/g) – BET
1,8
Tempo de início de pega (min)
160
Tempo de fim de pega (min)
195
TABELA 3.2 – Características físicas das pozolanas.
Denominação Massa Específica Área
(Kg/m3)
Específica
BET (m2/g)
CV
2,24
350
CCA
2,09
2300
Área
- Específica
Blaine m2/kg
-
E
2,90
-
470
Cal
2,33
-
900
TABELA 3.3 – Dados granulométricos do cimento e pozolanas
Material
φ
Partículas
Médio %
% entre
%
µm
3 e 30µ
≥ 50µ
≤ 3µ
D10
D50
D90
CPV-ARI 11,38
25,89
70,38
-
1,06
8,33
24,39
CV
9,22
31,64
65,37
-
1,00
6,03
22,28
CCA
11,25
21,38
72,41
0,14
1,63
8,29
25,82
E
11,72
5,86
94,14
-
4,19
11,73
19,76
CAL
17,6
12,29
7,16
0,47
2,03
16,27
34,29
47
TABELA 3.4 – Composição química do cimento e pozolanas.
Composição
Química
Teor em Massa %
CPV
– CV
CCA
E
CAL
ARI
Perda
ao
2,99
1,08
5,58
0,00
26,12
SiO2
19,33
63,69
90,47
34,98
0,87
Al2O3
4,74
26,33
0,89
13,06
0,37
Fe2O3
3,01
3,88
0,94
1,11
0,16
Cão
63,39
1,86
0,81
42,28
73,07
MgO
1,79
1,01
0,54
6,01
0,37
SO3
3,07
0,16
0,03
0,11
0,17
Na2O
0,07
0,13
0,06
0,17
-
K2O
0,85
1,23
1,55
0,40
-
Eq.alc. Na2O
0,63
0,94
1,08
0,43
-
fogo
3.3.2 Pozolanas
As pozolanas utilizadas tiveram procedências de cidades do Rio Grande
do Sul. A cinza volante, obtida da queima do carvão mineral, foi proveniente
de uma usina termelétrica situada no município de Candiota/RS, e a cinza de
48
casca de arroz, originada da queima da casca de arroz, foi fornecida por uma
olaria da região de Santa Maria/RS. A escória de alto forno é proveniente de
siderúrgica nacional, resfriada por processo úmido e moída na finura próxima
a do cimento.
A cinza volante e a cinza de casca de arroz foram moídas por uma hora
em moinho de bolas de aço, e peneiradas na peneira # 0,075 mm para se
transformar em cinza utilizável nas misturas.
As pozolanas foram utilizadas em substituição parcial ao cimento, em
massa. Para as misturas binárias compostas com cinza volante ou cinza de
casca de arroz o teor de substituição foi de 50% e para escória de alto forno
70%. Para as misturas ternárias contendo escória de alto forno e cinza volante
o teor de substituição foi de 70% e 20%, respectivamente, e para cinza volante
e cinza de casca de arroz 50% e 20%, respectivamente. Cada mistura
aglomerante adotada foi investigada com e sem a adição de cal hidratada.
Assim, foram moldadas 6 misturas binárias, 4 misturas ternárias e uma
mistura de referência, sem adição de pozolanas, totalizando 11 misturas
aglomerantes.
A tabela 3.5 apresenta as denominações dadas às diferentes misturas,
relacionadas com as porcentagens de substituição por parte do cimento
TABELA 3.5–Denominação, teor de pozolana e cal para as diferentes
misturas investigadas.
Série
REF.
A/Ag C
C.V.
l
(%)
(%)
0,35 100
0,45 100
0,55 100
C.C.A.
CAL
E (%)
(%)
(%)
49
V50
V50c
A50
A50c
E70
E70c
VA52
VA52c
VE27
VE27c
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
10
10
10
10
10
10
50
50
50
50
50
50
15
15
15
50
50
50
50
50
50
18
18
18
70
70
70
70
70
70
50
50
50
50
50
50
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
15
15
15
18
18
18
70
70
70
70
70
70
18
18
18
Os ensaios realizados com as pozolanas foram de acordo com as normas
brasileiras e internacionais, como segue:
- Massa específica: NBR 6474;
- Área específica: NBR 7224;
50
- Análise química: NBR 5743; 5744; 5745; 5747; 7227 e 9203;
- Análise granulométrica a laser: CETEC
FIGURA 3.1 – Difração de raio X da cinza de casca de arroz
3.3.3 Cal hidratada.
A cal hidratada utilizada foi uma cal calcítica hidratada de fornecedor
nacional, cujas características químicas e físicas estão relacionadas nas tabelas
3.2 , 3.4 e 3.5.
3.3.4 Agregados
51
O agregado miúdo utilizado foi uma areia natural, quartzosa, procedente
do rio Arenal, Santa Maria/RS, tendo sido lavada e peneirada na # 6,3 mm,
seca e devidamente armazenada.
O agregado graúdo empregado foi uma pedra britada de rocha diabásica,
proveniente de Itaara/RS, apresentando dimensão máxima característica de 19
mm, sendo lavada e peneirada na # 19 mm, seca e armazenada.
Foram determinadas as seguintes características dos agregados:
- Massa específica do agregado miúdo: NBR 9776;
- Massa unitária solta do agregado miúdo e graúdo: NBR 7251;
- Composição granulométrica: NBR 7217;
- Massa específica e absorção de água do agregado graúdo: NBR
9937;
- Índice de forma pelo método do paquímetro: NBR 7809.
A tabela 3.6 apresenta as características físicas dos agregados.
3.3.5 Superplastificante
Os concretos com adições pozolânicas, dependendo do tipo e teor de
substituição, necessitam de que sejam incorporados aditivos químicos às
misturas para lhes conferirem uma trabalhabilidade mínima. Estes aditivos são
classificados em plastificantes e superplastificantes ou superfluidificantes.
Para este experimento foi utilizado um superplastificante de pega normal, à
base de naftaleno, isento de cloretos, não cáustico, com teor de sólidos de
52
32,5%, densidade de 1,18 g/cm3 e pH de 7,68, de acordo com as prescrições
da EB-1763 Tipo S.
TABELA 3.6 – Características físicas dos agregados miúdo e graúdo.
Peneiras (mm)
12,5
9,5
6,3
4,8
2,4
1,2
0,6
0,3
0,15
Módulo de finura
Dimensão máxima –
mm
Massa específica –
kg/dm3
Massa unitária –
kg/dm3
Absorção de água - %
Índice de forma
Porcentagem
Brita 1
23
75
99
100
100
100
100
100
100
6,75
19
Retida acumulada
Areia média
1
11
31
52
79
100
2,74
4,8
2,5
2,6
1,26
1,65
2,82
3
0,5
-
Para cada mistura aglomerante e relação a/ag investigada, foram
realizados ensaios de trabalhabilidade para a obtenção dos teores iniciais de
superplastificante. Estes valores serviram de parâmetro para as moldagens
definitivas, as quais deveriam apresentar para os ensaios de determinação da
53
consistência pelo abatimento do tronco de cone (NBR 7223), valores entre
65±10 mm. A quantidade de aditivo por m3 está apresentada na tabela 3.7.
3.4 - Dosagem dos concretos
Os concretos investigados foram dosados pelo método de substituição em
massa do cimento por adições minerais e para a obtenção das curvas de
Abrams de cada mistura individualmente, foi necessário um mínimo de três
níveis de resistência.
Fixou-se as relações a/ag em 0,35; 0,45 e 0,55, com proporções
aglomerante : agregado de 1:3,0; 1:4,5 e 1:6,0 respectivamente.
Utilizaram-se conceitos e procedimentos práticos propostos por
HELENE e TERZIAN(1992) para o proporcionamento dos materiais.
A porcentagem de argamassa, dada em massa de material seco, foi fixada
em 53%, por ser o volume ótimo encontrado.
Como a substituição em massa do cimento Portland por adições
minerais de menores massas específicas resulta num aumento no volume de
pasta e, consequentemente, argamassa, foram corrigidos os traços originais,
diminuindo-se a quantidade de areia, ou seja, retirando-se o volume
correspondente de agregado miúdo à medida que se aumentava o teor das
adições. Este procedimento foi adotado para evitar que teores mais elevados
aumentassem excessivamente o volume de argamassa seca e com isto,
54
também a demanda de água. O volume de argamassa de cada traço foi
mantido constante para todas as misturas.
Diferentemente do agregado miúdo, a quantidade de agregado graúdo foi
mantida constante em 1.105 kg/m3, para todos os traços.
Após a correção dos traços, da definição do teor de superplastificante e
da quantidade de água a serem empregados, procedeu-se a moldagem dos
corpos de prova, sendo 8 para os ensaios de compressão axial e 2 para os
ensaios de permeabilidade a cloretos.
A moldagem dos corpos de prova foi efetuada após atingidos os valores
limites pré-fixados para o abatimento do tronco de cone. O adensamento dos
CPs foi realizado em mesa vibratória, com os concretos sendo lançados nos
moldes em três camadas sucessivas.
No total foram moldadas 11 misturas, cada uma com 3 relações a/ag,
totalizando 33 traços, sendo 3 misturas de referência e as outras 30, misturas
com adição de pozolanas, com e sem a adição de cal.
Na tabela 3.7 estão apresentadas as quantidades de material por m3 de
concreto, que foram utilizadas na moldagem.
TABELA 3.7 – Quantidade de material utilizado por m3 de concreto.
Mistura a/ag
REF
V50
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
Aglom Cimento CV
kg/m3 kg/m3
588
588
427
427
336
336
588
294
427
214
336
168
588
294
CCA
Escória Aditivo
kg/m3 kg/m3 kg/m3 (kg/m3)
0,6
----294
6,5
214
3,0
168
2,0
294
24,9
Agreg.
Miúdo
kg/m3
658
818
910
559
746
853
559
55
V50c
0,45
0,55
427
336
214
168
214
168
10,9
5,9
746
853
TABELA 3.7 – Quantidade de material utilizado por m3 de concreto
(continuação).
Mistura a/ag
A50
A50c
E70
E70c
VA52
VA52c
VE27
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
Aglom Cimento CV
Kg/m3 Kg/m3
588
294
427
214
336
168
588
294
427
214
336
168
588
176
427
128
336
101
588
176
427
128
336
101
588
176
427
128
336
101
588
176
427
128
336
101
588
59
427
43
336
34
CCA
Escória Aditivo
Kg/m3 Kg/m3 Kg/m3 (kg/m3)
294
64,2
214
24,4
168
11,0
294
103,4
214
42,8
168
21,6
411
3,1
299
1,8
235
1,4
411
9,9
299
6,7
235
3,5
294
118
27,9
214
85
11,6
168
67
6,3
294
118
66,1
214
85
29,9
168
67
16,2
118
411
3,3
85
299
1,0
67
235
---
Agreg.
Miúdo
Kg/m3
534
728
839
534
728
839
629
797
893
629
797
893
509
710
825
509
710
825
589
768
870
56
0,35 588
59
118
411
VE27c 0,45 427
43
85
299
0,55 336
34
67
235
Obs.: Quantidade de agregado graúdo: 1.14,50 kg/m3.
24,1
8,6
4,1
589
768
870
Abatimento do concreto 60 ± 15 mm.
3.4.1 Cura e preparação dos corpos-de-prova
Os corpos-de-prova foram mantidos nos moldes durante 24 horas. Após
este período foram desmoldados e conservados em câmara úmida com 23±2ºC
e 95% de umidade relativa. Para os ensaios de resistência à compressão axial,
estes permaneceram dentro desta câmara até a data do ensaio, sendo então
capeados e rompidos conforme prescrições da NBR 5738 e 5739.
Para os ensaios de penetração de cloretos, os corpos-de-prova
permaneceram na câmara úmida até 2 dias antes da data de ensaio, quando,
para cada uma das misturas investigadas e relações a/ag adotadas, os corposde-prova foram serrados com disco diamantado nas dimensões especificadas e
colocados submersos em água até a data de ensaio (28 e 91 dias).
As pastas moldadas para o ensaio de solução aquosa dos poros foram
curadas imersas em água com cal até atingirem a idade de ensaio (91 dias).
A tabela 3.8 apresenta as idades de ensaio e as dimensões dos corpos-deprova utilizados em cada ensaio.
57
TABELA 3.8 – Idades de ensaios e tamanho dos corpos de prova.
Ensaio
Idade
Corpos de Prova
Cronológica (cm)
Permeabilidade a
28 e 91 dias
φ9,5x5,1
cloretos
Solução aquosa dos
91 dias
φ4x8
poros
Resistência à
28 e 91 dias
φ10x20
compressão
3.5 - Sequência de ensaios
Foram realizados ensaios com o concreto (penetração de cloretos, cloreto
retido, pH e resistência à compressão), e com a pasta (solução aquosa dos
poros).
3.5.1 Resistência à compressão
Este ensaio foi realizado para determinar a resistência à compressão
axial, que é uma das propriedades mais importantes do concreto. Os ensaios
de resistência à compressão foram realizados segundo a NBR 5738 e NBR
5739, sendo moldados quatro corpos-de-prova cilíndricos de 10x20 cm para
cada idade de ensaio, 28 e 91 dias. A resistência final adotada, para cada
mistura e idade, foi a média aritmética dos resultados quando o desvio padrão
58
mostrou-se menor do que 5%. Optou-se pelo maior dos quatro valores, quando
o desvio padrão foi superior a este percentual.
3.5.2 Penetração de cloretos
Os ensaios de penetração de cloretos foram realizados conforme o
método da ASTM C 1202/91. Neste ensaio a amostra de concreto foi fixada a
duas células de acrílico preenchidas com uma solução preparada de 3% de
NaCl e 0,3N de NaOH, onde é aplicado um potencial de 60V, e realizadas
leituras durante seis horas de ensaio. Este método de ensaio avalia a
resistência à penetração de cloretos através de uma relação com a condutância
elétrica em corpos-de-prova de concreto, sendo utilizável para a avaliação de
materiais, dosagens e desempenho.
Para este ensaio foram moldados corpos-de-prova com dimensões de
95x150mm sendo posteriormente cortados com serra diamantada nas
dimensões normalizadas pelo ensaio (95x51mm). Para cada uma das 11
misturas aglomerantes investigadas e relações água/aglomerante adotadas
(0,35; 0,45 e 0,55) foram ensaiados dois exemplares nas idades de 28 e 91
dias, adotando-se a média aritmética como valor representativo, desde que
satisfeitas as prescrições de norma quanto à diferença nestes resultados.
59
3.5.3 Relação iônica Cl-/OH-
A determinação da quantidade de cloreto retido e pH foi realizada com os
corpos-de-provas curados por 91 dias e submetidos ao ensaio de penetração de
íons cloreto, onde se coletou amostra da face de concreto que esteve em
contato com a solução de cloreto de sódio, na profundidade de 0 – 1,5 cm. A
coleta do pó de concreto seguiu as recomendações da norma ASTM C
1152/92, utilizando-se perfuratriz com broca de vídia de 16 mm de diâmetro,
perfurando-se pelo menos 8 furos. Após recolhido, o material foi peneirado na
#100, sendo então separadas as quantidades necessárias para o ensaio de teor
de cloreto retido e pH.
A quantidade total de cloreto retido ao concreto por migração induzida
por corrente elétrica, segundo a ASTM C 1202, foi realizada por titulação
potenciométrica de cloreto com nitrato de prata, segundo a seção 19 da norma
ASTM C 114. O teor de cloreto retido por kg de cimento foi determinado
conforme a ASTM C 1152.
A determinação do pH seguiu as diretrizes de AL-AMOUDI et al.
(1991), suspendendo-se 50 g de pó com 50 ml de água destilada, mantendo-se
a suspensão em agitação por 30 minutos em agitador mecânico, seguido de
uma hora de repouso. A determinação do pH foi realizada logo após com
eletrodo combinado, executando-se leituras da amostra.
3.5.4 Solução aquosa dos poros
60
A extração da solução aquosa dos poros foi realizada em equipamento
similar àquele proposto por LONGUET e colaboradores (1973) e
BARNEYBACK e DIAMOND (1981). Para cada mistura analisada foram
moldados
corpos
de
prova-de-pasta
de
φ40x80mm
com
relação
água/aglomerante 0,50, sendo ensaiadas aos 91 dias de idade. Durante o
ensaio a solução foi coletada em seringa descartável estéril.
A concentração dos íons Na+, K+, e Ca2+ foi determinada através de
ensaio de espectroscopia de absorção atômica.
A concentração dos íons OH- foi determinada através de titulação direta
com HCl. Os valores de pH da solução dos poros foram calculados a partir das
concentrações de íons hidroxilas.
A concentração de íons SO42- foi determinada indiretamente pela
precipitação de BaSO4 em uma solução contendo BaCl2 em excesso.
Para o cálculo da condutividade específica da solução dos poros do
concreto utilizaram-se as equações propostas por SHI et al (1998):
ρ = ρágua + ∑ CI λi / 1000
(1)
onde:
ρ = condutividade elétrica da solução aquosa;
ρágua = condutividade elétrica da água;
CI = concentração equivalente do íon iI;
λi = condutividade equivalente do íon i.
61
sendo que:
λi = λi,0 – Ai√Ci
(2)
onde λi,0 é a condutividade equivalente a concentração infinita. A constante Ai
da equação é determinada teoricamente por:
Ai = 0,2289 λi 0 + 60,12
(3)
A tabela 3.9 apresenta os valores de λi,0 dos íons presentes na solução dos
poros do concreto.
TABELA 3.9- Condutividade equivalente de íons aquosos numa
concentração infinita em 25°C, SHI et al (1998).
Íon
Na+
K+
Ca2+
SO42OHCondutividade
0,00501 0,00735 0,00595 0,00798 0,0198
equivalente
2
-1
-1
M .equiv. .ohm
62
CAPÍTULO IV – ANÁLISE DOS RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Introdução
Os ensaios foram realizados, similar e independentemente, nas onze
misturas investigadas de modo a permitir a análise comparativa dos resultados
observando-se os comportamentos dos diferentes aglomerantes. A mistura
sem adições minerais
denominada referência serviu de parâmetro para a
verificação das propriedades das misturas investigadas.
Inicialmente, foi analisada a resistência à compressão e penetração de
cloretos de cada mistura, em uma igualdade de relações a/ag, pré-fixadas em
0,35; 0,45 e 0,55. Assim, comparou-se as misturas investigadas com a
referência. A seguir as misturas foram analisadas entre si, ou seja, com e sem
a adição da cal.
Numa segunda etapa, os resultados foram analisados para igualdade de
resistência de 40 MPa e 55 MPa, comparando-se os valores entre sí e em
relação a mistura de referência.
Foram realizados ensaios para a determinação dos cloretos retidos e pH
no concreto, para o cálculo da relação Cl-/OH- .
Também foram
realizados ensaios de solução aquosa dos poros,
determinando-se os principais íons presentes nos poros dos concretos, a
condutividade elétrica e condutividade elétrica relativa de cada mistura, o
equivalente alcalino em sódio e o pH .
4.2 Análise dos resultados de resistência à compressão
63
Para a analise dos resultados de resistência à compressão axial, utilizouse interpretá-los através de tabelas e gráficos, com o objetivo de determinar o
comportamento individual de cada mistura em relação a mistura de referência,
também entre si, ou seja, as misturas com adições minerais com e sem adição
de cal hidratada.
Ao se substituir parte do cimento por adições minerais ocorrem
alterações no comportamento mecânico e aspectos ligados a durabilidade do
concreto, sobretudo ao se adicionar cal hidratada a essas misturas
aglomerantes. O comportamento diferenciado deve-se as características físicoquímicas e mineralógicas dessas adições.
O desenvolvimento da resistência a compressão é devido as reações
entre o Ca(OH)2, produto da hidratação do cimento, e a sílica amorfa presente
nas adições minerais, formando C-S-H, com menor densidade do que o
formado na hidratação do cimento. A cal hidratada é adicionada com o
objetivo de repor o Ca(OH)2, consumido pelas reações pozolânicas.
Na tabela 4.1 estão apresentados os resultados de resistência a
compressão, para as idades de 28 e 91 dias, e os valores de índice médio de
resistência a compressão de cada mistura aglomerante, que corresponde a
média das relações entre os valores de resistência a compressão das misturas
aglomerantes investigadas divididos pela resistência a compressão obtida
pelas misturas de referência em igual relação água/aglomerante.
TABELA 4.1 – Resistência à compressão e índice médio de resistência
aos 28 e 91 dias.
64
Relação
Mistura
REF
V50
V50c
A50
A50c
E70
E70C
VA52
VA52c
VE27
VE27c
A/agl
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
Resist.
Ifc
Resist.
Ifc
(MPa)
médio
(MPa)
médio
28 dias
53,9
39,4
1,00
28,8
40,8
29,5
0,75
21,3
54,8
39,4
1,00
28,3
68,0
50,4
1,25
35,2
74,0
54,0
1,32
37,3
43,4
34,9
0,89
28,1
51,1
40,9
1,04
32,8
40,2
29,6
0,75
21,7
49,8
39,5
1,00
31,3
35,8
23,5
0,60
15,4
46,3
31,7
0,81
21,7
91 dias
72,4
51,8
1,00
46,1
59,1
30,5
0,65
25,4
78,6
53,0
0,95
34,1
80,2
51,9
0,99
40,3
79,6
59,4
1,03
39,3
49,1
39,1
0,71
32,6
59,3
42,7
0,81
36,1
55,7
37,8
0,69
26,9
65,0
49,9
0,88
35,7
46,1
33,1
0,57
20,0
49,1
39,8
0,67
26,4
65
Dentre as misturas binárias aquelas compostas com cinza de casca de
arroz, em teores de substituição em massa de 50% (A50), foi a que apresentou
maiores valores de resistência a compressão, aos 28 e 91 dias. Esse
comportamento deve-se a maior finura e teor de sílica desta adição,
apresentando valores de índice médio de resistência superior à da mistura de
referência.
Aquelas compostas com 70 % de escória de alto forno (E70), e 50% de
cinza volante (V50), apresentaram valores de índice médio de resistência
inferior à da mistura de referência.
Nas misturas ternárias, a que apresentou maior resistência à compressão,
aos 28 e 91 dias, foi a mistura contendo 50% de cinza volante e 20% de cinza
de casca de arroz (VA52), seguida pela mistura contendo 20% de cinza
volante e 70% de escória de alto forno (VE72). Estas apresentaram valores de
índice médio de resistência inferiores à da mistura de referência.
Para a idade de 28 dias, todas as misturas binárias com adição de cal
hidratada apresentaram valores de índice médio de resistência superiores à da
mistura de referência, exceto a mistura contendo cinza volante que apresentou
igual valor. Atribui-se este resultado as reações entre a pozolana e o hidróxido
de cálcio de origem externa, como também do efeito filler.
Aos 91 dias de idade, das misturas binárias com adição de cal, somente
aquela contendo 50% de cinza de casca de arroz (A50c), apresentou valores de
índice médio de resistência superiores à da mistura de referência.
Para as duas idades ensaiadas, as misturas ternárias com a adição de cal
hidratada apresentaram valores de índice médio de resistência inferiores à da
mistura de referência, sendo que a mistura contendo 50% de cinza volante e
20% de cinza de casca de arroz (VA52c), apresentou melhor desempenho.
66
A adição de cal hidratada a concretos com elevados teores de adições
minerais, remetem a maiores valores de resistência a compressão, devido a
efeitos físico e químico. Físico pois a finura do material funciona como efeito
filer e químico pois as reações com a fase aluminato formam carboaluminato,
tornando a estrutura mais densa e diminuindo assim a porosidade, HEIKAL et
al (2000).
Nas figuras 4.1 e 4.2 são apresentados em gráfico de barras o
desenvolvimento da resistência à compressão com as relações a/ag adotadas,
para a idade de 28 e 91 dias. Constata-se que a resistência mais elevada é
obtida para a mistura composta com cinza de casca de arroz, pois esta
80
70
60
50
40
30
20
0,35
0,45
0,55
VE27C
VE27
VA52C
VA52
E70C
E70
A50C
A50
V50C
0
V50
10
REF
Resistência à compressão
(MPa)
promove um maior refinamento dos poros.
FIGURA 4.1 - Resistência à compressão versus relação água/aglomerante aos
28 dias.
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
FIGURA
4.2
–
Resistência à compressão
água/aglomerante aos 91 dias.
VE27C
VE27
VA52C
VA52
E70C
E70
A50C
A50
V50C
V50
0,35
0,45
0,55
REF
Resistência à compressão
(MPa)
67
versus
relação
TABELA 4.2 – Constantes de Abrams para os resultados de resistência a
compressão aos 28 e 91 dias.
Idade
Mistura
28 dias
91 dias
A
REF - 35
REF - 45
REF - 55
V50 - 35
V50 - 45
V50 - 55
V50c - 35
V50c - 45
V50c - 55
A50 - 35
A50 - 45
A50 - 55
A50c - 35
A50c - 45
A50c - 55
B
R
A
B
R
161,4114 22,960502 0,996 153,9746 9,566322 0,9502
127,2776 25,787117 0,995 239,3901 68,236394 0,9277
174,2173 27,225171 0,995 341,4252 65,089276 0,9962
217,3959 26,904852 0,999 260,2835 31,447472 0,9722
247,6688 30,733671 0,998 279,9754 34,260907 0,9999
68
TABELA 4.2 – Constantes de Abrams para os resultados de resistência a
compressão aos 28 e 91 dias.(continuação)
Idade
Mistura
28 dias
91 dias
A
E70 – 35
E70 - 45
E70 - 55
E70c - 35
E70c - 45
E70c - 55
VA52 - 35
VA52 - 45
VA52 - 55
VA52c - 35
VA52c - 45
VA52c - 55
VE27 - 35
VE27 - 45
VE27 - 55
VE27c - 35
VE27c - 45
VE27c - 55
B
R
A
B
R
92,8474 8,788546 0,997 99,9505 7,786076 0,9927
110,9780 9,177730 0,997 138,1117 12,073839 0,9702
118,3405 21,818837 0,996 198,2823 38,380169 0,9905
112,2660 10,195887 0,997 187,4062 19,947524 0,9998
156,7253 67,890894 0,993 205,5586 65,819045 0,9999
174,4039 44,218732 0,994 149,9641 22,120539 0,9944
A tabela 4.2 apresenta os valores das constantes experimentais
determinadas para as equações de Abrams, para os resultados de resistência a
compressão axial aos 28 e 91 dias.
Nas tabelas 4.3 e 4.4, encontram-se os valores de relação a/ag e consumo
de cimento em igualdade de resistência de 40 e 55 MPa, respectivamente. Para
um mesmo nível de resistência de 40 MPa, as relações a/ag variam de 0,60
(REF) a 0,39 (VE72).
69
Para o nível de resistência de 55 MPa, as mesmas misturas apresentaram
menores relações a/ag, sendo para a REF de 0,46 e E70 de 0,29.
TABELA 4.3 – Relação água/aglomerante e consumo de cimento para
igualdade de resistência de 40 MPa, aos 91dias.
a/ag
Consumo
Consumo
Mistura
40 MPa
Aglomerante Cimento
REF
0,60
291
291
V50
0,42
473
237
V50c
0,51
367
184
A50
0,54
338
169
A50c
0,55
331
166
E70
0,45
443
133
E70c
0,50
384
115
VA52
0,44
452
136
VA52c
0,52
365
110
VE27
0,39
520
52
VE27c
0,43
471
47
70
TABELA 4.4 – Relação água/aglomerante e consumo de cimento para
igualdade de resistência de 55 MPa, aos 91 dias.
A/ag
Consumo
Consumo
Mistura
55 MPa
Agolmerante Cimento
0,46
0,35
0,44
0,45
0,46
0,29
0,37
0,35
0,41
0,31
0,32
431
584
455
438
426
682
548
576
490
641
625
431
292
227
219
213
205
164
173
147
64
63
450
400
350
300
250
200
150
100
50
VE27c
VE27
VA52c
VA52
E70c
E70
A50c
A50
V50c
V50
0
REF
Consumo de cimento (Kg/m3)
REF
50
50c
A50
A50c
E70
E70c
A52
A52c
VE27
VE27c
FIGURA 4.3 – Consumo de cimento para resistência de 40 MPa
450
400
350
300
250
200
150
100
50
VE27c
VE27
VA52c
VA52
E70c
E70
A50c
A50
V50c
V50
0
REF
Consumo de cimento (Kg/m3)
71
FIGURA 4.4 – Consumo de cimento para resistência de 55 MPa
Observa-se da tabela 4.3 que os consumos de cimento para as misturas
com adições minerais sem cal, para o nível de resistência de 40 MPa,
situaram-se na faixa de 133 a 237 kg/m3 nas misturas binárias e 52 a 136
kg/m3 para as ternárias. Com a adição de cal hidratada os valores variaram de
115 a 184 kg/m3 e 47 a 110 kg/m3 respectivamente para as misturas binárias e
ternárias, enquanto que para a mistura de referência foi de 291 kg/m3 .
Para o nível de resistência de 55 MPa aos 91 dias, nas misturas binárias
e ternárias sem adição de cal, o consumo de cimento variou de 205 a 292
kg/m3 e 64 a 173 kg/m3 respectivamente. Com a adição de cal a variação foi
de 164 a 227 kg/m3 e 63 a 147 kg/m3 na mesma ordem, enquanto que para a
mistura de referência foi de 431 kg/m3, tabela 4.4.
As figuras 4.3 e 4.4 ilustram os valores de consumo de cimento para
resistência de 40 e 55 MPa, respectivamente, para as misturas investigadas.
72
4.3 Análise dos resultados de penetração de cloretos
Os resultados de penetração de íons cloretos total e índice médio de
penetração, em Coulombs, das diferentes misturas aglomerantes investigadas
são apresentados na tabela 4.5 .Este último corresponde a relação entre a
penetração total de cloreto de cada mistura cimentícia investigada pela
penetração total de cloreto da mistura de referência, fazendo-se a média dos
resultados das três relações a/ag investigadas, para cada idade.
Inicialmente, foram comparadas as misturas com adições minerais ao
concreto de referência, e comparadas as misturas entre sí. Posteriormente,
foram analisadas as misturas com adição de cal hidratada em relação ao
concreto de referência e em relação a mesma mistura aglomerante sem esta
adição.
TABELA 4.5 – Penetração total e índice médio de penetração de
cloretos.
Mistura
REF
V50
V50c
A50
a/ag
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
C (coulombs)
Idade
28 dias 91 dias
2682 2380
3275 2800
3561 3134
1172
754
1521
925
2065 1190
1423
900
1950 1078
2395 1277
250
200
305
218
I C28
I C91
1,00
1,00
1,00
0,44
0,46
0,58
0,53
0,60
0,67
0,09
0,09
1,00
1,00
1,00
0,32
0,33
0,38
0,38
0,39
0,41
0,08
0,08
I C28
Méd.
I C91
méd.
1,00
1,00
0,49
0,34
0,60
0,39
0,10
0,08
73
A50c
E70
E70C
VA52
VA52c
VE27
VE27c
As figuras
0,55
400
239
0,35
763
406
0,45
807
479
0,55
809
570
0,35 1083
840
0,45 1147 1030
0,55 1296 1140
0,35 1234
953
0,45 1370 1037
0,55 1470 1129
0,35
512
183
0,45
607
208
0,55
697
294
0,35 1054
450
0,45 1136
522
0,55 1313
670
0,35
653
448
0,45
767
552
0,55
851
651
0,35
795
460
0,45
987
557
0,55 1139
659
4.5 e 4.6 ilustram os
0,11
0,28
0,25
0,23
0,40
0,35
0,36
0,46
0,42
0,41
0,19
0,19
0,20
0,39
0,35
0,37
0,24
0,23
0,24
0,30
0,30
0,32
valores
0,08
0,17
0,25
0,17
0,17
0,18
0,35
0,37
0,36
0,37
0,36
0,40
0,43
0,38
0,37
0,36
0,08
0,19
0,08
0,07
0,09
0,19
0,37
0,20
0,19
0,21
0,19
0,24
0,20
0,20
0,21
0,19
0,31
0,20
0,20
0,21
de carga passante total em
Coulombs, aos 28 e 91 dias, para cada relação a/ag ensaiada.
0,55
0,45
VE27C
VE27
VA52C
VA52
E70C
E70
A50C
A50
V50C
0,35
V50
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
REF
Penetração de Cloretos
(Coulombs)
74
VE27C
VE27
VA52C
VA52
E70C
E70
A50C
A50
V50C
0,55
0,45
0,35
V50
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
REF
Penetração de Cloretos
(Coulombs)
FIGURA 4.5 – Penetração de cloretos versus relação a/ag, aos 28 dias
para as diferentes misturas.
FIGURA 4.6 – Penetração de cloretos versus relação a/ag, aos 91 dias
para as diferentes misturas.
Os resultados obtidos e apresentados na tabelas 4.5 revelam que a
penetração de cloretos variou em função do tipo e características da adição
75
mineral. Ocorre redução na penetração de cloretos com o aumento na idade de
28 para 91 dias, bem como com a diminuição da relação água/aglomerante.
Comparando-se as misturas binárias sem e com a adição de cal hidratada,
observa-se que aos 28 dias, aquelas compostas com cal hidratada
apresentaram um aumento na penetração total de cloretos de 1,15 a 2,57
vezes.
Aos 91 dias os acréscimos variaram de 1,04 vezes, para a mistura
contendo escória de alto forno (E70), a 2,20 vezes par a mistura com cinza de
casca de arroz (A50).
Nas misturas ternárias, na idade de 91 dias, a adição de cal hidratada
resultou em acréscimo na penetração de cloretos que variou de 1,01 vezes,
para a mistura com cinza volante e escória de alto forno (VE27), e 2,58 vezes,
para a mistura contendo cinza volante e cinza de casca de arroz (VA52).
Na tabela 4.6 estão apresentadas os valores de carga passante e
penetração de cloretos propostos pela ASTM C 1202 que classifica os
concretos a partir dos resultados de carga passante, em Coulombs.
Confrontando-se os resultados de penetração total de cloretos, em
Coulombs, obtidos aos 91 dias, com aqueles constantes na tabela 4.7, observase que as misturas com adições minerais apresentaram valores que se
classificam de baixa a muito baixa penetração de cloreto. A mistura de
referência apresentou resultados de moderada penetração.
A tabela 4.7 apresenta os valores das constantes experimentais
determinadas para as equações de Abrams, para os resultados de penetração de
cloretos aos 28 e 91 dias. Estes dados permitiram determinar a penetração de
cloretos em igualdade de resistência à compressão.
76
TABELA 4.6 – Penetração de cloretos em concretos baseado nos resultados
obtidos no teste da ASTM C 1202.
CARGA PASSANTE
PENETRAÇÃO DE
(Coulombs)
CLORETOS
> 4000
Alta
2000 a 4000
Moderada
1000 a 2000
Baixa
100 a 1000
Muito baixa
< 100
Desprezível
TABELA 4.7 - Constantes de Abrams para os resultados de
de cloretos aos 28 e 91 dias.
Idade
Mistura
28 dias
91 dias
A
B
R
A
B
REF – 35
REF – 45 1664,9811 0,242344 0,980 1482,5866 0,252574
REF – 55
V50 – 35
V50 – 45 431,6939 0,058889 0,992 336,6083 0,102123
V50 – 55
V50c – 35
V50c – 45 582,7138 0,074045 0,998 488,8026 0,173883
V50c – 55
A50 – 35
A50 – 45 108,5167 0,095367 0,986 146,2908 0,410356
A50 – 55
penetração
R
0,997
0,992
0,999
0,999
77
TABELA 4.7 - Constantes de Abrams para os resultados de
de cloretos aos 28 e 91 dias.(continuação)
Idade
Mistura
28 dias
91 dias
A
B
R
A
B
A50c - 35
A50c - 45 693,2395 0,741648 0,898 223,8948 0,183339
A50c - 55
E70 - 35
E70 - 45 782,5013 0,407490 0,974 500,7254 0,217206
E70 - 55
E70c - 35
E70c - 45 913,6492 0,416859 0,996 708,2442 0,428543
E70c - 55
VA52 - 35
VA52 - 45 304,5805 0,220228 0,999 76,9758 0,093437
VA52 - 55
VA52c - 35
VA52c - 45 744,5258 0,366183 0,963 220,4850 0,136675
VA52c - 55
VE27 - 35
VE27 - 45 414,7240 0,266022 0,996 227,8917 0,143015
VE27 - 55
VE27c - 35
VE27c - 45 429,6500 0,166389 0,997 246,1571 0,165715
VE27c - 55
penetração
R
0,997
0,998
0,999
0,953
0,980
0,999
0,999
4.3.1- Análise da penetração média de cloretos
Todas as misturas aglomerantes apresentaram menores valores de índice
médio de penetração de cloretos em Coulombs que a mistura de referência,
figura 4.7 e tabela 4.5. Esse decréscimo variou entre 1,67 a 10 vezes aos 28
78
dias e entre 2,56 a 12,5 vezes aos 91 dias, e pode ser explicado por alterações
na estrutura dos poros e condutividade da solução aquosa dos poros.
Para as misturas binárias, as que apresentaram melhor desempenho frente
à penetração de cloretos em ordem decrescente foram aquelas com cinza de
casca de arroz, cinza volante e escória de alto forno.
A mistura com cinza volante com teor de substituição de 50% (V50)
apresentou, um decréscimo nos valores de índice médio de penetração de
cloretos de 51% e 66% para as idades de 28 e 91 dias, respectivamente. Para
estas mesmas idades aquela composta com cinza de casca de arroz (A50)
apresentou decréscimos de 90% e 92%, e naquela composta com escória de
alto forno(E70), o decréscimo foi de 63% e 64%.
As misturas ternárias também apresentaram melhor desempenho frente a
penetração de cloretos, se relacionadas ao concreto de referência, sendo que a
mistura contendo cinza volante e cinza de casca de arroz (VA52) apresentou
melhor desempenho que a mistura com cinza volante e escória de alto forno
(VE27).
Naquela composta com cinza volante e cinza de casca de arroz (VA52)
com teor de substituição de 50% e 20%, respectivamente, o decréscimo foi de
81% e 92%, para as idades de 28 e 91 dias. Para as mesmas idades, a mistura
contendo cinza volante e escoria de alto forno (VE52) em teor de substituição
de 20% e 70% respectivamente, o decréscimo foi de 76% e 80%.
Nas misturas com a adição de cal houve uma queda no desempenho
frente a penetração de cloretos, mas todas as misturas apresentaram valores de
índice médio menores que a mistura de referência.
O aumento na penetração de cloretos, em concreto com a adição de cal
hidratada, pode ser explicado através do aumento na condutividade da solução
79
aquosa dos poros, devido, de acordo com HEIKAL et al (2000), a maior
concentração de íons Ca++, apesar da porosidade ser diminuída pela ação física
e química da cal, gerando um aumento na resistência.
A mistura binária contendo cinza de casca de arroz (A50c) apresentou
aos 91 dias diminuição de 83%, seguida pela mistura contendo escória de alto
forno (E70c) com 62% e a mistura com cinza volante (V50c) com 61%.
Para as misturas ternárias, aos 28 dias, a mistura contendo cinza volante e
escória de alto forno (VE27) apresentou melhor desempenho se comparada a
mistura com cinza volante e cinza de casca de arroz (VA52). Aos 91 dias
essas mesmas misturas apresentaram redução de 80% quando comparados a
de referência.
0,80
0,60
0,40
0,20
28 dias
91 dias
VE27c
VE27
VA52c
VA52
E70c
E70
A50c
A50
V50c
V50
0,00
REF.
Ìndice médio de
penetração de cloretos
1,00
FIGURA 4.7 – Índice médio de penetração de cloretos, aos 28 e 91 dias.
4.3.2 - Análise da penetração total de cloretos para a resistência de 40
MPa, aos 91 dias.
80
Na tabela 4.8, estão apresentados os valores de penetração total e unitária
de cloretos para igualdade de resistência a compressão de 40 MPa, aos 91
dias. Constata-se que a mistura de referência apresentou maior penetração
total de cloretos quando comparada às demais misturas investigadas.
Ao compararmos as misturas aglomerantes com e sem a adição de cal
verifica-se que esta adição gera um aumento na penetração de cloretos. Assim,
nas misturas contendo cinza volante (V50 e V50c) a diminuição na penetração
total de cloretos foi de 73,7% sem e 64,4% com esta adição.
Nas misturas com cinza de casca de arroz (A50 e A50c) a redução na
penetração total de cloretos foi de 92,9% e 83,1%, sem e com a adição de cal,
naquelas contendo escória de alto forno (E70 e E70c) foram respectivamente
70,6% e 67,9% sem e com a adição de cal.
Para as misturas ternárias compostas com cinza volante e cinza de casca
de arroz (VA52 e VA52c) e cinza volante e escória de alto forno (VE72 e
VE72c) a redução na penetração de cloretos, sem e com a adição de cal, foi de
respectivamente, 93,5% e 81,7%, para a primeira e 85,5% e 84,3 % para a
segunda mistura.
Comparando-se os valores de penetração de cloretos para o nível de
resistência de 40 MPa, com a tabela 4.6 (ASTM C 1202), verifica-se que
somente a mistura de referência (REF) apresentou valor moderado de
penetração de cloretos (2000 a 4000 C). As misturas contendo cinza volante
(V50c) e escória de alto forno (E70c), ambas com a adição de cal,
apresentaram valores de baixa permeabilidade (1000 a 2000 C). As misturas
contendo cinza de casca de arroz com e sem a adição de cal (A50 e A50c) e
81
cinza volante (V50) e escória de alto forno (E70), ambas sem a adição de cal,
apresentaram valores de muito baixa penetração (100 a 1000 C). Nesta mesma
situação se enquadraram as misturas ternárias sem e com a adição de cal
TABELA 4.8 – Penetração de cloretos total para igualdade de resistência
de 40 MPa, aos 91 dias.
Mistura
Cl
(Coulombs)
40 MPa
REF
3371
884
V50
V50c
A50
A50c
E70
E70c
VA52
VA52c
VE27
VE27c
1200
237
570
990
1080
218
616
487
530
Na figura 4.8 estão representados os valores de penetração total de
cloretos em igualdade de resistência de 40MPa, para as misturas investigadas.
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
VE27c
VE27
VA52c
VA52
E70c
E70
A50c
A50
V50c
V50
0
REF
Penetração de cloretos (Coulombs)
82
FIGURA 4.8 – Penetração total de cloretos para igualdade de resistência
de 40 MPa.
4.3.3 - Análise da penetração total de cloretos para a resistência de 55
MPa, aos 91 dias.
Na tabela 4.10, estão apresentados os valores de penetração total de
cloretos para igualdade de resistência a compressão de 55 MPa, aos 91 dias.
Constata-se que a mistura de referência apresentou maior penetração total de
cloretos quando comparada às demais misturas investigadas e que a adição de
cal hidratada resultou em aumento na penetração total de cloretos.
As maiores reduções de 92,9% e 83,1%, foram obtidas nas misturas
contendo cinza de casca de arroz (A50 e A50c), sem e com a adição de cal,
respectivamente. Seguidas pelas misturas com cinza volante (V50 e V50c)
83
(72,1% sem e 64,4% com cal) e escória de alto forno(E70 e E70c) ( 70,6% e
67,9%, sem e com a adição de cal) .
Para as misturas ternárias, contendo cinza volante e cinza de casca de
arroz(VA52 e VA52c), a redução na penetração de cloretos foi de 93,5% e
81,7%, respectivamente para as misturas sem e com a adição de cal. As
misturas compostas com cinza volante e escória de alto forno(VE27 e VE27c),
a redução na permeabilidade a cloretos foi de 85,5% sem e 84,3 % com a
adição de cal.
Comparando-se os valores de penetração de cloretos para o nível de
resistência de 55 MPa com a tabela 4.7 (ASTM C 1202), verifica-se que
somente a mistura de referência (REF) apresentou valor moderado de
penetração de cloretos (2000 a 4000 C), a mistura contendo cinza volante com
a adição de cal (V50c) apresentou valor de baixa permeabilidade (1000 a 2000
C) e as demais misturas, tanto binária como ternárias, apresentaram valores de
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
VE27c
VE27
VA52c
VA52
E70c
E70
A50c
A50
V50c
V50
0
REF
Penetração de cloretos (Coulombs)
muito baixa penetração (100 a 1000 C).
FIGURA 4.9- Penetração total de cloretos para igualdade de resistência de 55
Mpa
84
TABELA 4.9 – Penetração de cloretos total para igualdade de resistência de 55
MPa, aos 91 dias.
Cl
Mistura (Coulombs)
55 MPa
REF
2776
C50
744
C50c
1050
A50
219
A50c
489
E70
781
E70c
969
VA52
177
VA52c
498
VE27
420
VE27c
441
4.3.4 Teor total de cloreto retido
A tabela 4.11 e a figura 4.13 apresentam os valores de teor total de Clretido nos concretos após o ensaio de penetração de cloretos.
TABELA 4.10 – Alcalinidade, teor de cloreto retido e relação iônica Cl-/OH-,
aos 91 dias.
Cl retido
OH
Cl-/OHMisturas a/ag
PH
mmol/Kg mmol/Kg
0,35 12,62 31,740
41,687 0,761
REF
0,45 12,50 31,562
31,623 0,998
0,55 12,34 32,962
21,878 1,507
0,35 12,50 21,867
31,622 0,691
V50
0,45 12,28 27,411
19,055 1,438
0,55 12,14 28,925
13,803 2,096
85
TABELA 4.10 – Alcalinidade, teor de cloreto retido e relação iônica Cl-/OH-,
aos 91 dias (continuação).
Cl retido
OH
Misturas a/ag
PH
Cl-/OHmmol/Kg mmol/Kg
0,35 12,98 15,870
95,499 0,166
V50c
0,45 12,92 17,777
83,176 0,214
0,55 12,88 23,569
75,858 0,311
0,35 12,18 6,677
15,136 0,441
A50
0,45 11,76 6,539
5,754
1,136
0,55 11,63 7,948
4,266
1,863
0,35 12,63 20,290
42,658 0,476
A50c
0,45 12,38 16,902
23,988 0,705
0,55 12,33 20,290
21,380 0,949
0,35 12,97 34,445
93,325 0,369
E70
0,45 12,71 36,466
51,286 0,711
0,55 12,69 44,283
48,978 0,904
0,35 13,05 24,164 112,202 0,215
E70C 0,45 12,86 35,855
97,724 0,495
0,55 12,82 58,188
51,286 0,880
0,35 11,90 3,468
7,943
0,437
VA52 0,45 11,30 6,861
1,995
3,439
0,55 11,07 8,373
1,175
7,126
0,35 12,80 17,213
63,096 0,273
VA52c 0,45 12,55 16,023
35,481 0,452
0,55 12,18 17,240
15,136 1,139
0,35 12,55 23,565
35,481 2,355
VE27 0,45 12,39 29,441
24,547 1,199
0,55 12,37 31,028
23,442 1,323
0,35 12,90 34,452
79,433 0,434
VE27c 0,45 12,90 34,570
79,433 0,435
0,55 12,62 35,149
41,687 0,843
Cloretos totais retidos no concreto
(mmol/Kg)
86
70
60
50
40
30
20
10
0
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
REF
V50
V50c
A50
A50c
E70
E70c
VA52
VA52c
VE27
VE27c
FIGURA 4.10– Teores de cloretos totais retidos no concreto.
Observa-se, através dos resultados obtidos, que a maior fixação de
cloretos nas misturas binárias foi obtida com àquelas contendo escória de alto
forno e cinza volante seguida pela cinza de casca de arroz.
Com relação ao concreto de referência, observa-se que as misturas
contendo cinza de casca de arroz e cinza volante apresentaram decréscimo na
retenção total de cloretos. A mistura contendo escória de alto forno apresentou
aumento na retenção total de cloretos.
Para a mistura contendo cinza de casca de arroz a adição de cal hidratada
resultou num aumento na retenção total de cloretos. Já nas misturas contendo
escória de alto forno e cinza volante esta adição ocasionou em diminuição na
retenção total de cloretos.
87
Nas mistura ternárias contendo cinza volante e cinza de casca de arroz
(VA52) e cinza volante e escória de alto forno (VE27), a adição de cal
hidratada resultou em aumento na retenção total de cloretos.
4.3.4 Relação Cl-/OH-
Na tabela 4.11 são apresentados os valores de pH e relação iônica
Cl-
/OH- das misturas investigadas. Observa-se destes resultados que das cinco
misturas aglomerantes investigadas, as três binárias apresentaram relações Cl/OH- menores que a do traço de referência e as ternárias valores maiores. A
mistura de referência apresentou relações Cl-/OH- que variaram entre os
limites de 0,76 a 1,51 e para os concretos com misturas binárias, sem e com
adição de cal hidratada, entre 0,28 a 1,86 e 0,17 a 095 respectivamente.
Os menores valores foram alcançados pelas misturas binárias contendo
cinza volante, escória de alto forno e cinza de casca de arroz, respectivamente.
Com a adição de cal hidratada houve diminuição na relação Cl-/OH- de
todas as misturas binárias e ternárias investigadas.
Apenas a mistura binária composta com cinza volante com a adição de
cal apresentou para as três relações água/aglomerante adotadas valores de
relação Cl-/OH- inferiores a 0,6.
Com a adição de cal hidratada houve diminuição na relação Cl-/OH- de
todas as misturas binárias e ternárias investigadas. A mistura binária contendo
50% de cinza volante apresentou a menor relação Cl-/OH- entre todas as
investigadas com valores de 0,16 para relação a/agl = 0,35, 0,21 para a/agl =
88
0,45 e 0,31 para a/agl = 0,55, ou seja, inferiores a 0,6, conferindo boas
condições de proteção à armadura, muito superior que o concreto de
referência, uma vez que para as mesmas relações a/agl (0,35;0,45 e 0,55) os
valores foram 0,76, 1,0 e 1,51 respectivamente.
4.4 Análise dos resultados de solução aquosa dos poros
Da análise dos resultados de solução aquosa dos poros mostrados na
tabela 4.12, constata-se alteração na composição desta devido à redução no
teor de clinquer no material cimentício, pela substituição parcial do cimento
por adições minerais.
Nas misturas binárias, sem a adição de cal hidratada, contendo cinza
volante (50%) e cinza de casca de arroz (50%), observa-se redução na
concentração dos íons Ca2+, Na+, K+, SO42- e OH-, quando comparado à
mistura de referência. Comportamento semelhante constata-se naquelas
misturas compostas com 70% de escória, exceto para a concentração de Na+
que aumentou. Com a adição de cal hidratada ocorre aumento na concentração
desses íons. O mesmo comportamento é constatado nas misturas ternárias.
Quando comparado à mistura de referência, a substituição parcial do
cimento por adições minerais reduziu o pH da solução dos poros. Com a
adição de cal o pH destas misturas aumentou, conforme apresentado na tabela
4.12 e figura 4.11.
Na tabela 4.13 são apresentados os valores de Na2Oeq. e de
condutividade elétrica da solução dos poros, calculada a partir da equações
89
apresentadas por SHI et al (1998). Verifica-se que todas as misturas binárias e
ternárias apresentaram equivalente alcalino em sódio menor que o da mistura
de referência, exceto a mistura binária contendo escória de alto forno. Ocorre
aumento no Na2Oeq com a adição de cal hidratada. Nas misturas binárias
este aumento variou de 1,37 vezes, para a mistura contendo escória de alto
forno, a 2,28 vezes para a mistura com cinza de casca de arroz.
Para as misturas ternárias o aumento foi de 1,84 vezes para a mistura
contendo cinza volante e cinza de casca de arroz e 2,63 vezes para cinza
volante e escória de alto forno.
Todas as misturas aglomerantes apresentaram menores valores de
condutividade elétrica que a mistura de referência, figuras 4.12 e 4.13. Isto
ocorreu devido a alterações na composição da solução dos poros e às
modificações na estrutura de poros das misturas aglomerantes, que tornam a
pasta mais densa, diminuindo a condutividade .
Nas misturas binárias a redução na condutividade elétrica foi de 57%,
73% e 34% respectivamente, para as misturas compostas com cinza volante,
cinza de casca de arroz e escória de alto forno. Nas misturas ternárias a
redução foi de 75% para àquela composta com 50% de cinza volante e 20% de
cinza de casca de arroz e de 54% para a composta com 20% de cinza volante e
70% de escória de alto forno.
A adição de cal hidratada resultou em acréscimo na condutividade
elétrica das misturas aglomerantes. Entretanto, os valores obtidos foram
inferiores àquele da mistura de referência.
90
TABELA 4.11 – Análise da solução aquosa dos poros, para relação a/ag
0,55 aos 91 dias.
Análise da solução dos poros, mmol/l
Mistura
PH
K+
Ca2+
So42OHNa+
REF
13,11 26,08 99,48 5,025 30,52 128,80
V50
12,66 13,04 32,05 4,375 23,12 45,71
V50c
12,92 19,56 48,46 7,885 66,56 83,20
A50
12,18 14,78 24,61 3,525 30,00 15,14
A50c
12,57 21,74 78,69 7,125 39,48 37,15
E70
12,86 43,91 61,02 4,754 22,29 72,40
E70c
13,05 61,75 79,97 5,905 17,18 112,20
VA52
12,27 13,26 22,05 2,200 24,89 18,60
VA52c 12,65 21,74 45,13 6,575 8,54 44,70
VE27
12,64 28,26 39,23 2,875 31,77 43,70
VE27c
12,82 43,48 83,47 5,275 81,14 66,10
14
13
12
FIGURA 4.11 – pH das misturas investigadas
VE27c
VE27
VA52c
VA52
E70c
E70
A50c
A50c
V50c
V50
REF
11
91
TABELA 4.12 – Na2Oeq, condutividade e condutividade relativa para relação
a/ag 0,55 aos 91 dias.
Mistura
Na2Oeq
Condutividade
Condutividade
-1
(mol/l)
(ohm )
Relativa (%)
REF
0,101
2,88
100
V50
0,039
1,23
42,71
V50c
0,058
2,18
132,64
A50
0,036
0,71
24,65
A50c
0,082
1,44
50,00
E70
0,100
1,89
65,63
E70c
0,136
2,59
89,93
VA52
0,032
0,71
24,65
VA52c
0,059
1,23
42,71
VE27
0,064
1,33
46,18
VE27c
0,168
2,20
76,39
As figuras 4.12 e 4.13 ilustram os resultados de condutividade específica
e condutividade específica relativa.
2
1
VE27c
VE27
VA52c
VA52
E70c
E70
A50c
A50c
V50c
V50
0
REF
Condutividade (ohm-1)
3
FIGURA 4.12 – Condutividade específica, em ohm-1, para relação a/ag
0,55 aos 91 dias.
VE27c
VE27
VA52c
VA52
E70c
E70
A50c
A50c
V50c
V50
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
REF
Condutividade %
92
FIGURA 4.13 – Condutividade específica, em %, para relação a/ag 0,55 aos 91
dias.
4.5 Integração dos resultados
4.5.1 Resistência à compressão versus penetração de cloretos
Com o objetivo de analisar a evolução da penetração de cloretos com o
desenvolvimento da resistência à compressão, tornou-se necessário construir o
gráfico da figura 4.14 que apresenta a correlação entre a resistência à
compressão e a penetração de íons cloretos.
93
Para uma análise mais detalhada do desenvolvimento da penetração de
cloretos para as diferentes misturas, foi necessária a comparação dos
resultados em igualdade de resistência à compressão.
Desta forma, construiu-se o gráfico da figura 4.15, com os resultados de
carga passante, em Coulombs, para todas as misturas, relacionando-os com os
dois níveis de resistência: 40 e 55 MPa, aos 91 dias.
Verifica-se que para todas as mistura ocorre diminuição na corrente
passante com o aumento da resistência. Entretanto, para as misturas binárias e
ternárias contendo cinza de casca de arroz a diminuição é pouco acentuada,
sendo as suas curvas mais horizontais. Conforme constatado por ISAIA
(1995) isto mostra maior influência do tipo e/ou quantidade de pozolana sobre
a redução da corrente elétrica do que sobre o aumento da resistência à
Penetração de Cloretos (Coulombs)
compressão.
3500
REF
3000
V50
2500
A50
E70
2000
VA52
1500
VE27
1000
V50c
500
A50c
0
E70c
10
20
30
40
50
60
70
80
Resistência a Compressão (MPa)
90
VA52c
VE27c
FIGURA 4.14 – Correlação entre penetração de cloretos e resistência à
compressão em igualdade de relação a/ag, aos 91 dias.
94
Penetração de cloretos (Coulombs)
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
40MPa
55MPa
REF
V50
V50c
A50
A50c
E70
E70c
VA52
VA52c
VE27
VE27c
Resistência à compressão (MPa)
FIGURA 4.15 – Penetração de cloretos em igualdade de resistência à
compressão, aos 91 dias.
4.5.2 Penetração de cloretos versus cloretos retidos
Com o intuito de verificar a relação entre penetração de cloretos e o teor
de cloretos totais retidos nas diferentes misturas, foi necessário construir o
gráfico da figura 4.16, que estabelece a correlação linear existente entre os
resultados obtidos, na idade de cura de 91 dias, para as três relações a/ag
ensaiadas, 0,35, 0,45 e 0,55, sem e com a adição de cal hidratada.
95
Observa-se que existe uma correlação satisfatória, de 81%, entre a
penetração de cloretos em Coulombs e o teor de cloretos totais retidos, nas
misturas sem a adição de cal, o que permite dizer que o ensaio da ASTM C
1202 de penetração de cloretos estima com segurança o teor de retenção de
cloretos totais e pode ser considerado como um parâmetro confiável na
determinação da quantidade total de cloretos retidos no concreto.
Fato
também observado por ISAIA (1995), CERVO (2001) e COSTA (2001).
1400
y = 24,74x + 68,08
R 2 = 81%
1200
REF
V50
Coulombs
1000
800
A50
600
E70
400
VA52
200
VE27
0
0
10
20
30
40
50
Teor de cloretos totais retidos
FIGURA 4.16 – Correlação entre a penetração de cloretos em Coulombs e o
teor de cloretos totais retidos, para misturas sem adição de
cal hidratada.
Entretanto, nas misturas com adição de cal a correlação não é satisfatória.
4.5.3- Penetração de cloretos versus solução aquosa dos poros
Com objetivo de verificar a relação entre penetração de cloretos e as
modificações que ocorrem na solução aquosa dos poros, procura-se
96
estabelecer a correlação linear existente entre os resultados obtidos, na idade
de cura de 91 dias e relação água/aglomerante 0,55.
A correlação entre o equivalente alcalino em sódio e a penetração de
cloretos, em Coulombs, para as misturas sem e com a adição de cal
apresentaram baixos valores.
Na figuras 4.17 e 4.18 constata-se uma forte correlação (r2 = 90 % e 81
%) entre os valores de condutividade e penetração de íons cloreto, em
coulombs, para misturas sem e com a adição de cal hidratada, ou seja, a
relação entre as variáveis pode ser considerada satisfatória, indicando que os
resultados de penetração de cloretos podem ser relacionados com as
modificações que ocorrem na solução dos poros.
Condutividade (ohm)
4
y = 0,0007x + 0,6688
R 2 = 90%
3
2
1
0
0
1000
2000
3000
4000
Penetração de C loretos (C oulom bs)
FIGURA 4.17 – Correlação entre condutividade específica e penetração de íons
cloreto, aos 91 dias, para as misturas sem adição de cal hidratada.
97
Condutividade (ohm)
5
y = 0,0029x - 0,2886
2
R = 81%
4
3
2
1
0
0
500
1000
Penetração de Cloretos (Coulombs)
1500
FIGURA 4.18 – Correlação entre condutividade específica e penetração de íons
cloreto, aos 91 dias, para as misturas com adição de cal hidratada.
98
CONCLUSÃO
Esta pesquisa procurou encontrar respostas aos questionamentos
propostos anteriormente, baseado na discussão dos resultados obtidos e nas
referências bibliográficas consultadas. Assim, obter informações necessárias
para facilitar o desenvolvimento da tecnologia do concreto, com elevados
teores de adições minerais.
Atualmente, busca-se formas de se produzir construções autosustentáveis, ou seja, construções que causam o menor impacto ao meio
ambiente pelo menor custo.
Procurando-se diminuir o consumo de cimento, torna-se atraente
substitui-lo por subprodutos industriais e agro-industriais poluidores do meioambiente, como a cinza volante (carvão), a cinza de casca de arroz, e escória
de alto forno (ferro gusa). Estes produtos apresentam atividades hidráulicas
(regem com a água) e pozolânicas (reagem com a cal- hidróxido de cálcio).
A utilização dessas adições além de diminuírem o custo, trazem
benefícios quanto a durabilidade, modificando a estrutura da pasta e alterando
a composição da solução aquosa dos poros.
Mas apresentam alguns efeitos colaterais, como a progressão mais lenta
da resistência a compressão e diminuição do pH, pelo consumo do CH pelas
reações pozolânicas, aumentando a velocidade de carbonatação da camada de
cobrimento.
Objetivando suprir as deficiências relativas a menor reserva alcalina, foi
adicionado cal hidratada ao concreto com elevados teores de adições minerais.
99
A adição de cal hidratada às misturas com elevados teores de adições
minerais resultou num aumento da penetração de cloretos, se comparados a
mesma mistura sem adição. Entretanto, apesar deste acréscimo na penetração
de cloreto, o maior valor obtido corresponde a 39% daquele obtido com à
mistura de referência, na idade de 91 dias.
Para as misturas binárias, àquela composta com cinza de casca de arroz
foi a que apresentou melhor desempenho, em relação ao concreto de
referência, com redução na penetração de cloretos de 92% (sem) e 83% (com)
adição de cal hidratada; seguida da composta com cinza volante, onde a
redução foi de 66% e 61%, e escória de alto forno, com redução de 64% e
62% respectivamente
Nas misturas ternárias, sem e com adição de cal hidratada, a maior
redução na penetração de cloretos ocorreu para àquela composta com cinza
volante e cinza de casca de arroz, com redução de 92% e 80%, seguida da
mistura com cinza volante e escória de alto forno com redução de 80% para as
duas condições.
A adição de cal hidratada resultou num aumento na retenção total de
cloretos em todas as misturas investigadas, sendo mais acentuada para àquela
contendo cinza de casca de arroz. A mistura contendo escória de alto forno,
em teor de substituição de 70%, foi a que apresentou maiores valores de
retenção de cloretos.
Para possibilitar a análise das propriedades do concreto em igualdade de
resistência de 40 MPa e 55 MPa, inferiu-se nas curvas de Abrams as relações
a/agl. necessárias. Assim, foi possível obter esses níveis de resistências para
todas as misturas aglomerantes investigadas. Observou-se, com relação à
100
mistura de referência, uma diminuição na penetração total de cloretos em
todas as misturas com adições minerais, com e sem a adição de cal hidratada.
Para os dois níveis de resistência a mistura binária contendo cinza de
casca de arroz apresentou melhor desempenho, com a diminuição de 93%
para o nível de 40MPa e 92% para o nível de 55MPa. Com a adição de cal
hidratada essa variação foi de 65 % e 82% para os dois níveis
respectivamente.
Nas misturas ternárias o melhor desempenho foi obtido para a composta
com cinza volante e cinza de casca de arroz, com diminuição de 93% para os
dois níveis de resistência. Com a adição de cal hidratada essa variação foi de
82,0% para os dois níveis.
O consumo de cimento das misturas variaram, para o nível de resistência
de 40 MPa, de 47 a 237 kg/m3 e para o nível de 55 MPa de 63 a 292 kg/m3,
inferiores, portanto, àqueles da mistura de referência, que foram de 291 e 431
kg/m3 respectivamente.
Ao se substituir parcialmente o cimento por adições minerais, observouse uma redução no pH das misturas, variando de 7% a 2%. A menor redução
no pH ocorreu para a mistura contendo escória de alto forno.
A adição de cal hidratada, nos teores adotados, resultou em acréscimo de
até 3,2% no pH das misturas, se comparada a mesma sem esta adição.
Todas as misturas com adições minerais apresentaram menores valores
de condutividade do que a mistura de referência. Isto ocorreu devido à
diminuição no teor de álcalis na solução dos poros e às modificações na
estrutura de poros das misturas aglomerantes, que tornam a pasta mais densa,
diminuindo a condutividade .
101
Os resultados mostram que, se comparada à mistura de referência,
àquelas binárias compostas com cinza volante, cinza de casca de arroz e
escória de alto forno apresentaram redução na condutividade elétrica da
solução aquosa dos poros de 43%, 27% e de 66%, respectivamente.
Nas misturas ternárias compostas de cinza volante e cinza de casca de
arroz (VA52) e cinza volante e escória de alto forno (VE27),as reduções na
condutividade elétrica foram de 25% e 46%, respectivamente.
Com a adição de cal hidratada houve um aumento na condutividade,
chegando a 3,10 vezes para a mistura contendo cinza volante, 1,80 vezes com
cinza de casca de arroz e 1,37 vezes para a mistura com escória de alto forno.
Nas misturas ternárias o aumento foi de 1,73 vezes para a mistura contendo
cinza volante e cinza de casca de arroz e 1,65 vezes para mistura com cinza
volante e escória de alto forno.
Esta dissertação teve como objetivo colaborar com um futuro
ecologicamente mais equilibrado, dominando-se a tecnologia de incorporação
de maiores quantidades de adições minerais nos concretos, obtendo inclusive
vantagens tecnológicas, proporcionando uma diminuição na utilização de
cimento Portland puro.
102
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