Aprendendo mais sobre os concretos de nova geração

 

Marco Antônio de Morais Alcantara

O mundo da construção civil apresenta hoje muitas formas quanto à produção de concreto, assim como de diversos tipos, em termos de propriedades e requisitos de desempenho. Esses se diferenciam em termos de composição, de equipamentos, e de procedimentos na fabricação. Normalmente eles são chamados de concretos de nova geração.

Os concretos de nova geração atendem normalmente a requisitos de desempenho diferenciados além da resistência à compressão, como a ductilidade, a trabalhabilidade, a não propagação de chamas e outros. 

Os concretos de nova geração normalmente são produzidos em centrais, e requerem técnicos e mão de obra especializada. De modo geral eles também requerem o uso de aditivos ou inserções, como no caso dos concretos de elevada resistência (CED) e concretos autoadensáveis (CAA) para conferir a fluidez e a redução da relação água cimento, ou de fibras para conferir tenacidade e ductilidade.

O domínio sobre a tecnologia é importante para as empresas, no sentido de que elas tenham a capacitação para assumir obras. Também, é importante para os profissionais, no sentido que eles possam atuar na fabricação dos concretos.

 

Foi realizada uma experiência prática na oficina na FEIS-UNESP, produzindo concreto vibrado e concreto autoadesável. O concreto autoadensável é aquele que não necessita de vibração para se adensar.

 

O adensamento constitui em uma etapa onde o concreto deve fluir, escoar, de modo que ele possa preencher as formas e envolver as barras da armadura. Isto é alcançado com a vibração ou com a aptidão do concreto para adensar-se sob o seu peso próprio. Este último é o caso do concreto autoadensável.  

O concreto autoadensável é produzido com uma grande quantidade de finos para a formação de pasta; é viabilizado pelo uso de aditivos superplastificantes, e apresenta relação água cimento até superior do que a dos concretos vibrados, sem prejuízo da resistência mecânica, pois os finos desempenham um papel um papel de fíler ou de pozolana. Normalmente se considera também a relação água ligantes totais, compostos pelo cimento e pelo fino.

A relação “agregado graúdo” sobre o volume de concreto é normalmente menor do que para os casos do concreto vibrado, isto por duas razões importantes: uma é a de se evitar bloqueios, e outra é a de se diminuir a influência da inércia do concreto, de modo a não se diminuir as condições favoráveis de mobilidade do concreto. Os desafios para o concreto autoadesável são a passagem por armaduras densamente armadas, paredes, e o escoamento confinado, evitando-se também bloqueios. As contingências para o concreto autoadensável são diferentes no caso do escoamento livre e do escoamento confinado.

 

Os ensaios de avaliação para o concreto autoadesável, dentro das diferentes contingências de fluxo são o “slup fluw”, ensaios de espalhamento, e o ensaio do funil. O ensaio de espalhamento é parecido com o ensaio de abatimento no sentido de se utilizar o cone de Abrams, contudo, após o preenchimento do cone, sem vibração, o cone é levantado cuidadosamente e se forma uma superfície de escoamento, parecida com uma pizza para os melhores casos. As características dessa superfície dizem sobre a qualidade da mistura.  São observados: a forma da superfície, se circular, a possível concentração de agregados no centro da superfície, denominados por ”ninhos”, os diâmetros de espalhamento, normalmente 2, perpendiculares, devem apresentar um valor mínimo de 60 centímetros, e não excedendo 75.  Também deve haver ausência de halos d’água em torno dessa superfície. Uma forma não bem definida, um diâmetro menor, a presença de franjas dá indicativo de problemas com fluidez e estabilidade quanto à segregação.  A Figura 1 ilustra o ensaio de espalhamento.

 

Figura 1: Ilustração do ensaio de espalhamento e a superfície de espalhamento.

  

Para o caso de escoamento do funil se utiliza de um funil padronizado e mede-se a vazão mássica, ou a presença de bloqueios. O ensaio de funil juntamente com o T₅₀, o tempo para o escoamento alcançar 50 cm, ou 500 mm são úteis para a avaliação da viscosidade do concreto, além de ensaios específicos de reometria, com reômetros.

Ainda, sobre a superfície de espalhamento têm-se que esta deve estar isenta de ninhos no centro, dados pela concentração de agregados, e também de halos d"água em torno dela. 

As Figuras 1 e 2 ilustram o ensaio do funil e a superfície de espalhamento em tempo com superfície de espalhamento apresentando halos d"água. 

Figura 1: Ensaio do funil

 

Figura 2: Ensaio de espalhamento com presença de halo d'água.

Outros ensaios característicos para os concretos autoadesáveis são o teste da caixa em L, e o ensaio de segregação. O primeiro deles avalia as condições de bloqueio por armadura e a fluidez. Uma caixa com formato de L é composta por uma parte horizontal e outra parte vertical, e na interface existe uma abertura com ferragens com bitolas e espaçamento padronizados. A abertura possui uma comporta. Para a realização do ensaio a parte vertical é reenchida enquanto a comporta fica fechada, impedindo a passagem do concreto. Mediante o sinal de um operador, a comporta é aberta, quando então o concreto atravessa a passagem. São medidas a altura do concreto antes e depois da abertura, isto é, na parte vertical (H₁) e na parte horizontal (H₂). A relação entre H₂ e H₁ deve ser igual ou menor do que 0,8. As 

Figura 3 e 4 ilustram a caixa em L em termos de suas características e do ensaio.

Figura 3: Caixa em L

 

Figura 4: Ensaio com a caixa em L

Ainda se pode falar do ensaio para avaliar as condições de segregação. Este é feito normalmente por peneiramento. 

O concreto de elevado desempenho, por sua vez, se constitui em um concreto com resistência mecânica e durabilidade diferenciadas. Este é viabilizado pela utilização de aditivos superplastificantes de modo a se permitir com que se trabalhe com valores mais baixos a relação água cimentos, como da ordem de 0,35, onde as condições de trabalhabiidade não permitem para os casos dos concretos ordinários.

Os concretos de elevada resistência normalmente são vibrados, e podem também receber uma quantidade de adições minerais, da ordem de 5 a 15% com relação ao cimento. As adições minerais atuam como componentes pozolânicos ou agem pelo efeito fíler, obturando os poros e criando uma estrutura de maior densidade.

Os concretos de elevada resistência também apresentam a consistência plástica como nos casos dos demais tipos de concretos vibrados. Uma vez passados pelo processo de cura eles apresentam valores superiores de resistência mecânica e de durabilidade.     

 

Foi realizada uma experiência prática na oficina na FEIS-UNESP, ajustando-se os parâmetros de dosagem, de modo a se obter um concreto de elevada resistência e um concreto autoadensável.  

Foi utilizado o cimento CP II Z, em razão de o mesmo ser o mais encontrado no comércio de Ilha Solteira. Utilizou-se de agregado graúdo britado, com diâmetro máximo dado por 19 mm. Utilizou-se de areia natural, além da água procedente do abastecimento de Ilha Solteira. Utilizou-se de aditivo superplastificante à base de carboxilatos.

 

A Tabela 1 apresenta as composições e os parâmetros de composição para as de concreto, o vibrado e o autoadensável.

 Tabela 1: Composições e parâmetros de dosagem

Concreto vibrado				Concreto autoadensável
Consumo de materiais (kg)		Parâmetros de dosagem		Consumo de materiais (kg)		Parâmetros de dosagem
Cimento	10	Relação/ água cimento	0,42	Cimento	10	Relação água/ cimento	0,54
Sílica ativa	0,75	Relação fíler/ cimento	7,5	Sílica ativa	3	Relação fíler/ cimento	0,3
		Relação água/  cimento + fíler	0,39			Relação água/  cimento + fíler	0,47
Agregado miúdo	20	Relação água/ materiais secos (%)	8,37	Agregado miúdo	14	Relação água/ materiais secos (%)	14,7
Agregado graúdo	20	Relação agregado total/ cimento	4	Agregado graúdo	14	Relação agregado total/ cimento	2,8
Agregado total	40	Agregado/ massa total	0,73	Agregado total	28	Agregado/ massa total	0,6
Água	4,25	Relação agregado miúdo/ agregado total	0,35	Água	6,05	Relação agregado miúdo/ agregado total	0,35
Superplastificante	0,006	Relação sup/ cimento	0,6	Superplastificante	0,009	Relação sup./ cimento	0,9

 

Observando os dados da Tabela 1 se pode ver que as duas composições são diferentes em termo dos seus valores e parâmetros, relativos a esses dois tipos de concreto. Destacam-se os valores da relação água cimento mais elevados para os casos dos autoadensáveis, o que para os concretos vibrados seriam proibitivos, ainda, os teores de fíler incorporados, que para os casos dos concretos autoadensáveis é superior em porcentagem com relação ao cimento, de modo a poder formar pasta. A relação agregado cimento é menor para o caso dos concreto atoadensável, sendo um concreto mais rico em cimento, porém com relação água cimento maior. Este consumo maior de cimento implica em um custo maior para o concreto. 

 Quanto ao teor de superplastificante, este foi superior para os casos dos concretos autoadensáveis, de modo a poder influenciar na fluidificação, em sinergia com a água, a qual contribui para o aditivo. Cabe ressaltar que o teor de superplastificante esteve abaixo do limite máximo de tolerância recomentado pelo fabricane, de modo a poder prevenir a exsudação e a segregaçâo o qual é da ordem de 1,25% com relação ao cimento.

Quanto ao teor de agregados graúdos com relação `massa total do concreto, eles foram diminuídos para o caso dos concretos autoadensáveis para prevenir os bloqueios quando na passagem de armaduras, ou em escoamento confinado, e também de diminuir os efeitos de inércia, e permitir a mobilidade. Os agregados apresentam diâmetro máximo da ordem de 19 mm, além dos valores ideais, de 14 mm.

       

Foram realizados ensaios no estado fresco, em particular o ensaio do abatimento para o concreto vibrado. Este tem por base avaliar a consistência do concreto com base no abatimento do concreto, a partir do seguinte procedimento: é realizado o preenchimento de um cone metálico padronizado, com as dimensões de 20 x 30 cm, fazendo em 3 camadas superpostas, onde cada uma delas recebe 25 golpes com frequência padronizada com o auxílio de uma barra de aço padronizada.  Uma vez terminado o preenchimento, regulariza-se a superfície, razando com uma régua, e então, é feito o soerguimento do cone, lentamente; então o concreto apresentará um abatimento sob a ação do seu peso próprio. Este abatimento tem relação com a consistência do concreto, podendo-se observar tanto concretos rijos, como concretos fluidos. Já para o a caso do concreto autoadensável se realizou o ensaio de espalhamento, conforme já explicado o seu procedimento básico. Os demais protocolos para o concreto autoadensável não foram realizados em razão da limitação de tempo para a parte prática da oficina.

 

A Tabela 2 apresenta os valores alcançados no ensaio de abatimento para o concreto vibrado e de espalhamento para o concreto autoadensável.

Tabela 2: Resultados dos ensaios de avaliação no estado fresco para os concretos vibrado e autoadensável

Resultados dos ensaios de avaliação no estado fresco (cm)
	Medidas			Valores médios
Concreto vibrado “abatimento” (cm)	2	2	2	2
Concreto vibrado “espalhamento” (cm)	70	71		70,5

 

De acordo com os resultados apresentados na Tabela 2, as condições de trabalhabilidade do concreto guardam relação com as condições de consistência do concreto e com as ações do processo de produção. Para o caso de concreto vibrado os concretos rijos são adensados com vibração enérgica, coerente com o valor ais baixo da relação água materiais secos totais (%), que deveria ser da ordem de 9(%), enquanto que o concreto autoadensável são adensados sem são concretos fluidos.

Os concretos avaliados apresentaram condições satisfatória para com a integridade, não apresentando segregação ou exsudação.

 

Após o ensaio do abatimento, o concreto foi lançado em um carrinho.

Os corpos de prova foram moldados em moldes de PVC com dimensões de 10 cm de diâmetro e 20 cm de altura. Os concretos vibrados adensados por meio de vibração com o auxílio de mesa vibratória. Os concretos autoadensáveis foram moldados sem o auxílio de vibração. Todos permaneceram em uma bancada durante 24 horas, quando então após este período eles eram desformados, identificados quanto ao tipo, e acondicionados em câmara úmida para a cura, aguardando os ensaios de ruptura aos 28 dias de cura.  

Quando então se deu o tempo de cura, aos 28 dias de idade, os corpos de prova foram rompidos após 24 horas fora da câmara úmida.

Os corpos de prova foram inicialmente pesados, com o fim de se avaliar a massa específica aparente.

A Tabela 3 apresenta os valores da massa específica aparente para os casos de concreto vibrado e concreto autoadensável.

A Tabela 3: Valores da massa específica aparente

Massa específica aparente (kg l)
	Concreto vibrado		Concreto autoadensável
CP	Massa (kg)	Massa específica aparente (Kg/l)	Massa (kg)	Massa específica aparente (Kg/l)
1	3,62	2,30	3,54	2,25
2	3,38	2,15	3,61	2,30
3	3,34	2,13	3,43	2,18
4	3,3	2,10	3,58	2,28
5	3,37	2,15	3,57	2,27
6	3,24	2,06	3,58	2,28
7	3,33	2,12	3,59	2,29
8	3,33	2,12	3,54	2,25
9	3,34	2,13	3,57	2,27
Valor médio	3,36	2,14	3,56	2,26
Desvio padrão		0,03		0,03
Coeficiente de variação		0,013		0,01
Coeficiente de variação (%)		1,31		1,43
Valor médio

 

Os resultados da Tabela 3 indicam que o processo de produção apresentou padrões de qualidade satisfatórios, com respeito ao processo de fabricação. Verifica-se que que os coeficientes de variação se mostraram muito baixos, dentro do padrão de controle rigoroso. Isto atesta o bom processo tanto de vibração como da autoadensabilidade.

 

A Tabela 4 apresenta os valores da resistência mecânica à compressão simples e à tração por meio da resistência à compressão diametral aos 28 dias de cura.

Tabela 4: Valores da resistência mecânica à compressão simples e à tração por meio da resistência à compressão diametral aos 28 dias de cura, para os casos de concreto vibrado e autoadensável.

Resistência mecânica aos 28 dias de cura aos 28 dias de cura
	Resistência à compressão simples (MPa)		Resistência à compressão diametral (MPa)
Valores individuais	CED	CAA	Valores individuais	CED	CAA
	32,68	34,93		2,77	2,98
	35,98	26,45		2,55	2,73
	33,77	23,3	Valor médio	2,56	2,86
Valor médio	34,14	24,88	Desvio padrão	0,09	0,12
Desvio padrão	1,33	1,56	Coeficiente de variação	0,03	0,04
	0,04	0,06	Coeficiente de variação (%)	3,35	4,23
Coeficiente de variação (%)	3,89	6,28

 

 

Com base nas informações da Tabela 4, verifica-se que os valores individuais e valores médios de resistência à compressão simples se mostraram superiores para o caso do concreto vibrado de elevada resistência, fato que se justifica pelo menor relação água cimento e maior porcentagem de agregados. Por outro lado, se observa que para o concreto autoadensável os valores da resistência mecânica se mostraram favoráveis não obstante o valor mais elevado da relação água cimento. Provavelmente o valor da resistência mecânica para o concreto atoadensável pode ter sido também favorecido pelas reações pozolânicas entre a sílica ativa e o hidróxido de cálcio liberado durante a hidratação do cimento. Sobre este aspecto cabe considerar que o processo pozolânico tem atuação ainda para as idades mais avançadas, podendo, talvez, que os valores da resistência mecânica do autodensável se aproximar da resistência do concreto de elevado desempenho nas idades de 60 e 90 dias de cura.

 

Quanto aos valores da resistência à tração por compressão diametral, convém notar que estas tendem a variar também em relação inversa com valores da relação água cimento, e também tendem a apresentar correlação com os valores da resistência à compressão simples. Os valores da resistência à compressão diametral tendem à ser da ordem de até 10 vezes mais baixas do que os que são apresentados pela resistência à compressão simples. Disso vem a fragilidade dos concretos. Por outro lado, quanto maior seja o valor da resistência à compressão simples mais frágil se tornam os concretos.

 

A Tabela 5 apresenta o resultado da relação entre os valores da resistência à compressão diametral e da resistência à compressão simples.

Tabela 5: Relação entre os valores da resistência à compressão diametral e da resistência à compressão simples para os casos de concreto vibrado e concreto autoadensável.

Resistência à compressão diametral/ Resistência à compressão simples
CED	CAA
0,077	0,115

 

Os valores apresentados para a relação estão coerentes com os valores apresentados na literatura, refletindo a condição de fragilidade dos concretos. Para os casos de concretos de elevada resistência estes tendem a ser mais frágeis, como se verifica no caso onde o valor da relação é mais baixo.

 

A tabela 6, por sua vez, apresenta os resultados do módulo de elasticidade.

Tabela 6: Módulo de elasticidade para os casos de concreto vibrado e autoadensável.

 

Módulo de elasticidade (GPa)
	CED	CAA
	35,25	36,94
	29,48	22,43
	37,62	20,60
Valor médio	34,12	21,51
Desvio padrão	3,70	1,29
Coeficiente de variação	0,11	0,06
Coeficiente de variação (%)	10,85	6,01

 

 

Analisando os resultados da Tabela 6 se observa que os valores do módulo de elasticidade apresentados para o concreto de elevada resistência são mais elevados do que os apresentados para o concreto autoadensável. A isto se pode considerar os valores da resistência mecânica, e pois, da mesma forma que para os casos da resistência à compressão diametral, os valores do módulo de elasticidade também guardam relação direta com os valores da resistência à compressão

 

A Tabela 7 apresenta a relação entre os valores da resistência à compressão axial e do módulo de elasticidade.

 

A Tabela 7: Relação entre os valores da resistência à compressão axial e do módulo de elasticidade para concreto vibrado e de elevado desempenho.

Resistência à compressão axial/Módulo de elasticidade
M=4	CAA
1,00	1,16

 

Dos valores apresentados para a relação entre o valor da resistência à compressão e o módulo de elasticidade, observa-se que o módulo de elasticidade cresce mais com o valor da resistência à compressão para o caso de concreto de elevada resistência, justificado pelo maior volume percentual de agregados graúdos. Isto poderia indicar que os concretos de elevada resistência tendem a apresentar maior fragilidade do que os concretos autodensáveis, são mais rígidos. Isto em coerência também com a relação entre à resistência à compressão diametral pela resistência à compressão simples.

 

Então pelo que foi apresentado nesta oficina algumas coisas devem ser consideradas:

 

A quantidade de cimento a ser utilizada no concreto e a quantidade de água devem estar atendendo um parâmetro que permita favorecer a coesão interna e o manuseio do concreto, havendo limites inferiores para o valor da relação água cimento, geralmente da ordem de 0,45; e a quantidade de água não deve ser excessiva e modo a enfraquecer o concreto ou provocar a segregação e a exsudação.