Congresso Norte Nordeste de Pesquisa e Inovao, 2013

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BARRETO, DA COSTA & QUEIROZ (2013)

CONCRETO DE PS REATIVOS ECOEFICIENTE NA INDSTRIA DO CONCRETO PR-MOLDADO

L.M. Barreto, F.L. Da Costa2, P.H.S.Queiroz3

Graduanda em Engenharia Civil Instituto Federal do Maranho, IFMA. E-mail: engenheiramagalhaes@gmail.com; 2 Graduando em Engenharia Civil Instituto Federal do Maranho, IFMA. E- mail: felmcosta@gmail.com; 3 Graduando em Engenharia Civil. Pesquisador do Grupo de Estudo de Fases Magnticas em Nanoestruturas Instituto Federal do Maranho IFMA. E-mail: ph.queiroz@hotmail.com ;

Artigo submetido em 08/2013 e aceito em 09/2013

RESUMO

Este trabalho trata da confeco de concreto ecoeficiente de ps reativos para utilizao em concreto pr-moldado, com baixo consumo de cimento Portland e quantidade total de material aglomerante menor que

300kg/m, reduzindo o impacto ambiental, tendo em vista que o uso de concreto pr-moldado em edificaes est amplamente relacionado a uma forma de construir econmica, durvel, ecolgica, estruturalmente segura e com versatilidade arquitetnica. Prope-se uma relao constitutiva para o material em que a quantidade total de aglomerantes reduzida, alm da alterao da temperatura de cura e o tempo de submisso ao

tratamento trmico, tornando o material mais resistente, bem como a substituio parcial da areia do trao por p de vidro proveniente de resduo de construo civil. A anlise experimental compreende o estudo da resistncia compresso de corpos-de-prova moldados com dimenses 50 x100 mm, com resultados dos ensaios nas idades de 3, 7, 14, 21 e 28 dias. A anlise foi feita visando aplicao na indstria de concreto pr-moldado, tirando proveito das excelentes propriedades mecnicas, da durabilidade e da ecoeficincia dos traos propostos.

PALAVRAS-CHAVE: Concreto de ps reativos, Concreto pr-moldado, Impacto Ambiental.

ECO-EFICIENT REACTIVE POWDER CONCRETE IN THE PRECAST CONCRETE INDUSTRY

ABSTRACT

The research is about the manufacture of eco- efficient reactive powder concrete that can be used in precast concrete, with low Portland cement consumption with the total amount of material less than

300kg / m, reducing environmental impact, considering

that the use of precast concrete buildings is largely related to a way to build economic, durable, environmental friendly, safe and structurally architectural versatility. It proposes a constitutive relationship for the material in which the total amount of binders is reduced, and there is a changing in curing temperature and the time of subjection to the thermal

treatment, making the material tougher as well as partial replacement for sand trace glass powder residue from construction. The experimental analysis involves the study of the compressive strength of pieces molded with dimensions 50 x 100 mm, with the test results at the ages of 3, 7, 14, 21 and 28 days. The analysis was performed to the implementation in the industry of precast concrete, taking advantage of the excellent mechanical properties, durability and eco-efficiency of the proposed features.

KEY-WORDS: Reactive powder concrete, Precast Concrete, Environmental Impact.

BARRETO, DA COSTA & QUEIROZ (2013)

CONCRETO DE PS REATIVOS ECOEFICIENTE NA INDSTRIA DO CONCRETO PR-MOLDADO

INTRODUO

Os concretos de ps reativos(CPR) so concretos formados de partculas com dimetro mximo menor que 2mm, que esto sendo analisados e aplicados em elementos estruturais. considerado um material novo, suas propriedades mecnicas e seu comportamento estrutural esto sendo estudados. Atualmente a maior dificuldade a obteno, que necessita de grande preciso na dosagem e anlise da composio granulomtrica dos ps (Helene, 2011).

A elevada produo de resduos slidos um problema mundial. Encontrar solues adequadas para a disposio final dos resduos provenientes das diversas indstrias representa um grande desafio para o meio cientfico e tecnolgico, tendo em vista os graves problemas ambientais que podem ser gerados por uma disposio inadequada.

Dentro da indstria da construo civil, a produo de concreto surge como um celeiro potencial para absorver alguns tipos de resduos. O uso de outros materiais no concreto, na forma de agregados fino ou grosseiro j foi estudado por vrios pesquisadores. Alguns desses materiais so adicionados com o intuito de melhorar as caractersticas mecnicas dos concretos como a slica, misturas de materiais pozolnicos, cinzas, p de basalto, escrias, etc (Babu e Prakash, 1995).

O uso de vidro j foi estudado e atualmente existem pases utilizando este material como agregado fino no concreto (Polley,1998),(Shao,2000) e (Babu e Prakash,1995). Os primeiros pesquisaram o uso de vidro reciclado como substituto do agregado fino (areia) no concreto chegando a resultados satisfatrios, j os segundos pesquisaram o uso de slica, vidro finamente modo e cinzas volantes, mas em substituio ao cimento adicionados em propores de at 30% em peso com tamanho de partcula abaixo de 0,15 mm. Esses autores verificaram que o concreto produzido com a adio de vidro finamente modo tinha suas propriedades mecnicas melhoradas em funo de reaes pozolnicas (Vanderlei e Giongo, 2006).

Babu e Prakash constataram que o vidro pode influenciar a qualidade do concreto por outros efeitos que no o pozolnico e o da reao lcali/slica. Verificou-se que o benefcio da adio do vidro estava relacionado ao preenchimento de vazios entre os gros do agregado fino (melhora do empacotamento das partculas). J o efeito pozolnico aconteceria com vidros de granulometria fina uma vez que as partculas finas favorecem uma rpida e benfica reao pozolnica. Para vidros com granulometria grosseira (> 0,75 mm), a reao lcali/slica aconteceria preferencialmente.

Alterando o trao tpico do CPR proposto por Richard e Cheyrezy, substituindo parte da areia do trao por p de vidro e diminuindo o teor de aglomerantes mostra-se uma alternativa eficaz no que se trata a diminuir o peso final da estrutura pr-moldada, principalmente no que se refere a lajes.

Congresso Norte Nordeste de Pesquisa e Inovao, 2013

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MATERIAIS E MTODOS

1. Caracterizaao dos Materiais

Foi adotada areia fornecida por jazidas devidamente regulamentadas junto ao IBAMA na cidade de So Lus. O dimetro mdio dos gros 0,28mm e segundo a NBR: 7211[3] esta areia foi classificada como muito fina.

O cimento Portland utilizado foi o CPV ARI RS, fabricado pelo grupo Holdercim.

Foi utilizado o superplastificante Sika ViscoCrete 20 HE que um aditivo lquido de pega normal de terceira gerao para indstria de pr-moldados, concretos de alta resistncia inicial, concreto de alto desempenho (CAD) e concreto auto-adensvel (CAA). Atende aos requisitos da norma EB 1763 (Tipo SP).

O p de quartzo utilizado foi fornecido pela empresa BMRC (Beneficiamento de Minrios Rio

Claro Ltda.) com propriedades fsico-qumicas listadas abaixo:

Tabela 1 Propriedades do P de quartzo

CARACTERSTICAS

PROPRIEDADES

Estado fsico

slida

forma

p fino

Granulometria

500 Mesh (25mm) - [0;3] % de reteno

Cor

branco levem entre amarelo

Odor

inodor

Ph

NA

Ponto de ebulio

2230C

Ponto de fuso

1710C

Ponto de fulgor

NA

Temperatura de auto-ignio

NA

Limites de explosividade superior/inferior

NA

Densidade

ND

Solubilidade

Insolvel em gua. Solvel apenas em cido flurdrico

Temperatura de amolecimento

644C

Temperatura de acomplamento

571C

Temperatura de transio vtrea

566C

Coeficiente de dilatao (325C)

3,88 (EE-3)

Fonte - BMRC (Beneficiamento de Minrios Rio Claro Ltda.)

A slica ativa (SA) utilizada foi a no densificada da empresa Tecnosil, que indicou como massa especfica do material o valor de 2.220 kg/m3, superfcie especfica aproximadamente igual a 19.000 cm2/g e dimetro mdio da partcula igual a 0,20 m.

O agregado artificial para este estudo foi produzido a partir de resduo inorgnico vtreo proveniente do processo de coleta seletiva de resduos de construo civil, coletado em So Lus do Maranho. O vidro foi submetido triturao at obter-se granulometria prxima do agregado mido (areia).

As propores de substituio do agregado natural por agregado vtreo sinttico foram definidas, comparando os resultados com o trao original de concreto de ps reativos, respeitando, neste estudo, o limite de material aglomerante menor que 300kg/m.

Para cada trao foram moldados 4 corpos-de-prova com dimenses 50x100 mm e adensados manualmente com soquete. Os corpos-de-prova eram desformados com 24 horas e colocados em estufa, em ambiente mido, com temperatura estabilizada em 90C, por 48 horas, em seguida, permaneciam em cura mida at a data dos ensaios.

As tabelas abaixo mostram a relao em massa, o consumo em Kg/m e a massa em gramas do trao de concreto de ps reativos original de RICHARD e CHEYREZY[13], a densidade mdia e as substituies de areia por p de vidro proveniente de resduo de construo civil nas propores de 0% (trao A), 5% (trao B), 12,5% (trao C), 20% (trao D), alm da diminuio da quantidade de aglomerantes para o limite de 300 Kg/ m.

Tabela 2 - Caracterizao do concreto de ps reativos

TRAO ORIGINAL

Relao

Consumo

Massa

(em massa)

(kg/m)

(g)

Cimento

1

854

653.96

Slica

0.246

210

160.81

P de quartzo

0.235

201

153.92

Areia

1.101

939

719.05

Superplastificante

0.02

17

13.02

gua

0.216

184

140.9

(RICHARD e CHEYREZY,1995)

O procedimento de mistura para as dosagens foi:

misturou-se primeiramente todo o material seco at ocorrer a homogeneizao;

misturou-se a gua e aditivo superplastificante em uma nica soluo e foi adicionada mistura aumentando-se a rotao do misturador.

RESULTADOS E DISCUSSO

Ensaios de resistncia compresso

Tabela 3 resultados dos ensaios de compresso

Trao original

Corpo de prova

Resistncia compresso 3 dias (MPa)

Resistncia compresso 7 dias (MPa)

Resistncia compresso 14 dias (MPa)

Resistncia compresso 21 dias (MPa)

Resistncia compresso 28 dias (MPa)

C-1

32.18

66.96

99.36

110.83

120.19

C-2

33.84

63.23

101.67

105.12

121.34

C-3

29.65

67.88

97.19

109.57

118.48

C-4

30.01

64.17

100.85

108.39

115.67

Mdia

31.42

65.56

99.77

108.48

118.92

Densidade mdia (kg/m)

2547.21

2546.49

2543.75

2543.98

2541.85

Figura 1 Resultados de resistncia compresso (MPa) x Idade (dias)

A tabela 7 e a figura 1 apresentam os resultados dos ensaios de compresso realizados para o trao original de concreto de ps reativos para posterior comparao de resultados.

Os ensaios de resistncia compresso foram realizados nas idades de 3, 7, 14, 21 e 28 dias, segundo a NBR:5739[1]. O equipamento utilizado foi uma prensa eletromecnica, com sistema de medio digital, acoplado a um microcomputador com impressora.

A tabela 8 e a figura 2 apresentam os resultados dos ensaios de compresso realizados para

o trao com 300 kg/m de consumo de aglomerantes e substituio de 0% da areia por p de vidro (trao A).

Tabela 4 resultados dos ensaios de compresso referentes ao concreto com 0% de vidro em sua mistura

P de vidro 0%

Corpo de prova

Resistncia compresso 3 dias (MPa)

Resistncia compresso 7 dias (MPa)

Resistncia compresso 14 dias (MPa)

Resistncia compresso 21 dias (MPa)

Resistncia compresso 28 dias (MPa)

C-1

25

50.22

74.51

82.21

89.92

C-2

23.97

47.54

70.73

79.23

85.41

C-3

23.55

47.2

70.02

76.98

83.76

C-4

24.34

47.98

72.27

81.37

86.59

Mdia

24.22

48.24

71.88

79.95

86.42

Densidade mdia (kg/m)

2335.86

2333.94

2339.45

2339

2342.77

Figura 2 Resultados de resistncia compresso (MPa) x Idade (dias)

A tabela 9 e a figura 3 apresentam os resultados dos ensaios de compresso realizados para o trao com 300 kg/m de consumo de aglomerantes e substituio de 5% da areia por p de vidro (trao B).

Tabela 5 resultados dos ensaios de compresso referentes ao concreto com 5% de vidro em sua mistura

P de vidro 5%

Corpo de prova

Resistncia compresso 3 dias (MPa)

Resistncia compresso 7 dias (MPa)

Resistncia compresso 14 dias (MPa)

Resistncia compresso 21 dias (MPa)

Resistncia compresso 28 dias (MPa)

C-1

25

50.22

74.51

82.21

89.92

C-2

23.97

47.54

70.73

79.23

85.41

C-3

23.55

47.2

70.02

76.98

83.76

C-4

24.34

47.98

72.27

81.37

86.59

Mdia

24.22

48.24

71.88

79.95

86.42

Densidade mdia (kg/m)

2335.86

2333.94

2339.45

2339

2342.77

Figura 3 Resultados de resistncia compresso (MPa) x Idade (dias)

Tabela 6 resultados dos ensaios de compresso referentes ao concreto com 12,5% de vidro em sua mistura

P de vidro 12,5%

Corpo de prova

Resistncia compresso 3 dias (MPa)

Resistncia compresso 7 dias (MPa)

Resistncia compresso 14 dias (MPa)

Resistncia compresso 21 dias (MPa)

Resistncia compresso 28 dias (MPa)

C-1

20.65

41.52

61.89

69.76

74.68

C-2

19.08

39.74

59.34

65.87

71.1

C-3

16.62

33.26

49.83

55.15

59.34

C-4

18.37

37.13

56.3

63.18

67.46

Mdia

18.68

37.91

56.84

63.49

68.14

Densidade mdia (kg/m)

2174.51

2160.43

2169.23

2167.53

2164.76

Figura 4 Resultados de resistncia compresso (MPa) x Idade (dias)

A tabela 10 e a figura 4 apresentam os resultados dos ensaios de compresso realizados para o trao com 300 kg/m de consumo de aglomerantes e substituio de

12,5% da areia por p de vidro (trao C).

Tabela 7 resultados dos ensaios de compresso referentes ao concreto com 20% de vidro em sua mistura

P de vidro 20%

Corpo de prova

Resistncia compresso 3 dias (MPa)

Resistncia compresso 7 dias (MPa)

Resistncia compresso 14 dias (MPa)

Resistncia compresso 21 dias (MPa)

Resistncia compresso 28 dias (MPa)

C-1

14.83

29.98

45.64

50.95

54

C-2

15.42

31.26

47.17

52.84

56.08

C-3

17.81

35.39

53.01

60.1

64.44

C-4

16.04

32.27

48.73

54.19

58.35

Mdia

16.02

32.22

48.64

54.52

58.22

Densidade mdia (kg/m)

2031.32

2034.46

2037.19

2034.34

2032.98

Figura 5 Resultados de resistncia compresso (MPa) x Idade (dias)

Figura 6 Resultados comparativos de resistncia compresso (MPa) x Idade (dias)

Conforme a figura 6 para se fazer o concreto de ps reativos com baixo consumo de aglomerantes, tornando-o ecoeficiente, para a indstria de pr-moldados, o melhor desempenho do trao que substitui 12,5% da areia por p de vidro (trao C), pois possui o melhor desempenho em resistncia compresso, comparando com os demais traos, alm de ter a densidade mdia reduzida em 15% quando comparado ao trao de concreto de ps reativos original.

Analisando o intuito de utilizar concreto de ps reativos (CPR) nas lajes pr-moldadas, alterando o trao tpico do CPR proposto para torn-lo mais leve e diminuir o consumo de cimento do trao, com o intuito de tornar o concreto ecologicamente vivel, o trao C (tabela 4) apresenta-se como a melhor alternativa.

A reduo do consumo de aglomerantes para aproximadamente 300kg/m contribui para que o trao C torne-se uma alternativa ecolgica ao trao de ps reativos comum pois este requisita uma considervel quantidade de cimento para que seja obtida a resistncia esperada, resultando em um grande impacto ambiental, uma vez que seu processo de produo agride o meio ambiente. Alm disso, o CPR apresenta uma alta densidade devido ao grau de compactao acentuado dos materiais constituintes e o trao C proposto neste trabalho diminui esta densidade de 2541.85 kg/m, verificada aos 28 dias do trao original, para 2164,76 kg/m, aos 28 dias de idade, como mostram as tabelas 7 e 10.

CONCLUSO

Como o esperado os traos propostos no trabalho apresentaram resultados inferiores ao trao original, isso ocorreu pelo fato que a quantidade de aglomerantes foi consideravelmente diminuda passando a apenas 300kg/m quando antes passava dos

1000kg/m, alm do fato que como a substituio da areia pelo p de vidro o trao do concreto pede mais gua, aumentando assim o fator gua/cimento e diminuindo portanto

sua resistncia.

Os resultados obtidos para a substituio parcial foram inferiores aos do concreto de referncia trao original (tabela 2) e ao trao ecoeficiente com 0% (tabela 3) de substituio do p de vidro, entretanto a possibilidade de utilizao para fins estruturais no descartada visto que o trao com substituio de 12,5%(tabela 5) da areia pelo p de vidro conseguiu resultados de 68,14 MPa aos 28 dias. Alm disso, os resultados relativos resistncia aos 7 dias deram em mdia 37,91 MPa tornando vivel a sua utilizao em peas pr-moldadas, pois alm de ainda ter uma resistncia razovel a densidade desse concreto diminui consideravelmente em comparao ao trao original proposto por (RICHARD e CHEYREZY,1995), chegando a quase 15% de perda de peso.

Os resultados obtidos com a substituio de 20%(tabela 6) embora apresente uma maior diminuio em sua densidade, obtiveram uma queda muito grande de sua resistncia preferindo-se assim a utilizao do trao de 12,5% de substituio.

Uma vez que o desempenho mecnico apenas um dos fatores a serem considerados no estudo comparativo destas misturas, pois garante apenas a utilizao das misturas para fins estruturais. Deve-se considerar no processo que os resultados de sua densidade implicam em uma diminuio do peso da pea final, diminuindo assim a resistncia necessria da estrutura para suportar seu prprio peso, ocorrendo assim uma diminuio dos custos da obra com a estrutura, alm da diminuio de gastos na produo do concreto, pois com a diminuio do teor de cimento e com a utilizao de matrias reciclvel valor gasto na produo do concreto diminui.

REFERNCIAS

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