UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS – UFAM CURSO DE ENGENHARIA CIVIL MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO II – FTC128
ALINE NASCIMENTO DE ARAÚJO ARAÚJO
ADIÇÕES MINERAIS MINERAIS
MANAUS – AM 2017
Aline Nascimento de Araújo – 21454674
ADIÇÕES MINERAIS
Trabalho requisitado pelo professor João de Almeida Melo Filho, para obtenção de nota parcial na disciplina de Materiais de Construção II (FTC128), do curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Amazonas - UFAM.
MANAUS - AMAZONAS
10 de outubro de 2017
Sumário 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................ 1 2. VISÃO GERAL ............................................................................................ 1 3. DEFINIÇÃO ................................................................................................. 2 4. ORIGEM ...................................................................................................... 2 5. ATUAÇÃO ................................................................................................... 3 6. CLASSIFICAÇÃO ....................................................................................... 4 7. INFLUÊNCIA DAS ADIÇÕES MINERAIS NAS PROPRIEDADES DO CONCRETO FRESCO ....................................................................................... 4 8. ADIÇÕES MINERAIS MAIS UTILIZADAS EM CONCRETO ...................... 5 9. APLICAÇÕES NO CONCRETO ................................................................. 7 10. MELHORIAS ECONÔMICAS ...................................................................... 7 11. CONCLUSÃO .............................................................................................. 8 12. BIBLIOGRAFIA ........................................................................................... 9
1. INTRODUÇÃO As adições minerais são quaisquer materiais, com exceção da água, agregados, cimentos hidráulicos ou fibras, usados como ingredientes do concreto ou argamassa e adicionados à massa imediatamente antes ou durante a mistura. Essas adições são de extrema importância, pois podem somar ou substituir parcialmente o cimento devido às suas propriedades semelhantes às do cimento as quais serão apresentadas neste trabalho.
2. VISÃO GERAL O concreto é um material constituído, basicamente, pela mistura, em proporções adequadas, de matérias primas tradicionais, como o cimento, o agregado e a água. Todavia, este concreto, produzido com os componentes tradicionais, apresenta uma série de limitações em termos do seu desempenho, tais como baixa resistência à tração, alta retração hidráulica, baixa fluidez e coesão da massa no estado plástico e baixa relação resistência a compressão “versus” massa específica, as quais, também, restringem as aplicações do concreto nas obras. A partir do início deste século, o uso das adições minerais, junto com as matérias primas tradicionais, na massa do concreto tem sido estimulado em todo o mundo, devido ao desenvolvimento de equipamentos e técnicas mais precisas, a aplicação dos conhecimentos de ciências dos materiais e o aumento das leis de proteção ambiental. Muitos trabalhos foram publicados com altos teores (>50% de substituição em massa) de adições minerais ao cimento ou concreto mostrando a viabilidade da diminuição do teor de clínquer e aumento das adições, como apropriadamente enfatiza Mehta (1997, p. 63): Devido à grande pozolanicidade e propriedades cimentícias, cinza volante e escória podem ser empregadas em grandes quantidades como materiais substitutos do cimento no concreto. De fato, concretos com 60 a 70% de cinza volante ou escória na massa do material cimentício total tem mostrado alta resistência e durabilidade a idades relativamente precoces. Esta
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demonstração tem removido uma das maiores objeções para o emprego de altos teores de cinza volante e escória [...].
A seleção da adição mineral adequada depende do seu tipo, da composição química do clínquer e do desempenho esperado para o cimento. Por exemplo: a escória de alto forno e as cinzas volantes proporcionam a redução do tempo de pega e o aumento das resistências iniciais. As adições modificam as propriedades do concreto, proporcionando melhor desempenho. Do ponto de vista ambiental a reutilização desses resíduos é benéfica por que reduz os índices de poluição causados outrora pelo descarte dos mesmos. Além disso, reduzem o seu custo, à medida que substituem o cimento. Cada uma das adições minerais atua de forma distinta de acordo com sua granulometria, atividade química e composição mineralógica.
3. DEFINIÇÃO São
materiais
inorgânicos,
compostos
sílica-cálcico-aluminosos,
podendo substituir parte do cimento caso apresentem, preferencialmente, estrutura vítrea. São mais utilizadas as pozolanas que reagem com a cal proveniente das reações de hidratação ou a escória granulada de alto forno que, devido ao alto teor de cálcio, possui propriedades pozolânicos e cimentícias.
4. ORIGEM 4.1 Natural Obtida pela britagem e moagem, classificada por tamanho de partícula e, em alguns casos, até por ativação de rochas ou solos naturais de origem vulcânica, composta basicamente de aluminossilicatos, os quais são obtidos por resfriamento rápido do magma que resulta na formação do vidro ou de fases vítreas, com estruturas cristalinas desordenadas. São exemplos de adições minerais do concreto oriundas de materiais naturais: 2
As terras diatomáceas, tais como opalina, são sílicas hidratadas amorfas, finamente divididas e altamente reativas com a cal;
Os tufos vulcânicos e o vidro vulcânico que são formados principalmente por aluminossilicatos que apresentam reação considerável com a cal;
As argilas ou folhelhos calcinados, em sua maioria também compostos por aluminossilicatos, necessitam de um tratamento térmico (em temperaturas maiores que 900 °C) e apresentam reação considerável com a cal.
4.2 Artificial (resíduos industriais) São os materiais oriundos de produtos que não são primários em suas respectivas indústrias produtoras, principalmente as cinzas da combustão do carvão de termelétricas e de determinados resíduos agrícolas (casca de arroz), e a escória granulada de alto forno de indústrias metalúrgica de materiais ferrosos e não ferrosos. Geralmente, podem ou não necessitar de processos de beneficiamento, tais como a secagem prévia e a pulverização por moagem, antes de sua utilização como adição mineral ao concreto. A seguir são citados exemplos de adições minerais do concreto oriundas de resíduos industriais:
As cinzas volantes;
A escória granulada de alto forno;
A sílica ou, como é mais comumente denominada, a microssílica.
5. ATUAÇÃO As propriedades do concreto no estado plástico são modificadas devido ao aumento da quantidade de materiais finos na massa do concreto, o que faz com que a massa fique unida devido à tensão superficial da água adsorvida na superfície dos materiais finos, tais como a adição mineral. No estado endurecido, as adições minerais atuam dando prosseguimento as reações de hidratação (produzindo mais cristais) e densificando a rede cristalina através de reações pozolânicos, de modo que ambas as reações químicas venham a reduzir a quantidade de poros capilares (poros não visíveis a olho nu). Tal 3
fenômeno faz com que seja reduzida a penetração de agentes patogênicos na pasta.
6. CLASSIFICAÇÃO 6.1 Quanto ao tipo de reatividade
Cimentantes: reagem hidratando com a água. Ex. escória granulada de alto-forno.
Pozolânicas: reagem fixando o hidróxido de cálcio, formando estruturas tipo C-S-H. Ex. cinzas volantes com baixo teor de cálcio
Cimentantes e pozolânicas: Alguns aditivos tem reações tanto pozolânicas como cimentantes, como as cinzas volantes (fly ash) com elevado teor de cálcio.
6.2 Quanto à intensidade da reatividade
Altamente reativos;
Razoavelmente reativos;
Levemente reativos.
7. INFLUÊNCIA DAS ADIÇÕES MINERAIS NAS PROPRIEDADES DO CONCRETO FRESCO
7.1 Plasticidade e Coesão Há maior relação entre volume de sólidos e volume de água. Além disso, dispõe de uma melhor trabalhabilidade e facilidade de bombeamento e acabamento do concreto.
7.2 Exsudação e segregação Apresenta maior volume de finos, maior compacidade de pasta e, portanto, menor quantidade de canais de exsudação.
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7.3 Redução do consumo de água Tem-se um efeito dispersor das partículas pequenas (forças eletrostáticas), notado em pozolanas comuns. Em superpozolanas (possui extrema finura) há um maior consumo de água e normalmente usa-se aditivos superplastificantes.
7.4 Calor de hidratação No clínquer tem-se um estágio de energia elevado. Em relação a reação pozolânica há menor calor de hidratação do que nas reações de hidratação do cimento. Além disso, o riso de fissuração térmica é diminuído.
7.5 Resistência mecânica Há formação de mais compostos resistentes, o volume de finos é maior e com isso tem-se o refinamento dos poros e dos cristais na pasta.
7.6 Durabilidade Apresenta redução na porosidade e permeabilidade do concreto e menor possibilidade de entrada de agentes nocivos.
8. ADIÇÕES MINERAIS MAIS UTILIZADAS EM CONCRETO 8.1 Cinzas Volantes É subproduto da combustão de carvão mineral, possui um teor de cálcio variável que depende do tipo de carvão utilizado e um teor de carbono nãoqueimado variável. Seus principais efeitos sobre o concreto estão relacionados ao retardamento do tempo de pega, baixo calor de hidratação, trabalhabilidade e coesão e redução da porosidade. 5
8.2 Sílica Ativa É um subproduto da produção de silício metálico com pozolana altamente reativa. Seus principais efeitos no concreto são: refinamento dos poros, melhoria das resistências mecânicas e aumento da coesão da pasta. Já suas desvantagens estão relacionadas ao aumento do consumo de água e à carbonatação. 8.3 Escória de alto-forno É subproduto da fabricação de ferro-gusa que tem como composição: cal, sílica e alumina. Tem como principais propriedades no concreto: melhor trabalhabilidade, refinamento dos poros, maiores resistências, resfriamento rápido (partículas não-cristalinas) e moagem com finuras adequadas. 8.4 Cinzas de casca de arroz Possui propriedades similares à da sílica ativa em que 1 tonelada de arroz gera 200 kg de casca e 40 kg de cinza. Além disso, tem uma combustão controlada onde a estrutura celular é porosa e possui pozolana altamente reativa. 8.5 Metacaulim Provém da calcinação e moagem de argilas caulinitas em temperaturas que variam de 600ºC a 900ºC, onde o processo de produção é rigorosamente controlado resultando em pozolana de alta pureza e reatividade. Possui metacaulim de alta reatividade com argilas extremamente finas e altos teores de caulinita. Assemelha-se ao efeito da sílica ativa. 8.6 Filler calcário É um material carbonático praticamente inerte na mistura e que possui diâmetro médio similar ao do cimento ou menor. Seus principais efeitos são: trabalhabilidade, densidade, permeabilidade e exsudação.
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9. APLICAÇÕES NO CONCRETO O aditivo mineral é adicionado ao cimento ou a outros aglomerantes em proporções adequadas, com os objetivos de: aumentar a coesão no estado fresco; conferir melhor durabilidade, estendendo assim a vida útil das construções de concreto armado, e aumentar a resistência mecânica. A tabela 1 estabelece uma relação custo/ benefício para adições minerais no concreto. Tabela 1: Índices médios de desempenho e relação entre custo e benefício para resistência 40MPa (Fonte: Isaia, Geraldo Cechella; Gastaldini, Antonio Luiz Guerra, 2008).
Legenda: CV - Cinza volante; E - Escória granulada de alto forno; ECV - escória e cinza volante.
10. MELHORIAS ECONÔMICAS Segundo o Grupo de Estudos e Pesquisas em Concreto (GEPECON), do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Maria (Rio Grande do Sul, Brasil), o concreto com 90% de adições minerais poderia promover uma economia de 351 Mm³, US$3,48/m³ = US$ 1,22 bilhão ou 0,3% do custo da produção global de concreto com cimento comum ou ainda o equivalente ao custo de 20 Mm³ de concreto com 90% de adições minerais. A redução de proporcionaria à empresa uma adição de créditos de carbono, os quais poderiam ser comercializados.
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11. CONCLUSÃO Existem, portanto, vários tipos de adições possíveis e a escolha da melhor a ser utilizada difere para cada situação de aplicação específica. Conclui-se que com a redução do clínquer na produção de cimento será possível obter grandes benefícios para o meio ambiente e para a qualidade de vida das pessoas através da diminuição da emissão de CO2, por conta da diminuição do custo com matérias primas e pelo aumento do volume e da qualidade do cimento a ser produzido. Além disso, as adições conferem ao cimento melhores propriedades e menores custos. Segundo Mehta (1998): “Seria óbvio que”, se encontrássemos meios para utilizar toda ou a maior
parte da cinza volante e escória granulada de alto forno, seja sob a forma de cimento com adições ou como material cimentício no concreto, poderíamos suprir a demanda de cimento no ano 2005 sem nenhum acréscimo na capacidade atual de produção de clínquer, assegurando, assim, o desenvolvimento sustentável da indústria do cimento e concreto [...] (p.4)
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12. BIBLIOGRAFIA BAUER, L.A. F. Materiais de construção - Novos materiais para a
construção civil. 5° ed. Uberlândia, MG: LTC editora, p.63 –117, 2000. IBRACON, Cimento/concretos materiais construtivos em contínua evolução, Revista Concreto N° 51, 2008. ISAÍA, G.C.; GASTALDINI, A.L.G. Perspectivas ambientais e
econômicas do concreto com altos teores de adições minerais um estudo de caso. Programa de Pós-graduação em engenharia civil, Universidade federal de Santa Maria, Santa Maria, RS, p.19-30, jun. 2004. CARMO, J.B.M., PORTELLA, K. F. Estudo comparativo do desempenho mecânico da sílica ativa e do metacaulim como adições químicas minerais em estruturas de concreto. Cerâmica, v. 54, n. 331, p. 309-318, 2008.
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