Carlos Campos Consultoria e Construções Limitada - Concreto Estrutural Branco no Brasil
A ponte estaiada em concreto aparente branco da cidade de Brusque, SC, Brasil, é apresentada com detalhes sobre ocorrências patológicas de manchas e outras imperfeições, procedimentos adotados para tratamentos superficiais e sugere traços para elaboração da pasta branca utilizada nas operações de estucamento para entrega da obra São recomendados alguns procedimentos para se obter uma dosagem racional do concreto que atenda requisitos de durabilidade e de fechamento na textura superficial do concreto aparente branco com utilização de uma porcentagem mínima de finos passantes na peneira de 0,3 mm É apresentado o traço recomendado em função do material disponível e resultados médios dos valores obtidos durante o controle tecnológico.
Keywords: Apparent concrete, white cement, white concrete.
Tem-se noticias da fabricação do cimento branco desde 1887 1. Em 1966 foi construída uma passarela de pedestres sobre um dos braços do Rio Reno, próximo a Wiesbadem, Alemanha, utilizando cimento branco. Em 1972, afirmava-se, na Alemanha, que a aplicação do cimento branco estava no auge 2. Em 1973 criava-se em Paris uma associação, sem fins lucrativos, BETOCIB, Béton de Ciment Blanc, Associação para a promoção da arquitetura em concreto de cimento branco, composta por arquitetos, projetistas, produtores de insumos e fornecedores de agregados. Distribui boletins técnicos e recomendações para execução de obras com o uso do cimento branco.
Nos Estados Unidos também é grande o uso do cimento branco 3, principalmente em obras com pré-moldados e fachadas compostas com materiais leves revestidos com pastas de cimento branco. O uso do cimento branco foi determinante na execução da nova Catedral de Los Angeles para se conseguir a cor de adobe das construções hispânicas 4 . Há também grande emprego na Colômbia e no México. No Japão pode-se citar o Monumento de Maala, em Osaka, duas colunas em concreto branco com 21 metros de altura 1.
1.2 Concreto branco no Brasil
Além do cimento portland branco alguns países fabricam, inclusive o Brasil, o cimento aluminoso branco. A utilização deste tipo de cimento é restrita em diversos países para uso em estruturas além do que este material é pouco resistente ao ataque por sulfatos 5 . Fábricas de cimento portland branco não são muito comuns. As marcas mais conhecidas comercialmente no Brasil são: PINGÜINO (Argentina), CBR (Bélgica), CAUÊ e IRAJÁ (Brasil), DELNARI (Colômbia), AALBORG (Dinamarca), LAFARGE (França) e TOLTECA (México), alem das fábricas de Portugal, Itália, China e outras.
Se a cor cinza do cimento comum pode limitar a criatividade dos arquitetos em acabamento de concreto aparente, o cimento branco abre espaços para apresentação de um novo campo de uso do concreto aparente. Por outro lado, o preço do cimento branco pode ser até três vezes mais caro que o comum cinza 6 . Realidade que está mudando no Brasil, após o incremento do uso do cimento branco nacional.
Quando no Brasil, a taxa de câmbio do dólar estava favorável, à razão de 1 para 1, o pais importou muito cimento branco. No segundo semestre do ano 2000, o dólar já com câmbio desfavorável às importações e a entrada em operação da fábrica do Cimento Branco Cauê, da Camargo Corrêa Cimentos, em Pedro Leopoldo , Minas Gerais, a importação foi drasticamente reduzida, além do que, o novo cimento nacional apresenta resistência e brancura similares ou superiores aos importados. O mercado passou a consumir mais o cimento branco e começou a constatar uma série de problemas em obras, tais como, menor tempo de pega, maior freqüência de retrações, empenamento de placas pré-moldadas e fissuração. Estas ocorrências apontam em direção ao fato de que o consumidor estava acostumado a trabalhar com o cimento nacional antigo, de menor resistência e com um teor alto de adições minerais. O Cimento Cauê Branco entrou no mercado como um cimento do tipo CP V - ARI, mais fino, mais reativo e mais branco.
1.3 Revisão Bibliográfica (Cimento Branco)
Consegue-se produzir um cimento branco pela seleção conveniente da matéria prima, reduzindo o teor de Fe2O3 na composição do clínquer. O ferro e o alumínio são adicionados ao calcário moído, através da argila, que além de atuar como fundente, reduzindo o consumo de energia, fornece SiO2 e Al2O3 para combinar com os quase 70% de CaO presentes no clínquer do cimento portland 7.
Os compostos característicos dos cimentos convencionais, conhecidos como de cor cinza 8, são praticamente os mesmos dos cimentos brancos, exceto o teor do C4AF que é bem menor e em alguns cimentos o C3A bem maior.
3CaO.SiO2 Convencionalmente denominado C3S
2CaO.SiO2 Também denominado C2S
3CaO.Al2O3 Denominado C3A
4CaO.Al2O3.Fe2O3 Denominado C4AF
A simples redução do Fe2O3 acarreta um aumento na relação Al2O3/Fe2O3 que, por sua vez, contraria a busca por um cimento com baixo teor de Al2O3 o qual garante uma melhor resistência ao ataque por sulfatos. Como é praticamente inviável o emprego da matéria prima isenta de ferro ou manganês, que afetam bastante a cor, são empregadas outras técnicas para minimizar estes efeitos 9. A condição de atmosfera redutora na zona de mais altas temperaturas no forno, facilita a sinterização para obtenção de um clínquer com menos de 0,5% de fe2O3, condição para se produzir o cimento branco 6.
Quanto aos problemas do alto teor de C3A no clinquer, as indústrias já dispõem de técnicas que consistem, por exemplo, no procedimento denominado, mineralização do clinquer, com adições de flúor e gesso, (CaF2 e CaSO4.2H2O), o que acarreta uma redução no teor de C3A do clinquer para menos de 5% 10. O fluxo contínuo dos compostos de flúor e gesso não só reduzem o teor alto e indesejável do C3A como traz vantagens também econômicas, pois reduz em até 200ºC a temperatura para obtenção do clinquer branco 11 .
O C3A no cimento branco está geralmente em teores altos ou mais de 10% 2. Este composto é que torna o cimento mais ou menos resistente ao ataque por sulfatos ou resistente à água do mar. É também o responsável pelas primeiras reações na hidratação e pela resistência nas primeiras horas. Caracteriza-se pela alta liberação inicial de calor e permite a formação de um volume maior de etringita, mineral responsável pelas primeiras resistências após as reações de hidratação, e pode provocar reações indesejáveis como as de falsa pega, pega rápida ou retardar estas reações 6 .
A brancura tanto do cimento branco como do concreto podem ser avaliadas com aparelhos do tipo Colorímetro, que medem a luz média, do tipo diurna, refletida sobre a superfície ensaiada 12. O aparelho consiste em células fotoelétricas instaladas antes de filtros óticos para captar emissões de cores X, vermelha; Y, verde e Z, azul. Deve ser característica de um bom cimento branco refletir 80% ou mais da luz média diurna. 2.
Há um outro Colorímetro, do tipo ZBD, que avalia o grau de brancura, usando como referência a brancura do MgO, considerado 100%. Neste mesmo trabalho os autores comentam a vivacidade das cores quando se usa o cimento branco na mistura em relação aos concretos coloridos obtidos a partir do cimento cinza13 .
Traços mal proporcionados, com teor de argamassa alto, também podem causar empenamento de peças pré-moldadas 14 . A retração autógena e tardia pode provocar o aparecimento de fissuras e descolamento nas extremidades, para o caso de pisos ou lajes simplesmente apoiadas.
Apesar do notório desenvolvimento desse material nos últimos anos, ainda não existem ou são pouco divulgados no Brasil e no mundo, livros ou publicações técnico-científicas especializadas sobre o concreto branco. Praticamente todo autor de trabalho sobre cimento branco cita a falta de bibliografia. Além da norma brasileira NBR 12989/93, Cimento Portland Branco, pouco divulgada, existem apenas publicações comerciais das fábricas de cimento, incentivando o uso e o consumo do produto ou publicações de associações como as do BETOCIB, Béton de Ciment Blanc, editadas na França, com similares no México e na Colômbia.
Talvez o primeiro trabalho científico publicado no Brasil seja a apresentação no 45º Congresso do IBRACON do trabalho da Profª Ludmila Matos15, com orientação da Profª , Drª Denise Dal Molin, sobre o comportamento do Cimento Cauê Branco, quanto à penetração acelerada de íons cloro (ASTM C 1202) e absortividade, variando a relação água/cimento. A Universidade Federal do Rio Grande do Sul destaca-se no Brasil, na busca de parâmetros de durabilidade na tecnologia do concreto de cimento branco. A Dissertação de Mestrado3 da Profª. Ana Paula Kirchheim, também aborda fatores intervenientes na durabilidade como profundidade de carbonatação e absorção capilar.
2. PONTE ESTAIADA DE BRUSQUE
Em poucas cidades brasileiras, a construção de uma verdadeira obra de arte, como a ponte estaiada em concreto branco na cidade de Brusque, Santa Catarina, Brasil, ficou tão bem inserida no contexto. Com ajuda de empresas locais, a prefeitura criou e promove anualmente um Seminário Internacional de Esculturas, onde artistas de todo o mundo vêem a Brusque para entalhar na rocha, a maioria em mármore branco, uma escultura original de tamanho grande, blocos de rochas com volumes superiores a 4m³ ou 7m³. O acervo já conta com mais de cem peças. Neste cenário ficou inserida a ponte/monumento em concreto branco, mais uma manifestação artística na cidade.
Para viabilizar economicamente o projeto, partiu-se para o uso de agregados da região. Após pesquisas concluiu-se ser o calcário de Botuverá, cerca de 20 km de Brusque, o mais indicado. Não é um agregado selecionado, como o mármore branco, britado, da região de Curitiba, distante mais de 300 km , mas o suficiente para a obtenção de um concreto aparentemente bastante branco. O agregado é uma rocha carbonática densa, massa especifica de 2,900 kg/dm³, Abrasão Los Angeles inferior a 20%. Ensaiada nos laboratórios do IPT – Instituto de Pesquisa Tecnológicas de São Paulo, quanto à possibilidade de ser reativa aos álcalis do cimento, mostrou-se inócua.
Para elaboração do traço do concreto, todo histórico de casos observados com o uso do concreto branco foram considerados. Dentre estes se citam:
- Perda da trabalhabilidade em menor tempo,
- forte liberação de calor,
- retração mais pronunciada que os cimentos convencionais,
- abertura de fissuras ligadas às retrações por dessecação e autógena do concreto,
- empenamentos, quando aplicado na forma de placas, por exemplo, pré-moldadas.
Partiu-se então para as dosagens, com objetivos claros de redução máxima no consumo de cimento. Adição de sílica ativa, também em quantidade mínima, uso de fibras de polipropileno, superplastificante à base de policarboxilatos modificados, dosagem mínima de um agente estabilizador de hidratação do cimento e adição de uma quantidade de finos, no caso o pó calcário, da mesma pedreira fornecedora do agregado graúdo e miúdo.
Por se tratar de um concreto aparente, toda tecnologia para produção de superfícies com boa aparência foi buscada. Partiu-se para uma dosagem de pó calcário muito alem da usual, ou seja, foi adicionada à massa de cimento e sílica ativa uma quantidade de pó calcário que atingisse uma massa superior a 600 kg/m³ em relação ao concreto produzido, de material passante na peneira de 0,3 mm .
2.2 Materiais e traços
Dezenas de traços foram estudados. Obras de menor porte foram executadas, como estruturas de concreto aparente branco em residências, painéis de fachadas e pisos pré-moldados ou industriais moldados no local da obra. Utilizou-se areia natural e artificial. Verificou-se a influência de aditivos de cor mais escura e se comprovou sua interferência na coloração final do produto. A adição de sílica ativa, mesmo em teores de 5% em relação à massa de cimento, torna a aparência final mais escura. Aditivos retardadores de pega de coloração escura, mesmo com 0,3% escurecem o concreto branco. Deve-se salientar que são diferenças de tonalidades dentro da cor branca. Quando se busca o branco para confecção de placas pré-moldadas para pisos ou outra aplicação, não se pode adicionar qualquer produto mais escuro.
Constatou-se, por exemplo, que a busca por um concreto com relação água/aglomerante abaixo de 0,5 torna o concreto branco muito viscoso, comportamento pesado durante as operações de lançamento com bomba e vulnerável quanto aos tempos para aplicação, adensamento e acabamentos. Talvez a presença do composto C3A em teores altos provoque estas reações indesejáveis.
Acredita-se que o efeito de empacotamento proporcionado pelas adições de finos oriundos da adição do pó calcário13 e a própria adição de sílica ativa, sejam responsáveis pelas boas características alcançadas de baixa penetração de íons cloro, verificados no ensaio acelerado da ASTM C 1202(1992) realizados no Laboratório do LEME da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, apesar do valor relativamente alto da relação água/aglomerante de 0,53.
A execução de protótipos em escalas semelhantes às dimensões de obras; 0,40m X 4,80m X 2,40m, executados no Centro de Tecnologia e Laboratórios da Camargo Corrêa, em São Paulo , permitiram ajustes e possibilitaram o ganho de confiança necessário para se iniciar as concretagens da ponte e promover o avanço no conhecimento sobre este produto.
O traço recomendado para as concretagens da obra foi basicamente o seguinte:
MATERIAIS QUANTIDADES POR METRO CÚBICO
Cimento Cauê Branco – Estrutural 330 kg
Pó calcário 590 kg
Areia artificial clara (Calcário) 345 kg
Brita zero (Calcário) 300 kg
Brita número 1 (Calcário) 700 kg
Fibra de polipropileno 0,60 kg
Sílica ativa SILMIX 17 kg
Estabilizador de hidratação do cimento-DELVO 1,4 litros
Água 185 litros
Superplastificante (Policarboxilato)-GLENIUM 51 1,7 litros
2.3 Tipos de fôrmas e cura
Algumas obras, na Europa, optaram por concretar e desenformar o mais rápido possível, evitando inclusive as operações de cura do concreto, para se evitar o manchamento das superfícies em contato com as fôrmas. Há pesquisas inclusive para se usar formas drenantes10 , que, teoricamente, não priorizam a busca por um concreto aparente de superfície lisa e com baixa abrasão.
Talvez a boa aparência das placas pré-moldadas da igreja em Roma esteja associada, primeiro, ao uso de formas metálicas, segundo, à operação de estucamento com o uso de polímeros adesivos nas pastas de estucamento.
Diversas obras em andamento no Brasil estão usando fôrma de madeira. Deve-se dar preferência a um compensado, do tipo naval, com superfície plastificada e elaborado com colas fenólicas, que não se reemulsionam em contato com a água. A recomendação é para que se permaneça com a fôrma por pelo menos cinco a sete dias após a concretagem. As superfícies expostas devem receber aspersão contínua de água.
O manchamento é inerente ao concreto aparente branco. Se o mesmo for de boa qualidade, denso, opaco e com baixa permeabilidade, não haverá dificuldade de limpa-lo após a desforma, seguida de uma perda de umidade e amadurecimento do concreto com a superfície já carbonatada.
2.4 Características físicas do concreto
Seguem valores médios de resultados do controle tecnológico do concreto durante a execução da Ponte Estaiada de Brusque.
Resistência à compressão (28 dias) 50,0 MPa a 58,0 MPa
Módulo de elasticidade (28 dias) 43,0 GPa a 48,0 GPa
Abatimento no lançamento 160 mm a 200 mm
Penetração de íons cloro 1046 Coulombs (baixa) *
Refletância Mais de 70% **
** Corpos-de-prova ensaiados no LEME em Porto Alegre.
Deve-se salientar que a boa qualidade alcançada no concreto permitiu uma operação de limpeza fácil e pouco onerosa após conclusão da obra, porque a penetração de contaminações foi mínima. O concreto, pela presença da sílica ativa e o pó calcário, tornou-se opaco o suficiente para não permitir contaminações, apenas manchas superficiais, de resíduos de madeira (lignina), argila vermelha ou do óxido de ferro proveniente da armadura exposta em suas superfícies durante os meses da construção.
2.5 Limpeza e tratamento superficial
Após quase um ano de obras, lembrando que a região possui alto índice pluviométrico, pode-se imaginar como se apresentava o concreto aparente branco da ponte após conclusão da obra:
- Manchas de lignina, substância que impregna o caule das madeiras. Deixaram na superfície, manchas na cor café, muito realçadas na superfície branca do concreto.
- Manchas de óxido de ferro, de cor marrom escuro, proveniente da oxidação da armadura exposta e a espera de concretagens posteriores.
- Manchas de mãos sujas dos operários envolvidos, até de graxas, ou calçados sujos de barro, além de escritas e rabiscos com qualquer objeto.
A aparência da obra permitia sugestões para pinturas ou aplicação de revestimentos. Pode-se dizer que a obra tinha a aparência das construções em andamento na Europa, como o Museu das Artes, com sete anos de obras, em Valencia ou a Casa da Música, em Porto, Portugal.
Em função da boa compacidade do concreto, uma lavagem com água sob pressão de 6000N ( 1500 lb ), seguida de uma operação manual e criteriosa de lixamento da superfície, permitiu visualizar que o concreto era realmente branco. Em seguida, com a superfície do concreto saturada e enxuta, foram aplicadas camadas de argamassa ou pasta, dependendo da profundidade da irregularidade, para correção de textura. Determinados pontos de segregação do concreto ou irregularidades superficiais mais profundas foram preenchidas com argamassa de regularização. As saliências eram lixadas com máquinas elétricas equipadas com discos diamantados. Nos pontos onde apareciam apenas porosidade aberta, pequenas fissuras ou pequenas imperfeições se aplicou a pasta de estucamento, salientando que esta cobria toda superfície para não provocar diferenças de tonalidades na superfície. Poucas horas após as aplicações, a operação final de lixamento. A pasta de estucamento não pode nem deve criar película sobre o concreto. A operação de estucamento consiste em passar a pasta com ferramenta tipo espátula, confeccionada com TECNIL ou similar, nunca de metal, pois mancha a superfície por desgaste. Esta operação preenche todos os poros abertos e o excesso é retirado simultaneamente pelo corte com a própria espátula.
Traços da argamassa e da pasta de estucamento.
MATERIAIS PASTA ARGAMASSA
Cimento Cauê Branco 1000 gramas 1000 gramas
Sílica ativa – SILMIX 60 gramas 60 gramas
Pó calcário. Passa na peneira de 0,15 mm 1000 gramas 400 gramas
Areia artificial de calcário. Passa na peneira de 1,2 mm , retida na 0,15 mm . * - 600 gramas
Látex acrílico puro ou látex SBR ** Até consistência desejada Até consistência desejada
* Dependendo da profundidade e espessura dos reparos, deve-se aumentar o módulo de finura da areia artificial, por exemplo, areia passando na 2,4 mm ou na 4,8 mm , objetivando uma argamassa densa, sempre da mesma natureza da utilizada no concreto.
** Não acrescentar água na mistura, apenas a contida no látex.
Após as operações de tratamento das superfícies expostas, deve-se aplicar o sistema de proteção com hidrofugantes do tipo SILANO/SILOXANO. Por se tratar de concreto aparente branco, a pichação ou grafite, traz efeitos desastrosos. Deve-se aplicar uma proteção anti-grafite ¹ .
- Cimentos com mais de 10% de C3A devem ser usados, preferencialmente com aditivo estabilizador de pega.
- Concreto aparente, principalmente concreto aparente branco, deve ter uma quantidade de finos totais passando na peneira de 0,3 mm , superiores a 600 kg/m³.
- Procurar dosagens com consumo menores de cimento. Buscar consumos abaixo de 350 kg/m³.
- Adição de sílica ativa escurece levemente a cor branca.
- Adição de retardadores de cor escura, escurecem o concreto.
À Camargo Corrêa Cimentos, em especial ao Eng. João Paulo, pela oportunidade de colaborar na Ponte de Brusque. À Universidade Federal do Rio Grande do Sul, na pessoa da Dra. Denise Dal Molin, pelas orientações e apoio na realização de ensaios especiais no LEME. A Carlos Campos Consultoria que possibilitou o aprendizado e a prestação deste serviço.
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