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Concreto Autoadensável (CAA)
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Michael Khrapko - 24/9/2012
A consistência de trabalhabilidade é o parâmetro de controle de qualidade mais importante no que diz respeito à construção com concreto. A retenção de trabalhabilidade desempenha um papel crítico na manutenção da consistência necessária. O concreto perde trabalhabilidade devido a dois mecanismos principais: (a) rigidez plástica causada por perda de água no traço devido à evaporação e hidratação precoce do cimento – uma perda gradual de trabalhabilidade que pode ser parcialmente restaurada, e (b) formação estrutural ou tixotropia – perda temporária de trabalhabilidade que pode ser revertida. O grau de perda de trabalhabilidade depende de muitos fatores, como distribuição de tamanho de partículas e seu acondicionamento, química do cimento, condições ambientes, tempo, entre outros. Manter a trabalhabilidade requerida do concreto autoadensável (CAA) é muito mais importante do que a do concreto convencional vibrado (CCV), já que a qualidade das estruturas acabadas feitas com CAA depende quase que completamente das propriedades plásticas deste concreto. Se esse fator for negligenciado, defeitos na superfície e falhas estruturais e de durabilidade das estruturas de concreto podem correr.
Michael Khrapko,
CBE Consultancy Ltd, Auckland, Nova Zelândia
O concreto é um material complexo, composto de pasta de cimento e agregados. A pasta de cimento reveste as partículas agregadas e enche o espaço entre elas. Ela também proporciona o "lubrificante", que reduz a fricção entre as partículas de agregados dispersas nessa pasta e confere trabalhabilidade ao traço fresco [1]. A pasta é uma suspensão de partículas na água que mantém as partículas dos agregados em dispersão gerada durante a mistura e possibilita que as partículas se movam e reorganizem seu espaço original. Portanto o concreto fresco é uma concentração de partículas em suspensão. Também pode-se definir o concreto fresco como uma material intermediário entre um fluido e um conjunto úmido de partículas.
Os desenvolvimentos da tecnologia do concreto aumentaram a importância das novas propriedades do concreto, especialmente com a introdução de variadas adições, aditivos minerais e materiais cimentíceos complementares. Esses desenvolvimentos também possibilitaram a produção de um concreto funcional e autoadensável. Tais traços de concreto são mais caros, mas o custo extra de ingredientes é compensado pela economia no custo do processo de produção.
A trabalhabilidade do concreto é um termo complexo, em geral, que não pode ser simplesmente definido ou medido em sua totalidade por um único método [1]. As características do concreto autoadensável (CAA) são vitais para alcançar estruturas de concreto de boa qualidade. Manter as propriedades do CAA fresco por um tempo específico é uma tarefa que requere conhecimento e experiência. Porque o CAA no estado fresco é muito diferente do concreto convencional vibrado (CCV), e também devido ao fato de que as propriedades do CAA dependem muito de fatores influenciadores, as práticas do controle de trabalhabilidade do CAA podem se diferenciar de acordo com o tempo. Devido á complexidade, principalmente porque o concreto tem uma propagação muito grande em tamanhos de partículas e características dependentes do tempo, as propriedades básicas que influenciam a performance na moldagem e adensamento do concreto fresco em geral, e do CAA em particular, são melhores descritas pela reologia. O desempenho do concreto fresco de um porto de vista reológico, lida com novas características como tensão de escoamento, viscosidade plástica e tixotropia. Essas características são as que mudam com o tempo e devem ser mantidas.
Trabalhabilidade e reologia do Concreto Autoadensável (CAA)
Em termos de trabalhabilidade, 'autoadensável' significa a capacidade de fluidez do concreto depois de ser descarregado por um caminhão, uma mangueira de bombeamento, um carregador tipo skip ou equipamento similar somente por meio da gravidade, e a capacidade de preencher o espaço destinado na concretagem a fim de resultar em concreto sem imperfeições e com qualidade uniforme [3]. As propriedades do CAA fresco são bem definidas e foram bastante estudadas. Há três propriedades principais:
· Capacidade de preenchimento
· Capacidade de passagem
· Resistência à segregação (estabilidade estática ou dinâmica)
O CAA deve poder ser deformado com facilidade, mudando seu formato rapidamente somente com seu próprio peso. O significado de capacidade de preenchimento inclui a distância que o CAA atinge ao ser derramado e a velocidade com que flui. Em casos onde haja aberturas estreitas na fôrma ou se o reforço for complexo, deve-se evitar bloqueio de agregado áspero na ponte de transição. Essa propriedade está relacionada com a capacidade de passagem do CAA. A fim de atingir uma boa capacidade de preenchimento, deve se encontrar um bom equilíbrio entre a deformabilidade e a velocidade de deformação do CAA. Sua capacidade de deformação é geralmente avaliada como o diâmetro final de escoamento em uma placa de teste de slump flow e está bastante relacionada com limite de escoamento. A velocidade de deformação pode ser avaliada pelo tempo em que o CAA demora para se espalhar através de um diâmetro de 500 mm em placas de slump flow (T500), ou o tempo que leva para o CAA escorrer em funil em V e está bastante relacionada com a viscosidade plástica.
As principais diferenças entre CCV e o CAA em termos reológicos incluem o fato de que o CAA possui limite de escoamento muito menor (aproximando-se do fluido newtoniano com limite de escoamento = 0) e geralmente viscosidade plástica mais alta.
A combinação dos dois parâmetros reológicos principais, limite de escoamento e viscosidade plástica, cobre um amplo espectro de tipos deferentes de CAA. A viscosidade por si só desempenha um papel significante no CAA fresco. Ela está associada com:
· Velocidade de fluidez ( velocidade de construção)
· Bombeabilidade e pressão de bombeamento
· Estabilidade estática e dinâmica do CAA
· Pressão na forma
As propriedades reológicas reais são medidas por reômetros ou viscosímetros, mas há uma forte correlação entre as propriedades reológicas reais e os parâmetros de trabalhabilidade avaliados por métodos de teste relativamente simples. Por exemplo, slum flow (ou slump) se relaciona ao limite de escoamento. A velocidade de fluidez, avaliada pelo tempo que leva o CAA se espalhar pelo diâmetro de 500 mm ou o tempo que leva para passar pelo funil em V está relacionado com a viscosidade plástica.
Todos os pontos acima são válidos para as propriedades do CAA fresco avaliadas a qualquer dado momento. Mas essas propriedades mudam entre o traço e o assentamento do CAA com o passar do tempo. As propriedades do CAA fresco avaliadas na central de concreto, como verificação inicial de controle de qualidade (CQ), podem variar substancialmente daquelas avaliadas no canteiro de obras. Isso significa que há uma lacuna, e por isso o CAA pode ser colocado na fôrma com segurança. Essa lacuna é diferente de concreto para concreto e pode variar devido às alterações nas condições ambientes. Geralmente, todo concreto, incluindo o CAA, perde trabalhabilidade com o tempo, mas não é raro o concreto ganhar trabalhabilidade.
Por que o concreto perde trabalhabilidade?
O concreto fresco torna-se rígido com o tempo (rigidez não deve ser confundida com assentamento). Isso acontece porque parte da água no traço de concreto foi evaporada, especialmente se o concreto ficou exposto ao sol ou vento; e parte da água é removida pelas reações químicas iniciais. O valor exato da perda de trabalhabilidade depende de vários fatores, como:
· Quanto maior a trabalhabilidade inicial, maior a perda
· A taxa de perda de trabalhabilidade é maior em traços ricos
· A taxa de perda depende das propriedades do cimento usado: a taxa é maior quando o teor alcalino é alto e quando o teor de sulfato é muito baixo [4].
A perda de trabalhabilidade do concreto também é afetada pela temperatura do concreto e a sequência de dosagem. Superplastificantes no concreto também afetam bastante a retenção de trabalhabilidade do concreto. Mas a eficácia desses agentes dura somente o tempo em que suas moléculas ficam disponíveis para cobrir a superfície exposta das partículas de cimento. Como algumas das moléculas dos superplastificantes ficam presas no produto de hidratação de cimento, o suprimento desses agentes torna-se inadequado e a trabalhabilidade do traço se perde rapidamente.
Todos esses fatores são aplicáveis aos concretos autoadensáveis. Entretanto, há um fenômeno interessante que coloca concretos altamente deformáveis, como o CAA, em uma categoria muito especial.
Muitos dos fluidos não-newtonianos demonstram uma mudança em viscosidade quando se atinge e se mantém uma taxa constante de corte. A taxa de redução de viscosidade pode diminuir com a duração do corte e estabilizar. O fluido apresenta uma 'recuperação' quando a taxa de corte reduz e para; o mesmo ou um valor diferente de cedência pode ser restaurado, e o processo completo pode ser repetido. Tais fluidos são chamados de tixotrópicos [5].
O CAA é uma suspensão e exibe o comportamento tixotrópico, mas em diferentes volumes. Parece que os agregados possuem um papel significante no desenvolvimento de prorpiedades toxitrópicas.
A perda temporária da trabalhabilidade do CAA devido à tixotropia antes de o concreto ser colocado em uma forma não é problema, visto que a trabalhabilidade requerida pode ser recuperada. Entretanto, se o CAA fresco ficar rígido precocemente devido à tixotropia antes de preencher adequadamente a forma, defeitos na superfície poderão ocorrer.
A alta deformabilidade do CAA é alcançada com o uso de superplastificantes à base de éter policarboxíliaco (EPC). Os diferentes tipos de EPC deixam várias lacunas para o CAA. Em geral, o grau com que a fluidez d CAA se mantém é determinado pela quantidade de moléculas de superplastificantes à base de EPC que estão disponíveis para absorção nas superfícies de cimento a qualquer dado momento e as que estão disponíveis para absorção em uma fase mais adiante.
Mantendo a trabalhabilidade do requerida do CAA
Como mencionado anteriormente, a perda de água no concreto é umas das principais causas da perda de trabalhabilidade. Isso acontece devido à evaporação de água com o tempo, especialmente em condições climáticas quentes e vento, absorção por agregados secos e reação química com o cimento. Esta última é difícil de controlar, a menos que haja cimento com uma diferente composição química. É sempre recomendável comparar diferentes tipos de cimentos que estejam disponíveis localmente, especialmente se os cimentos possuírem alcalinidade diferente.
O CAA geralmente requer um volume alto de materiais finos para prevenir a segregação. Sempre que disponível e aplicável, cinza volante é geralmente usada como uma fonte de materiais finos. Além de materiais extrafinos, a cinza volante aumenta substancialmente a retenção de trabalhabilidade do CAA. Os volumes de cinza volante são usados, em geral, dentro de 20 a 30% por peso dos materiais cimentícios totais no traço, mas até 40% ou mais já foram usados com êxito.
A fim de minimizar o impacto da perda de umidade devido à absorção de agregado, é vital controlar a umidade dos agregados na central de concreto. Os agregados devem ser completamente saturados antes da dosagem.
Com a eficácia dos superplastificantes é limitada por tempo, é vantagem adicioná-los ao traço de CAA em dois ou mais estágios. Deve-se notar que a trabalhabilidade restaurada pela segunda dosagem ou dosagem subsequente pode diminuir a uma velocidade mais rápida. Por isso, a re-dosagem deve ser aplicada, de preferência, imediatamente antes de colocar o concreto. Algumas práticas bem-sucedidas sugerem que cerca de 80 a 90% da dosagem completa de superplastificantes previamente estabelecida sejam adicionadas na central de concreto, e o volume restante, no canteiro de obras. Deve-se notar que o superplastificante restante adicionado no canteiro de obras pode variar do volume restante exato, Pode ser útil estabelecer uma correlação entre o diâmetro atual de slump flow do CAA e a dosagem de superplastificante necessária para esse diâmetro antes da aplicação completa [7].
Discutiu-se acima que o concreto perde água durante o transporte até o canteiro de obras, o que, por fim, leva à perda de trabalhabilidade. Existem duas abordagens para minimizar o risco de perda severa de trabalhabilidade:
(a) Atingir maior slump flow na central de concreto; para isso, deve-se calcular antecipadamente e com atenção a perda de trabalhabilidade;
(b) Compensar a perda de água na obra; este ponto geralmente não é aceito pelos empreiteiros e projetistas por causa da adição descontrolada de água que, em geral, historicamente acontece quando CCV é usado, o que pode levar à diminuição da resistência. Entretanto, a tecnologia para CAA supõe que o fornecedor de concreto tem mui mais responsabilidade, incluindo controle de qualidade no canteiro de obras, portanto, não deve haver restrição para a adição de água na obra quando for o caso de compensar a perda de água e restaurar a trabalhabilidade requerida, o que deve ser feita sob controle rígido e supervisão do fornecedor do CAA.
Caso o superplastificante tenha que ser dosado novamente no canteiro de obras, a dosagem poderia ser feita junto com a água. Dessa forma, tempo considerável seria economizado, o que é muito importante para minimizar seu efeito na perda de trabalhabilidade do CAA.
Como conclusão, seria apropriado dizer que as origens da perda de trabalhabilidade do CAA são as mesmas que as do CCV: perda de água devido à evaporação e reação de hidratação, vida curta da eficácia dos superplastificantes e composição química do cimento. No entanto, a taxa de perda de trabalhabilidade é maior para o CAA do que para o CCV. As propriedades do CAA fresco são muito mais complexas e, por isso, o CAA é muito mais suscetível à influência dos fatores que afetam suas características de trabalhabilidade com o tempo. A abordagem reológica às propriedades do CAA fresco permite um maior entendimento do comportamento deste concreto fresco e define a base técnica a fim de prever as capacidades de fluidez no CAA com o tempo.