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Sak 12.2 - Forslag om opprettelse av Fagutvalg for utdanningsleger i de fagmedisinske foreningene (Fuxx)
Apesar das adições minerais em grande quantidade não se encontrarem implementadas na especificação LENC E374-1993, é de muita importância a sua referência, pois atualmente é cada vez mais frequente a sua incorporação nos betões.
Segundo a NP EN 206-1 (2007), as adições minerais são materiais inorgânicos, finamente divididos, que podem ser adicionados ao betão com a finalidade de melhorar certas propriedades, ou para adquirir propriedades especiais. Estas são normalmente adicionadas em substituição, parcial ou integral, do cimento, com o intuito de alterar as suas propriedades, físicas, químicas e mecânicas.
A grande maioria das adições utilizadas nos betões são subprodutos industriais, que se não forem utilizados, irão ser acumulados em depósitos, o que acarretará inevitáveis riscos de poluição do solo, da água e do ar, para além de todos os inconvenientes paisagísticos. Neste contexto, o seu consumo nos betões, para além das vantagens no desempenho do próprio material, é responsável por benefícios de ordem económica, de consumo de energia, de proteção ambiental e de conservação dos recursos naturais.
As adições podem ser classificadas em duas categorias, tipo I e tipo II, de acordo com sua reatividade (NP EN 206-1 (2007)).
As adições minerais de tipo I promovem uma ação física, aumentando a compacidade da mistura. Exemplos: fíler calcário
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aglomerantes e hidráulicas, contêm constituintes em geral, sílica reativa sob a forma vítrea que às temperaturas ordinárias se combinam, em presença da água, com o hidróxido de cálcio e com os diferentes componentes do cimento, originando compostos de grande estabilidade na água e com propriedades aglomerantes. São substâncias dotadas de grande reatividade com o hidróxido de cálcio, mas são insolúveis e inertes na água. (Coutinho, 1988) Exemplos: as cinzas volantes, a sílica de fumo, as pozolanas naturais, as escórias granuladas de alto-forno moídas, o metacaulino e as cinzas de casca de arroz.
Devido à elevada finura destes materiais pozolânicos, torna-se possível melhorar significativamente as propriedades reológicas dos betões, tais como a coesão e a viscosidade. Reduzem-se, também, a exsudação e a segregação, principais fontes de heterogeneidade dos betões.
Foram feitos vários estudos ao longo do tempo com conclusões distintas para várias adições. No que diz respeito à interação entre o SP e as cinzas volantes não existem muitas publicações. Assim, fica por esclarecer a dosagem de SP utilizada, quando é substituída uma percentagem de cimento por adições. Será que deverá ser utilizada uma dosagem de SP com base na percentagem de cimento utilizada ou com base no ligante formado? Quanto maior é a substituição de cimento por adições minerais mais difícil é responder à questão anterior. (Malhotra e Rametanianpou, 1994) referem que o comportamento é semelhante entre a adição de sílica de fumo e a adição de cinzas volantes. Comparando as quantidades de SP em pastas com CV com as obtidas sem adição de CV, concluíram que obtiveram valores superiores em pastas sem a adição de CV.
(Kishna, 1996) conclui que o comportamento de dispersão piora com a adição de CV, indicando menor ação do adjuvante.
(Lane e Best, 1978) através de estudos exaustivos em laboratório, concluíram que os SP não compatíveis com as CV e não produzem efeitos nefastos nos betões. Mas que a sua utilização em conjunto não faz com que as suas vantagens sejam cumulativas, pois como a água presente já foi reduzida com a adição de CV, a adição do SP é menos efetiva.
A compatibilidade do SP com o ligante não parece ser afetada pela presença de adições minerais, contudo é necessário assegurar a compatibilidade entre o SP e o cimento com adições.
No que diz respeito à dosagem de SP utilizado, (Berg e Kukku, 1991), referem que a substituição de cimento por CV não altera a dosagem de ótima de SP, se for determinada tendo por base a massa de cimento empregue. Contudo feitos na Universidade do Minho,
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“Influência da presença de adições minerais no comportamento do betão fresco em composições com incorporação de superplastificantes” (Camões, 2005) apontam para indicadores diferentes: inclusão de adições minerais, afetou o comportamento reológico das pastas e a dosagem ótima de superplastificante deve ser determinada considerando a sua presença. Ou seja, a quantidade de superplastificante a acrescentar em pastas e betões deve ser referida em relação à quantidade total de pó e não só em função do teor de cimento presente na composição. Foi também verificado que a perda de fluidez ao longo do tempo das pastas diminuiu substancialmente com a presença de adições minerais (cinzas volantes ou fíler calcário). Quanto maior foi a quantidade de cimento substituído por cinzas volantes ou fíler calcário, menor foi a perda de fluidez ao longo do tempo verificada. (Camões 2005).
Segundo (Montes, et al 2012), o comportamento reológico de pastas, contendo substituição de cimento por adições minerais, é afetado pela presença de SP pois a interação, depende da superfície específica do ligante, das cargas superficiais e da reatividade e características da adição/substituição mineral utilizada. É também concluído que as cinzas apresentam maior compatibilidade com um SP à base de melamina, em comparação com linhossulfonatos, composto de base de naftaleno e policarboxílico
De acordo com (Hallal, et al 2010), a substituição de cimento por pozolanas naturais leva a uma considerável perda de fluidez.
Em conclusão, depara-se com uma incoerência da interação das adições, não havendo consenso entre os autores.
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3 MATERIAIS E PROCEDIMENTOS
3.1 INTRODUÇÃO
No presente capitulo, são apresentados os diversos materiais utilizados na companha experimental efetuada no decorrer desta dissertação, bem como os ensaios e os vários procedimentos adotados.
Os materiais selecionados, são utilizados no fabrico de betão convencional, e encontram-se correntemente no mercado. Desta forma, selecionaram-se matérias de baixo custo, como as cinzas volantes, e o fíler calcário. No que diz respeito ao cimento, foi selecionado o CEM I 42,5 R.
Os ensaios de Cone de Marsh, Mini-Abaixamento e Viscosímetro de Brookfield, foram efetuados no Laboratório de materiais de construção do laboratório: Professor Júlio Barreiros Martins, no Departamento de Engenharia Civil na Universidade Do Minho, situado no Campus de Azurém, Guimarães.
3.2 MATERIAIS SELECIONADOS
3.2.1 CIMENTO
O cimento utilizado na campanha experimental foi do tipo I e da classe 42.5R, de acordo com a NP EN 197-1, 2001. Foi gentilmente fornecido pela SECIL. A escolha deste tipo e classe de cimento foi condicionada pela necessidade de adotar um cimento Portland, não composto, para assim isolar e avaliar devidamente o efeito da adição de cinza volante. A seleção do cimento também foi condicionada pela sua disponibilidade no mercado nacional, bem como pelo seu custo. Por esta razão a classe de resistência 42.5 foi preferida à 52.5.
3.2.2 CINZAS VOLANTES
Neste trabalho, foram utilizadas, como adição mineral II, cinzas volantes amavelmente oferecidas pela empresa Mota-Engil, em junho de 2012. As cinzas têm proveniência da central de produção de Sines, EDP. O recurso às cinzas volantes originárias justifica-se devido à sua maior disponibilidade.
25 3.2.3 FÍLER CALCÁRIO
Como adição mineral I foi utilizado o fíler calcário, sendo este generosamente cedido, pelo Laboratório de Vias de Comunicação, sediado no Laboratório Professor Júlio Barreiros Martins, no Departamento de Engenharia Civil na Universidade Do Minho. O mineral tem como proveniência da empresa Omyal Comital Minerais e Especialidades, S.A. Este é designado de: Fíler de carbonato de cálcio natural, MICRO 200 -OU. Em cumprimento com os requisitos normativos: Marcação CE: EN 12620, EN 13139 e EN 13043. Especificação LNEC E 466-2005.
3.2.4 SUPERPLASTIFICANTE
O superplastificante selecionado foi o GLENIUM SKY 617, sendo este um adjuvante superplastificante de nova geração, com base numa cadeia de etér policarboxílico modificado, indicado para a indústria do betão, com elevada manutenção da trabalhabilidade e durabilidade. Sendo amavelmente cedido pela empresa BASF - EBE Construction Chemicals, com sede em Prior Velho e delegação no Norte situada no Porto.
Com um mecanismo de ação, em que os grânulos de cimento são dispersos, tanto pelo efeito eletrostático como, pelo efeito estérico das cadeias laterais hidrofílicas presentes na cadeia polimérica de base. Desta forma, obtém-se uma capacidade de separação e dispersão mais elevadas, em comparação com outros superplastificantes, e ainda uma evidente capacidade de reduzir o conteúdo de água.
O GLENIUM SKY 617 liberta cadeias adicionais de polímeros que evitam a floculação dos grânulos de cimento, sem inibirem a hidratação num determinado período de tempo, em consequência da alcalinidade criada pela pasta de cimento.
A dosagem normalmente recomendada é aproximadamente 1,3 kg por 100 kg de cimento (ligante). São possíveis dosagens superiores ou inferiores (1 a 1,7 kg por 100 kg de cimento (ligante) às indicadas, mediante a realização de ensaios prévios, em função da relação a/c, do tipo de cimento (ligante), da granulometria utilizada, etc.
Na tabela seguinte são apresentadas as características técnicas do superplastificante fornecidos pelo fabricante (BASF, 2011).
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Tabela 3: Características técnicas GLENIUM SKY 617
Função principal: Superplastificante / Forte redutos de água
Marcação CE: Segundo NP EN 934-2 como T11.1, T11.2
Aspeto: Líquido castanho
Densidade Relativa (20ºC): 1,05 ± 0,02 g/cm3
Teor em iões cloreto: < 0,1%
Teor se Sólidos 18%
Os dados técnicos aqui apresentados são fruto de resultados estatísticos. Caso se pretendam valores de controlo, podem ser solicitados ao nosso Departamento Técnico.
3.2.5 ÁGUA DE AMASSADURA
A água utilizada em todas as amassaduras de pastas, foi proveniente da rede pública de abastecimento de Guimarães. As suas características não foram analisadas por não ter sido considerado necessário, pois em conforme com a especificação do LNEC E372, 1993 basta que a água seja potável, para que se considere adequada a sua utilização.
3.3 COMPOSIÇÕES ADOTADAS
Para uma melhor perceção da interação do superplastificante com os restantes materiais, foram selecionadas várias composições, com intuito de selecionar qual das composições melhor se comporta com a incorporação do superplastificante à mistura.
Assim foram selecionadas 6 misturas distintas no que diz respeito ao ligante. E dentro dessas 6 misturas, foram selecionadas 5 diferentes percentagens de superplastificante.
Figura 10: Composições adotadas contendo CV C 0,25% SP 0,30% SP 0,75% SP 1,50% SP 3,00% SP C + 20%CV 0,25% SP 0,30% SP 0,75% SP 1,50% SP 3,00% SP C + 40%CV 0,25% SP 0,30% SP 0,75% SP 1,50% SP 3,00% SP C + 60%CV 0,25% SP 0,30% SP 0,75% SP 1,50% SP 3,00% SP
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Figura 11: Composições adotadas contendo FC
Tal como já foi referido, a dosagem de SP a utilizar é, em geral, referida como uma percentagem em função da quantidade em massa de cimento presente na mistura. Mas como no caso em estudo são substituídas elevadas quantidades de cimento por CV e FC, a percentagem de SP a utilizar, já não deverá ter apenas em consideração a quantidade de cimento mas sim a totalidade de ligante “pó” utilizado. Pois como já levantada a questão anteriormente, a substituição de cimento por outro mineral pode alterar a interligação do SP com o ligante. Assim, as percentagens SP acima referidas são em função do ligante, onde é apenas contabilizada sua percentagem de sólidos. Para que isso se verifique, é retirada à quantidade de água, necessária para a amassadura, a percentagem de água presente no SP. Assim sendo, para as várias composições elaboradas a dosagem de SP foi quantificada em função do volume do ligante e não em termos de massa. Para tal foi necessário a transposição das percentagens padrão em massa, para percentagem do volume do ligante utilizado, que se demostra na figura 12.
Figura 12: Transposição das percentagens de SP padrão para sólidos de SP
3.4 ENSAIOS
De forma a aferir os resultados esperados, para posterior análise, foi criada uma campanha experimental, na qual estão inseridos os vários ensaios. Ensaios expeditos e de fácil execução, que nos ajudam a compreender a interligação entre os vários materiais utilizados. Os ensaios são de seguida explanados.
C + 20%FC 0,25% SP 0,30% SP 0,75% SP 1,50% SP 3,00% SP C + 40%FC 0,25% SP 0,30% SP 0,75% SP 1,50% SP 3,00% SP 0,15% 0,25% 0,20% 0,30% 0,50% 0,75% 1,00% 1,5% 2,00% 3,00%
28 3.4.1 CONE DE MARSH
Este ensaio permite avaliar o efeito da dosagem de SP e determinar a compatibilidade do ligante como SP. Este consiste em registar o tempo que determinado volume de fluido demora a escoar através do orifício de descarga.
O caudal médio de escoamento é uma grandeza que se relaciona diretamente com a fluidez das caldas, ou seja, quanto maior o caudal médio de escoamento, maior será a fluidez (Ferreira, 2002). Se o fluido fluir através do orifício, significa que a tensão instalada ultrapassa o limite de escoamento. Na Figura 13 é apresentado o Cone de Marsh utilizado.
Figura 13: Cone de Marsh
O procedimento de realização do ensaio consiste no fabrico da calda seguida da medição do tempo de escoamento no cone de Marsh. Na Figura 14, são ilustradas as relações típicas retiradas de ensaios com o cone de Marsh. É observado, no caso de compatibilidade entre o cimento e o superplastificante, o ponto de saturação, correspondente à dosagem ótima de superplastificante. Idênticas conclusões podem ser determinadas recorrendo ao ensaio de mini-abaixamento.
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Através do ensaio do cone de Marsh podem ser tipificadas quatro situações possíveis, resultantes do estudo do comportamento reológico de pastas dotadas de reduzidas relações A/L. A Figura 15 ilustra essas diferentes possibilidades (Aïtcin, 1998).
A Figura 15 (a) representa o caso de compatibilidade plena entre a combinação de cimento e do superplastificante: a dosagem de SP correspondente ao ponto de saturação é reduzida (cerca de 1.0%) e a curva decorrente do ensaio aos 60 minutos é próxima da dos 5 minutos, mantendo-se o efeito fluidificante pelo menos durante uma hora.
A Figura 15 (b) ilustra um caso de incompatibilidade: o ponto de saturação é mal definido e corresponde a uma dosagem elevada de SP, bem como a curva dos 60 minutos é bastante afastada da dos 5 minutos, o que implica maiores tempos de escoamento. Por vezes, quando a incompatibilidade é muito mais pronunciada, a pasta deixa rapidamente de fluir, podendo tal verificar-se decorridos apenas 15 minutos após o início da mistura.
As Figuras 15 (c) e (d) representam situações intermédias. Na Figura 15 (c), a curva dos 5 minutos é similar à da Figura 15 (a) mas a curva dos 60 minutos é semelhante à da Figura (b). Na Figura 15 (d) a curva dos 5 minutos apresenta um desenvolvimento parecido com a da (b) e a dos 60 minutos apresenta uma posição relativamente à dos 5 minutos similar à da (a).
30 3.4.2 MINI-ABAIXAMENTO
Este ensaio é uma variação do ensaio de espalhamento, sendo realizado para pastas mais fluidas. Tendo como objetivo aferir o valor médio do espalhamento da pasta, medindo em várias direções o espalhamento.
Na Figura 16 são apresentados exemplos de medição do mini-abaixamento.
Figura 16: Mini-Abaixamento
Da mesma forma que o ensaio com o Cone de Marsh, este valor é considerado um parâmetro representativo da trabalhabilidade da pasta. O espalhamento de uma pasta, encontra-se relacionado com a sua viscosidade e não com o limite de escoamento, dado que a operação de levantar o molde, induz uma tensão de corte superior à tensão limite de escoamento (Camões, 2002). Caso a pasta, não sofra qualquer tipo de abaixamento este ensaio não é representativo da consistência da composição devido ao fato de não ter sido ultrapassada a tensão limite de escoamento.
A determinação do espalhamento permite avaliar o efeito da dosagem de superplastificante e determinar a compatibilidade do cimento com o superplastificante, de modo semelhante ao Cone de Marsh.
3.4.3 VISCOSÍMETRO DE BROOKFIELD
A utilização deste tipo de equipamento permite a obtenção de dois parâmetros definidores do comportamento reológico de determinados fluidos e suspensões: o limite de escoamento, Ʈ0, e
a viscosidade, η. Para que estes parâmetros sejam definidores da reologia das misturas é necessário que estas obedeçam a um comportamento de Newton, de Bingham ou de Herschel- Bulkley.
É um ensaio onde é exercido um movimento de rotação num cilindro coaxial em torno do seu eixo, a velocidades angulares constantes distintas, estando imerso numa solução. Este ensaio permite determinar a viscosidade aparente associada a determinada velocidade angular
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imposta. Durante a rotação, o atrito do fluido sobre o cilindro faz com que se desenvolva um momento torsor, que é registado pelo transdutor, sendo atingido o equilíbrio quando a força que se opõe ao movimento é igual à força registada pelo transdutor. Ou seja, para cada velocidade angular o viscosímetro de Brookfield (apresentado na Figura 17) regista a respetiva viscosidade aparente como se o fluido exibisse um comportamento newtoniano.
Figura 17:Viscosímetro do tipo Brookfield
Um das vantagens deste tipo de equipamento é que, combinando adequadamente a velocidade angular com os spindles disponíveis, é possível abranger uma extensa gama de gradientes de velocidade, tensões de corte e, consequentemente, de viscosidades. Isto é, fazendo variar o valor da velocidade angular, é possível registar os respetivos valores das viscosidades aparentes e, assim elaborar o reograma da pasta em estudo, traduzido pelo respetivo diagrama ̇ . Na Figura 18 são apresentados diferentes reogramas.
Figura 18: Exemplo de reogramas (Camões, 2005)
Para poder transformar os valores retirados no ensaio em valores de tensão de corte e gradiente de velocidade é necessário recorrer à equação (3.1):
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Expressando em rpm, ̅̅̅̅ , a expressão (3.1) toma a forma:
̅̅̅̅ (3.2) Determinada a tensão de corte, o gradiente de velocidade obtém-se dividindo a tensão de corte pela viscosidade aparente: ̇ (3.3) Assim, é possível transformar os pares de valores ( ̅̅̅̅, ), resultantes do ensaio das pastas no viscosímetro de Brookfield, em pares de valores ( ̇, ), e construir o respetivo reograma.
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4 METODOLOGIA
4.1 INTRODUÇÃO
Neste capítulo é apresentada a campanha experimental efetuada, assim como as deliberações que foram tomadas em consideração no decorrer dos trabalhos. São descritas as dosagens, assim como todos os processos da campanha efetuada.
4.2 DOSAGEM
Para a elaboração das várias composições, foram definidas algumas questões como:
Um dos aspetos mais importantes a referir é que todos os materiais são em volume e não em massa.
A percentagem de sólidos de SP a utilizar ser em função do volume de ligante e não em função da massa de cimento utilizado na amassadura,
Foi definida uma amassadura de 1,2ml;
A razão Água/Ligante ser constante (A/L=0,3);
À quantidade de água necessária para a amassadura, foi retirada a quantidade de água presente no SP.
4.3 PROCESSO DE MISTURA
Após conhecimento de vários processos de mistura, e de experimentação, foi definido um processo de mistura, apresentado na Tabela 4, que permite, uma melhor homogeneização das diversas misturas.
Tabela 4: Procedimento de Amassadura
Procedimento Velocidade Tempo
Colocação do ligante
Mistura 60 Rpm 1 min
Adicionar 5/6 A + 1/3 SP
Mistura 60 Rpm 1 min
Mistura 120 Rpm 2 min
Efetuar a raspagens da pasta depositada mas paredes do balde 15 seg Adicionar 1/12 A + 1/3 SP
Mistura 60 Rpm 45 seg
Mistura 120 Rpm 1 min
Efetuar a raspagens da pasta depositada mas paredes do balde 15 seg Adicionar 1/12 A + 1/3 SP
Mistura 60 Rpm 45 seg
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Tal com já explicado no capítulo 2, alguns autores defendem que o SP na mistura é mais eficaz se introduzido aos poucos na mistura e não no final ou no início da última. No decorrer das misturas experimentais foi notado um melhor comportamento quando este foi adicionado de forma gradual, fazendo com que a mistura se tornasse mais homogénea e fluida, quando comparado com a adição total.
Nas Figuras 19, 20, 21 e 22, não demostradas as etapas para a mistura das pastas.
Figura 19: Introdução do ligante no balde de amassadura
Figura 20: 1ª incorporação (5/8 A+ 1/3 SP) Figura 21: 2ª incorporação (1/12 A +1/3 SP)
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4.4 CAMPANHA EXPERIMENTAL
4.4.1 INTRODUÇÃO
Para uma campanha experimental constante e concisa foi elaborado uma sequência de ensaios, sendo o Cone de Marsh o primeiro, o Mini-Abaixamento o segundo e o viscosímetro de Brookfield o terceiro. Para que os materiais minerais apresentassem as mesmas condições no decorrer da dissertação, foi definido que estes seriam primeiramente secos numa estufa a 110ºC e, posteriormente, guardados em recipientes estanques à temperatura ambiente.
Na campanha experimental as pastas foram avaliadas em função da dosagem ótima, e assim como, em função do seu comportamento aquando submetidas a temperaturas distintas.
4.4.2 CONE DE MARSH
Para uma correta execução do ensaio, seguiu-se a norma Francesa P18 – 358 JUILLET 1985. Antes do ensaio procedeu-se à humidificação do interior do cone, para melhor garantir que as condições do ensaio permaneçam constantes.
No interior do cone foram colocados 1000ml, para que o caudal se mantenha o mais regular possível, para as várias composições. Assim foi utilizado um copo de medição para o escoamento da pasta, sendo medido o tempo de escoamento para os 300ml, tal como indica a Figura 23.
36 4.4.3 MINI-ABAIXAMENTO
Este ensaio, tal como no cone de Marsh, necessita de uma preparação prévia. Esta preparação consiste na lubrificação do cone e da base onde se efetua o espalhamento com óleo. Esta ação permite que a pasta não fique agarrada às paredes do cone e assim não criar tensões que impeçam o escoamento para a base.
Na Figura 24 é apresentada a sequencia do ensaio.
Figura 24: Execução do ensaio de Mini-Abaixamento