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Universidade Federal do Rio Grande do SulEscola de Engenharia

Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil

MTODO DE DOSAGEM DE CONCRETO PELO VOLUME DEPASTA COM EMPREGO DE CINZA VOLANTE

Fernando Antonio Piazza Recena

Porto Alegre2011

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Fernando Antonio Piazza Recena ([email protected]). Tese de Doutorado. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2011.


Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, como parteda Tese apresentada ao Programa de Ps-Graduao em requisitos para

obteno do ttulo de Doutor em Engenharia. Orientao: Profa. Dra. DeniseCarpena Coitinho Dal Molin.

FERNANDO ANTONIO PIAZZA RECENA

Porto Alegre2011

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Esta tese de doutorado foi julgada adequada para a obteno do ttulo de DOUTOR EMENGENHARIA, Construo civil, e aprovada em sua forma final pelo professor orientador e

pelo Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil da Universidade Federal do RioGrande do Sul.

Porto Alegre, 26 de setembro de 2011.

Profa. Denise Carpena Coitinho Dal MolinDra. pela USP

Orientadora

Profa. Fernanda Macedo Pereira (CIENTEC/ULBRA)Dra. pela UFRGS

Coorientadora

Prof. Dr. Luiz Carlos Pinto da Silva FilhoCoordenador do PPGEC/UFRGS

BANCA EXAMINADORA

Prof. Vladimir Antonio Paulon (UNICAMP)Dr. pela USP e Livre docncia pela UNICAMP

Prof. Andr Luiz Bortolacci Geyer (UFG)Dr. pela UFRGS

Prof. Ruy Alberto Cremonini (UFRGS)Dr. pela USP

Profa. ngela Borges MasueroDra. pela UFRGS

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Aos meus pais, Fernando e Maria,

pelo que sou.

Aos meus filhos, Incio e Martina,

pelo que serei.

mulher a quem Penlope invejaria, pelas tantas mantas que teceu,

Geza.

Aos Professores que tive, formais e informais, todos, aos bons e aos maus,

pelo que me fizeram ser e no ser.

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AGRADECIMENTOS

Agradecer no apenas um compromisso de educao ou uma manifestao de civilidade,

mas sim, antes de tudo, uma demonstrao de que ningum convive conosco por acaso. Ogrande e principal agradecimento deve ser feito vida, ao criador em suas mais diversas

formas de manifestao.

Por mais que tenhamos cuidado sempre h o risco de cometermos injustias pelo

esquecimento.

O mais simples seria dizer apenas agradeo a todos que me ajudaram, mas dessa maneira

estaramos cometendo a injustia por minimizar a colaborao daqueles que efetivamente

representaram a diferena.

Assim, o grande e primeiro agradecimento deve ser feito a uma amiga, responsvel direta

pela realizao desse trabalho, pelo incentivo, pelo apoio, pela viabilizao e,

principalmente, pela amizade, Professora Denise Carpena Coitinho Dal Molin orientadora

dessa Tese.

Em seguida amiga e colega de CIENTEC Professora Fernanda Macedo Pereira,

coorientadora, que se disps a conversas dirias sobre o trabalho, pela reviso e peladedicao.

CIENTEC Fundao de Cincia e Tecnologia, instituio qual dediquei inteiramente

minha vida profissional em seus 35 anos, com especial ateno ao Laboratorista Nelson

Postal pelo apoio na caracterizao dos cimentos e adies.

PUC RSPontifcia Universidade Catlica, onde exero atividade docente, que franqueou

o Laboratrio de Materiais de Construo Civil para que fosse desenvolvida a parte prtica

da pesquisa e pelo apoio irrestrito do Laboratorista Jos Eduardo Gerhardt da Luz.

ULBRA Universidade Luterana do Brasil pelas anlises que empregaram o (MEV)

Microscpio Eletrnico de Varredura.

CONCREPEDRAConcreto e Pedreiras empresa para a qual presto consultoria e onde

nasceu a ideia principal da pesquisa e onde as primeiras experincias foram realizadas, nas

pessoas de seu Diretor Fbio Melro Zandon e dos Engenheiros Adriano Fontana, Eduardo

Tenn Pass e Andr Van Der Lan.

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PR-CONCRETOS ENGENHARIA que, alm de fornecer os agregados para o trabalho,

tambm permitiu que testes fossem realizados em sua produo, nas pessoas de seu

Diretor Engenheiro Jos Paulo Grings e da Engenheira Fernanda Dutra.

COMPANHIA DE CIMENTO ITAMB pelo apoio e o fornecimento do cimento.

Engenheira Ana Carolina Kamura de Lucca pela ajuda inestimvel na formatao do texto

e ao acadmico Ricardo Girardi pelo apoio fundamental no desenvolvimento e produo dos

concretos em estudo.

Aos colegas do Departamento de Materiais de Construo Civil da CIENTEC, Rita de

Cssia Barbosa Fernandes, Adair Paulo Dorneles Severo, Joo Gilberto Veiga Ramos,

Ablio Saraiva e Jos Wilson Klunk, pois o conhecimento que me conduziu realizaodesse trabalho fruto de uma vida que em seu aspecto tcnico foi compartilhada com essas

pessoas.

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No te irrites, por mais que te fizerem...

Estuda, a frio, o corao alheio.

Fars, assim, do mal que eles te querem,

teu mais amvel e sutil recreio...

Todos estes que a esto

Atravancando o meu caminho

Eles passaro

Eu passarinho

Mrio Quintana

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RESUMO

RECENA, F. A. P. Mtodo de dosagem de concreto pelo volume de pasta com emprego de

cinza volante. 2011. Tese (Doutorado em Engenharia) Escola de Engenharia, Programade Ps-Graduao em Engenharia Civil, UFRGS, Porto Alegre.

O presente trabalho foi desenvolvido como intuito de estabelecer uma metodologia de

dosagem de concreto com uso de cinza volante, objetivo e racionalizado, visando reduo

do consumo de cimento e a intensiva utilizao de um resduo poluente, contribuindo para o

incremento na sustentabilidade da construo civil pela reduo no consumo de clnquer e

da liberao de dixido de carbono para a atmosfera. Foi estabelecida como premissa

basilar a hiptese de ser possvel relacionar diretamente a trabalhabilidade de um concreto

com seu volume de pasta, sendo este tanto menor quanto menor for o volume de vazios da

estrutura granular representada pela composio de agregados. Foram empregados quatro

agregados, duas areias naturais e duas britas. A mistura das areias foi definida pela menor

massa unitria e os agregados grados, de maneira a ser obtido o menor volume de vazios.

Com a composio de agregados otimizada definido o volume timo de pasta no trao de

melhor trabalhabilidade por verificar um dado ndice de consistncia com o menor teor de

gua sobre o total de materiais secos. Considerando a cinza volante parte integrante da

pasta foram avaliados diferentes critrios para a definio das propores a serem

incorporadas pasta, tendo como balizamento o volume timo de pasta. Foi desenvolvida

uma metodologia de clculo de traos no convencional uma vez que o parmetro de

entrada a percentagem de substituio de cimento por cinza e no mais a relao

gua/cimento. Para fins de validao do mtodo proposto foi desenvolvido um estudo

baseado no estabelecimento de um paradigma representado por uma dosagem

experimental de concreto, sem emprego de cinza volante, que permitiu o clculo de traos

de referncia. Com os mesmos materiais e idntico proporcionamento entre agregados

foram desenvolvidas dosagens pelo mtodo proposto que permitiram o clculo de traoscom base nas mesmas resistncias compresso e a comparao atravs do consumo de

cimento calculado em cada situao. o resultado da presente pesquisa, ento, um mtodo

de dosagem, no qual a cinza volante um insumo indispensvel, baseado em conceitos

diferentes daqueles adotados at ento estabelecidos pelos critrios tradicionais da

tecnologia do concreto.

Palavras- chave: concreto, dosagem, cinza volante.

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ABSTRACT

RECENA, F. A. P. Mtodo de dosagem de concreto pelo volume de pasta com emprego de

cinza volante. 2011. Tese (Doutorado em Engenharia)Escola de Engenharia, Programade Ps-Graduao em Engenharia Civil, UFRGS, Porto Alegre.

Concrete mix-proportioning method by cement paste volume using fly ash

This study was developed in order to create and a streamlined methodology of concrete mix

proportioning using fly ash to reduce the cement content and an intensive use of a pollutant

contributing to the increase of sustainability in construction through reducing consumption of

clnquer and the release of carbono dioxide to the atmosphere. It was established as a basic

premisse the possibility of connecting directly the workability of concrete with the volume of

cement paste used determinate by the most dense aggregate-packing by the smaller volume

of voids in the granular structure obtained in composition of many aggregates as necessary.

It was used four commercial aggregates, two natural sands and two kind of crushed stone

which were commonly found in a construction materials market around Porto Alegre. The

sand were mixed according to the mixture that resulted in lower bulk density and coarse

aggregate to be obtained the lower volume of voids as possible, being rightly measured. With

the composition of aggregate optimized the optimum volume of cement paste that give the

best workability with the lower water requirement will be definite. Considering fly ash as a

part of the binder it was developed different criteria for define the amount of fly ash to be

incorporate in binder having as foundation the volume admitted as responsible for the best

workability mixture. To calculation the concrete mix proportions, was adopted an innovative

methodology from the percentage replacement of cement by fly ash and no more by the

water/cement ratio. The development of the proposed study was based on creating a

paradigma represented by a mix-proportioning without fly ash which allowed the calculation

of mix proportions of reference. With the same materials and same proportions between theaggregate, were calculated mix proportions to attend the same compressive strength to

compare by the cement content of each situation. Thereby the rresults from this study a mix-

proportioning method of concrete using fly ash as an imperative input, based in diferentes

concepts of given for traditional concrete technology.

Keywords:Concrete, mix-proportioning, fly ash

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1: relao existente entre o consumo de gua e o volume de pasta seca ................ 61

Figura 2: relao entre relao gua/cimento e o teor de gua sobre o total de materiaissecos real do concreto sem cinza ........................................................................ 75

Figura 3: relao entre relao gua/cimento e o teor de gua sobre o total de materiais

secos corrigido do concreto sem cinza ................................................................ 75

Figura 4: relao entre consumo de cimento e resistncia caracterstica compresso do

concreto sem cinza .............................................................................................. 76


concreto sem cinza .............................................................................................. 77


secos real do concreto com cinza ........................................................................ 79


secos corrigido do concreto com cinza ................................................................ 79


concreto com cinza .............................................................................................. 80

Figura 9: relao entre % de substituio e relao gua/cimento...................................... 80

Figura 10:relao entre consumo de cimento e resistncia caracterstica compresso do

concreto com cinza .............................................................................................. 81

Figura 11:relao entre consumo de cimento e resistncia caracterstica compresso .... 83

Figura 12: corpos de prova prismticos aps a desforma .................................................. 105

Figura 13:verificao da evoluo da frente de carbonatao avaliada em corpos de prova

com 25 semanas de idade ................................................................................. 105

Figura 14:verificao da evoluo da frente de carbonatao com 118 semanas de idade 106

Figura 15:aspectos a serem considerados em um procedimento de dosagem de concreto

.......................................................................................................................... 120

Figura 16: equipamento montado ...................................................................................... 133

Figura 17: equipamento desmontado ................................................................................. 134

Figura 18: mbolo dentro do cilindro permitindo a leitura na rgua .................................... 134

Figura 19:representao grfica da calibrao do equipamento para determinao do teor

de argamassa .................................................................................................... 142

Figura 23:cimento empregado no estudo visto ao MEV com aumentos de a) 500 vezes, b)

1000 vezes, c) 2000 vezes e d )5000 vezes ..................................................... 148

Figura 20:difratograma obtido da anlise da cinza 4195. ................................................... 156Figura 21: difratograma obtido da anlise da cinza 2680. .................................................. 157

Figura 22: difratograma obtido da anlise da cinza 3140. .................................................. 157

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Figura 24:cinza 2680 vista ao MEV com aumentos de a) 500 vezes, b) 1000 vezes, c) 2000

vezes e d) 5000 vezes ....................................................................................... 158

Figura 25:cinza 3140 vista ao MEV com aumentos de a) 500 vezes, b) 1000 vezes, c) 2000

vezes e d) 5000 vezes ....................................................................................... 159Figura 26:cinza 4195 vista ao MEV com aumentos de a) 500 vezes, b) 1000 vezes, c) 2000

vezes e d) 5000 vezes ....................................................................................... 160

Figura 27:curva que relaciona o fator de adensamento da mistura de areia mdia e areia fina

.......................................................................................................................... 162

Figura 28: mtodo grfico para determinar a proporo entre as britas ............................ 163

Figura 29: equipamento empregado na mistura dos concretos. ......................................... 170

Figura 30: equipamento empregado no ensaio de remoldagem simplificado ..................... 171

Figura 31: conjunto montado sobre a mesa de consistncia .............................................. 171

Figura 32:relao entre relao gua/cimento e teor de gua sobre o total de materiais

secos para o concreto desenvolvido com 47% de argamassa, calculado em massa

.......................................................................................................................... 178



.......................................................................................................................... 178



.......................................................................................................................... 178



.......................................................................................................................... 179

Figura 36: curva de Abrams do concreto de referncia ...................................................... 194


secos ................................................................................................................. 195

Figura 38: relao entre consumo de cimento e resistncia caracterstica compresso . 198

Figura 39: mtodo grfico para identificao do trao de melhor reologia.......................... 199

Figura 40: curva de Abrams para o concreto com adio .................................................. 202

Figura 41: relao entre a relao gua/cimento e a % de adio ..................................... 203

Figura 42:relao entre relao gua/cimento e percentagem de gua sobre o total de

materiais secos .................................................................................................. 203

Figura 43 :relao entre o consumo de cimento e a resistncia caracterstica compresso

.......................................................................................................................... 206

Figura 44: relao entre % de substituio e resistncia compresso ............................ 212

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Figura 45:relao entre resistncia compresso e teor de gua sobre o total de materiais

secos ................................................................................................................. 212

Figura 46 : relao entre resistncia compresso e relao gua/aglomerante .............. 212

Figura 47: relao entre fcke consumo de cimento ............................................................ 215Figura 48: relao entre resistncia compresso e % de substituio ........................... 217


secos ................................................................................................................. 217

Figura 50: relao entre resistncia compresso e relao gua/aglomerante ............... 217

Figura 51: relao entre consumo de cimento e fck............................................................ 220

Figura 52: relao entre resistncia compresso e % de substituio ........................... 222


secos ................................................................................................................. 222

Figura 54: relao entre resistncia compresso e relao gua/aglomerante ............... 222




secos ................................................................................................................. 227




secos ................................................................................................................. 231

Figura 61 : relao entre resistncia compresso e relao gua/aglomerante .............. 231




Figura 65: relao entre % de adio e resistncia compresso..................................... 243

Figura 66: relao entre % de adio e teor de gua sobre o total de materiais secos ...... 243

Figura 67: relao entre % de substituio e relao gua/cimento ................................... 245

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1: expectativa de produo de cinza volante na regio sul do Brasil at 2014

(ROHDE, 2006) .................................................................................................. 21Tabela 2: esquema de dosagem de concreto com emprego de cinza volante adotado pela

CIENTEC............................................................................................................ 43

Tabela 3: valores do ndice de reduo de gua em funo do volume de pasta seca ........ 61

Tabela 4: resultados obtidos por Lyse, relacionando diferentes traos e diferentes cimentos

com o abatimento pelo tronco de cone a partir de um mesmo consumo de gua

(LYSE, 1932) ...................................................................................................... 63

Tabela 5: variaes mximas verificadas no experimento de Lyse em comparao com a

amplitude prevista pela norma brasileira citada para cada nvel de abatimento

pelo tronco de cone (LYSE, 1932) ...................................................................... 63

Tabela 6: coeficientes de correlao obtidos da relao entre consumo de cimento e

resistncia compresso observados em uma srie histrica ........................... 70

Tabela 7: parmetros estatsticos da amostra...................................................................... 70

Tabela 8: parmetros de dosagem do concreto produzido sem cinza .................................. 74

Tabela 9: correo do teor de gua sobre o total de materiais secos para um mesmo

abatimento pelo tronco de cone do concreto sem cinza ..................................... 74

Tabela 10: valores de consumo de cimento para diferente resistncia caractersticas

compresso do concreto sem cinza.................................................................... 76

A tabela 11 relaciona resumidamente os valores dos parmetros obtidos experimentalmente.

........................................................................................................................... 77

Tabela 11: parmetros de dosagem do concreto produzido com cinza ................................ 77

Tabela 12: correo do teor de gua sobre o total de materiais secos para um mesmo

abatimento pelo tronco de cone do concreto com cinza .................................... 78

Tabela 13: valores de consumo de cimento para diferente resistncia caractersticas

compresso do concreto com cinza.................................................................... 81

Tabela 14: consumo de cimento corrigido............................................................................ 83

Tabela 15: resultados obtidos dos ensaios fsicos realizados sobre argamassas produzidas

com um mesmo trao e diferentes relaes a/c ................................................. 95

Tabela 16: resistncia compresso de argamassas produzidas com um mesmo trao e

diferentes relaes a/c........................................................................................ 95

Tabela 17: resultados dos ensaios fsicos realizados em argamassas produzidas com uma

mesma relao a/c e diferentes traos ............................................................... 96Tabela 18: resistncia compresso de argamassas produzidas com uma mesma relao

a/c e diferentes traos ........................................................................................ 96

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Tabela 19: resultados dos ensaios fsicos realizados sobre argamassas produzidas com

uma mesma relao a/c e diferentes traos ....................................................... 98

Tabela 20: resistncia compresso de argamassas produzidas com uma mesma relao

a/c e diferentes traos ........................................................................................ 98Tabela 21: caractersticas das argamassas empregadas na segunda repetio do estudo . 99

Tabela 22: resultados dos ensaios fsicos realizados sobre argamassas produzidas com

uma mesma relao a/c e diferentes traos ...................................................... 99

Tabela 23: resistncia compresso de argamassas produzidas com uma mesma relao

a/c e diferentes traos ...................................................................................... 100

Tabela 24: volume de pasta calculado em cada argamassa empregada na segunda

repetio do estudo .......................................................................................... 102

Tabela 25: valores de absoro de gua por capilaridade de argamassas empregadas na

segunda repetio do estudo............................................................................ 102

Tabela 26: valores de massa especfica calculado sobre corpos de prova, considerando o

volume aparente ............................................................................................... 103

Tabela 27: evoluo da frente de carbonatao avaliada em corpos de prova prismticos

referentes o trabalho realizado como segunda repetio do estudo ................. 104

Tabela 28: massa especfica dos materiais considerados no estudo ................................. 136

Tabela 29: fatores de correo individuais do teor de argamassa...................................... 140

Tabela 30: calibrao do equipamento para determinao do teor de argamassa ............ 141

Tabela 31: caracterizao qumica do cimento empregado no estudo ............................... 147

Tabela 32: parmetros fsico mecnicos do cimento empregado no estudo ..................... 147

Tabela 33: massa especfica e massa unitria................................................................... 149

Tabela 34: material fino passante na peneira de 75 m, pr lavagem ............................... 150

Tabela 35: distribuio granulomtrica das areias ............................................................. 150

Tabela 36: distribuio granulomtrica das britas .............................................................. 151

Tabela 37: massa especfica e superfcie especfica das cinzas volantes empregadas no

estudo .............................................................................................................. 152

Tabela 38: desvio relativo mximo da superfcie especfica das amostras de cinza em

relao ao valor mdio amostral ....................................................................... 153

Tabela 39: ndice de atividade pozolnica ......................................................................... 154

Tabela 40: anlise qumica quantitativa das cinzas ........................................................... 155

Tabela 41: dimetro das partculas das cinzas .................................................................. 155

Tabela 42: fator de adensamento das misturas de areia .................................................... 162

Tabela 43: volume de vazios de misturas de brita em relao proporo de brita e brita 1na mistura......................................................................................................... 163

Tabela 44: resultados do estudo relacionando teor de argamassa e trabalhabilidade........ 172

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Tabela 45: elementos de variao das resistncias compresso obtidas no estudo para

identificao do melhor teor de argamassa ...................................................... 174

Tabela 46: valores de ndice de remoldagem e teores de argamassa ............................... 175

Tabela 47: valores de abatimento pelo tronco de cone e teores de argamassa ................. 175Tabela 48: estimativa de H para um mesmo abatimento pelo tronco de cone .................. 177

Tabela 49: consumo de cimento de traos calculados com diferentes teores de argamassa e

com o teor de gua sobre o total de materiais secos corrigida para um mesmo

abatimento pelo tronco de cone ........................................................................ 180

Tabela 50: influncia da distribuio granulomtrica na trabalhabilidade ........................... 181

Tabela 51: influncia da distribuio granulomtrica na trabalhabilidade, repetio .......... 182

Tabela 52: relao entre trabalhabilidade e mdulo de finura de diferentes concretos ...... 184

Tabela 53: resistncia de dosagem ................................................................................... 191

Tabela 54: caractersticas do concreto de referncia ......................................................... 193

Tabela 55: trao calculado para concreto classe C15 ........................................................ 197

Tabela 56: parmetros de dosagem e consumo de cimento para os traos de referncia . 198

Tabela 57: resumo dos resultados do concreto produzido com adio de cinza volante .... 201

Tabela 58: trao calculado para um concreto C15 ............................................................. 205

Tabela 59: parmetros de dosagem e consumo de cimento e cinza para os traos de

referncia ......................................................................................................... 206

Tabela 60: valores medidos do expoente x ........................................................................ 207

Tabela 61: quantidade de materiais empregados na produo de concreto no laboratrio209

Tabela 62 : resumo das caractersticas do concreto produzido com a cinza 3140, com

correo do volume .......................................................................................... 211

Tabela 63: trao calculado para um concreto C 15 ............................................................ 213

Tabela 64: parmetros de dosagem e consumo de cimento e cinza para os traos

calculados ........................................................................................................ 215

Tabela 65: resumo das caractersticas do concreto produzido com a cinza 3140, sem

correo do volume .......................................................................................... 216

Tabela 66: trao calculado para concreto C15 ................................................................... 218


referncia ......................................................................................................... 219

Tabela 68: resumo dos resultados obtidos com o concreto com adio de cinza volante 2680

com correo de volume .................................................................................. 221



referncia ......................................................................................................... 224

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Tabela 71: resumo dos resultados obtidos com o concreto com adio de cinza volante 2680

sem correo de volume .................................................................................. 226


Tabela 73: parmetros de dosagem e consumo de cimento e cinza para os traos dereferncia ......................................................................................................... 228

Tabela 74: resumo das caractersticas do concreto produzido com a cinza 4195 com

correo do volume .......................................................................................... 230



referncia ......................................................................................................... 233

Tabela 77: resumo das caractersticas do concreto produzido coma cinza 4195 sem

correo do volume .......................................................................................... 235



referncia ......................................................................................................... 237

Tabela 80: resumo dos traos calculados com a cinza 4195 sem correo do volume ...... 238

Tabela 81: resumo dos traos simplificados calculados com a cinza 4195 sem correo do

volume .............................................................................................................. 239

Tabela 82: trao calculado por interpolao a partir da % de substituio, com a cinza 4195,

sem correo do volume .................................................................................. 241

Tabela 83: resumo das caractersticas do concreto produzido com adio da cinza 4195 . 242

Tabela 84: trao calculado para concreto C 40 a partir da adio de cinza ........................ 245

Tabela 85: traos finais obtidos do estudo realizado com a cinza a cinza 4195 com correo

do volume e trao adicional calculado pela relao entre a resistncia

caracterstica compresso e o consumo de cimento ..................................... 247

Tabela 86: resumo dos consumos de cimento obtidos das diferentes maneiras de clculo de

traos ............................................................................................................... 253

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LISTA DE ABREVIATURAS

IR - ndice de remoldagem

sabatimento pelo tronco de cone

s desvio padro

Exexemplar

fcmresistncia compresso mdia

fcjresistncia compresso a j dias de idade

fckresistncia caracterstica compresso

% cipercentagem de cimento

Cconsumo terico de cimento

CIENTECFundao de Cincia e Tecnologia do Estado do Rio Grande do Sul

Cincinza volante

Cimcimento

a/crelao gua/cimento

a/aglrelao gua/aglomerante

% subst. - % de substituio de cimento por cinza volante

% adpercentagem de adio de cinza volante sobre o cimento

r - coeficiente de correlao

siabatimento pelo tronco de cone inicial

sfabatimento pelo tronco de cone final

Hpercentagem de gua sobre o total de materiais secos de um concreto

Hipercentagem de gua sobre o total de materiais secos inicial de um concreto

Hf - percentagem de gua sobre o total de materiais secos final de um concreto

1:mtrao unitrio em massa de um concreto

mquantidade de agregados no trao unitrio em massa de um concreto

- teor de argamassa de um concreto

aquantidade de agregado mido em massa no trao unitrio de um concreto

p - quantidade de agregado grado em massa no trao unitrio de um concreto

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Vvolume

Mmassa

B0brita de graduao comercial 0

B1brita de graduao comercial 1

mesp.massa especfica

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SUMRIO

1 INTRODUO ................................................................................................................. 20

1.1 OBJETIVOS DA PESQUISA .......................................................................................... 241.2 ESTRUTURA DA PESQUISA ........................................................................................ 24

2 O USO DE CINZA VOLANTE.......................................................................................... 26

2.1 CONSIDERAES DE CARTER HISTRICO ........................................................... 26

2.2 O EMPREGO DE CINZA VOLANTE EM CONCRETO .................................................. 29

2.3 PROCEDIMENTOS EMPREGADOS PELA CIENTEC PARA DOSAGEM DECONCRETOS COM EMPREGO DE CINZA VOLANTE ....................................................... 40

3 REVISO CONCEITUAL SOBRE CRITRIOS BSICOS DE DOSAGEM...................... 46

3.1 CONSIDERAES DE CARTER GERAL SOBRE TRABALHABILIDADE .................. 46

3.1.1 Fatores condicionantes da trabalhabilidade ................................................................ 47

3.1.2 Avaliao da trabalhabilidade ..................................................................................... 50

3.2. A TRABALHABILIDADE NO PROCESSO DE DOSAGEM ........................................... 53

3.3 CONSIDERAES SOBRE A PROPOSTA DE INGE LYSE ......................................... 62

3.3.1 Relao entre resistncia compresso e consumo de cimento ................................ 69

3.4 CONSIDERAES SOBRE A PROPOSTA DE DUFF ABRAMS .................................. 85

3.4.1 Confirmao prtica da proposta ................................................................................ 94

4 CONSIDERAES DE CARTER GERAL SOBRE PROCEDIMENTOS DE DOSAGEMDE CONCRETO ................................................................................................................ 110

4.1 PARMETROS A SEREM QUANTIFICADOS NUM PROCESSO DE DOSAGEM ...... 118

4.1.1 Estimativa ou clculo do teor de gua sobre o total de materiais secos .................... 121

4.1.2 Interao entre relao gua/cimento e teor de gua sobre o total de materiais secosna definio de traos ........................................................................................................ 122

4.2 DETERMINAO DO TEOR DE ARGAMASSA .......................................................... 123

4.2.2 Proposio de uma metodologia de carter objetivo ................................................. 131

4.2.3 Aperfeioamento do mtodo Alemo Simplificado.................................................. 132

4.2.4 Outras aplicaes para o equipamento desenvolvido ............................................... 141

5 PROGRAMA EXPERIMENTAL ...................................................................................... 143

5.1 MATERIAIS EMPREGADOS NO ESTUDO ................................................................. 146

5.1.1 Cimento .................................................................................................................... 146

5.1.2 Agregados ................................................................................................................ 149

5.1.3 Cinza volante ............................................................................................................ 151

5.2. ESTUDO PRELIMINAR .............................................................................................. 161

5.2.1 Proporcionamento dos agregados. ........................................................................... 161

5.3 CLCULO DO TEOR DE ARGAMASSA ..................................................................... 164

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5.3.1 Otimizao do teor de argamassa e identificao do trao de maior trabalhabilidade.......................................................................................................................................... 167

5.4 comprovao prtica atravs da reproduo de concretos preparados com as diferentesalternativas de mistura de agregados ................................................................................ 169

5.4.1 Definio dos traos ................................................................................................. 169

5.4.2 Materiais empregados............................................................................................... 169

5.4.3 Procedimento adotado .............................................................................................. 170

5.4.4 Resultados ................................................................................................................ 171

5.5 CONSIDERAES SOBRE A QUANTIDADE DE GUA ADICIONADA S MISTURAS.......................................................................................................................................... 187

5.6 DESENVOLVIMENTO DO MTODO PROPOSTO ..................................................... 191

5.6.1 Concreto de referncia .............................................................................................. 192

5.6.2 Definio do trao de melhor comportamento reolgico ............................................ 1985.6.3 Adio de cinza volante ao concreto de referncia ................................................... 199

5.6.4 Clculo do expoente a ser empregado na frmula usada para corrigir o valor de H. . 206

5.7 Aplicao do princpio em estudo ................................................................................ 207

5.7.1 Dosagem realizada com o emprego da cinza 3140 ................................................... 211

5.7.2 DOSAGEM REALIZADA COM O EMPREGO DA CINZA 2680 ................................. 221

5.7.3 DOSAGEM REALIZADA COM O EMPREGO DA CINZA 4195 ................................. 229

5.8 CLCULO DE TRAOS A PARTIR DA RELAO ENTRE CONSUMO DE CIMENTO E

RESISTNCIA CARACTERSTICA COMPRESSO ..................................................... 2465.9 OUTRAS APLICAES DO PROCEDIMENTO PROPOSTO ..................................... 247

5.9.1 Na dosagem de concretos auto-adensveis ............................................................. 247

5.9.2 Na dosagem de concretos para fabricao de peas pr-moldadas ......................... 249

5.9.3 Na dosagem de concretos para compactao com rolos .......................................... 250

6 CONSIDERAES FINAIS ............................................................................................ 252

6.1 CONCLUSES ............................................................................................................ 253

6.2 SUGESTO PARA A CONTINUIDADE DO ESTUDO ................................................. 256

6.3 MENSAGEM FINAL DO AUTOR ................................................................................. 257

REFERNCIAS ................................................................................................................. 258

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1 INTRODUO

O uso de cinza volante em concreto um tema recorrente e por demais conhecido, sendo

um expediente largamente empregado que permite ser auferida, na maioria das vezes,

alguma vantagem econmica, alm de outros benefcios tcnicos relacionados com

resistncia mecnica, trabalhabilidade e durabilidade.

Segundo Mehta (2004), o emprego de cinza volante em substituio ao cimento Portland

permite esperar ser reduzida a demanda de gua, ser incrementada a trabalhabilidade, ser

reduzida a corroso da armadura em concreto armado, ser minimizada a probabilidade de

fissurao por efeito trmico e secagem, alm de aumentar a durabilidade de uma maneira

geral, mitigando a reao lcali slica e inibindo a reao com sulfatos.

Com relao preservao do meio ambiente, no h necessidade de expor o carter

poluente desse material, como de resto igualmente se torna desnecessrio apresentar

razes para justificar o emprego de cinza volante em concretos e argamassas.

Ainda segundo Mehta (2004), o emprego de elevado volume de cinza volante em concreto

constitui uma soluo holstica para o problema representado pela demanda de concreto no

futuro de forma sustentvel, sem custos adicionais, reduzindo simultaneamente o impacto

no meio ambiente causado pela atividade de duas indstrias fundamentais para o

desenvolvimento econmico da humanidade, a indstria cimenteira e a gerao de energia

via combusto de carvo fssil.

Silva (2010) cita o emprego de adies minerais, em particular o de cinza volante, como

fundamental quanto ao aspecto de sustentabilidade na cadeia da construo civil pela

reduo no consumo de energia e pela diminuio da emisso de CO2.

Nos ltimos anos, o consumo de cinza volante na produo de cimento pozolnico ou dos

vrios tipos de cimentos resistentes a sulfatos, na produo de cal hidrulica, na produo

de argamassas industrializadas, em fbricas de pr-moldados ou em concreteiras tem

aumentado sobremaneira, permitindo considerar a cinza volante um coproduto, visto ser

empregada como um insumo cada vez com mais intensidade.

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Sucede que os novos investimentos na rea de energia, reforando a matriz energtica do

Estado do Rio Grande do Sul sobre o carvo mineral, determinaro um aumento significativo

na oferta desse coproduto, o qual dever ter um destino ecologicamente correto e, tanto

quanto possvel, economicamente vivel.

A produo de cinzas originrias da combusto do carvo, nos Estados de Santa Catarina e

Rio Grande do Sul, na gerao de energia eltrica varia entre 10000 e 15000 toneladas por

dia (RODHE, 2006).

A entrada em operao de novas unidades trmicas de carvo na atual dcada dever gerar

aproximadamente 2000 MW de energia. Desse total j foram viabilizados 550 MW em favor

da Companhia de Gerao Trmica de Energia Eltrica (CGTEE) e TRACTEBEL

Energia S. A. atravs de leilo realizado em dezembro de 2005 pela Agncia Nacional de

Energia Eltrica (ANEEL) e pela Cmara de Comercializao de Energia Eltrica (CCEE)

(ROHDE, 2006).

Para permitir uma quantificao do potencial de produo anual de cinzas volantes

originadas na queima de carvo mineral como combustvel em termeltricas no sul do Brasil

so apresentados os dados da tabela 1.

Tabela 1: expectativa de produo de cinza volante na regio sul doBrasil at 2014 (ROHDE, 2006)

Situao Termeltrica Cinza volante (t/ano) Estado

Em operao

Presidente MdiciFases A e B 1500000 RS

So Jernimo 5000 RS

Charqueadas 295000 RS

Jorge Lacerda I, II, III e IV. 1500000 SC

Figueira 50000 PR

Em construoPresidente Mdici fase C 1000000 RS

Jacu I 1000000 RS

Em projeto

Seival 1000000 RS

USITESC 1500000 SC

CT-SUL 1200000 RS

Como o grande emprego da cinza volante se verifica na indstria cimenteira, o aumento de

consumo estar ligado diretamente ao aumento na produo de cimento que depender de

novos investimentos a serem concebidos a partir do aquecimento da indstria da construo

civil.

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Est estimada em 20 bilhes de toneladas a produo anual mundial de cimento, o que

corresponde a um consumo per capitade trs toneladas. Sendo considerada uma taxa de

crescimento anual na produo de cimento variando entre 8% a 10% possvel imaginar o

incremento anual esperado na produo desse material e sua repercusso no meioambiente, tendo em vista que para cada tonelada de clnquer produzida liberada na

atmosfera uma massa equivalente de dixido de carbono (PEDROSO, 2008).

Em 1990, os fornos para produo de cimento liberavam para a atmosfera algo em torno de

940 milhes de toneladas de CO2. Em 2005, a estimativa feita dava conta de ter sido emitido

1,74 bilho de toneladas do gs que, mantidas as projees de crescimento de produo de

cimento, representar 2,84 bilhes de toneladas at o ano de 2030 (PEDROSO, 2008).

Considerando apenas o aspecto ecolgico, a concluso bvia sobre a estimativa feita

sugere a necessidade imperativa de reduo da produo de clnquer, o que um

pensamento to romntico quanto ser possvel imaginar uma reduo no consumo de

cimento pela humanidade.

A tendncia observada de aumento no consumo de cimentos compostos ternrios, os

quais tm agregados ao clnquer na etapa de moagem, alm de gesso, calcrio modo e

materiais pozolnicos, podendo a matria prima empregada na produo de cimentos do

tipo Portland pozolnico representar, em caso extremo, no mais de 40% do total do

cimento (ABNT NBR 5736:1991).

No seria utopia pensar em reduzir o consumo de clnquer no cimento assim como o prprio

consumo de cimento em concretos ou at mesmo em adotar resistncias mais baixas onde

fosse possvel, desde que resguardada a durabilidade, ou sua obteno em prazos mais

dilatados.

Embora a viabilidade tcnica das medidas aventadas no pargrafo anterior, ecologicamente

responsveis, esteja perfeitamente comprovada, sua adoo em larga escala depende

ainda de uma mudana de paradigma. O emprego de resistncias menores nos projetos

pressupe a adoo de medidas adicionais no sentido de garantir a durabilidade das

estruturas atravs da proteo do concreto. O atingimento da resistncia prevista no projeto

em idades maiores determina uma alterao na velocidade das obras e uma logstica

diferenciada com relao manuteno do escoramento e reaproveitamento de frmas . O

potencial de resistncia de concretos produzidos com cimentos pozolnicos pode ser

esperado em prazos mais amplos, at 120 dias, o que, dependendo do tipo de estrutura,pode representar uma condio absolutamente aceitvel.

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No pode ser considerado como contribuio sustentabilidade o emprego de um cimento

ecologicamente correto se o projeto prev o atingimento de uma resistncia elevada em

curto espao de tempo, condio que, para ser atendida, determina a elevao do consumo

de cimento.

Muitas vezes o emprego de um cimento de alto rendimento pode significar menor consumo

de clnquer por metro cbico de concreto produzido do que o emprego de um cimento

pozolnico, por exemplo, em uma muito elevada percentagem se isto for necessrio para

que sejam atendidas exigncias de resistncia compresso, condio que, de certa

maneira, contraria as caractersticas do cimento pozolnico que no desenvolve resistncias

iniciais elevadas.

Alm da reduo de consumo de clnquer na obteno de cimentos compostos ternrios,

esforos devem ser empregados no desenvolvimento de tcnicas de dosagem de concretos

que permitam o clculo de traos com consumos menores de cimento para uma mesma

resistncia esperada.

Para tanto, devem ser estudadas composies de agregados que privilegiem a

trabalhabilidade com o intuito de propiciar reduo na demanda de gua, permitindo haver

reduo de cimento, mantida a relao gua/cimento. Para o atingimento desse objetivo

imprescindvel o emprego de aditivos plastificantes e superplastificantes, devendo

representar o desenvolvimento desses um esforo importantssimo para a consecuo do

objetivo final, qual seja, a reduo da emisso de carbono pela indstria da construo civil.

Urge, portanto, que sejam desenvolvidos esforos no sentido de viabilizar o uso de resduos

na produo de concreto, em particular a cinza volante no sul do Brasil, em especial no Rio

Grande do Sul, principalmente por concreteiras e indstrias de pr-moldados. Para tanto,

necessrio abandonar o procedimento adotado at ento caracterizado pela adio da cinza

volante ao concreto, norteada por consideraes empricas, e avaliao da eficcia a partirapenas do impacto sobre a resistncia compresso.

A dosagem de concretos com adies, em geral, feita em analogia a procedimentos

clssicos e o percentual de adio definido apenas com o objetivo de ser atingida uma

determinada resistncia compresso. Este pode ser considerado como o principal

parmetro objetivo, e a viabilizao de operaes de bombeamento de concretos com baixo

consumo de cimento, como principal fator subjetivo.

Esses proporcionamentos so feitos sem critrios definidos e rotinizados, no havendo uma

tcnica documentada objetiva e comprovada experimentalmente que permita concluir pela

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mais adequada quantidade de cinza a ser empregada na composio do aglomerante

composto resultante, sem que um precioso tempo seja despendido em interaes entre

tentativa e erro.

1.1 OBJETIVOS DA PESQUISA

Como objetivo principal da pesquisa, posto o desenvolvimento de um mtodo de dosagem

de concretos com cinza volante em quantidades otimizadas, oferecendo comunidade

tcnica uma metodologia alternativa para o clculo de traos de concreto.

Em sendo atingido o objetivo da pesquisa, decorre, como consequncia natural, a

contribuio para a reduo da emisso de dixido de carbono para a atmosfera, atravs doconsumo de um resduo na obteno de misturas que permitam o atingimento de

resistncias estabelecidas em projeto com menor consumo de cimento.

Como contribuies adicionais a pesquisa apresenta:

a) um equipamento simples para ser usado;- na determinao do teor de argamassa, baseada em um critrio objetivo e

reprodutvel em qualquer ambiente, independentemente do operador,- na determinao do melhor proporcionamento entre agregados grados

baseada na minimizao do volume de vazios da mistura,- na determinao da massa especfica e da massa unitria de agregadosgrados com o auxlio apenas de uma balana,

b) a relao existente entre consumo de cimento e resistncia compresso,cuja aplicao representa uma poderosa ferramenta para correo de traos,em funo de desvios observados na resistncia compresso obtida emuma produo, podendo ser empregado tambm como um procedimentoalternativo de dosagem de concreto.

1.2 ESTRUTURA DA PESQUISA

No captulo 1 so feitas consideraes sobre a importncia do trabalho e apresentados os

objetivos principal e secundrios.

Algumas consideraes histricas so apresentadas no captulo 2, baseadas nas

informaes obtidas da bibliografia disponvel e na prpria experincia do autor,

apresentando o consagrado emprego de cinza volante na obteno de composies

aglomerantes. Nesse captulo 2 so igualmente apresentados procedimentos de dosagem

de concreto com o emprego de cinza volante, adotados como rotina na CIENTEC

Fundao de Cincia e Tecnologia do Estado do Rio Grande do Sul bem como outros

sugeridos em publicaes internacionais.

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No captulo 3 so apresentadas algumas consideraes sobre trabalhabilidade e os fatores

condicionantes, e sobre a forma de quantificar a trabalhabilidade e sua importncia num

procedimento de dosagem.

Considerando a importncia do resgate de informaes sobre os estudos fundamentais

desenvolvidos no passado e que regem os preceitos da tecnologia do concreto at os dias

de hoje, em continuidade, no mesmo captulo 3, so apresentadas consideraes sobre os

trabalhos de Inge Lyse (1932) e de Duff Abrams (1918), sendo tecidas algumas

consideraes crticas sobre os conceitos apresentados pelos pesquisadores. Nesse

mesmo captulo, so apresentados os resultados de um pequeno trabalho prtico

desenvolvido em laboratrio, com a finalidade de argumentar sobre a possibilidade de

condicionar a resistncia mecnica de um concreto de uma forma mais ampla antes suaporosidade, sendo a relao gua/cimento apenas um parmetro de controle. Ainda nesse

captulo apresentada a relao existente entre consumo de cimento e resistncia

compresso e sua potencialidade como ferramenta para clculo e correo de traos em

plantas que apresentem mais de um trao em sua grade de produo, especialmente as

empresas de servios de concretagem.

O captulo 4 versa fundamentalmente sobre o procedimento de dosar concreto, elencando

os parmetros a serem quantificados no processo, relao gua/cimento, teor de argamassa

e percentagem ou teor de gua sobre o total de materiais secos. apresentado um mtodo

de carter eminentemente objetivo para quantificao do teor de argamassa atravs de um

equipamento que tambm pode ser empregado na determinao da massa especfica e

massa unitria de agregados grados e na obteno do melhor proporcionamento entre

diferentes agregados grados. Consideraes de carter geral sobre os princpios de alguns

mtodos clssicos de dosagem de concreto so igualmente apresentadas nesse captulo 4.

O captulo 5 apresenta o programa experimental, relacionando os materiais empregados no

estudo, apresentando suas caractersticas fsicas e mecnicas e o estudo desenvolvido na

determinao do melhor proporcionamento dos agregados. apresentado um roteiro de

dosagem pelo mtodo proposto e uma comparao direta com um procedimento clssico

atravs da avaliao do consumo de cimento calculado para traos de mesma resistncia

compresso. So estudados concretos considerando trs tipos diferentes de cinza volante

com o intuito de evidenciar a flexibilidade do procedimento proposto.

No captulo 6 so formuladas consideraes de carter geral com concluses e sugestes

para a continuidade do desenvolvimento da metodologia proposta.

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2 O USO DE CINZA VOLANTE

2.1 CONSIDERAES DE CARTER HISTRICO

Pode ser considerado milenar o conhecimento da alterao promovida sobre as

caractersticas aglomerantes de cales areas pela adio de pozolanas na obteno de

misturas aglomerantes com maior resistncia mecnica e de maior resistncia ao da

umidade, consequentemente, de maior durabilidade.

Os romanos utilizavam tufos vulcnicos do Vesvio acumulado na regio de Puzzuoli,

prxima a Npoles, sendo a partir desse evento estendido o nome de pozolana a qualquer

material natural ou artificial dotado de mesma propriedade, qual seja a de reagir com a cal

hidratada para formar compostos cimentcios oriundos da interao qumica que ocorre

entre slica e cal em presena de umidade (PRISZKULNIK, 1981).

Os gregos, por sua vez, adotavam em misturas com cal um material pozolnico identificado

como terra de Santorin (SANTAMARIA, 1981).

Novos registros sobre o emprego de misturas de cal com pozolana aparecem em meados

do sculo XVIII com os relatos referentes reconstruo do farol de Eddystone, experincia

que desencadeou o desenvolvimento do cimento Portland, como hoje conhecido,

culminando com o incio de sua produo industrial a partir da instalao da primeira fbrica

na Alemanha, em 1855 (DUMET; PINHEIRO, 2000).

O surgimento do cimento Portland inicia uma fase de franco desenvolvimento do fenmenohidrulico, cujo pice ocorre entre o final do sculo XIX e incio do sculo XX em funo da

evoluo das tcnicas de fabricao, envolvendo o controle da temperatura e a otimizao

da moagem e do desenvolvimento de mtodos de ensaio. O conhecimento da composio

qumica do clnquer permitiu a introduo de alteraes, explorando o carter hidrulico do

aglomerante at o limite das leis que regem os princpios fsico-qumicos (SANTAMARIA,

1981).

Marcos Vitrvio em De Architectura , segundo o exposto por Priszkulnik (1981), descreve

pozolana como:

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[...] um p que efetua naturalmente coisas admirveis, encontrando-se nasregies situadas em volta do monte Vesvio, quando misturado com cal ecom pedras contribui no s para a solidez dos edifcios ordinrios, mastambm consegue endurecer debaixo de gua nos molhes que seconstroem no mar.

Segundo a mesma fonte, o emprego de pozolanas no Brasil teve seu incio associado

construo de barragens para o aproveitamento hidreltrico de Jupi, tendo sido usadas

inicialmente cinzas volantes decorrentes da queima de carvo mineral como combustvel

nas termeltricas de Charqueadas e Candiota no estado do Rio Grande do Sul.

Posteriormente foram empregadas pozolanas obtidas da calcinao de argilas de depsitos

holocnicos do prprio local.

No Estado do Rio Grande do Sul, o desenvolvimento de cimentos pozolnicos teve incio nadcada de 60, a partir de estudos realizados pelo ento Instituto Tecnolgico do Estado do

Rio Grande do Sul (ITERGS), Gobetti e Scarrone (1969), visando o aproveitamento de um

resduo abundante, a cinza volante produzida pela usina termeltrica de Charqueadas,

instalada no municpio gacho de mesmo nome.

A partir de ento as duas fbricas existentes poca, a Companhia de Cimento Portland

Gacho, hoje pertencente ao grupo Votorantin, e a fbrica de cimento Sol Nascente, hoje

CIMPOR, passaram a produzir cimentos pozolnicos, obtidos a partir da mistura, no moinho,de clnquer e esta cinza volante.

Segundo informaes verbais obtidas de funcionrios da Fundao de Cincia e Tecnologia

do Estado do Rio Grande do Sul - CIENTEC, a primeira grande obra executada com

concreto usinado em Porto Alegre foi o complexo de pontes que permitem a travessia do

Guaba, na dcada de 1950. Naquele tempo a produo de concreto usinado era incipiente

e consumia o cimento que se apresentava disposio no mercado, sem exigncias

maiores, visto que as resistncias adotadas eram baixas, viabilizando, inclusive, o emprego

de agregados naturais de baixo desempenho, como o seixo rolado da regio, alm de o

concreto ser produzido com abatimentos pelo tronco de cone baixos, em geral entre 50 e 70

mm, e lanado de forma convencional.

Com o progresso, o desenvolvimento da cidade transformou-a em um mercado atraente

para o setor, sendo registrada a instalao de vrias concreteiras em um curto espao de

tempo. Paralelamente, resistncias mais elevadas foram sendo adotadas, obrigando a que

as concreteiras buscassem materiais de melhor qualidade, no somente para atendimento

s exigncias do mercado, mas, e principalmente, para garantir condies de

competitividade frente concorrncia mais e mais acirrada.

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O incio das operaes de bombeamento, que exigiu uma melhor seleo dos agregados,

inclusive com limitao da dimenso mxima caracterstica, interferiu nos procedimentos de

dosagem dos concretos, principalmente por exigir misturas de maior abatimento pelo tronco

de cone e com mais elevado teor de argamassa.

Com o desenvolvimento de cimentos de caractersticas distintas daquelas verificadas nos

cimentos at ento empregados, principalmente com relao finura, alguns problemas de

bombeabilidade foram registrados na medida em que, com o aumento do rendimento dos

cimentos, os consumos puderam ser diminudos. O emprego de adies, particularmente a

cinza volante disponvel em Porto Alegre, foi desde ento uma alternativa para correo do

teor de finos de maneira a adequar a mistura s operaes de bombeamento.

Em um determinado perodo, o cimento produzido no Rio Grande do Sul foi desclassificado

para classe 25, o que obrigou at as concreteiras que ainda trabalhavam com o cimento

pozolnico, a procurarem alternativas. Foi nesta poca que o cimento produzido

especialmente para a indstria de artefatos de cimento amianto sofreu adaptaes e passou

a ser consumido para a produo de concreto em algumas concreteiras.

Como o cimento produzido no Estado apresentava baixo rendimento, em comparao com

outros tipos de cimento, as concreteiras comearam a importar o insumo de outros centros

onde este se apresentava com maior rendimento em termos de resistncia mecnica, o que

garantia menores consumos de cimento por metro cbico de concreto, para mesmas

resistncias.

Assim, concreteiras passaram a trabalhar com cimento Portland comum oriundo do Paran

(cimento Itamb e cimento Rio Branco), de So Paulo (cimento Ita, cimento Eldorado e

cimento Serrana). Para concreto produzido em obra a CIENTEC realizou dosagens

experimentais empregando cimentos oriundos de Minas Gerais (cimento Ciminas), do Rio

de Janeiro (cimento Iraj) e do vizinho Uruguai (cimento Artigas e cimento ANCAP), paracitar os mais representativos, visto que, em determinados momentos, trabalhou-se inclusive

com cimentos vindos de Pernambuco e de pases europeus.

A evoluo deste quadro configurou uma indstria cimenteira no Rio Grande do Sul que

disponibilizava ao mercado de granel cimento Portland comum tipo I, em seguida tipo I-S, e

cimento Portland especial para pr-moldados, precursor do cimento de alta resistncia inicial

tipo V. Em sacos, obtinha-se o tradicional cimento Portland pozolnico novamente da classe

32, para o atendimento mais dirigido ao varejo. Posteriormente o cimento CP I-S foisubstitudo pelo cimento CP II-Z e atualmente, alm do cimento pozolnico disponibilizado

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ao mercado apenas cimento Portland tipo V (ARI), inclusive com adio de pozolanas, em

fbrica, na obteno de caractersticas de resistncia ao de sulfatos.

Paralelamente necessidade de facilitar as operaes de bombeamento de concretos

dimensionados para atendimento de resistncias caractersticas compresso baixas,

assim como 15, 18 e 20 MPa, ainda muito utilizados na dcada de 80 do sculo passado, e

j com o objetivo de economizar, comearam a ser desenvolvidos os primeiros estudos

visando a substituio de parte do cimento por cinza volante, ou sua simples adio na

obteno de um cimento composto preparado na prpria usina.

A substituio de cinza volante deveria ser feita em percentagens que no

comprometessem o rendimento original do cimento matriz, ou adicionada em quantidades

que agregassem vantagens no aspecto trabalhabilidade, principalmente para facilitar a

operao de bombeamento, visando principalmente preservao do equipamento.

Os resultados foram bastante positivos o que justificou o interesse das concreteiras pela

tcnica e, em pouco tempo, muitas concreteiras da grande Porto Alegre e do interior do

Estado do Rio Grande do Sul substituam cimento por cinza ou simplesmente a adicionavam

ao concreto.

Essa prtica de incorporar adies minerais ao cimento diretamente na betoneira durante apreparao do concreto citada como comum nos Estados Unidos (SILVA, 2010).

Segundo Price (1981), j na dcada de 1980 citado o emprego de pozolanas pelas

companhias de concreto pr-misturado nos EUA, com forte direcionamento para o emprego

de cinzas volantes.

Produtores de blocos e tubos de concreto, na mesma poca, empregavam cinzas volantes

para melhorar a trabalhabilidade, a resistncia e para baixar o custo. Cita ainda Price (1981)

que os benefcios para a Nao, sob a forma de aumento da produo cimenteira e o

emprego de um produto residual so de imensa importncia.

2.2 O EMPREGO DE CINZA VOLANTE EM CONCRETO

Caleja (1981) cita a importncia econmica de empregar cinza volante na fabricao de

cimento e, somada a esta, a importncia ambiental relacionada com o consumo de um

resduo poluente. Ainda sob o aspecto econmico, ressalta o autor citado a economia de

combustvel direta e indireta por estar sendo utilizado um resduo que tambm consumiu

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energia em sua produo, alm da economia relativa aos custos decorrentes de sua

disposio final.

Djanikian (1981) informa que:

[...] a reao da cal com a pozolana corresponde formao de maiscimento dento da massa endurecida, o que faz com que o concreto tenhamuito mais resistncia na medida em que passa o tempo. Os produtos dainterao cal/pozolana so do mesmo tipo que os de hidratao doscompostos anidros do clnquer. O silicato de clcio que se forma do tipotobermortico (CSH).

Apresenta, ainda Djanikian (1981), como qualidades do cimento pozolnico, a menor

permeabilidade, a maior resistncia a guas agressivas, esgotos, guas industriais, gua do

mar e guas cidas, o menor calor de hidratao e, em consequncia, a menor tendncia

fissurao de origem trmica, a maior resistncia trao, as maiores resistncias em longo

prazo e a maior durabilidade.

Soares (1981) cita, em adio, como caractersticas positivas dos cimentos pozolnicos a

inibio da reao lcali agregado, ganhos de trabalhabilidade e a contribuio para a

reduo do processo de exsudao.

Mehta e Monteiro (2008) informam como vantagens do emprego de adies minerais aoconcreto o fortalecimento da zona de transio na interface pasta/agregado e a reduo de

custos pela economia de cimento.

A velocidade com que a cal fixada condiciona o comportamento resistente do aglomerante

em curto prazo. O mecanismo consiste de uma difuso muito lenta dos ons clcio atravs

do hidrato tobermortico at o interior das partculas do material pozolnico. A partcula

pozolnica atacada de fora para dentro e recobre-se de produtos de reao que, ao

protegerem o ncleo da partcula, dificultam a difuso (DJANIKIAN, 1981).

O entendimento do fenmeno, que caracteriza uma tpica reao de superfcie, justifica a

importncia da finura do material pozolnico no desempenho da reao.

Segundo Santamaria (1981), o primeiro composto hidrulico foi a cal hidrulica,

caracterizando o descobrimento do fenmeno hidrulico com o emprego de cimentos

naturais obtidos a partir de margas que eram submetidas a um tratamento trmico e

posteriormente modas grosseiramente. O surgimento do cimento Portland define a fase que

poderia ser chamada de desenvolvimento do fenmeno hidrulico, caracterizada pelaobteno de materiais ricos em compostos hidrulicos de elevada saturao de cal,

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praticamente sem cal livre, e com uma grande quantidade de produtos desconhecidos

poca. Essa fase definida como de desenvolvimento do fenmeno hidrulico perdurou no

tempo, permitindo que fossem aprimoradas as tcnicas de queima e moagem, tendo como

objetivo a fabricao em escala industrial de um silicato triclcico praticamente puro,partindo-se apenas de dois componentes, slica e clcio.

O que na poca referido por Santamaria (1981) como supercimentos, que nada mais

representavam do que os cimentos como hoje produzidos, determinavam situaes de

instabilidade qumica como efeito da hidratao por consequncia da grande quantidade de

energia latente acumulada no estado anidro, permitindo classificar o material como

termodinamicamente instvel. A hidratao determina a liberao de grande quantidade de

hidrxido de clcio, composto solvel de grande atividade qumica, originalmente combinadano produto anidro.

A nova fase que se sucede poderia ser denominada de fase de estabilizao do fenmeno

hidrulico ou, mais precisamente, fase de estabilizao e ampliao do fenmeno hidrulico.

A estabilizao pode ser entendida como a prpria fixao do hidrxido de clcio por meio

de adies de carter cido, capazes de combinar em condies ambientes, primeiramente

representadas pelas pozolanas naturais. A ampliao do fenmeno hidrulico, por sua vez,

pode ser entendida como a extenso do universo de alternativas como o aproveitamento de

outros materiais com caractersticas pozolnicas.

O emprego de pozolanas nos cimentos Portland ou diretamente em aglomerados deve ser

entendido no somente como o aproveitamento de alguns recursos naturais ou o consumo

de resduos industriais, mas como uma forma de aproveitamento da energia potencial

representada pelo hidrxido de clcio na formao de compostos hidratados de formao

tardia com caractersticas cimentantes por um lado e, por outro, como uma forma de definir

um comportamento particularizado com relao a ataques externos na relao do material

com o ambiente, no qual se encontra inserido, ou com os prprios agregados empregados

na produo de concretos. Dessa maneira, o consumo de hidrxido de clcio nas reaes

pozolnicas pode ser entendido como uma forma de controlar a instabilidade qumica do

cimento Portland.

O desenvolvimento do cimento Portland aos moldes de como hoje produzido a partir da

segunda metade do sculo XIX, fez com que o emprego de pozolanas em adio cal,

principalmente na produo de argamassas, casse em desuso. A retomada do emprego de

pozolanas em adio ao cimento Portland ocorreu na segunda metade do sculo XX, a

partir do conhecimento mais profundo das reaes pozolnicas e suas vantagens.

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Ainda segundo Santamaria (1981), ao contrrio do senso comum de aceitar como de melhor

desempenho as pozolanas com mais elevado teor de slica, podem ser encontradas

pozolanas de desempenho satisfatrio com apenas 40% de slica e at 15% de no

queimados.

Convm citar ainda Mehta e Monteiro (2008) quanto obteno do produto a partir da

queima de carvo previamente pulverizado em usinas termeltricas modernas. Quando o

carvo pulverizado passa pela zona de queima, onde ocorrem elevadas temperaturas, a

matria voltil e o carbono so queimados enquanto que as impurezas minerais, argila,

quartzo e feldspato fundem. A matria fundida transportada rapidamente para zonas de

baixa temperatura onde solidifica na forma de partculas esfricas de vidro. A maior parte

desse material carregada pela corrente de exausto do gs, sendo captada porprecipitadores eletrostticos, por separao ciclnica e filtragem.

Rohde (2006) cita ser o emprego da cinza volante como adio ao cimento Portland e ao

concreto a utilizao mais extensiva, mais difundida e a mais simples em todo o mundo,

sendo sua utilizao mais intensiva retardada pela deficincia da disseminao do efetivo

conhecimento entre os usurios, alm das diferenas encontradas no produto.

As diferenas encontradas no produto, como citado por Rohde (2006), esto ligadas s

caractersticas do carvo e ao regime de queima, principalmente com relao temperatura

do sistema.

Mehta e Monteiro (2008) citam ser a superfcie especfica das pozolanas comuns, de baixo

teor de clcio, medida pelo permeabilmetro de Blaine, varivel entre 2000 cm/g e 3000

cm/g.

J Silva (2010) apresenta um intervalo de variao da superfcie especfica mais amplo, indo

at 8000 cm/g.

Como a reao pozolnica uma reao de superfcie, a ampla variao na superfcie

especfica admitida para o material pode representar, independentemente da constituio

qumica, um forte fator de variao de seu desempenho como pozolana.

Deve ser agregado ao entendimento das causas das variaes existentes entre diferentes

cinzas volantes o fato de nem sempre estas apresentarem a forma esfrica clssica como

citado por Mehta e Monteiro (2008).

Efetivamente as diferentes formas observadas nas partculas das cinzas volantes estudadas

e as diferentes superfcies especficas medidas so elementos fundamentais na definio do

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desempenho do material como pozolana, inclusive com relao trabalhabilidade de

concretos produzidos em igualdade de condies.

Segundo Cannon (1968), a finura da cinza volante geralmente reconhecida como um dos

principais fatores que afetam sua qualidade, podendo contribuir para a resistncia do

concreto pela reduo direta da gua, pelo incremento do volume de pasta na mistura e pela

reao pozolnica. Afirmou ainda Cannon (1968) ser mais econmico o uso da cinza na

medida em que as exigncias de resistncia diminuem.

Segundo Silva (2010):

Pozolanas so todos os alumino silicatos reativos naturais,predominantemente na forma vtrea, que se solubilizam em meio alcalino ereagem em soluo com os ons Ca2+, levando precipitao de silicatos declcio hidratados.

Segundo ainda a mesma autora:

[...] paralelamente podem ser formados aluminatos e slico aluminatosdependendo da composio qumica da pozolana.

Isoladamente esses materiais classificados como pozolanas no possuem qualquer

capacidade aglomerante, mas em presena de gua reagem com o hidrxido de clcioliberado na hidratao do cimento Portland, formando compostos cimentantes.

Nos Estados Unidos so menos comuns cimentos com adies, estando o emprego de

pozolanas, como de resto qualquer adio mineral, mais difundido em adio a cimentos

puros diretamente na betoneira durante a preparao do concreto. Em outros pases como

Brasil, Frana e Alemanha, mais comum a incorporao de adies minerais na etapa de

moagem durante a fabricao de cimentos Portland (SILVA, 2010).

Segundo Davis, Carlson e Kelly (1937):

Cinzas volantes com baixo teor de carbono e elevada finura apresentam altograu de atividade pozolnica, podendo ser comparadas maioria daspozolanas naturais. Quando cinzas volantes so usadas em moderadaspercentagens em substituio ao cimento Portland podem ser produzidosconcretos que exibem qualidades iguais e, em alguns aspectos, superioresquelas exibidas por concretos produzidos sem o emprego de cinzasvolantes.

Davis, Carlson, e Kelly (1937) definem cinza volante como o resduo da queima de carvomineral como combustvel. Ao passar pela zona de elevada temperatura no interior de uma

caldeira, o carbono queimado e o resduo permanece em suspenso na forma de

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partculas fundidas. Essas partculas ainda em suspenso so rapidamente carreadas para

zonas de temperaturas mais baixas onde solidificam para formar a cinza volante com muitas

partculas na forma esfrica, sendo captadas por precipitadores antes de ganharem a

atmosfera. Citam ainda os mesmos autores que, como as cinzas volantes podem serobtidas de diferentes carves, h diferenas na composio qumica, embora sempre sejam

os principais componentes a slica, a alumina, o xido de ferro e o xido de clcio.

O componente presente em maior concentrao ser sempre a slica, assim como sempre

haver carbono mesmo que em pequenas quantidades.

Seguindo ainda o apresentado por Davis, Carlson e Kelly (1937), para construes pesadas

em concreto, cinzas volantes podem ser empregadas em substituio ao cimento Portland

em percentagens to elevadas como 50%, pela vantagem de diminuir o calor de hidratao.

A melhora na trabalhabilidade dos concretos atribuda forma esfrica da cinza, sendo os

resultados obtidos a partir da simples mistura da cinza volante ao cimento Portland to ou

at mais eficiente do que a mistura obtida da moagem conjunta dos dois materiais.

A baixa resistncia inicial obtida em concretos produzidos com a substituio de cimento

Portland por cinza volante levou vrios projetistas a concluir que cinza volante somente

desejvel ou econmica em concreto massa, nos quais a resistncia no o fator mais

importante (CANNON, 1968). Lovewell e Washa1 (1958) apud Cannon (1968)

desenvolveram um mtodo de dosagem que permitia a obteno de resistncias

equivalentes aos 28 dias de idade a partir da adio de cinza volante em quantidades

superiores ao cimento retirado.

J naquela poca era sabido ser menor a resistncia inicial obtida em concretos produzidos

com substituio de cimento Portland por cinza volante em comparao com concretos de

mesma consistncia sem substituio, e mais elevada resistncia final (DAVIS, CARLSON e

KELLY, 1937).

Essa ltima situao apresentada considera em primeiro lugar a atividade qumica da

pozolana, explorando sua capacidade de formar novos compostos cimentantes, permitindo o

atingimento das resistncias esperadas com menores consumos de cimento e com menor

gerao de calor durante o processo de hidratao.

1LOVEWELL, C. E.; WASHA, G. W. Proportioning concrete Mixtures using fly ash. ACI Journal Proceedings,

Detroit, v. 54, n. 12, p. 1093-1102, Jun. 1958.

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Em outras situaes a pozolana empregada primordialmente como elemento determinante

da alterao do comportamento reolgico de concretos produzidos com baixos consumos de

cimento, melhorando sua trabalhabilidade.

Misturas com baixos consumos de cimento em geral apresentam deficincias em sua

trabalhabilidade e notada tendncia segregao se a tentativa de aumentar a

trabalhabilidade considerar apenas o acrscimo de gua. A melhoria da trabalhabilidade de

concretos produzidos a partir de baixos consumos de cimento, que inclui a reduo da

tendncia segregao, pode ser obtida pela adio de pozolanas, ou especificamente

cinza volante, explorando o benefcio fsico decorrente do aumento do volume de pasta pela

adio desse material em complementao queles advindos das reaes pozolnicas.

Concretos magros, de baixos teores de cimento, sempre exigem uma quantidade maior de

gua para uma determinada condio de trabalhabilidade, j que, como o aumento da

trabalhabilidade est relacionado diretamente com o aumento do volume de pasta, este

aumentado pelo acrscimo de gua. Em se tratando de uma mistura com baixo teor de

finos, essa prtica intuitiva introduz efeitos colaterais negativos. Esses efeitos tanto podem

estar relacionados com baixa capacidade da mistura em reter gua, como com a retrao e

a segregao, assim como com a diminuio do rendimento do material, j que a adoo de

elevadas relaes gua/cimento determina a reduo da resistncia mecnica. A diminuio

da durabilidade igualmente pode ser considerada como um desses efeitos colaterais.

Se a melhoria da trabalhabilidade obtida a partir do aumento do volume de pasta, em

misturas pobres este pode ser obtido pela incorporao de uma pozolana. Os nveis

requeridos de trabalhabilidade podero, ento, ser atingidos pela preservao da coeso e

da reteno de gua adequadas quantidade de gua empregada na mistura, representada

pela percentagem de gua sobre o total de materiais.

Ainda considerando misturas de baixo consumo de cimento, possvel esperar que oaumento no teor de material fino determine uma melhor trabalhabilidade com menor

demanda de gua o que significar, tambm, ganho de resistncia mecnica, pela reao

pozolnica, e se desse procedimento resultar reduo da relao gua/cimento.

Em concretos bombeados, a melhoria nas condies de trabalhabilidade determina maior

facilidade nas condies de bombeamento, representando menor nvel de desgaste do

equipamento.

Diante do exposto, alm dos benefcios que sempre decorrem do estabelecimento de

reaes pozolnicas, esse material igualmente empregado pelos benefcios inerentes s

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alteraes das caractersticas de natureza fsica na mistura, principalmente aquelas de

menor consumo de cimento, estando sempre relacionadas com o aumento do volume de

pasta e com a consequente melhoria na trabalhabilidade.

Em concretos de elevado consumo de cimento, sem deficincia de trabalhabilidade, a

adio de uma pozolana dever ser procedida com vistas explorao de sua atividade

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