Post on 07-Dec-2018
Concreto estrutural com teores muito Concreto estrutural com teores muito elevados de adielevados de adiçções minerais: um estudo ões minerais: um estudo
de durabilidadede durabilidadeGeraldo C. IsaiaGeraldo C. Isaia
VIII Seminário
“Desenvolvimento Sustentável e a Reciclagem
na Construção Civil” CT-MAB MEIO
AMBIENTE
Água - m3
Cimento - t
Agregado - tHabitantes - u
n
2030 2050
20
25
30
35
40
45
2
3
6
8
1
4
5
7
9
10
11
CONSUMO DE MATERIAIS DO CONSUMO DE MATERIAIS DO CONCRETOCONCRETO
Consumo per capita:Consumo per capita:1 t / hab. / ano1 t / hab. / ano
FabricaFabricaçção do cimento:ão do cimento:1 t de CO1 t de CO22 / t/ t
(1,5 bilhões t / ano)(1,5 bilhões t / ano)
Cimento Cimento éé responsresponsáável por vel por 7 % da emissão de CO7 % da emissão de CO2 2 na atmosferana atmosfera
ADIADIÇÇÕES MINERAISÕES MINERAIS
Impacto ambiental: poluição terrestre, aérea e de aqüíferos.
Produção anual atual:• Cinza volante: 600 milhões de ton.• Escória: 300 milhões de ton.• Cinza de casca de arroz: 20 milhões de ton.• Sílica ativa: 2 milhões de ton.
Papel dialético das adições minerais: de resíduo poluidor a produto cimentício para aumentar o desempenho do concreto
CAD COM ADICAD COM ADIÇÇÕES MINERAISÕES MINERAIS
+ Resíduos
- Energia
+ Reciclagem
- Mat. prima
+ Reuso
- Desperdício
+ Redução
- Poluição
ADIADIÇÇÕES MINERAIS EM CAD: ÕES MINERAIS EM CAD: 11ºº ESTUDO DE CASOESTUDO DE CASO
•• Referência: 100 % de cimentoReferência: 100 % de cimento
•• Cinza volante: 12,5, 25 e 50 %Cinza volante: 12,5, 25 e 50 %
•• Cinza de casca de arroz, 12,5, 25 e 50%Cinza de casca de arroz, 12,5, 25 e 50%
•• Filler calcFiller calcáário : 12,5, 25 e e 50%rio : 12,5, 25 e e 50%
•• CV + CCA: (12,5 + 12,5) e (25 + 25) %CV + CCA: (12,5 + 12,5) e (25 + 25) %
ESTUDO DE ESTUDO DE DURABILIDADURABILIDA
DEDE
CONSUMO DE CIMENTO REAL E CONSUMO DE CIMENTO REAL E EQUIV ALENTEEQUIV ALENTE
CONSUMO DE ENERGIA DO CONSUMO DE ENERGIA DO AGLOMERANTEAGLOMERANTE
INDICES DE INDICES DE DURABILIDADEDURABILIDADE
Case Study 2:Case Study 2:Concrete mixturesConcrete mixtures
•• Reference mixture with 100% PCReference mixture with 100% PC
•• Pozzolanic mixtures replacing PC in mass:Pozzolanic mixtures replacing PC in mass:
Fly ash (FA): 25%, 50%;Fly ash (FA): 25%, 50%;
Silica fume (SF): 10%, 20%;Silica fume (SF): 10%, 20%;
Rice husk ash (RHA): 25%, 50Rice husk ash (RHA): 25%, 50
FA + SF: (15 + 10)%, (30 + 20)%FA + SF: (15 + 10)%, (30 + 20)%
FA + RHA: (10 + 15)%, (20 + 30)%FA + RHA: (10 + 15)%, (20 + 30)%
Test resultsTest results
0
0
6
6
2
4
4
4
2
2
6
8
10
12
14
16SF10
SF20
FA25
RHA25
FA+SF(15+10)
FA+RHA(15+10)
FA50
RHA50
FA+SF(30+20)
FA+RHA(20+30)
REF
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,45
0,45
0,45
0,45
0,45
0,45
0,45
0,45
0,45
0,45
0,45
0,55
0,55
0,55
0,55
0,55
0,55
0,55
0,55
0,55
0,55
0,55
CH
- %
kacc
/ kn
at
k m
m .
year
o
u m
m .
wee
kc
-
w/cmw/cmReferenceReference Pozz Pozz ≤≤ 25%25% Pozz = 50%Pozz = 50% 50% / <25%50% / <25%
Acc.Acc. Nat.Nat. Acc.Acc. Nat.Nat. AccAcc.. Nat.Nat. Acc.Acc. Nat.Nat.
0.350.35 -- -- 0.200.20 0.460.46 4.744.74 1.731.73 23.7x23.7x 3.8x3.8x
0.450.45 0.100.10 0.010.01 1.121.12 1.291.29 15.0615.06 4.804.80 13.4x13.4x 3.7x3.7x
0.550.55 2.632.63 0.850.85 6.376.37 4.044.04 42.4142.41 9.349.34 6.7x6.7x 2.3x2.3x
Var.Var. 31.9x31.9x 8.8x8.8x 8.9x8.9x 5.4x5.4x
Mean values of accelerated (mm.weekMean values of accelerated (mm.week0.50.5) ) and natural (mm.yearand natural (mm.year0.50.5) ) carbonation coefficientscarbonation coefficients
Means values of remaining Means values of remaining calcium hydroxidecalcium hydroxide
w/cmw/cm REFREF Pozz Pozz ≤≤25%25%
Pozz = Pozz = 50%50%
25% / 25% / 50%50%
0.350.35 4.94.9 3.03.0 0.80.8 3.8 x3.8 x
0.450.45 5.45.4 3.53.5 0.90.9 3.9 x3.9 x
0.550.55 5.95.9 4.24.2 1.51.5 2.8 x2.8 x
Means Means 5.45.4 3.63.6 1.11.1
70
70
60
60
50
50
REF
0,1
0,1
0,01
0,01
1
1
10
10
50
50
ln kc mm.year 0,5
ln kc mm.week0,5
fc = 70 Mpa
fc = 70 Mpa
Mpa
Mpa
at 182 daysat 182 days
at 182 daysat 182 days
TraTraççosos•• Referência (Referência (100% CP100% CP--V) V) RR•• 70%E + 20%CV + 10%CP70%E + 20%CV + 10%CP--V V EVEV•• 70%E + 20%CV + 10%CP70%E + 20%CV + 10%CP--V + 20% V + 20% CalCal EVCEVC
RelaRelaçções a/ag:ões a/ag:R: 0.40, 0.60 e 0.80 R: 0.40, 0.60 e 0.80 R4, R6 e R8R4, R6 e R8EV: 0.30, 0.40 e 0.50 EV: 0.30, 0.40 e 0.50 EV3, EV4 e EV5EV3, EV4 e EV5EVC: 0.30, 0.40 e 0.50 EVC: 0.30, 0.40 e 0.50 EVC3, EVC4 e EVC5EVC3, EVC4 e EVC5
Profundidade das Camadas:Profundidade das Camadas:0 0 –– 1.0cm 1.0cm C1C12.0 2.0 –– 3.0cm 3.0cm C2C24.5 4.5 –– 5.5cm 5.5cm C3C3
Repor o CH não formado pela substituição do cimento e devido ao
consumo nas reações pozolânicas.
CAD com 90% de adiCAD com 90% de adiçções minerais e cal: ões minerais e cal: 33ºº estudo de casoestudo de caso
ANANÁÁLISE DOS RESULTADOSLISE DOS RESULTADOS
RESISTÊNCIA RESISTÊNCIA ÀÀ COMPRESSÃOCOMPRESSÃO
R4 R5 R6 R8 E3 E4 E5 EC3 EC4 EC5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
RESI
STÊ
NCIA
À C
OM
PRES
SÃO
(Mpa
)RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO
fc 28 (Mpa)fc 91 (Mpa)fc 182 (Mpa)fc 300 (Mpa)
Eficiência da CalEficiência da Cal
28 dias: 28 dias: 40%40%91 dias: 91 dias: 16%16%
182 dias: 182 dias: 12%12%300 dias: 300 dias: 5%5%
131124
106100100
165
119 123115
105
116
100105
99110
0
20
40
60
80
100
120
140
160
EV3 EV4 EV5 EVC3 EVC4 EVC5
Índi
ce d
e E
ficiê
ncia
da
Cal
(%)
28 91 182 300
Porosidade TotalPorosidade Total
50MPa
0,10
22
0,08
66 0,09
66
0,06
46
0,06
46
0,06
68
0,08
60
0,06
89
0,08
48
0,08
01 0,09
60
0,09
44
0,06
46
0,05
35
0,05
08
0,04
60
0,06
03
0,05
46
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
C1 C2 C3 C1 C2 C3 C1 C2 C3 C1 C2 C3 C1 C2 C3 C1 C2 C3
R EV EVC R EV EVC
91dias 300dias
Volu
me
Tota
l Int
rudi
do d
e H
g (m
l/g)
84
67
85 8378
95 94 92
63 63
52
63
5045
6559
53
100
Traço
Camadas
fc = 50MPafc = 50MPa
91 dias91 dias 300 dias300 diasC1: C1: EV EV ↓↓VTIVTI
C3: C3: R R ↓↓VTIVTI
Cal Cal ↑↑VTIVTI
C1: C1: R, EV R, EV ↓↓VTIVTI
C3: C3: EV EV ↓↓VTIVTI
50MPa - 91 dias
0,034753%
0,013514%0,0078
8%
0,052561%
0,057668%
0,00495%
0,00718%
0,00536%
0,00294%
0,019329%
0,036341%
0,043042%
0,026230%
0,018422%
0,047060%
0,048850%
0,029836% 0,0059
6%
0,015023%
0,036141%
0,051450%
0,00789% 0,0089
10%
0,028235%
0,040842%
0,060863%
0,085590%
0,00
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,10
0,11
C1 C2 C3 C1 C2 C3 C1 C2 C3
R EV EVC
Volu
me
Tota
l Int
rudi
do d
e H
g (m
l/g)
Φ>50nm 10<Φ<50nm Φ<10nm
'
DistribuiDistribuiçção dos Porosão dos Poros
C1:C1: R, EVC R, EVC ↑↑Micro Micro ↓↓MacroMacro
C3:C3: EVC EVC ↑↑Micro Micro ↓↓MacroMacro
fc=50MPa fc=50MPa –– 91dias91dias
Diâmetro CrDiâmetro Crííticotico
21
50
259277
128
40
9
270
36
9 12
40
200
62
9
146
19 90
50
100
150
200
250
300
C1 C2 C3 C1 C2 C3 C1 C2 C3 C1 C2 C3 C1 C2 C3 C1 C2 C3
R4 EV4 EVC4 R4 EV4 EVC4
91 dias 300 dias
φ cr
ítico
(nm
)
Traço
Camadas
a/ag = 0.40a/ag = 0.40
C1:C1: R R ↓↓ ΦΦcrcríítt
C3:C3: EVC EVC ↓↓ ΦΦcrcríítt
↑↑ Refinamento dos PorosRefinamento dos Poros
ÁÁgu
a C
ombi
nad
agu
a C
ombi
nad
a50M Pa
3,263,00 2,87
1,121,32 1,39
2,20 2,332,56
4,79
4,273,93
4,755,00
5,22 5,42 5,51
6,05
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
C1 C2 C3 C1 C2 C3 C1 C2 C3 C1 C2 C3 C1 C2 C3 C1 C2 C3
R EV EVC R EV EVC
91dias 300dias
Águ
a C
ombi
nada
(%)
Traço
Camada
fc = 50MPafc = 50MPa
91 dias:91 dias: R R ↑↑ ACAC300 dias:300 dias: EV, EVC EV, EVC ↑↑ ACACCal:Cal: ↑↑ AC AC 91 e 300 dias91 e 300 dias
AtivaAtivaçção da Escão da Escóóriaria
CH CH ReaReaçções Pozolânicasões Pozolânicas
AbsorAbsorçção de ão de áágua gua Reserva de Umidade Reserva de Umidade
MEVMEV42 MPa42 MPa
AbsorAbsorççãoãocapilar capilar
91 x 300 91 x 300 diasdias
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
R4 R5 R6 R8 EV3 EV4 EV5 EVC3 EVC4 EVC5
ABS
OR
ÇÃO
CA
PILA
R (g
/m²)
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
R4 R5 R6 R8 EV3 EV4 EV5 EVC3 EVC4 EVC5
ABSO
RÇÃ
O C
AP
ILA
R (g
/m²) 91 dias91 dias91 dias91 dias
300 dias300 dias
CoeficienteCoeficientede difusãode difusão
de de ááguagua
0
1
2
3
4
5
6
7
8
R4 R5 R6 R8 EV3 EV4 EV5 EVC3 EVC4 EVC5
DIFU
SÃO
DE
AGU
A (x
10-9
m/s
2 )
CAMADA 1CAMADA 2CAMADA 3
0
1
2
3
4
5
6
7
8
R4 R5 R6 R8 EV3 EV4 EV5 EVC3 EVC4 EVC5
DIF
USÃ
O D
E AG
UA
(x10
-9 m
/s2 )
CAMADA 1CAMADA 2CAMADA 3
91 dias91 dias
300 dias300 dias
CarbonataCarbonataççãão aceleradao acelerada
CAMADA 1 - 91 DIAS
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 1 2 3 4Tempo - (semana0,5)
Prof
undi
dade
car
bona
tada
(mm
) R4
R6
R8
EV3
EV4
EV5
EVC3
EVC4
EVC5
CAMADA 1 - 300 DIAS
0
10
20
30
40
50
60
70
0 1 2 3 4Tempo - (semana0,5)
Prof
undi
dade
car
bona
tada
(mm
) R4
R6
R8
EV3
EV4
EV5
EVC3
EVC4
EVC5
Desenvolvimento dos coeficientes de carbonatação com o tempo em igualdade de Resistência 50 MPa
y = 0,0217x - 0,198 y = -0,0042x + 5,0042
y = 0,0184x + 5,4164
y = 0,0223x + 4,3229
y = 0,0189x + 5,1892
y = -0,0052x + 5,2535
y = -0,0076x + 5,6473
y = 0,0209x - 0,2563
y = 0,0217x - 0,2303
0,0000
2,0000
4,0000
6,0000
8,0000
10,0000
12,0000
0 90 180 270 360
Idade dos Ensaios
-0,5 R_C1
R_C2
R_C3
EV_C1
EV_C2
EV_C3
EVC_C1EVC_C2EVC_C3
Coeficiente de carbonataCoeficiente de carbonataçção emão emigualdade de resistência = 50 igualdade de resistência = 50
MPaMPa
91 dias 300 dias*C1 C2 C3 C1 C2 C3
Coeficiente carbon. mm.sem-0,5 6,17 5,55 5,36 4,044,04
--35%35%4,074,07--27%27%
3,983,98--26%26%
Volume total de Hg Intrudido cm³ 0,0976 0,0963 0,0946 0,06030,0603
--38%38%0,05720,0572--41%41%
0,05200,0520--45%45%
Φ crítico nm 270 36 9 146146
--46%46%1919
--47%47%99
0%0%Água combinada % 2,23 2,34 2,56 5,365,36
+140%+140%5,425,42
+232%+232%5,895,89
+230%+230%C-S-H / DRX Counts 140 167 155 172172
+23%+23%226226
+35%+35%201201
+30%+30%CH remanescente% 2,10 3,20 6,30 2,752,75
+30%+30%3,503,50+9%+9%
6,456,45+2%+2%
pH 12,73 12,80 13,11 12,6012,60--1%1%
12,5912,59--2%2%
12,6212,62--4%4%
Coeficiente de carbonataCoeficiente de carbonataçção ão –– a/ag = 0,40a/ag = 0,40
CH CH -- % 91 dias% 91 dias CH CH -- % 300 dias% 300 diasC1C1 C2C2 C3C3 ΔΔ3131 -- %% C1C1 C2C2 C3C3 ΔΔ3131 -- %%
RREVEVEVCEVC
4,094,092,992,993,183,18
3,293,293,093,094,184,18
2,812,813,623,626,856,85
--31,331,321,121,1115,0115,0
3,693,691,861,863,053,05
3,743,742,272,274,034,03
3,943,942,852,856,406,40
6,86,853,253,2210,0210,0
EV/REV/REVC/REVC/REVC/EVEVC/EV
0,730,730,780,781,061,06
0,940,941,271,271,351,35
1,291,292,442,441,891,89
0,500,500,830,831,641,64
0,610,611,081,081,781,78
0,720,721,621,622,252,25
Teores de hidrTeores de hidróóxido de cxido de cáálcio remanescentelcio remanescenteigualdade de resistência = 50 MPaigualdade de resistência = 50 MPa
0 10 20
C1 C2 C330 40 50 60 70 80
EVC
EV
RNAT.
ACEL.
1
1
3
3
91 d.
300 d.
Profundidade - mm
Profundidades carbonatadas para fc = 50 MPaProfundidades carbonatadas para fc = 50 MPa
20 30 40 50 60 70
250
500
750
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Resistência à compressão - MPa
Pene
traç
ão d
e C
lore
tos
- Cou
lom
b C= -128,9.fc + 10512R91
R300
r = 0,982
C= -112,2.fc + 9156r = 0,962
EVC300
EVC91EV91
EV300
C= -1,947.fc + 391r = 0,302
C= -4,201.fc + 553r = 0,732
C= -3,080.fc + 6643r = 0,982
C= -4,874.fc + 668r = 0,772
PenetraPenetraçção de cloretos x ão de cloretos x ResistênciaResistência
20 30 40 50 60 70
0,100
0,200
0,300
Resistência à compressão - MPa
Teor
de
clor
etos
retid
os -
% R91R300
EVC300 EVC91
EV91
EV300
C = -1,993.10 Cl - 0,253-3
r = 0,502
C = -4,34.10 Cl + 0,365-3
r = 0,672
C = -2,269.10 Cl + 0,237-5
r = 0,722
C = -2,990.10 Cl + 0,297-3
r = 0,562
C = -3,152.10 Cl + 0,333-3
r = 0,872
C = -3,00 .10 Cl + 0,321-3
r = 0,922
Teor de cloretos xTeor de cloretos xResistênciaResistência
0,0 2,5 5,0
1
0
2
3
Profundidade - mm
Rel
ação
Cl/
OH
--
EV300
EV91
R. CRÍT.
EVC91
R300
R91
EVC300
RelaRelaçção iônica Clão iônica Cl--/OH/OH--
para fc = 50 MPapara fc = 50 MPa
Estudo de sustentabilidade: 4º estudo
de caso •• Concreto de referência: 100% CPConcreto de referência: 100% CP•• Cinza volante: 50%Cinza volante: 50%•• EscEscóória de alto forno: 70%ria de alto forno: 70%•• EscEscóória + cinza volante: 70% + 20%ria + cinza volante: 70% + 20%•• Ensaios de durabilidade: carbonataEnsaios de durabilidade: carbonataçção, ão,
penetrapenetraçção de cloretos, teor de cloretos ão de cloretos, teor de cloretos retidos e relaretidos e relaçção Clão Cl--/OH/OH--
•• AnAnáálise dos resultados para 40 e 55 MPalise dos resultados para 40 e 55 MPa
Custo dos materiais US$/m³
Índices de durabilidade
ffcc
MPaMPa TraTraççooCarboCarbo--
natanataççãoãoPenetPenet
ClCl--ClCl--
retidoretidoClCl--/ / OHOH--
Indice Indice mméédiodio
4040 REFREF90ECV90ECV
1001009090
1001001414
1001007878
1001008181
1001006666
5555 REFREF90ECV90ECV
22227070
83831313
1001007171
1001006363
50503939
Diferenças entre os traços REF e 90 ECV
ffcc
MPaMPaCimentoCimento
kg/mkg/m³³CustoCusto
US$/mUS$/m³³EnergiaEnergiaMJ/mMJ/m³³
COCO22eqeqkg/mkg/m³³
Durab.Durab.ííndicendice
4040 222222(83%)(83%)
3,483,48(5%)(5%)
11401140(58%)(58%)
370370(81%)(81%)
3434(34%)(34%)
5050 338338(85%)(85%)
4,044,04(5%)(5%)
17531753(65%)(65%)
523523(83%)(83%)
1414(21%)(21%)
Ganhos potenciaisGanhos potenciais
•• Se 3,5 % (230 MmSe 3,5 % (230 Mm³³, 2005) da PM de concreto fosse , 2005) da PM de concreto fosse
executada com o traexecutada com o traçço 90ECV, os ganhos seriam:o 90ECV, os ganhos seriam:
78 Mt de cimento (4,4%) = acr78 Mt de cimento (4,4%) = acrééscimo anual da PMscimo anual da PM
120 Mt de CO120 Mt de CO2eq 2eq (0,5% da P.M)(0,5% da P.M)
0,40 EJ (0,08% PM) = 5,3 Mhab (Dinamarca)0,40 EJ (0,08% PM) = 5,3 Mhab (Dinamarca)
US$ 1,53 bilhões de lucro (9% s/REF)US$ 1,53 bilhões de lucro (9% s/REF)
Conclusão•• Pelos estudos de caso concluiPelos estudos de caso conclui--se que:se que:•• Os ganhos de durabilidade, de custo e de Os ganhos de durabilidade, de custo e de
sustentabilidade são proporcionais ao teor sustentabilidade são proporcionais ao teor de substituide substituiçção do CP por adião do CP por adiçções minerais;ões minerais;
•• Concretos de alta resistência (CAD) são mais Concretos de alta resistência (CAD) são mais sustentsustentááveis e econômicos que os de veis e econômicos que os de resistência normal;resistência normal;
•• Existe viabilidade de substituirExiste viabilidade de substituir--se atse atéé 90% do90% do cimento por adicimento por adiçções minerais, com adiões minerais, com adiçção deão de cal hidratada, sem prejucal hidratada, sem prejuíízo da durabilidade.zo da durabilidade.