Influência da relação água/aglomerante e da proporção de sílica ativa na resistência abrasiva de concretos de alta resistência



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Influência da relação água/aglomerante e da proporção de sílica ativa na resistência abrasiva de concretos de alta resistência
Muryel Correia de Carvalho Poliszuk(Outros-Unioeste), Vinícius Grolli, Pétterson Vinícius Pramiu), Giovanna Patrícia Gava Oyamada, Rogério Luis Rizzi(Orientador), e-mail: rogeriorizzi@hotmail.com
Universidade Estadual do Oeste do Paraná/Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas/Cascavel-PR
Grande área e área: Engenharias - Engenharia Civil
Palavras-chave: Desgaste abrasivo, Concreto de alta resistência.
Resumo
Este trabalho avalia a resistência abrasiva de concretos de alta resistência (CAR), dosados com diferentes relações água/aglomerante e proporções de sílica ativa. Estas atividades foram realizadas durante o desenvolvimento do projeto denominado “Simulação de efeitos erosivos no vertedouro da barragem de Itaipu”, realizado em parceria com o CEASB/PTI e Unioeste. Foi analisada a influência de três diferentes relações água/aglomerante e três diferentes teores de sílica ativa, sobre a resistência abrasiva do concreto. Além de quantificar a perda de massa e a profundidade de desgaste devido à abrasão nestes concretos segundo a norma ASTM C1138M (1997), os resultados experimentais de perda de massa foram ajustados a uma formulação não linear para modelar matematicamente o desgaste abrasivo em concreto.
Introdução
Construído com a finalidade de auxiliar no controle de excedentes no reservatório, o vertedouro da Usina de Itaipu dispõe de três calhas de concreto e quatorze comportas, que quando abertas simultaneamente deixam extravasar um volume grande de água a uma alta velocidade, desgastando a superfície da calha. Ao perceber a evolução desse desgaste, ações de reparo, manutenção e levantamentos para quantificação destes efeitos são necessárias com intuito de evitar maiores danos estruturais e prejuízos para a estrutura que foi projetada para suportar uma vazão máxima de aproximadamente 62 milhões de litros por segundo.

Neste trabalho é focado o estudo da influência de três diferentes relações água/aglomerante (a/aglo) e três diferentes teores de sílica ativa (SA), sobre a resistência abrasiva de concretos dosados semelhantemente àquelas presentes na calha esquerda do vertedouro da Usina Hidroelétrica de Itaipu.


Materiais e Métodos
Os concretos avaliados foram produzidos no Laboratório de Estruturas e Materiais de Engenharia da Universidade Estadual do Oeste do Paraná – Campus Cascavel. Visando verificar a resistência das estruturas de concreto aos efeitos abrasivos, empregou-se o ensaio de abrasão conforme sugerido pela norma ASTM 1138/1997. Os ensaios realizados buscaram obter os valores referentes à perda de massa, perda de volume e profundidade de desgaste dos corpos de prova (30x10cm) de concretos obtidos em intervalos de 12 horas, até finalizar o ensaio com 120 horas.

Para realização dos ensaios, foram confeccionadas cinco misturas de concreto (ver Tabela 1) as quais visavam verificar a variação da resistência dos concretos alterando em sua composição o teor de sílica ativa e a relação água/aglomerante. Para cada dosagem de concreto foram confeccionados três corpos de prova de 30x10cm para os ensaios de desgaste à abrasão (ASTM 1138, 1997), dois corpos de prova de 15x30cm para determinação da resistência à tração por compressão diametral (ABNT NBR 7222, 2010) e outros 10 corpos de prova de 10x20cm para determinação do índice de vazios (ABNT NBR 9778, 2005) e resistência à compressão aos 28 dias (ABNT NBR 5739, 2007).


Tabela 1 – Proporções dos concretos utilizados para os ensaios de abrasão.

Identificação do concreto

Consumo de materiais por metro cúbico de concreto

Cimento

(kg)


Sílica

Ativa


(kg)

Areia

Natural


(kg)

Areia artificial

(kg)


Brita 1

(kg)


Água

(L)


CP V-ARI SA 0%

a/aglo = 0,35



563,0

0

467,29

219,57

1069,70

197,05

CP V-ARI SA 0%

a/aglo = 0,45



438,2

0

556,53

258,54

1064,85

197,19

CP V-ARI SA 8%

a/aglo = 0,45



403,16

25,77

556,53

258,54

1064,85

197,19

CP V-ARI SA 15%

a/aglo = 0,45



372,48

48,33

556,53

258,54

1064,85

197,19

CP V-ARI SA 0%

a/aglo = 0,55



357,43

0

604,06

285,94

1065,14

196,59


Resultados e Discussão
A Tabela 2 fornece os resultados de perda de massa após 120 horas de ensaio, assim como demais propriedades dos concretos. A Figura 1 mostra que o concreto com relação água/aglomerante igual a 0,55 foi o que apresentou maior perda de massa devido ao desgaste abrasivo, enquanto que o de relação 0,35 apresentou a menor perda de massa. Isto pode estar relacionado à redução da resistência à compressão axial quando do acréscimo da relação água/aglomerante.

Os concretos com relação água/aglomerante igual a 0,45 que tiveram diferentes teores de sílica ativa em sua composição apresentaram um valor de perda de massa e de velocidade máxima de perda de massa semelhantes, como apresentado na Figura 1. Embora o aumento da proporção de sílica ativa na composição do concreto tenha reduzido o índice de vazios e elevado os respectivos valores de resistência à compressão, a adição de sílica ativa, nos teores estudados, não contribuiu para o aumento da resistência abrasiva dos concretos. A Tabela 2 mostra profundidades de desgaste entre 8,42 e 8,58mm para as proporções de sílica ativa entre 0 e 15%. Estes resultados são semelhantes aos relatados por Yen et all. (2007) que avaliaram a influência de adições pozolânicas de cinza volante (classe F) na resistência abrasiva de concretos de elevadas resistências.


Tabela 2 – Propriedades determinadas aos 28 dias nos concretos estudados.

Identificação

do concreto



Propriedades

Profundidade desgaste

(mm)


Resistência Compressão (MPa)

Resistência Tração

(MPa)


Absorção

(%)


Índice

Vazios (%)



CP V-ARI SA 0%

a/aglo = 0,35



6,74

67,9

4,4

5,40

12,73

CP V-ARI SA 0%

a/aglo = 0,45



8,42

59,1

4,1

5,21

12,53

CP V-ARI SA 8%

a/aglo = 0,45



8,48

61,9

4,0

4,96

11,93

CP V-ARI SA 15%

a/aglo = 0,45



8,58

68,1

5,0

4,98

11,76

CP V-ARI SA 0%

a/aglo = 0,55



12,31

56,8

3,3

4,78

11,54




Figura 1 – Perda de massa com o tempo e velocidade perda de massa dos concretos estudados.


Conclusões
Os resultados obtidos indicam a influência da variação da relação água-aglomerante e adição de sílica ativa na resistência abrasiva do concreto. A relação água/aglomerante é um fator relevante na resistência abrasiva do concreto, estando diretamente relacionada à resistência à compressão axial. Por outro lado, adições pozolânicas como sílica ativa, que além de reduzirem o calor de hidratação durante a cura do concreto, também contribuem para aumento da resistência à compressão axial, não influenciaram diretamente na redução da perda de massa por abrasão dentro do intervalo percentual (0%-15%) avaliado.
Agradecimentos
Ao CEASB/PTI/ITAIPU pelo financiamento do Projeto e à Unioeste pela disponibilidade de espaço físico e infraestrutura.
Referências

American Society for Testing and Materials - ASTM. Standard Test Method for Abrasion Resistance of Concrete. ASTM - C1138, 1997.

Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 7222: Concreto e argamassa — Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 2010.

_____. NBR 9778: Argamassa e concreto endurecidos - Determinação da absorção de água, índice de vazios e massa específica. Rio de Janeiro, 2005.

_____. NBR 5739: Concreto - Ensaios de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 2007.

Tsong Yen, Tsao-Hua Hsu, Yu-Wen Liu, Shin-Ho Chen. Influence of class F fly ash on the abrasion–erosion resistance of high-strength concrete, Construction and Building Materials, Volume 21, Issue 2, February 2007, Pages 458-463.






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