Concreto de pós reativos: Uma análise teórica sobre as novas tendências

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ARTIGO DE REVISÃO

FERREIRA, Gabriel Alves [1], SOUSA, Fernando Henrique Fernandes [2], FERNANDES, Ana Júlia Maciel Marinho [3], CALDEIRA, Michael Vinicius Martins [4], NETTO, Antonio Jeronimo [5]

FERREIRA, Gabriel Alves. Et al. Concreto de pós reativos: Uma análise teórica sobre as novas tendências. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 05, Ed. 06, Vol. 09, pp. 22-33. Junho de 2020. ISSN: 2448-0959, Link de acesso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-civil/pos-reativos

RESUMO

O concreto é o material de construção mais utilizado pelo homem. A ideia principal na produção de qualquer concreto é a criação de um material com características próximas as rochas com a vantagem de ser moldável. O concreto de pós reativos são uma evolução frente aos demais, sendo composto basicamente por agregado miúdo, sílica ativa, pó ultrafino (geralmente quartzo), aditivos de alta eficiência, água e cimento, o que por sua vez apresenta relação água/cimento muito reduzida, situando-se entre 0,15 e 0,20. O presente trabalho é uma pesquisa qualitativa com base bibliográfica, através de estudos e livros publicados que expressem a análise teórica sobre as novas tendências do concreto de pós reativos. O estudo deste visa evidenciar novas tendências no que diz respeito a novas metodologias e novos materiais empregados na fabricação do concreto de pós-reativos. Na atual pesquisa, são utilizadas bases de dados eletrônicos Scielo; ScienceDirect; Springerlink, de ano indefinido ao ano 2021, usando as palavras-chaves nos idiomas português e inglês. Foi constatado mediante a revisão de literatura que as variáveis métodos de cura; uso de novos materiais; e até testes nas condições de carregamentos, apresentam em sua totalidade desempenho satisfatório quanto as condições físicas, químicas, mecânicas e de durabilidade de concretos de pós-reativos.

Palavras-chave: Concreto Pós reativo, concreto, pós reativo, novos materiais, novas tecnologias.

1. INTRODUÇÃO

O concreto é o material artificial de construção mais empregado no mundo, tendo como principais componentes consumidos em seu processo de fabricação, cimento, areia, agregados, água e aditivos (GCCA, 2019). Dentre outros fatores, o elevado consumo de concreto pela indústria da construção civil é fruto da facilidade de obtenção de seus materiais em preços baixos, facilidade de produção, versatilidade, durabilidade, entre outros (BIZ, 2001).

O concreto vem sendo amplamente utilizado no setor da construção civil por ser uma ótima opção para diversos tipos de construções (TUTIKIAN et al. 2011). O fato de o concreto apresentar características similares as das rochas, com a vantagem de ser moldável, endossa a utilização desse material (BIZ, 2001). Diante deste panorama, existem no mercado concretos que apresentam diversas características.

Gusmão (2017) explica que os CPR são compostos por cimento, agregado miúdo, sílica ativa, pó ultrafino, aditivos de alta eficiência e água. A relação água/cimento (a/c) é inferior aos dos concretos comumente empregados, situando-se entre 0,15 e 0,20, um dos fatores que garante seu elevado desempenho.

Tendo em vista sua alta empregabilidade, Menossi (2004) afirma que o concreto, à base de cimento Portland emprega, em média, por metro cúbico, 42% de agregado graúdo (brita), 40% de agregado miúdo, 10% de cimento, 7% de água e 1% de aditivos químicos. Logo, pode-se constatar que, aproximadamente, cerca de 82% do concreto é composto por agregados. Diante disto, o elevado consumo de matérias primas não renováveis acarretam impactos ambientais negativos.

O concreto pós reativo se coloca como alternativa de projeto para obras da construção civil, como por exemplo: obras hidráulicas e de saneamento; construções para armazenamento de rejeitos radioativos; entre outros (VANDERLEI, 2004). Para isso, faz-se necessário o domínio da técnica de produção e aplicação, para que o mesmo apresente características mecânicas e de durabilidade compatíveis aos concretos produzidos inteiramente com os materiais tradicionais (BIZ, 2001).

O objetivo consiste em analisar por meio de revisão de literatura as novas tecnologias e novos materiais relacionados aos concretos de pós-reativos; e por fim analisar por meio de revisão de literatura os avanços do uso de concreto de pós-reativos e as apontar algumas oportunidades ainda não exploradas.

2. CONCRETO DE PÓS REATIVO

O CPR é fruto de pesquisas desenvolvidas na França por Pierre Richards, ex-diretor científico da empresa francesa Bouygues, nomeado o inventor desse tipo de concreto, em 1990, por meio de estudos de CAD que vinha realizando deste 1982. Dando sequência a suas pesquisas, em parceria com empresas Lafarge e Rhodia, o conceito CPR foi expandido e deu-se início ao uso fibras e aditivos especiais para o de concreto com fibras de ultra-alto desempenho (sigla em francês BFUP – Béton Fibrés à ultrahautes performances). Nos dias de hoje, o CPR é patenteado com o nome de Ductal® (TUTIKIAN et al. 2011).

Os CPR são aqueles formados de partículas com diâmetro máximo menor que 2 mm, os mesmos têm sido empregados em elementos estruturais. O concreto garante elevadas resistência à compressão, à tração e à flexão, quando adicionadas fibras metálicas na sua composição. É tido como um material relativamente novo, por esta razão suas propriedades e seu comportamento estrutural vêm sendo estudados. A precisão na dosagem e na análise da composição granulométrica dos pós vêm dificultando a obtenção do CPR (VANDERLEI, 2004).

Diferente dos concretos convencionais, o CPR não é composto por agregado graúdo, o tamanho médio de suas partículas é de 0,20 mm, daí o nome de Concreto de Pós Reativos, desta forma, diante do ponto de vista granulométrico, ele é considerado uma argamassa e não um concreto. No entanto, devido as propriedades do mesmo, que são as mesmas do concreto em grau superior, o termo concreto manteve-se (TUTIKIAN et al. 2011).

Além do fato de não possuir agregado graúdo o concreto de pós reativo tem outras características que o difere dos demais concretos: grande quantidade de cimento, sílica ativa e principalmente os materiais em pó. Além disso chama atenção a baixa relação entre quantidade de água por quantidade de aglomerantes da mistura (BIZ, 2001). Dito isso, os componentes básicos do concreto pós reativo são:

a) areia de quartzo;

b) sílica ativa;

c) pó ultrafino (geralmente pó de quartzo);

d) fibras de aço de pequenas dimensões;

e) cimento com baixo teor de C3A e baixa finura Blaine;

f) superplastificante de alta eficiência.

Em relação ao pó ultrafino sabe-se que o pó de quartzo é o mais indicado para a produção do concreto pós reativo. A contribuição maior dos ultrafinos ao concreto partem basicamente pelo fato destes contribuírem com o empacotamento da mistura, por isso as partículas de ultrafinos devem se manter entre 5 μm e 25 μm (GUSMÃO, 2017). O empacotamento ocorre basicamente por o pó ultrafino atua no fechamento de vazios entre os grãos de areia, isso porque eles possuem dimensão inferiores as da areia, além disso eles intensificam as reações pozolânicas durante o tratamento térmico que geralmente é empregado na cura desses concretos.

Já em relação ao pó de brita (pedra) a vantagem de seu uso em relação ao pó de quartzo é por este ser um rejeito de pedreiras, isto é, o uso do material rejeitado pelo processo de britagem pode servir de reparo ambiental uma vez que este material volta a cadeia de produção de concreto, reduzindo assim os vários danos ambientais, principalmente atrelados aos enormes volumes destes. Entretanto o uso deste material em substituição ao pó de quartzo só é aceitável desde que se mantenham as propriedades mecânicas e de durabilidade do concreto (MENOSSI, 2004). A Figura 1 mostra o pó de pedra sendo estocado no pátio de uma pedreira.

Figura 1 – Estoque de pó de pedra

Fonte: Menossi (2004, p. 4).

O uso dos ultrafinos, isto é, o crescimento no uso de concreto pós reativos cresce a cada ano principalmente devido aos inúmeros colapsos estruturais que ocorrem em concretos convencionais. As principais causas que acarretam nesse desgaste estrutural têm relação direta a seleção e uso inadequados dos componentes do concreto, o uso de ultrafinos tornou-se uma boa alternativa principalmente por possuir uma boa uniformidade de propriedades e por promover melhora no desempenho do concreto. Além disso Menossi (2004) indica que pó de pedra é uma boa alternativa dentre os ultrafinos usuais.

Em relação a dosagem do concreto sabe-se que nada mais é que o método utilizado para especificar as proporções dos materiais a serem utilizados na fabricação de concretos, atendendo as demandas em relação a propriedades especificadas em projetos estruturais. As propriedades no estado fresco que geralmente são especificadas estão associadas à trabalhabilidade e consistência do concreto, além do que no estado endurecido o concreto deve garantir requisitos especificados de propriedades mecânicas e de durabilidade (ANDRADE, 2015).

Os princípios básicos para a dosagem do concreto de pós reativo baseiam-se na eliminação de agregados graúdos otimizando a distribuição granulométrica através do uso de fílers. Diante das características e propriedades necessárias ao CPR, devido à sua demanda por uma microestrutura densa e com pouquíssimos defeitos, é possível que o emprego de técnicas de empacotamento de partículas possa ser utilizado na dosagem (ANDRADE, 2015).

3. METODOLOGIA

O presente estudo é uma revisão sistemática, usando dados secundários e de abordagem qualitativa. Essa forma de investigação disponibiliza evidências relacionadas a uma estratégia de determinada intervenção, mediante a aplicação de métodos explícitos e sistematizados de busca, apreciação crítica e síntese da informação selecionada (SAMPAIO; MANCINI, 2007).

Segundo Galvão e Pereira (2014), os métodos para elaboração de revisões sistemáticas preveem os seguintes passos: elaboração da pergunta de pesquisa; busca na literatura; seleção dos artigos e extração dos dados; avaliação da qualidade metodológica dos artigos; síntese dos dados, seguido de redação.

De acordo com Tasca (2010), o ato de analisar um contexto definindo uma problemática e todas as questões relacionadas, dão início a um processo de pesquisa científica, fazendo com que se busquem diferentes informações em bases bibliográficas. A partir de uma base bibliográfica procura-se entre trabalhos com a mesma temática informações que podem contribuir com a escrita do trabalho, entre artigos acessados em periódicos especializados, havendo grande importância na escolha destes dentro de tantos existentes, para compor de maneira segura, informações que levem a uma escrita profunda (SEVERINO, 2007).

A primeira etapa da revisão sistemática consiste em definir uma pergunta sobre o que se investiga. Quais os fatores que contribuem para tal?

Em seguida, deve-se buscar evidências, através da definição de termos ou palavras-chave. Posterior a esta definição, definem-se as estratégias de busca, definição das bases de dados e de outras fontes de informação a serem pesquisadas. Na atual pesquisa, foram utilizadas a base de dado eletrônica Scielo; ScienceDirect; Springerlink, de ano indefinido ao ano 2021, no idioma português e inglês, usando as palavras-chaves: Concreto Pós reativo. Concreto. Pós reativo. Novos materiais. Novas tecnologias. Além de seus respectivos termos em inglês.

No terceiro momento, acontece a revisão e seleção dos estudos pesquisados, selecionando assim aqueles que se adequem ao objetivo da pesquisa. Na quarta fase da revisão sistemática, é avaliado a qualidade metodológica do material selecionado, afim de utilizar adequadamente o material na pesquisa sobre novos materiais e novas tecnologias empregadas na produção de concreto de pós reativos.

4. APRESENTAÇÃO, ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

Alguns dos avanços percebidos nos concretos de pós reativos, nos últimos anos, relacionam-se ao melhoramento do concreto a partir do uso de novas fibras. Al-Tikrite e Hadi (2017) a partir de constatações empíricas observam que variados tipos de fibras adicionadas ao concreto pós reativo proporcionam resultados distintos no concreto, isso porque, variar o tipo de fibra afeta propriedades no estado fresco, endurecido e até mesmo de durabilidade. Os autores apontam que utilizar fibra de aço deformada industrial e fibra de aço residual recuperada de pneus descartados em percentuais de adição de 3% e 4% ao volume total afetam a consistência do concreto pós reativo em até 3% e 4%, respectivamente. Em relação a microfibra de aço industrial os autores observaram que a adição de 4% proporcionou o maior aumento na resistência à compressão, resistência à tração, módulo de elasticidade.

Outros avanços relacionados aos concretos de pós reativos é o uso de cura térmica para melhoramento de suas propriedades. Yanzhou et al. (2015) produziram concreto de pó reativo com pó de escória de fósforo em substituição a pó de quartzo, em cura térmica a 95°C. Os resultados obtidos apontam que a resistência à compressão e à flexão melhoraram por meio da técnica diferenciada de cura e mediante o uso do pó de escória de fósforo. Investigações adicionais (análise termogravimétrica e microscopia eletrônica de varredura) feitas pelos autores demonstram o efeito da hidratação sequencial de compósitos cimentícios durante o tratamento térmico. Essas características microestruturais, segundo os autores, permitiriam ao concreto pós reativo produzido com escória de fósforo ter excelentes propriedades mecânicas e de durabilidade. Além disso Ruan et al. (2018), estudaram o efeito da nano-ZrO2 (NZ) em cura a água e cura térmica. Os autores mostraram que as resistências à tração na flexão, à compressão e de ruptura do concreto pós reativo com nano-ZrO2 a 3% curadas em água quente a 90° C por dois dias apresentam um aumento de 35,0%, 15,0% e 17,0% em comparação com a de concreto pós reativo com 3% de NZ curada em água por 28 dias. Tanto a massa de hidróxido de cálcio (CH) quanto a orientação do cristal CH do concreto pós reativo com cura por calor são inferiores às do concreto pós reativo com a cura por água.

Em relação aos nano-materiais estes vem sendo utilizados como componente de reforço ao concreto de pós reativos. O dióxido de titânio revestido com nano sílica oxidada (SiO2) como apontam Han et al. (2017), proporcionaram aumento nas tensões de flexão e de compressão aos 28 dias de 87% / 6,69 MPa e 12,26% / 12,2 MPa em relação ao concreto de pós reativo sem o dióxido de titânio revestido com nano sílica, respectivamente. Os autores ao realizarem outras investigações em que constataram que a aceleração da hidratação do cimento causada pelo efeito núcleo desempenha um papel dominante nos primeiros dias, além do que o revestimento de nano SiO2 na superfície do TiO2 é benéfico para a dispersão do material na matriz e o conseguinte efeito pozolânico, modificando as microestruturas e as propriedades mecânicas do concreto.

Outra nova tendência é o uso de concreto de pós reativo na indústria nuclear de modo a aumentar o nível de proteção da mesma. Gökçe et al. (2018), conduziram pesquisa em que à atenuação de raios gama e nêutrons quando o agregado de massa convencional foi substituído por agregado de massa densa (barita). Para isso, foram preparadas misturas reativas de concreto em pó 100% agregado de quartzo, 100% agregado de barita e suas misturas de 50 a 50% em volume. Como resultado, a barita aumentou significativamente os coeficientes de atenuação de raios gama do concreto pós reativo. O desempenho mecânico do concreto pós reativo, no entanto, foi acentuadamente reduzido como resultado da substituição da barita. Uma mistura que contém 40% de agregado barita do volume total agregado foi encontrada como uma mistura de concreto de pós reativo ideal para proteger simultaneamente nêutrons e raios gama.

Materiais mais “excêntricos” também surgem como novidades na produção de concreto de pós reativos. Li et al. (2020) utilizaram escória de titânio foi usada como um agregado alternativo para preparar o concreto. Os resultados mostraram que o agregado de titânio poroso e de baixa atividade apresentou alta adsorção em água e hidratação secundária adequada durante a moldagem e o endurecimento. Isso acelerou a reação de hidratação precoce do concreto e melhorou significativamente a interface pasta/agregado. Ca2+, Mg2+ e Si4+ presentes na escória de titânio lixiviou e gerou C-S-H secundário ao redor do agregado durante a hidratação.

Em relação a condições de carregamentos, os autores Wang et al. (2020) realizaram testes em corpos de prova de concretos de pós reativos incorporados de grafeno sob cargas quase estáticas. O efeito de tenacidade à compressão como apontam os pesquisadores foi aumentando significativamente após a incorporação de grafeno. Sob carregamento dinâmico de elevada taxa de deformação à resistência à compressão dinâmica, a deformação máxima e a deformação final do concreto pós reativo reforçada com grafeno foram aumentadas em 59,1 MPa / 63,9%, 4300 µe / 66,0% e 12150 µe / 32,7%, respectivamente. Os mecanismos de reforço do grafeno na microestrutura do concreto pós reativo foram atribuídos principalmente ao seu efeito de nucleação e ponte, e, portanto, melhoraram as propriedades mecânicas do concreto.

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Variações nos métodos de cura; uso de novos materiais; e até testes nas condições de carregamentos vem sendo utilizados no aprimoramento das condições físicas, químicas, mecânicas e de durabilidade de concretos de pós-reativos.

É possível observar pelos resultados apresentados que os concretos pós reativos contendo os mais variáveis materiais e métodos de processo de fabricação empregados apresentam em sua maioria desempenho satisfatório com as características propostas.

REFERÊNCIAS

AL-TIKRITE, A.; HADI, M. N.S. Mechanical properties of reactive powder concrete containing industrial and waste steel fibres at different ratios under compression. Construction and Building Materials, v. 154, p. 1024–1034, 2017.

ANDRADE, T. C. C. S. Avaliação do tipo de cura nas propriedades de concretos de pós reativos. 2015. 102 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Construção Civil) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Construção Civil Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, PR, 2015.

BIZ, C. E. Concreto de pós reativos. 2001. 101 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) — Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP, Campinas, SP, 2001.

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[1] Graduando do curso de Engenharia Civil.

[2] Mestre em Engenharia Civil (UNISINOS). Graduado em Engenharia Civil (ITPAC).

[3] Mestra em Engenharia Civil (UNISINOS). Graduado em Engenharia Civil (ITPAC).

[4] MBA Projeto, Execução e Controle de Estruturas e Fundações. Graduado em Engenharia Civil (ULBRA). Graduado em Construção de Edifícios (IFTO).

[5] Doutor em Engenharia Elétrica (UFCG). Mestre em Engenharia Elétrica (UFPB). Graduado em Engenharia Elétrica (UFPB).

Enviado: Maio, 2020.

Aprovado: Junho, 2020.

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