BETÃO DE RETRACÇÃO COMPENSADA
1. Introdução O betão de retracção compensada é usado para minimizar a fissuração devida à retracção do betão excluindo-se a retracção plástica havida antes do início de presa. O valor da retracção depende das características dos constituintes, da composição do betão, do método de colocação, do processo de cura e das ligações do betão. Quando um pavimento ou uma parte de uma estrutura têm os movimentos condicionados pelo atrito, armadura ou por outras partes da estrutura aparecem tensões de tracção. No caso mais frequente a resistência à tracção dos betões de cimento portland varia entre 2,0 a 5,5 MPa. As tensões resultantes resultantes da retracção excedem excedem em muito esse valor e, daí, a fissuração. As tensões devidas a retracção por secagem podem aparecer antes que o betão tenha capacidade para resistir. Além disso, há outras tensões devidas a cargas, mudanças de temperatura, assentamentos, etc., que se adicionam às tensões devidas devidas à retracção. No betão de retracção r etracção compensada compensada o volume volume aumenta após o iníci inícioo de presa e na fase de endurecimento. No betão armado a expansão expansão induzi induzirá rá tracção na armadura armadura e compressão compressão no betão. Durante o período de secagem do betão, a retracção em lugar de ocasionar tensões de tracção que resultariam em fissuração, apenas, alivia as tensões inicialmente criadas. O betão de retracção compensada pode ser produzido usando cimento expansivo ou componentes expansivos. A produção produ ção deste betão para que se consigam resultados resultado s satisfatórios satisfatór ios requer materiais e métodos idênticos aos usados na obtenção de um betão normal de alta qualidade. Para que o cimento expansivo produza os efeitos desejados, minimizando a fissuração, é essencial a cura eficaz desde a colocação.
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As características físicas de um betão de retracção compensada são semelhantes às dos outros betões. Quanto à durabilidade, o betão é tratado como um betão normal.
2. Cimento de retracção compensada 2.1 Composição Grande parte dos cimentos de retracção compensada são cimentos com composição idêntica ao cimento portland convencional com teores mais altos de aluminato e sulfato de cálcio (SO 3 de 4 a 7% e Al2O3 de 5 a 9%) e de cal livre. [ACI 223] A expansão total depende do tipo e teor de aluminato e sulfato de cálcio e da velocidade a que produzem etringite. Tal como no cimento portland a resistência à compressão resulta da hidratação dos silicatos de cálcio. Estes cimentos são fabricados de modo a não afectar negativamente a qualidade do betão. Um requisito importante é a composição de modo a que o CaSO 4 e Al2O3 possam formar etringite durante um certo tempo após a mistura de água de amassadura.
2.2 - Hidratação Os dois factores essenciais para que haja expansão são a quantidade adequada de sulfatos solúveis e a existência de água suficiente. A etringite começa a formar-se mal se junta a água e o processo acelera-se com a mistura. Para que haja expansão a maior parte de etringite deve formar-se depois de existir já alguma resistência no betão. Por isso o tempo de mistura deve ser apenas o necessário para que a mistura fique homogénea, caso contrário seria desperdiçado o efeito de etringite. Se a cura for adequada a etringite aparecerá durante e depois do endurecimento até que todo o SO 3 e Al2O3 desapareçam.
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2.3 – Calor de hidratação O calor de hidratação é semelhante ao do cimento portland. 2.4 - Finura O Blaine é superior ao do cimento portland devido ao maior conteúdo de sulfato de cálcio que se consegue moer mais rapidamente que o clinquer. A superfície específica tem muita importância na expansão e na resistência a curta idade. Para um determinado cimento de retracção compensada com determinada percentagem de sulfato de cálcio e determinada superfície específica, se esta aumentar acelera-se a formação de etringite no betão em estado plástico e, portanto, menos expansão quando endurecido. À semelhança do cimento portland se a superfície específica aumentar a resistência a curta idade é também maior. 2.5 - Armazenamento Estes cimentos, tal como o cimento portland, são afectados pela exposição à humidade e ao anidrido carbónico. Esta exposição pode reduzir a expansão potencial destes cimentos. 2.6 - Ensaios O ensaio para medida da expansão é feito de acordo com a norma ASTM C 806 usando prismas de argamassa com 50 ? 50? 254 mm.
3. Agregados Podem ser usados agregados leves, normais ou pesados desde que possuam as características necessárias para fazer parte da composição de um betão de cimento portland normal. No entanto o tipo de agregado tem influência tanto na expansão como na retracção. Betão feito com agregados naturais de rio (godos e areias), apresentam ao fim de um ano uma expansão residual maior do que os feitos com os materiais britados. Os agregados que contém gesso ou outros sulfatos podem fazer aumentar a expansão ou provocar expansões tardias com a consequente fissuração do betão. Teores altos de cloretos tendem a diminuir a expansão e aumentar a retracção.
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Pelas razões apresentadas é aconselhável que sejam efectuados ensaios em laboratório antes da fase de produção em obra.
4. Água A água tem de obedecer às normas usadas para os betões de cimento portland normal. Se houver a presença de cloretos ou sulfatos, mesmo com valores aceitáveis (segundo a norma), devem ser feitas misturas com essa água para avaliar se há efeitos negativos.
5. Adjuvantes e adições O efeito dos introdutores de ar, plastificantes, retardadores e aceleradores tanto pode beneficiar como prejudicar, pelo que é necessário um estudo para verificar a compatibilidade com o cimento. Resultados obtidos de ensaios em laboratório e em obra mostram que o efeito do adjuvante é função da composição do cimento, da temperatura ambiente e do tempo de mistura. O ensaio em laboratório deve ser feito com todos os materiais a usar em obra e em condições climatéricas semelhantes e envolvem a determinação da influência do adjuvante na expansão, quantidade de água de amassadura, introdução de ar, trabalhabilidade, perda de trabalhabilidade, exsudação, evolução da tensão de rotura e retracção. De um modo geral: - Introdutores de ar – melhoram, tal como no caso do cimento portland normal a resistência ao gelo-degelo e à acção de sais anticongelantes. - Plastificantes e plastificantes retardadores – podem ser incompatíveis por acelerarem a produção de etringite diminuindo a expansão do betão. - Cloreto de cálcio – reduz a expansão e aumenta a retracção. - Cinzas volantes e pozolanas – podem afectar a expansão, o desenvolvimento da tensão de rotura e outras propriedades físicas do betão.
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Como em laboratório os métodos de mistura e colocação são diferentes dos usados em obra é indispensável que antes do início dos trabalhos se efectuem ensaios à escala industrial.
6. Betão A tensão de compressão, flexão e tracção do betão após a expansão é semelhante à do betão com cimento portland normal sujeito à cura por vapor. Para uma dada trabalhabilidade a quantidade de água é maior; no entanto o volume de água a mais é gasto na hidratação dos produtos expansivos, pelo que a tensão de rotura será idêntica à do betão feito com a mesma dosagem de cimento portland normal. Tal como no betão de cimento portland quanto mais baixa for a razão A/C maior será a tensão de rotura. O módulo de elasticidade é semelhante. Após a expansão, a retracção do betão de retracção compensada é idêntica à do betão com cimento portland normal. A quantidade de água de amassadura tem influência tanto o aumento de volume durante a cura como na diminuição durante a secagem. Na Figura 1 pode observar-se a variação de comprimento de prismas de betão feitos com cimento portland normal e com cimento de retracção compensada e sujeitos a ensaio de acordo com a norma ASTM C 878. [ACI 223]
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Figura1 - Retracção do betão de cimento Portland e do betão de retracção compensada.
A expansão mínima recomendada no caso do uso de cimentos de retracção compensada deve ser de 0,03%, medida conforme a ASTM C 878, o que é mais do triplo do valor que é possível obter em betões de cimento portland. [ACI 223] Se a quantidade da água de amassadura for grande, os betões com cimento de retracção compensada podem apresentar alguma retracção a longo prazo. A fluência, coeficiente de Poisson e dilatação térmica são semelhantes aos do betão de cimento portland de idêntica qualidade. Com composição correcta e cura adequada, o comportamento destes betões e dos feitos com cimento portland e a mesma razão água/cimento é semelhante face a acções do tipo gelo-degelo e ataque por sais descongelantes. É aconselhável que o betão só seja exposto a temperaturas muito baixas quando a tensão de rotura à compressão seja da ordem dos 21 MPa e de 28 MPa para temperaturas extremamente baixas. A resistência à abrasão é de 30 ou 40% superior à do betão com cimento portland se, devidamente curado e com composição correctas. [ACI 223, 1970] O tipo de cimento de retracção compensada e, particularmente, a composição do cimento portland base, têm influência na durabilidade do betão face ao ataque por sulfatos. Se o conteúdo de sulfato for baixo em relação ao aluminato, o betão será susceptível de expansão pelo ataque externo de sulfatos.
7. Composição do betão 7.1 - Generalidades Tal como em qualquer betão com cimento portland não se pode esperar o seu bom desempenho se a composição não for adequada. Uma composição correcta é imprescindível para garantir uma fácil colocação, a adequada expansão, resistência pretendida e mínimo preço. A influência da composição na retracção, tensões térmicas internas em betões em grandes massas, taxa de crescimento da resistência, e outras propriedades, que não a tensão de rotura à compressão, deve ser avaliada cuidadosamente. Normalmente, se uma composição com cimento portland apresenta bom comportamento apresenta-lo-à, também, com cimento de retracção compensada, embora 6
haja um acréscimo na água de amassadura e da dosagem de cimento para se obter a expansão desejada. 7.2 – Constituintes
7.2.1 - Agregados A quantidade de cada um dos agregados é determinada como se de um betão de cimento portland se tratasse. No caso de agregados leves o fabricante deverá dar informação quanto às melhores proporções de mistura e de quantidade necessária para fazer um metro cúbico, para evitar mais ensaios. 7.2.2 - Cimento A escolha do tipo e da dosagem de cimento, para que o betão satisfaça a determinados requisitos de resistência e expansão tem de ser feito com base em ensaios realizados com os agregados a usar em obra. A dosagem mínima, recomendável, de cimento é de 310 kg/m 3, devendo ter-se em mente que os ensaios de laboratório têm de ter um coeficiente de segurança, sem esquecer que a presença da armadura nas peças, em obra, restrinje a expansão. [ACI 223] 7.2.3 - Água A quantidade de água pode ser 10 a 15% superior à necessária no betão de cimento portland o que é justificado pela variação da velocidade de hidratação que é influenciada pela composição química do cimento e outras propriedades físicas como a finura, a temperatura do betão e o processo de mistura. A água adicional combina-se com os componentes expansivos logo após mistura pelo que a restante, na hora da colocação, é aproximadamente igual à que existirá no betão de cimento portland. Mesmo com mais água as tensões de rotura são semelhantes, se as quantidades de cimento forem iguais. Água em demasia ocasionará uma baixa de resistência, menos durabilidade, maior permeabilidade e outros efeitos negativos à semelhança do que acontece no betão de cimento portland.
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7.2.4 - Adjuvantes É aconselhável o conhecimento do efeito dos adjuvantes na expansão. De um modo muito geral comparando o comportamento em betões com cimento portland pode dizer-se que: - os introdutores de ar produzem uma quantidade de bolhas semelhante - os plastificantes, plastificantes retardadores, e os superplastificantes (HRWR) não são todos compatíveis; casos há em que o emprego do adjuvante ocasiona fissuração. Contudo há produtos que se mostram benéficos sob o ponto de vista de control de temperatura, perda de trabalhabilidade, aumento de expansão como consequência da redução de água de amassadura. A dosagem é semelhante à usada em betões de cimento portland e em tempo quente poderá haver uma dosagem superior ao normal. - Aceleradores O cloreto de cálcio está interdito pois reduz a expansão aumentando a retracção. Os produtos que não contenham cloreto de cálcio têm de ser sujeitas a ensaio. 7.2.5 - Trabalhabilidade O slump máximo recomendado é de 100 a 125 mm. Se o betão é sujeito a transporte demorado (1 1/2h) pode, com certo tipo de cimentos, haver início de formação de etringite, com perda de slump. É assim, necessário que a água de amassadura seja a maior possível (dentro dos limites) de forma a que o betão chegue com a trabalhabilidade requerida. Se as condições ambientais ou tempo de transporte obrigarem à adição de água em obra, deve ter-se em atenção que se a quantidade de água total ultrapassar o valor estabelecido por ensaio, haverá queda de tensão de rotura e diminuição a expansão. A perda de slump do betão com cimento de retracção compensada sob altas temperaturas é maior do que o de um betão de cimento portland. Em princípio o modo usado para diminuir a perda de slump quando se usa cimento portland é aplicável ao betão com cimento de retracção compensada. O processo recomendado são o emprego de água de amassadura gelada, arrefecimento dos agregados, redução de velocidade de rotação do tambor da autobetoneira durante a viagem e planeamento de forma a
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minimizar o tempo de espera para descarregar. Se o tempo de viagem for muito grande será preferível optar pela via seca colocando o cimento depois de todos os agregados e viajando com o tambor parado; a mistura é feita em obra o que requer que os camiões estejam em perfeitas condições. 7.3 – Dosagem dos constituintes
As amassaduras experimentais devem ser feitas no laboratório a temperaturas semelhantes à da obra e tem de ser medida a variação da trabalhabilidade em função do tempo, se houver transportes demorados. Neste caso, para garantir o valor do slump requerido à chegada da obra pode empregar-se um plastificante compatível com o cimento, mas sem reduzir a quantidade de água de amassadura.
8. Colocação Os processos de colocação podem ser os usados no betão de cimento portland, incluindo a projecção. Geralmente o betão com cimento de retracção compensada é mais coeso e tem menos tendência a segregar. Por esta razão está indicada a bombagem. Tem sido também usado no fabrico de tubos e em pavimentadoras. Antes da colocação, a base, se absorvente, deve ser molhada até à saturação. Em tempo quente as cofragens e as armaduras devem ser previamente molhadas. Sob temperaturas altas, tempo seco e vento, todo o betão tem tendência a perder água, aparecendo fissuração; o betão com cimento de retracção compensada é muito mais sensível à perda de água, pois esta é essencial à formação de etringite. A perda irregular de água à superfície pode dificultar o acabamento. Após o acabamento deve usar-se um produto de cura ou água sob a forma de nevoeiro. É desaconselhável a aplicação de água com pressão enquanto decorre a presa. A temperatura do betão tem de ser sempre inferior a 32 oC e o tempo dentro da autobetoneira é limitado a 1 hora para temperaturas superiores a 30 oC e a 1 ½ hora para temperaturas inferiores a 30oC. [ACI 223]
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9. Acabamento Por ser coesivo o betão com cimento de retracção compensada permite um acabamento de boa qualidade; o comportamento pode assemelhar-se ao do betão com introdutor de ar. Mesmo com slump alto a exsudação é muito baixa ou nula. Em tempo quente o acabamento terá de ser feito o mais rápido possível para evitar a secagem.
10. Cura Tal como os outros betões, o betão com cimento de retracção compensada requer uma cura eficaz. A cura deficiente pode reduzir a expansão. Dos métodos de cura normalmente usados, verifica-se ser mais eficaz a aspersão com água ou a colocação de telas molhadas sob a superfície. A cura deste betão deve durar no mínimo 7 dias e deve ter início logo após o acabamento. No caso das membranas de cura a pulverização deve ser feita em duas direcções perpendiculares empregando equipamento capaz de uma colocação rápida. A cofragem deve permanecer pelo menos 7 dias caso contrário toda a peça terá de ser sujeita a cura. Nas primeiras idades o betão com cimento de retracção compensada deve ser protegido das altas e das baixas temperaturas.
REFERÊNCIAS ACI 223 - Standard Practice for the use of Shrinkage - Compensating Concrete American Concrete Institute .
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ADJUVANTES QUE REDUZEM A RETRACÇÃO DO BETÃO SRA (SHRINKAGE REDUCING ADMIXTURES)
O uso de baixa dosagem de cimento e de baixa quantidade de água de amassadura no betão concorre para a diminuição da retracção. Os superplastificantes são correntemente usados para obter a trabalhabilidade desejada de betões com pouca água de amassadura. A incorporação de produtos químicos no betão pode conduzir a modificações na microestrutura da pasta de cimento endurecido, com alteração da estrutura porosa; esta estrutura controla a distribuição da humidade e os processos de transporte e difusão da água e consequentemente a condutividade térmica, o desenvolvimento de resistência, a condutibilidade térmica, a fluência e a retracção. A composição química do superplastificante determina o grau de alteração dessa estrutura, e portanto o comportamento do betão. Os SRA são adjuvantes recentes que, além de possuírem um efeito plastificante, têm por finalidade diminuir a retracção do betão. O efeito conseguido depende do adjuvante e da composição do betão, podendo a redução da retracção atingir 60%.
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