Materiais constituintes do

Concreto

Prof. M.Sc. Ricardo Ferreira

Adições

Prof. M.Sc. Ricardo Ferreira

Fonte: Egydio Herve Neto
Dario Dafico
Silvia Selmo
Rubens Curti,
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Adições

Adições minerais são produtos comumente adicionados ao

concreto em quantidades significativas (teor > 5%).

Cimentantes

Pozolânicas

Inertes
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Classificação

Classificação Tipo de adições

Cimentantes Escória granulada de alto-forno

Cinzas volantes com alto teor de cálcio
Cimentantes e pozolânicas
(> 10% de CaO)
Sílica ativa
Superpozolanas
Metacaulim
Cinzas de casca de arroz (queima controlada)
Cinzas volantes com baixo teor de cálcio (<10%)
Argilas calcinadas
Pozolanas comuns
Materiais naturais (origem vulcânica e
sedimentar)
Escória de alto-forno resfriada lentamente
Pozolanas pouco reativas Escória de caldeira
CCA sem controle de queima (residual)
Fíler calcário, Agregado pulverizado, Alguns
Inertes (fíler)
resíduos calcinados etc.
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Origem

Natural

materiais que possuem atividade pozolânica no estado natural ou
podem ser facilmente convertidos em pozolanas por britagem,
moagem e ativação térmica.

Argilas e folhetos calcinados

Tufos vulcânicos etc.

Artificial Império Romano: Coliseu de Roma 82 d.C.

subprodutos industriais de transformação e beneficiamento, que
requerem ou não o processamento (secagem e pulverização) antes do
emprego como adição mineral.

Cinza volante

Escória de alto-forno

Sílica ativa etc.
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Efeitos das adições

Efeito Químico: Reação Pozolânica

Substituição do hidróxido de cálcio por C-S-H

Redução do pH da solução do poro (não significativo)

Efeito Físico: Efeito Fíler

Alterações na Microestrutura

Refinamento do sistema de poros

Maior tortuosidade e Desconexão do sistema de poros
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Adições pozolânicas

Materiais silicosos ou sílico-aluminosos que têm pouco ou nenhum

valor cimentíceo, mas, quando finamente subdivididos e na
presença de umidade, reagem quimicamente com o hidróxido de
cálcio à temperatura ambiente formando compostos com
propriedades cimentíceas.
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Diagrama ternário de fases

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Diagrama ternário de fases

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Composição química

Percentual em massa (%)

Material perda
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO álcalis
ao fogo
Escória de alto-forno 30-40 8-13 0,1-2 35-45 8-20 0,5-1 0,3-2

Cinza volante 50-65 20-29 5-10 1-7 1-2 1-3 0,5-3,5

0,06- 0,03-
Sílica ativa 90-98 0,1-0,8 0,2-3 0,1-2,5 2,5-3,5
2,5 2,5
Cinza de casca de arroz 90-94 0,3-1,0 0,2-0,5 0,3-0,5 0,2-0,4 2-3 2-3

Metacaulim 41-55 35-45 1,0-1,5 1,5-2,5 0,1-0,3 0,3-0,6 1,5-2,5

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Características das partículas

Adição
Composição mineralógica Características das partículas
mineral
Formada de 80% a 100% por silicatos e
aluminossilicatos de cálcio e magnésio, Na maior parte são partículas de textura rugosa
Escória de alto-
na forma não cristalina. menores que 45 µm, com área específica Blaine
forno
Pequena quantidade de compostos de 400 a 500 m2/kg.
cristalinos do grupo da melitita.
Formada de 50% a 90% por
aluminossilicatos na forma não Esferas sólidas com diâmetro entre 1 e 100 µm,
Cinza volante
cristalina. com valor médio em torno de 20 µm, podem ser
de baixo teor
Pequenas quantidades de minerais encontradas cenosferas e plerosferas.
de cálcio
cristalinos geralmente de quartzo, Área específica Blaine de ~ 300 a 400m2/kg.
mulita, silimanita, hematita e magnetita.
Partículas altamente celulares geralmente
menores que 45 µm, com dimensão média entre
Cinza de casca Essencialmente constituída de sílica
6 e 10 µm.
de arroz pura na forma não cristalina.
A superfície específica obtida por adsorção de
nitrogênio (BET) é de ~ 40k a 100k m2/kg.
Pó extremamente fino contendo esferas sólidas
de diâmetro médio entre 0,01µm e 1 µm.
Sílica ativa Sílica pura na forma não cristalina. Superfície específica BET ~ 20k m2/kg.
γ ~ 2.200kg/m³ e ρ de ~ 200kg/m³ a 600kg/m³
(compactada).
Partículas com tamanho médio de 1,5 µm e
Metacaulim Alumino-silicatos na forma amorfa.
superfície específica BET ~ 20k m2/kg.
Fumaça do cigarro ~10.000 m2/kg
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Características das partículas

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Adições x aditivos
Efeito no concreto

Prof. M.Sc. Ricardo Ferreira

Fonte: Egydio Herve Neto
Silvia Selmo
Rubens Curti
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Influência das adições minerais nas

propriedades do concreto fresco

Plasticidade e coesão

 relação “volume de sólidos
/volume de água”

 trabalhabilidade

 energia de bombeamento
e melhor acabamento

Exsudação e segregação

 volume de finos e
 homogeneidade

 quantidade de canais de
exsudação
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Influência das adições minerais nas

propriedades do concreto fresco

Consumo de água

Efeito dispersor das partículas
pequenas (forças eletrostáticas)

Superpozolanas   consumo H2O

Uso de aditivos superplastificantes

Calor de hidratação

Clínquer: estágio de energia elevado

Reação pozolânica:  calor de
hidratação do que nas reações do
cimento

 risco de fissuração térmica

Associação Brasileira de Cimento Portland - ABCP

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Influência das adições minerais nas

propriedades do concreto endurecido

Resistência Mecânica

Formação de composto mecanicamente resistente

Refinamento dos poros e dos cristais na pasta

 resistência da matriz na zona de transição

theconcreteportal.com
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Influência das adições minerais nas

propriedades do concreto endurecido

Durabilidade

 porosidade e
 permeabilidade do concreto

 ingresso de agentes nocivos
theconcreteportal.com

Resistência a sulfatos

Refinamento dos poros

 quantidade de Ca(OH)2
disponível para combinar com
sulfatos e gerar compostos
expansivos

chinamicrosilica.com
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Influência das adições minerais nas

propriedades do concreto endurecido

theconcreteportal.com

Seção polida de concreto com ataque por sulfato. Concreto de auto-estrada no Reino Unido. Formação de taumasita ao
redor de agregado graúdo do tipo litológico calcário acompanhado de fissuras.

chinamicrosilica.com
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Influência das adições minerais nas

propriedades do concreto endurecido

Reação álcali-agregado (RAA)

 absorção de água

 total de álcalis (substituição de parte do cimento)

Consumo de parte dos álcalis pela reação pozolânica

theconcreteportal.com
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Justificativas para o uso de adições

Técnicas

Maior coesão

Menores exsudação e segregação

Redução da porosidade capilar

Redução da permeabilidade

Redução da carbonatação

Maior resistência a sulfatos

Redução do calor de hidratação

Inibição da reação álcali-agregado

Maior Durabilidade

Econômicas

Redução do consumo
energético

Ecológicas

Aproveitamento de subprodutos
e resíduos poluentes

Preservação das jazidas
Principais
adições minerais

Prof. M.Sc. Ricardo Ferreira

Fonte: Egydio Herve Neto
Dario Dafico
Silvia Selmo
Rubens Curti
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Fíler Calcário

Materiais carbonáticos.

Praticamente inertes na mistura.

Dimensão média similar ao do cimento ou menor.

Os fíleres não devem aumentar a demanda de água da mistura
quando usados em concreto, a menos que usados com aditivo
redutor de água, para não prejudicar a resistência do concreto às
intempéries ou a proteção do concreto à armadura.

Ação predominantemente física.

Devem ser fisicamente compatíveis com o cimento.

Principais efeitos no concreto:

 trabalhabilidade

 permeabilidade

 capilaridade

 exsudação

 tendência à fissuração
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Escória de alto-forno

A escória é um subproduto da produção do ferro-gusa, durante

reações de redução ou oxidação do metal líquido a ~1500ºC.

Gera-se cerca de 300kg de escória por tonelada de ferro-gusa.

Quando rapidamente resfriada (solidifica-se como material vítreo) e
finamente moída, desenvolve propriedade de hidraulicidade
latente. Podendo ser utilizada como material cimentíceo, mas na
presença de um álcali ativador ou iniciador.

Se resfriada naturalmente ao ar, os seus óxidos se cristalizam e
perdem as características hidráulicas, tornando-se inerte.

Composição química: Cal, Sílica, Alumina.

Principais efeitos no concreto:

 trabalhabilidade (dispersão das partículas);

Desprendimento de calor de forma lenta ( risco de fissuração);

Refinamento dos poros (microestrutura mais densa);

 resistências mecânicas em idades avançadas;

 durabilidade.
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Escória de alto-forno
Produção

Aspecto da escória solidificada e resfriada

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Escória de alto-forno
Composição química
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Cinza Volante

Pozolana obtida por precipitação mecânica ou eletrostática dos

gases de exaustão em termelétricas a carvão mineral.

Suas partículas são esféricas, com diâmetros entre 1µm e 100µm,
e têm finura elevada, normalmente entre 250 m²/kg e 600 m²/kg.

Constituídas por silica amorfa; contendo Al, Fe e álcalis.

A pequena quantidade de matéria cristalina presente consiste
geralmente de quartzo, mulita, silimanita, hematita e magnetita.

Teor de cálcio variável, depende do tipo de carvão utilizado.

Teor de carbono não-queimado variável ( > 5% indesejável)
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Cinza Volante
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Cinza Volante
Produção
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Cinza Volante

Principais efeitos no concreto :

Retardamento do tempo de pega;

 calor de hidratação (< retração e < fissuração);

 trabalhabilidade e maior coesão;

 da porosidade (< permeabilidade);

Pode inibir a RAA.

http://constructionz.com/cementflyash
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Argila Calcinada

Segundo LEA (1971) o desenvolvimento da atividade pozolânica

está associado à temperatura de queima na qual a estrutura
cristalina da argila perde água, resultando em um produto de
estrutura amorfa e elevada reatividade química.

A argila termicamente ativada, em contato com o meio alcalino das

pastas de cimento Portland, promove a dissolução do silício e do
alumínio que posteriormente, com a disponibilidade de cálcio, irão
cristalizar-se em C-S-H, ou seja, ocorre a reação pozolânica.
(TAYLOR, 1997; HE et al., 1995).

As argilas mais utilizadas são as cauliníticas, montmoriloníticas e

ilitas (BARATA, 1998).

AMBROISE et al. (1992) constataram que as produzidas com

maior conteúdo de caulinita são mais reativas.
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Sílica Ativa

Subproduto da fabricação de silício ou liga de ferro silício a partir

da redução de quartzo e carvão em forno elétrico de eletrodos de
arco submerso em altas temperaturas (≈ 2000°C).

A sílica ativa é composta basicamente de sílica amorfa, SiO2, com

teor que varia entre 85% a 90%, dependendo do tipo de liga a ser
produzida. Quanto maior o teor de silício empregado para a
fabricação das ligas maior o teor de sílica amorfa da sílica ativa.

A sílica ativa apresenta variações de cor, do cinza escuro até o

branco. Uma exceção é o SiMn-CSF, que é marrom. O teor de
carbono e de ferro tem influencia preponderante na coloração da
sílica ativa.

O uso de toras de madeira no processo de queima pode influenciar

na composição da sílica ativa, especialmente no teor de carbono.
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Sílica Ativa
Produção

Camargo Corrêa - Silmix

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Sílica Ativa
Histórico

1952: primeira utilização do subproduto da fabricação de silício
metálico e das ligas de ferro silício é relatada por um pesquisador
norueguês, Bernhardt.

Década de 70: começa a ser utilizada como material cimentício

suplementar ao concreto, pela Escandinávia, chegando ao
mercado Norte Americano no início dos anos 80.

(Fidjestöl e Lewis, 1999)

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Sílica Ativa

A sílica ativa atualmente é disponível em quatro formas:

tradicional

em forma de lama

densificada

misturada ao cimento Portland
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Sílica Ativa

Principais efeitos no concreto:

Refinamento dos poros

 propriedades mecânicas

 de 10% a 40% de fc

 coesão da pasta

Desvantagens:

 consumo de água

Carbonatação:

Consumo elevado do Ca(OH)2

 Ph da água capilar
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Metacaulim

Calcinação e moagem de argilas cauliníticas

Queima rigorosamente controlada: t ~ 600ºC a 900ºC

Matéria prima

depósitos naturais de argila caulinítica extremamente finas

Subproduto industrial do beneficiamento do caulim destinado à

SEM images of metakaolin (a) and silica fume (b) particles

cobertura de papel

Composição química: sílica e alumina no estado amorfo.

Efeito mecânico semelhante ao da sílica ativa
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Metacaulim

Revista da Escola de Eng. de Minas vol.66 no.1 Ouro Preto Jan./Mar. 2013
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Cinzas de Casca de arroz

1000 kg Arroz  200 kg Casca  40 kg CCA (4%)

Queima controlada e moagem:

Sílica na forma não-cristalina

Estrutura celular porosa

Pozolana altamente reativa

Propriedades similares à sílica ativa
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Cinzas de Casca de arroz

Produção
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Cinzas de Casca de arroz

A queima da casca de arroz em diferentes temperaturas produz

diferentes tipos de cinzas.

(a) casca de arroz in natura (b) CCA (c) CCA moída residual e (d) CCA moída queimada a 700 ºC.
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Cinzas de Casca de arroz