aplicação de conceitos reológicos na tecnologia dos concretos de alto desempenho

334 Pages·2008·2.89 MB·Portuguese

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
INTERUNIDADES (IFSC – IQSC – EESC)
CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS

AAPPLLIICCAAÇÇÃÃOO DDEE CCOONNCCEEIITTOOSS RREEOOLLÓÓGGIICCOOSS NNAA
TTEECCNNOOLLOOGGIIAA DDOOSS CCOONNCCRREETTOOSS DDEE AALLTTOO
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ALESSANDRA LORENZETTI DE CASTRO

Tese apresentada à Área de
Interunidades em Ciência e
Engenharia de Materiais, da
Universidade de São Paulo, como
parte dos requisitos para a obtenção
do título de Doutor em Ciência e
Engenharia dos Materiais.

Orientador: Prof. Dr. Jefferson Liborio

São Carlos
2007
Ficha catalográfica preparada pela Seção de Referência do Serviço de Biblioteca e Informação – IFSC/USP

Castro, Alessandra Lorenzetti de
C355a Aplicação de conceitos reológicos na tecnologia dos
concretos de alto desempenho/ Alessandra Lorenzetti de
Castro. São Carlos, 2007

Tese (Doutorado) – Escola de Engenharia de São
Carlos / Instituto de Física de São Carlos/ Instituto de
Química de São Carlos- Universidadede São Paulo, 2007.
302 f.

Área: Ciência e Engenharia de Materiais.
Orientador: Prof. Dr. Jefferson Benedicto Libardi Liborio.

1. Concreto de alto desempenho. 2. Reologia.
3. Trabalhabilidade. I. Título.
Aos meus pais, Sandra e Orley, e
à minha irmã, Renata, sempre
presentes nas minhas conquistas.

AAGGRRAADDEECCIIMMEENNTTOOSS

Primeiramente, agradeço a Deus por ter me iluminado durante toda essa
caminhada, dando-me força para enfrentar as dificuldades, humildade para
reconhecer e corrigir os erros e sabedoria para agradecer as conquistas.
À minha amada família, Sandra, Orley e Renata, em extensão aos meus
avós, Sérgio, Ruth, Orley e Marilourdes, pelo amor, apoio e incentivo dados durante
toda a minha vida, permitindo o traçado de um caminho digno e correto do qual
muito me orgulho.
Um obrigado especial à Dú, pelos momentos de carinho vividos desde o meu
nascimento. A todos os meus familiares que torcem por mim e vibram com cada
conquista.
Ao Danilo, pelo carinho, confiança, apoio, incentivo e companheirismo
compartilhados desde sempre.
Aos meus amigos, Buby e Tatiana, pela convivência saudável e amizade.
Ao meu orientador Prof. Dr. Jefferson Benedicto Libardi Liborio, por ter
acreditado e confiado em mim, dando-me a oportunidade de ingressar nesse
maravilhoso mundo da pesquisa de tecnologia dos materiais.
À Fernanda Giannotti, Sandra, Valdirene, José Américo, Thiago, Rodrigo,
Fernanda Costenaro, Vanessa, Samir e Marcelo, amigos do Laboratório de
Materiais Avançados à Base de Cimento, pela troca de conhecimento e auxílios
experimentais. Com certeza vivemos momentos importantes que guardaremos para
sempre em nossas memórias.
Ao Laboratório de Cerâmicas Especiais e Refratários/Grupo de Engenharia
de Microestruturas de Materiais da Universidade Federal de São Carlos, em
especial ao Prof. Dr. Victor Carlos Pandolfelli, pelo auxílio na escolha e análise dos
métodos experimentais na área de reologia dos concretos. Agradeço também aos
pesquisadores Fernando e Ivone que fazem parte desse grupo de pesquisa e que
muito me auxiliaram no desenvolvimento dos ensaios de reometria.
À secretaria da Interunidades, aos funcionários do Laboratório de Engenharia
de Estruturas, ao Sr. Wilson e ao Jorge pelo auxílio prestado durante a realização
dessa pesquisa.
À FAPESP – Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, pelo
apoio financeiro dado ao desenvolvimento da presente pesquisa.

PUBLICAÇÕES

CASTRO, A.L.; LIBORIO, J.B.L. Comportamento reológico do concreto de alto
desempenho. In: SIMPÓSIO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS, 5.,
2002, São Carlos/SP. Resumos estendidos... p. 27-28.
CASTRO, A.L. et al. Desenvolvimento tecnológico dos concretos nos últimos 50
anos. In: CONCRETO COLLOQUIA 2003, 2003, São Carlos/SP. Anais... CD-
ROM.
CASTRO, A.L.; LIBORIO, J.B.L. Análise da trabalhabilidade da pasta de cimento
fresco através do ensaio de miniabatimento. In: SIMPÓSIO EM CIÊNCIA E
ENGENHARIA DE MATERIAIS, 6., 2003, São Carlos/SP. Resumos estendidos...
p. 07-08.
CASTRO, A.L; LIBORIO, J.B.L. A importância da avaliação reológica de pastas com
e sem sílica ativa para produção de concretos estruturais com cimento Portland
para obras marítimas. In: SEMINÁRIO E WORKSHOP EM ENGENHARIA
OCEÂNICA, 2004, Rio Grande/RS. Anais... CD-ROM.
CASTRO, A.L; SILVA, F.G.; LIBORIO, J.B.L. Potencialidade de uso de concretos
especiais em obras marítimas. In: SEMINÁRIO E WORKSHOP EM
ENGENHARIA OCEÂNICA, 2004, Rio Grande/RS. Anais... CD-ROM.
CASTRO, A.L; LIBORIO, J.B.L. Reologia de pastas e argamassas no estado fresco
– Um avanço na produção de concreto de alto desempenho. In: JORNADAS
SUL-AMERICANAS DE ENGENHARIA ESTRUTURAL, 31., 2004,
Mendoza/Argentina. Anais... CD-ROM.
CASTRO, A.L; LIBORIO, J.B.L. A influência da sílica ativa sobre a determinação do
teor ótimo de aditivo superplastificante em pastas de cimento no estado fresco.
In: CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO, 46., 2004, Florianópolis/SC.
Anais... CD-ROM.
CASTRO, A.L.; LIBORIO, J.B.L. A influência do procedimento de mistura sobre a
trabalhabilidade de pastas de cimento. In: SIMPÓSIO EM CIÊNCIA E
ENGENHARIA DE MATERIAIS, 7., 2004, São Carlos/SP. Resumos estendidos...
p. 03-04.
CASTRO, A.L. et al. Concretos de alto desempenho constituídos com sílica extraída
da casca de arroz. In: SIABE 2005 – SIMPÓSIO IBERO-AMERICANO “O
BETÃO NAS ESTRUTURAS”, 2005, Coimbra/Portugal. Anais... CD-ROM.
CASTRO, A.L. et al. Estudo do comportamento de concretos de alto desempenho.
In: SIABE 2005 – SIMPÓSIO IBERO-AMERICANO “O BETÃO NAS
ESTRUTURAS”, 2005, Coimbra/Portugal. Anais... CD-ROM.
CASTRO, A.L; LIBORIO, J.B.L. Avaliação da trabalhabilidade de concretos de alto
desempenho em termos da tensão de escoamento. In: CONGRESSO
BRASILEIRO DO CONCRETO, 47., 2005, Olinda/PE. Anais... CD-ROM.
CASTRO, A.L. et al. Structural concretes with silica fume for the production of
durable structures. In: INTERNATIONAL ACI/CANMET CONFERENCE ON
QUALITY OF CONCRETE STRUCTURES AND RECENT ADVANCES IN
CONCRETE MATERIALS AND TESTING, 4., 2005, Olinda/PE. Proceedings…
CD-ROM.
CASTRO, A.L. et al. Demystifying the production process of high performance and
high strength concretes – Design considerations. In: INTERNATIONAL
ACI/CANMET CONFERENCE ON QUALITY OF CONCRETE STRUCTURES
AND RECENT ADVANCES IN CONCRETE MATERIALS AND TESTING, 4.,
2005, Olinda/PE. Proceedings… CD-ROM.
CASTRO, A.L.; LIBORIO, J.B.L. A influência do procedimento de mistura sobre a
trabalhabilidade de concretos de alto desempenho. In: CONPAT 2005 - VIII
CONGRESO LATINOAMERICANO DE PATOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN/X
CONGRESO DE CONTROL DE CALIDAD EN LA CONSTRUCCIÓN, 2005,
Assunção/Paraguai. Anais… CD-ROM.
CASTRO, A.L.; LIBORIO, J.B.L. Considerações sobre o processo de produção de
concreto de alto desempenho para estruturas pré-moldadas. In: ENCONTRO
NACIONAL DE PESQUISA-PROJETO-PRODUÇÃO EM CONCRETO PRÉ-
MOLDADO, 1., 2005, São Carlos. Anais… CD-ROM.
CASTRO, A.L.; LIBORIO, J.B.L. Caracterização reológica inicial de concretos de
alto desempenho. In: SIMPÓSIO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE
MATERIAIS, 8., 2005, São Carlos/SP. Resumos... p.10.
CASTRO, A.L; LIBORIO, J.B.L. A influência dos agregados sobre o comportamento
do concreto de alto desempenho no estado fresco. In: CONGRESSO
BRASILEIRO DO CONCRETO, 48., 2006, Rio de Janeiro/RJ. Anais... CD-ROM.
CASTRO, A.L; LIBORIO, J.B.L. A influência das adições químicas e minerais sobre
a trabalhabilidade de concretos de alto desempenho. In: SIMPÓSIO EM
CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS, 9., 2006, São Carlos/SP. Resumos
estendidos... p. 03-04.
CASTRO, A.L; LIBORIO, J.B.L. Initial rheological description of high performance
concretes. Materials Research, v. 9, n. 4, Oct.-Dec. 2006.
SSUUMMÁÁRRIIOO

Lista de figuras v
Lista de tabelas xv
Lista de símbolos e abreviaturas xix
Resumo xxi
Abstract xxiii
1 Introdução 1
1.1 Importância e justificativa do estudo 4
1.2 Objetivos 6
1.3 Organização do trabalho 7
2 Concreto de alto desempenho 9
2.1 Definição 9
2.2 Histórico 10
2.3 Aplicações 11
2.4 Materiais constituintes 13
2.4.1 Cimento 14
2.4.2 Agregados 18
2.4.3 Água de amassamento 21
2.4.4 Aditivo superplastificante 22
2.4.5 Sílica ativa 26
3 Aspectos conceituais relacionados a reologia 31
3.1 Definição de reologia 31
3.2 Tensão, deformação e viscosidade 34
3.2.1 Conceito de tensão 35
3.2.2 Conceito de deformação 36
3.2.3 Conceito de viscosidade 38
3.3 Classificação dos modelos reológicos 40
3.3.1 Fluidos Newtonianos 41
3.3.2 Fluidos não-Newtonianos 41
4 Trabalhabilidade do concreto fresco 47
4.1 Definição de trabalhabilidade 47
4.2 Avaliação da trabalhabilidade 50
4.3 Fatores que influenciam a trabalhabilidade 54
4.3.1 Tempo de manipulação das misturas 55
4.3.2 Propriedades dos componentes da mistura 55
4.3.3 Proporções da mistura 62
4.3.4 Teor de ar incorporado e temperatura 66
4.3.5 Processos práticos 67
4.4 Perda de abatimento 71
5 Reologia do concreto fresco 79
5.1 Classificação reológica do concreto fresco 82
5.1.1 Parâmetros reológicos 86
ii
5.1.2 Tixotropia 92
5.2 Fatores que influenciam o comportamento reológico do concreto fresco 96
5.2.1 Reologia da pasta de cimento 98
5.2.1.1 Microestrutura da pasta de cimento 102
5.2.1.2 Interação cimento-aditivo 105
5.2.1.3 Estudo do escoamento de pastas de cimento através dos 110
ensaios de miniabatimento e cone de Marsh – compatibilidade entre os
materiais
5.2.1.4 Ponto de saturação do aditivo 117
5.2.2 Distribuição e empacotamento de partículas 119
5.2.2.1 Segregação e exsudação 121
5.2.3 Estado de dispersão das partículas 123
5.2.4 Vibração 127
5.3 Medição das propriedades reológicas do concreto fresco 130
5.3.1 Ensaios que medem apenas um parâmetro reológico 132
5.3.1.1 Ensaio de abatimento do tronco de cone 132
5.3.1.2 Consistômetro de Ve-Be 135
5.3.1.3 Caixa L 137
5.3.2 Ensaios que medem os dois parâmetros reológicos 139
5.3.2.1 Ensaio de abatimento de tronco de cone modificado 140
5.3.2.2 Reômetro 143
6 Procedimento experimental 151
6.1 Dosagem do concreto 152
6.1.1 Escolha dos traços estudados 152
6.1.2 Composição dos traços de concreto 152
6.1.3 Traço definitivo e ajustado 155
6.1.4 Procedimento de mistura do concreto de alto desempenho 155
6.2 Avaliação da trabalhabilidade pelos métodos de ensaio tradicionais 156
6.3 Avaliação da capacidade de escoamento 157
6.4 Caracterização reológica dos concretos de alto desempenho 157
6.5 Avaliação da trabalhabilidade pelos métodos de ensaio que determinam os 157
dois parâmetros reológicos
7 Resultados e discussões 159
7.1 Dosagem dos concretos de alto desempenho 160
7.1.1 Estudo da matriz pasta de cimento 160
7.1.2 Estudo da fase agregado 167
7.1.3 Traço definitivo e ajustado 169
7.2 Avaliação da trabalhabilidade pelos métodos de ensaio tradicionais 170
7.2.1 Ensaio de abatimento de tronco de cone 171
7.2.2 Consistômetro de Ve-Be 178
7.3 Avaliação da capacidade de escoamento do CAD fresco 185
7.4 Avaliação da trabalhabilidade pelos métodos de ensaio que determinam os 188
dois parâmetros reológicos
7.4.1 Ensaio de abatimento de tronco de cone modificado 188
7.4.2 Reômetro 198