Betões de elevado desempenho com incorporação de cinzas volantes

Abstract

Actualmente o ecossistema mundial tem vindo a ser confrontado com um problema de importância crescente e que está associado aos elevados níveis de dióxido de carbono (CO2) emitidos para a atmosfera. A produção de cada tonelada de cimento Portland acarreta a libertação de cerca de uma tonelada de CO2 e a indústria do cimento contribui com cerca de 7% do total expelido para a atmosfera. Com o objectivo de reduzir os níveis de CO2 associados ao fabrico do cimento, urge reduzir o consumo deste material, sem comprometer o necessário desempenho das estruturas de betão. A emissão de CO2 é apenas um dos problemas a ter em consideração pela indústria da construção. O acréscimo substancial do volume de construção, verificado nas últimas décadas, resultou numa apreciável diminuição dos recursos naturais não renováveis existentes. Como estes recursos não são infinitos, é imperioso contribuir para a sua manutenção e assegurar a sustentabilidade da construção. Por outro lado, o emprego de betões convencionais, mesmo em determinadas obras correntes, tem-se revelado, em muitas situações, economicamente inadequado, uma vez que, nas últimas décadas, a experiência tem demonstrado que as estruturas de betão armado se degradam prematuramente, o que pode originar elevados custos de manutenção e reparação bem como, nalguns casos, a diminuição drástica do período de vida útil do edificado. Nestas circunstâncias, é de esperar que a indústria da construção evolua gradualmente no sentido de generalizar a aplicação de betões de maior qualidade, com desempenho melhorado, ou mesmo com elevado desempenho. Nos últimos anos, a quantidade de betão de elevado desempenho (BED) empregue na construção, tem vindo a aumentar e tem sido alargado o seu âmbito de aplicação. No entanto, este tipo de betão tem sido produzido recorrendo maioritariamente à adição de sílica de fumo ou cinzas volantes de elevada qualidade e agregados convenientemente seleccionados. Desta forma, o custo inicial dos BED, quando comparado com o dos betões convencionais, vem substancialmente agravado, o que tem confinado a sua utilização, praticamente, a obras especiais. Neste trabalho, pretende-se realçar a possibilidade de melhorar o desempenho dos betões através do recurso à incorporação de cinzas volantes (CV), consideradas de baixa qualidade, e de agregados britados, correntemente disponíveis no mercado nacional. A utilização de materiais correntes para a fabricação de betões de desempenho melhorado é plenamente justificada como sendo uma forma de tornar o produto mais competitivo. Em Portugal, o custo da sílica de fumo é cerca de dez vezes o do cimento. Para uma dosagem corrente (10% da massa de cimento), a adição de sílica de fumo implicaria elevar o custo do material cimentício para o dobro. De modo a permitir reduzir os custos de produção, analisaram-se composições com dosagens elevadas de CV (até 60%), o que a concretizar-se também permitirá o escoamento deste subproduto industrial, contribuindo para minimizar um problema de impacte ambiental. Com o intuito de cumprir os objectivos acima descritos foi realizada uma campanha experimental, que permitiu avaliar a trabalhabilidade, as características mecânicas e de durabilidade das composições de betão estudadas, que foram produzidas com 400 kg/m3, 500 kg/m3 e 600 kg/m3 de ligante e com quantidades de substituição de cimento por CV de 0%, 20%, 40% e 60%. Os ensaios realizados permitiram concluir ser possível produzir BED com os materiais seleccionados e com quantidades de substituição de cimento por CV até 40% que atingiram resistências à compressão semelhantes às das misturas de controlo (sem incorporação de CV) a partir dos 56 dias de idade e cuja trabalhabilidade e durabilidade foi beneficiada com a adição de CV. A substituição de 60% de cimento por CV conduziu à obtenção de betões com características mecânicas marcadamente inferiores às restantes. Contudo, considerando a reduzida quantidade de cimento presente na mistura, constatou-se que, em geral, a trabalhabilidade e a durabilidade destes betões foi melhorada quando comparada com a das composições de controlo. Mesmo para este caso e em algumas circunstâncias, estas misturas podem ser encaradas como de desempenho melhorado, designadamente económico, não só sob o ponto de vista financeiro mas, também, sob o ponto de vista ambiental. O trabalho desenvolvido também permitiu evidenciar que é possível melhorar a trabalhabilidade, o comportamento mecânico e a durabilidade de betões, sem necessariamente aumentar o seu custo.

Nowadays the world’s ecosystem has been facing an increasing problem related to the high level of carbon dioxide (CO2) released into the atmosphere. The production of each tone of Portland cement is responsible for the discharge of about one tone of CO2. On worldwide scale the cement industry contributes with 7% of the total amount of CO2 production. With the objective of reducing the CO2 production, it is fundamental that the use of Portland cement be reduced without risking the necessary performance of the concrete’ s structures. However, as far as the construct ion industry is concerned, the release of CO2 is only one of the problems to be considered. The considerable increase of the construct ion activity in the last few years has caused a substantial decrease in the amount of the existing natural resources. As most of these resources are not renewable it is vital to guarantee their rational usage, hence, ensuring the sustainability of construction. On the other hand, the use of conventional concrete, even in common current constructions has revealed to be technically and economically inadequate. The reinforced concrete structures deteriorate too fast causing high maintenance and repairing costs, besides, the related decrease of the service life of the structures. Under these circumstances the construction industry is expected to generalize the use of higher quality concrete with an enhanced, or even high performance. Recently, the quantity of high performance concrete (HPC), used in the construct ion, has been increasing and its application has become more common. However, this kind of concrete has been produced mainly with the addition of silica fume or fly ash (FA) of high quality and the use of properly selected aggregates. In this way, the initial cost of HPC (when compared with the conventional concrete) increases, which has limited its application mainly to special structures. In this research work , it is intended to evaluate the possibility of improving the performance of concrete, through the use of fly ash of a low quality and of crushed aggregates normally used and available in the national market. The use of common materials for the production of concrete of enhanced performance is fully justified as being a way of making the product more competitive. In Portugal, the cost of silica fume is about ten times higher than that of cement. A 10% replacement of cement by silica fume, which is a common practice, would mean doubling cost of the binder materials. In order to reduce the production costs, application of high volume of FA, reaching up to 60% of binder weight, is considered. This would also allow the use of FA, which is an industrial by-product, hence, minimizing the environmental related problems. In order to achieve the above mentioned objectives an experimental programme was devised for evaluating the workability; the mechanical properties and the durability of the studied concrete mixes. The concrete mixes were produced with 400 kg/m3, 500 kg/m3 and 600 kg/m3 binder content and replacing cement by FA. The percentages of replacement considered were 0%, 20%, 40% and 60%. From the test results obtained it is concluded that HPC can be produced with the selected materials and with up to 40% replacement of cement by FA. The compressive strength achieved at this replacement level was similar to that of the control mixes (without adding FA) at the age of 56 days or higher. The workability and durability performances achieved were enhanced with the addition of FA. The replacement of 60% of cement by FA resulted in concrete with mechanical properties considerably lower compared to other mixes, i. e. mixes with up to 40% replacement. However, considering the reduced quantity of Portland cement in the mixture, it is noted that both the workability and the durability of these concretes were improved when compared to the control concrete mix. Even in this case, such mixtures can be rated as enhanced performance concrete, with regard to environmental and economic aspects. This research work carried out has also indicated ways and means to improve the workability, the mechanical behaviour and the durability of concretes without having increased its costs.