Mitigação da retração autógena de concretos de alto e ultra-alto desempenho pela adição de resíduo de polimento de porcelanato e microfibras de aço

Abstract

Os concretos de alto desempenho (CAD) e os concretos de ultra-alto desempenho (CUAD) apresentam elevados processos de autodessecação do qual decorre o aumento da pressão capilar e, consequentemente, da retração autógena. Este trabalho adotou a substituição do cimento Portland por um material cimentício suplementar (MCS) ? mais especificamente o resíduo de polimento de porcelanato (RPP) ? e a introdução de restrições à deformação da microestrutura ? através da introdução de microfibras de aço ? a fim de avaliar a influência individual e combinada destes componentes na mitigação da retração autógena de CADs e CUADs. Para tanto, foram realizados ensaios de retração autógena em concretos com duas relações a/agl distintas ? 0,20 e 0,30 ? variando os teores de substituição em massa de cimento por RPP ? 10% e 20% - e com dois percentuais de microfibras de aço nas misturas ? 1% e 2%. Além dos ensaios de retração autógena, realizou-se ensaios em pasta de cimento (calorimetria isométrica, DRX, TG e absorção de água) e de caracterização mecânica em concretos (resistência à compressão, resistência de tração na flexão e módulo de elasticidade dinâmico). As composições de CAD e CUAD (a/agl 0,30 e 0,20, respectivamente) com teores de substituição de cimento por RPP apresentaram comportamentos distintos no desenvolvimento da retração autógena. Os CADs, contendo substituições em massa de 10% e 20% de cimento por RPP apresentaram reduções de 9,7% e 17,3%, respectivamente, frente à retração autógena da amostra referência após 28 dias de medições. Este efeito positivo decorre da redução do calor de hidratação do ligante como um todo e também do aumento da relação a/c relativa (0,3 vs. 0,33 vs. 0,38 de C0,3Ref, C0,3R10 e C0,3R20, respectivamente) que aumentou o percentual de vazios permeáveis destes compósitos. Em contrapartida, os CUADs com teores de substituição de 10% e 20% de RPP apresentaram efeitos negativos sobre a retração autógena, com aumentos de 29,3% e 60,8% sobre o resultado de 28 dias da composição referência. Neste caso, o aumento da relação a/c (0,20 vs. 0,22 vs. 0,25 de C0,2Ref, C0,2R10 e C0,2R20, respectivamente), aumentou a disponibilidade de água por grama de cimento, resultando no crescimento dos calores acumulados e redução dos vazios permeáveis, aumentando a pressão capilar nestas amostras. A introdução volumétrica de até 2% de microfibras metálicas nas misturas resultou em efeitos benéficos, independentemente da relação a/agl, com reduções de até 23% na retração autógena de CADs e CUADs referências. Além disto, ao avaliar a retração autógena desde o momento da moldagem, percebe-se que as misturas contendo fibra auxiliam no combate a deformação enquanto o concreto ainda se apresenta em estado plástico. Por fim, entre os CADs houve uma sinergia positiva dos efeitos de substituição do cimento por RPP e a adição de microfibras metálicas, reduzindo ao máximo a retração autógena dos CADs ? 396 µm/m. Entre CUADs com 20% substituição de cimento por RPP, a adição de 2% de microfibras metálicas neutralizou o efeito negativo apresentado pelo RPP.

Abstract: High-performance concrete (HPC) and ultra-high-performance concrete (UHPC) present high self-desiccation processes, which increases capillary pressure and, consequently, autogenous shrinkage. This essay adopted the replacement of Portland cement by a supplementary cementitious material (MCS) ? more specifically porcelain polishing residue (PPR) ? and the introduction of restrictions to the deformation of the microstructure ? through the introduction of steel microfibers ? in order to to evaluate the individual and combined influence of these components in mitigating the autogenous shrinkage of HPC and UHPC. For this purpose, autogenous shrinkage tests were carried out in concrete with two different w/b ratios ? 0.20 and 0.30 ? varying the replacement contents in mass of cement by PPR ? 10% and 20% - and with two percentages of steel microfibers in the mixtures ? 1% and 2%. In addition to the autogenous shrinkage tests, tests were carried out on cement paste (isometric calorimetry, XRD, TG and water absorption) and mechanical characterization of concrete (compressive strength, flexural tensile strength and modulus of dynamic elasticity). The compositions of HPC and UHPC (w/b 0.30 and 0.20, respectively) with levels of cement replacement by PPR showed different behaviors in the development of autogenous shrinkage. The HPC containing mass replacements of 10% and 20% of cement by PPR showed reductions of 9.7% and 17.3%, respectively, compared to the autogenous shrinkage of the reference sample after 28 days of measurements. This positive effect stems from the reduction in the heat of hydration of the binder as a whole and also from the increase in the relative w/c ratio (0.3 vs. 0.33 vs. 0.38 of C0,3Ref, C0,3R10 and C0, 3R20, respectively) which increased the percentage of permeable voids in these composites. On the other hand, the UHPCs with substitution contents of 10% and 20% of PPR showed negative effects on the autogenous shrinkage, with increases of 29.3% and 60.8% on the 28-day result of the reference composition. In this case, the increase in the w/c ratio (0.20 vs. 0.22 vs. 0.25 of C0.2Ref, C0.2R10 and C0.2R20, respectively), increased the water availability per gram of cement, resulting in the growth of accumulated heat and reduction of permeable voids, consequently increasing the capillary preassure in these samples. The volumetric introduction of up to 2% of metallic microfibers in the mixtures resulted in beneficial effects, regardless of the a/agl ratio, with reductions of up to 23% in the autogenous shrinkage of reference HPC and UHPC. In addition, when evaluating the autogenous shrinkage from the moment of molding, it is noticed that the mixtures containing fiber help to combat deformation while the concrete is still in a plastic state. Finally, between the HPC there was a positive synergy of the effects of replacing cement with PPR and the addition of metallic microfibers, reducing the maximum autogenous shrinkage for this strength class ? 396 µm/m. Among the UHPC with 20% replacement of cement by PPR, the addition of 2% metallic microfibers neutralized the negative effect presented by PPR.