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Impacto da temperatura do cimento na temperatura do concreto e medidas para prevenir a retração plástica

 

O controle da temperatura do concreto é usualmente realizado em obras de pavimento de concreto ou na execução de estruturas que utilizam grandes volumes de concreto ou grandes áreas superficiais, com o objetivo de prevenir a fissuração das estruturas. Embora a importância desse controle seja bastante disseminada no meio técnico, a contribuição de cada material constituinte na temperatura final do concreto ainda é bastante controversa.

O trabalho publicado pela Portland Cement Association (PCA, 2011) contribui para o esclarecimento da real participação de cada material na composição da temperatura do concreto que, por sua vez, será apenas uma das variáveis envolvida no fenômeno da retração plástica.

Como descrito no artigo da PCA, sabe-se que a temperatura do cimento logo após sua fabricação é resultante, principalmente, da etapa de moagem do clínquer Portland. Dentro do moinho são utilizados corpos moedores de aço que por meio do atrito promovem a cominuição do clínquer, transferindo energia em forma de calor ao cimento moído.

Após a moagem do clínquer, o cimento ainda quente é estocado em silos de armazenamento que dificultam a dissipação do calor, porém o tempo praticado de estocagem é geralmente suficiente para que o cimento chegue ao consumidor em condições adequadas de uso. Entretanto, em períodos de elevada demanda do produto e nas estações mais quentes do ano, pode ocorrer de não haver tempo suficiente para diminuir a temperatura do cimento.

Portanto, eventualmente uma obra pode receber o cimento com temperaturas acima da temperatura ambiente, o chamado "cimento quente". É necessário esclarecer que este fato não será determinante na ocorrência de patologias no concreto, isto porque o que realmente importa é a temperatura do concreto e não apenas a temperatura do cimento.

Contribuição de cada material


Neste contexto, é necessário entender a contribuição de cada material na temperatura global do concreto fresco. A quantidade de cada material na mistura e seu calor específico são as variáveis que determinarão a temperatura inicial do concreto fresco. Usualmente, o cimento ocupa apenas entre 7% e 15% do volume total, enquanto a água de amassamento e os agregados em geral constituem os restantes 70% e 90% do volume do concreto (PCA, 2011).

A outra variável conhecida é o calor específico de cada material. O cimento e os agregados apresentam na média calor específico baixo, da ordem de 0,92 kJ/kg.K, enquanto a água apresenta calor específico bastante elevado, da ordem de 4,184 kJ/kg.K, o que significa que a água pode armazenar grandes quantidades de calor, enquanto o cimento e o agregado podem dissipar o calor rapidamente.

Os primeiros estudos referentes à influência da temperatura do cimento no concreto realizados por Lerch (1955) demonstraram como exemplo que, para baixar a temperatura do concreto em apenas um 1°C, a temperatura do cimento deve ser reduzida em 8,2°C ou deve-se diminuir a temperatura da água em 4,9°C, ou, ainda, reduzir a temperatura dos agregados em apenas 1,5°C.

Isto demonstra de forma clara que a influência da temperatura do cimento na temperatura global do concreto é muito menor do que a do agregado e a da água.

A temperatura aproximada do concreto fresco pode ser calculada tomando- se a temperatura dos materiais e suas respectivas massas por meio da expressão seguinte, considerando temperaturas em grau Celsius e massas em quilograma: (NRMCA, 1962).

Onde:

T= temperatura do concreto fresco
Ta = temperatura do agregado
Tc = temperatura do cimento
Tw = temperatura da água
Twa - temperatura da água livre no agregado
Ma = massa de agregado
Mc = massa de cimento
Mw = massa de água
Mwa = massa de água livre no agregado.

Causas da retração do concreto

O aspecto mais importante do controle da temperatura inicial do concreto fresco está ligado à minimização do risco de fissuração causado pela retração do concreto. A retração pode ser compreendida, de forma simplificada, como diminuição de volume das peças concretadas, e pode compreender causas diversas. O concreto pode sofrer retrações por perda de água por evaporação para o ambiente ou por sucção para o substrato. Outros tipos de retração são as térmicas, por carbonatação e autógena.

O foco principal deste artigo relaciona- se ao tipo de retração que ocorre na superfície do concreto fresco recém-adensado, enquanto se executa o acabamento ou logo após sua finalização. É mais comum em superfícies horizontais de grandes áreas, como lajes e pavimentos, e é conhecida por retração plástica.

As primeiras manifestações da retração plástica verificam-se antes da pega do concreto e pode ser resultado da perda de água por evaporação ou sucção do substrato. Indubitavelmente, a perda de água por evaporação é o fenômeno que mais preocupa. A velocidade como esta perda de água ocorre, também chamada de taxa de evaporação, depende das condições ambientais e da velocidade de exsudação da água do concreto e determinam se a fissuração por retração plástica ocorrerá ou não (figura 1).

Embora associada à concretagem em clima quente, a retração plástica pode ocorrer em qualquer condição climática que provoque elevada taxa de evaporação da umidade superficial do concreto. Quando essa taxa for maior que a velocidade de exsudação da água do concreto não será possível repor em tempo hábil a água evaporada. Neste caso, são criados espaços que geram tensões de tração e que podem causar fissuração caso estas tensões sejam maiores que a resistência do concreto naquele momento (Kosmatka et al, 2002).

Como estimar a taxa de evaporação


Além da temperatura do concreto, outras variáveis influenciam a taxa de evaporação. São elas: a temperatura ambiente e a umidade relativa do ar e também a velocidade do vento.

A taxa de evaporação deve ser monitorada durante toda a concretagem como instrumento de decisão quanto às providências a serem tomadas com o objetivo de minimizar o surgimento de eventuais fissuras causadas pela retração plástica. A taxa de evaporação é calculada tomando-se as medidas das quatro variáveis que a influenciam, conforme citado anteriormente.

Utilizando-se o diagrama desenvolvido pela PCA e apresentado na figura 2, é possível estimar a taxa de evaporação da superfície do concreto fresco.

Para utilizar o diagrama, é necessário medir as quatro variáveis envolvidas. Assim, entre primeiro com a temperatura do ar e encontre a umidade relativa; mova este ponto até encontrar a temperatura do concreto e em seguida mova até a velocidade do vento. Mova para a esquerda e leia a taxa de evaporação aproximada.

A taxa de evaporação também pode ser calculada por meio da seguinte expressão (ACI, 2007):

Eq.1:
E = 5 ([Tc - 18] 2 . 5 - r [Ta + 18] 2 . 5)
(V + 4) × 10 - 6

Onde:
E = taxa de evaporação (kg/m²/h)
Tc = temperatura do concreto (°C)
Ta = temperatura do ar (°C)
r = umidade relativa do ar (%)
V = velocidade do vento (km/h)

A obtenção dessas variáveis em campo deve ser realizada tomando-se cuidados para que sejam medidas de forma correta. A velocidade do vento deve ser medida a cerca de 50 cm da superfície do concreto e a temperatura ambiente e umidade do ar devem ser medidas entre 1,2 m e 1,8 m da superfície do concreto. Já a temperatura do concreto deve ser medida diretamente na massa do concreto recém-lançado ou próximo ao local de lançamento.

Em condições normais de velocidade de exsudação da água do concreto, uma taxa de evaporação maior ou igual a 1 kg/m²/h é considerada elevada e o risco de fissuração também será alto (Kosmatka et al, 2002).

Ter condições normais de exsudação implica dizer que concreto tem suficiente teor de finos em sua composição para reter a água. Esta quinta variável não é considerada no ábaco elaborado pela PCA e deve ser levada em conta ao avaliar o risco de fissuração.

A velocidade de exsudação é influenciada por cimentos e adições de elevada área específica ou mesmo agregados com altos teores de finos. Quanto maior a taxa de evaporação e menor a velocidade de exsudação do concreto, maior será a intensidade da fissuração. A figura 4 ilustra como os diferentes tipos de cimento podem influenciar a velocidade de exsudação.

Influência da resistência inicial


Além da velocidade de exsudação, outro aspecto pouco estudado e que pode influenciar na intensidade de fissuração quando a retração plástica ocorre é a influência do desenvolvimento das resistências iniciais do concreto. Concretos com menores resistências mecânicas nas primeiras horas apresentam menor combate às tensões de tração que levam à fissuração.

Embora dependa claramente da velocidade de exsudação, a probabilidade de fissuração causada pela retração plástica pode ser classificada conforme a tabela 1, adaptada de classificação semelhante proposta por Petrucci (1968).

Ressalva-se que estas faixas de probabilidade devem ser avaliadas com cuidado, pois o diagrama desenvolvido pela PCA, como já discutido, não considera a velocidade de exsudação da água do concreto.

A recomendação da PCA (Kosmatka et al, 2002) para os casos de concretos elaborados com cimentos com adição de pozolana e outras adições de elevada área específica (exemplo: sílica ativa ou metacaulim) é que a taxa de evaporação considerada crítica seja reduzida de 1,0 kg/m²/h para 0,5 kg/m²/h.

Considerações finais


A influência da temperatura do cimento no aumento da temperatura do concreto fresco é muito pequena, sendo isto comprovado por estudos que indicam que a redução de cerca de 10ºC na temperatura do cimento resulta na redução de apenas 1ºC na temperatura do concreto. A experiência acumulada da ABCP no acompanhamento de obras vem mostrando que como controle de recepção pode ser adotada geralmente a temperatura máxima do cimento de 70ºC.

Para diminuir a temperatura inicial do concreto, deve-se dar maior importância à temperatura dos agregados e da água de amassamento. Os agregados podem ser resfriados por meio de aspersão de água e o uso de água gelada ou gelo no amassamento pode ser indicado, nesse caso para combater também fissuras de origem térmica, assunto não tratado neste trabalho.

Além da temperatura do concreto, o risco de fissuração envolve variáveis como: velocidade de exsudação da água do concreto, temperatura ambiente, umidade relativa e velocidade do vento, e as influências destas variáveis devem ser avaliadas em conjunto.

Na inviabilidade de redução de uma das variáveis que influenciam a taxa de evaporação, deve-se optar por concretos com velocidade de exsudação mais alta e maior resistência mecânica nas primeiras horas.

Em condições de taxa de evaporação média ou elevada, a cura do concreto deve ser realizada imediatamente após o lançamento. Para esses casos o recomendado é a cura química, que pode ser aplicada na superfície do concreto logo após o lançamento.

 

Figura 1 - Fissuração tipicamente causada por retração plástica em um concreto recém-lançado em uma laje (ABCP, 2003)

 

Figura 2 - Diagrama para obtenção de estimativa da taxa de evaporação (Kosmatka et al, 2002)

 

Figura 3 - Medida da temperatura do concreto com termômetro laser (esquerda). Estação meteorológica posicionada próxima ao local de execução de um pavimento de concreto (direita)

 

Figura 4 - Resultados de velocidade de exsudação em pasta de quatro diferentes cimentos Portland. Cimentos com adição de cinzas volantes (CP IV) apresentam menor velocidade de exsudação (ABCP, 1999)

 

 

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