Dosagem e caracterização de concreto auto adensável produzido com agregados reciclados a partir de técnicas de empacotamento de partículas

Abstract

Resumo: O concreto autoadensável (CAA) é uma das tecnologias mais inovadoras do setor da construção civil nas últimas décadas e vem ganhando destaque no mercado por conferir diversas vantagens técnicas e econômicas. Em um cenário oposto, a construção civil é geradora de grandes impactos ambientais negativos e dentre as preocupações mais emergentes, duas são a de reduzir a extração de recursos naturais usados como agregados na produção de concretos e promover destinações mais adequadas aos resíduos de construção e demolição (RCD). Uma das alternativas visadas para mitigar esses impactos é a produção de concretos usando agregados obtidos a partir de resíduos de demolição de concreto (ARC) em substituição aos agregados naturais (AN). Seguindo essa abordagem, o objetivo do presente trabalho é empregar os conceitos de empacotamento de partículas para obter dosagens otimizadas de CAA contendo ARC. Para tanto, foi adotado o modelo de Alfred, que propõe uma curva granulométrica ideal a fim de promover o empacotamento do conjunto de partículas. Para aplicação do modelo foi programado um código em Python com a função de simular diversas combinações de proporções entre os materais componentes e retornar a que melhor se ajusta à curva teórica ideal. Das diversas combinações retornadas pelo código, foram selecionadas três composições de CAA para constituir a fase experimental do estudo :CAA-1, CAA-2 e CAA-3. O CAA-1 foi composto por 100% de brita reciclada e 50,4% de areia reciclada em substituição à areia natural. o CAA-2 com 100% de brita reciclada e 100% de areia natural e o CAA-3 com 100% de areia recialada e 100% de brita natural. Os três concretos foram produzidos e caracterizados no estado fresco pelos ensaios de slump-flow, anel J, funil V e massa específica. No estado endurecido foram avaliados quanto à resistência mecânica e quanto às propriedades de absorção de água. Além disso, também investigados através de ensaios de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de raios X por energia dispersiva (EDS). A aplicação do modelo de Alfred permitiu a obtenção de dosagens otimizadas, com substituição dos AN por ARC em taxas de 100% e consumo de cimento variando de 236 a 309 kg/m³. As misturas demonstraram comportamento satisfatório quanto à fluidez e coesão no estado fresco, atendendo os requisitos normativos de auto adensibilidade. Apesar do baixo consumo de cimento dos traços, a taxa de consumo de aglomerantes em relação a resistências à compressão dos concretos, conhecido como fator Binder Index (BI) foi elevada, variando de 12,0 a 19,8 kg/m³ .MPa. No estado endurecido o CAA-2 apresentou melhor desempenho em todas as propriedades mecânicas e de absorção avaliadas. De modo geral, os resultados obtidos demonstraram maior dificuldade na obtenção de propriedades adequadas de autoadensibilidade e mecânicas para os concretos produzidos com uso misto de brita e areia recicladas (CAA-1) e com substituição total de areia natural por areia reciclada (CAA-3).

Abstract: Self-compacting concrete (SCC) is one of the most innovative technologies in the civil construction field at the last two decades and it has become popular in the market due to the several technical and economic advantages. In an opposite scenario, civil construction generates major negative environmental impacts and among the most emerging concerns, one is to reduce the extraction of natural resources used as aggregates in concrete production and other one is to promote more adequate destinations for construction and demolition wastes. One of the alternatives aimed at mitigating these impacts is the production of concrete using aggregates obtained from concrete demolition waste (RCA) to replace natural aggregates (NA). Following this approach, the present work aims to apply the concepts of particle packing in order to obtain optimized mix designs of SCC containing RCA. For that, Alfred's model was adopted, which proposes an ideal granulometric curve in order to promote the packing of the set of particles. To apply the model, a Python code was programmed with the function of simulating different combinations of proportions between the component materials and returning the one that best fits the ideal theoretical curve. Among the combinations returned by the code, three compositions of CAA were selected to constitute the experimental phase of the study: CAA-1, CAA-2 and CAA-3. CAA-1 was composed with 100% of recycled gravel and 50.4% of recycled sand in repleacement of natural sand. CAA-2 was composed with 100% of recycled gravel and 100% of natural sand. CAA-3 was composed with 100% of recycled sand and 100% of natural gravel. The three concretes were produced and characterized in the fresh state through the following tests: slump-flow, J-ring, V-funnel and specific mass. In the hardened state, they were evaluated regarding its mechanical strength and water absorption. They were also investigated by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS). The mixtures showed satisfactory results in terms of fluidity and cohesion in the fresh state, meeting the brazilian standards requirements of self-compacting ability. Despite the low cement consumption of the compositions, the rate of binder consumption in relation to the compressive strength of the concrete, known as the Binder Index (BI) factor, was high compared to other values found in the literature, ranging from 12.0 to 19.8 kg/m³ .MPa. In the hardened state, CAA-2 showed better performance in all mechanical and absorption properties evaluated. In general, the results obtained showed greater difficulty in obtaining adequate self-ability and mechanical properties for concretes produced with mixed use of recycled gravel and sand (CAA-1) and with total replacement of natural sand by recycled sand (CAA-3 ).