Two stage concrete : concreto ecoeficiente com agregados précolocados e otimizado por empacotamento de partículas

Abstract

Resumo: O two stage concrete (TSC) é um concreto produzido e lançado em duas etapas. Primeiramente os agregados graúdos são colocados nas formas e, em seguida, os vazios internos deixados por eles são preenchidos com graute. O TSC não requer vibração ou compactação para seu adensamento, pois a consistência fluida do graute permite sua aplicação por injeção ou gravidade. Devido à alta proporção de agregados graúdos em sua composição (da ordem de 60%), o TSC pode ser considerado um concreto ecoeficiente, devido ao baixo consumo de cimento que pode ser associado ao uso de adições minerais inertes (fíler) e ativas (materiais cimentícios suplementares), com consequente baixa emissão de CO2. Contudo, ainda não há consenso sobre o método de dosagem apropriado para sua produção, como incorporar adições minerais na mistura e qual é a relação entre a dimensão dos agregados graúdos utilizados e a capacidade de penetração do graute no esqueleto granular. Assim, o objetivo deste estudo foi desenvolver e avaliar as propriedades de TSC produzido com graute otimizado por modelos de empacotamento de partículas, assim como estudar a interação deste graute com o esqueleto granular, também otimizado por técnicas de empacotamento. O planejamento experimental foi divido em três etapas: (i) desenvolvimento do graute com base no modelo CPM (do inglês, Compressible Packing Model), (ii) desenvolvimento do esqueleto granular, ajuste da quantidade de água dos grautes por meio da avaliação da sua fluidez e penetração dos grautes nos esqueletos granulares, (iii) avaliação das propriedades dos TSC produzidos. A partir dos resultados obtidos, foi possível concluir que o modelo de empacotamento associado à avaliação da reatividade química dos componentes permite produzir concretos ecoeficientes, promovendo o uso racional de adições minerais ativas e do cimento Portland. Além disso, foi possível compreender o comportamento de penetração do graute em esqueletos granulares com diâmetros de agregados inferiores à 19mm. Por fim, comprovou-se a eficiência mecânica e ambiental deste tipo de concreto que apresentou 7,31 kg de cimento/m³.MPa e 6,46 CO2e/m³.MPa; valores respectivamente 39% e 29% inferiores à média encontrada para concretos brasileiros na faixa de 40 MPa.

Abstract: Two stage concrete (TSC) is a concrete produced and cast in two stages. First, the coarse aggregates are placed in the molds and then the internal voids left by them are filled with grout. TSC does not require vibration or compaction for densification, as the fluid consistency of the grout allows it to be applied by injection or gravity. Due to the high proportion of coarse aggregates in its composition (around 60%), TSC can be considered an eco-efficient concrete, due to the low cement consumption that can be associated with the use of inert (filler) and active mineral additions (supplementary cementitious materials), with consequent low CO2 emissions. However, there is still no consensus on the appropriate dosing method for its production, how to incorporate mineral additions into the mix and what the relationship is between the size of the coarse aggregates used and the penetration capacity of the grout in the granular skeleton. Therefore, the aim of this study was to develop and evaluate the properties of TSC produced with grout optimized by particle packing models, as well as to study the interaction of this grout with the granular skeleton, also optimized by packing techniques. The experimental design was divided into three stages: (i) development of the grout based on the CPM model (Compressible Packing Model), (ii) development of the granular skeleton, adjustment of the amount of water in the grouts by evaluating their fluidity and penetration of the grouts into the granular skeletons, (iii) evaluation of the properties of the TSC produced. From the results, it was possible to conclude that the packing model associated with the evaluation of the chemical reactivity of the components makes it possible to produce ecoefficient concretes, promoting the rational use of active mineral admixtures and Portland cement. In addition, it was possible to understand the penetration behavior of grout in granular skeletons with aggregate diameters lower than 19 mm. Finally, the mechanical and environmental efficiency of this type of concrete was proven, with 7.31 kg of cement/m³.MPa and 6.46 CO2e/m³.MPa, respectively 39% and 29% lower than the average found for Brazilian concretes in the 40 MPa range.