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É comum o uso de agregados miúdos naturais (areias naturais) em concreto. Porém, o impacto ambiental causado pela extração desse recurso natural e a escassez em determinadas regiões faz com que a areia artificial seja cada vez mais procurada para produção de concreto.
Por conta da cresente demanda por agregados miúdos artificiais (areia artificial), o tecnologista de concreto precisa agir para evitar que a granulometria e o formato do grão possam interferir negativamente no desempenho do concreto. Uma ação a tomar é adicionar aditivos na mistura para mitigar os efeitos negativos da areia artificial. Portanto, incorporadores de ar permitem que concreto com pouca ou sem areia natural seja produzido com qualidade e sem prejuízo técnico ou econômico.
O Uso da Areia Artificial vs. Areia Natural em Misturas de Concreto
O agregado miúdo artificial é um material conhecido e bastante utilizado. Porém, a preferência evidente e aceitável é pelo agregado natural.
Ao comparar as características dos grãos de areia, a areia natural tem um formato arredondado e superfície lisa. Portanto, essas características contribuem para a redução do atrito entre as partículas da mistura do concreto. Em contrapartida, a areia artificial normalmente possui características opostas como lamelaridade e alta rugosidade superficial. Isso explica a preferência pela areia natural.
A imagem abaixo compara a granulometria do agregado miúdo natural com o do agregado miúdo artificial.
No entanto, fatores econômicos e ambientais aumentaram a demanda por areia artificial. Como a areia natural é extraída de leitos de rios e depósitos sedimentares (jazidas), o processo de mineração de areia afeta negativamente o meio ambiente. Paralelamente, devido à superextração desse recurso natural, a areia natural tem se tornado cada vez mais cara em certas regiões. Assim, o uso de um agregado miúdo artificial tornou-se necessário.
Como a areia natural é parcial ou totalmente substituída por areia artificial, o comportamento reológico da mistura é rapidamente alterado. Assim, a granulometria e a forma dos grãos podem interferir negativamente no desempenho do concreto tanto no estado fresco quanto endurecido. O infográfico abaixo compara 2 misturas de concreto, uma com areia natural e o outra com areia artificial.
Impacto da Areia Artificial no Estado Fresco do Concreto
No estado fresco, o maior impacto do uso de areia artificial na mistura do concreto está em sua reologia. Mesmo quando se obtém uma boa curva granulométrica, o formato do grão da areia artificial e a interação entre as partículas tornam alguns tipos de concreto quase impraticáveis. Por exemplo, o concreto fluido e o concreto autoadensável exigem grande fluidez com estabilidade reológica. Porém, é possível substituir a areia natural pela areia artificial na composição do concreto autoadensável.
Impacto da Areia Artificial no Estado Endurecido do Concreto
Já no estado endurecido, há alguns pontos a serem observados. A mistura com areia artificial pode sofrer por ter uma maior demanda de água por metro cúbico de concreto. Isso acontece devido a maior área superficial do agregado, principalmente quando a areia artificial possui altos teores de materiais pulverulentos. Esses materiais pulverulentos são classificados pelo seu tamanho de partículas extremamente pequeno, pois são passantes na malha 0,075 mm de abertura.
O consumo de água elevado não é a única alteração. Aumentando a água também se eleva a adição do cimento para uma mesma resistência mecânica. Dessa forma, concreto com areia artificial consome mais cimento por metro cúbico comparado ao mesmo com areia natural numa mesma relação água/cimento.
Além desses fatores econômicos, a durabilidade pode ser prejudicada. A mistura de concreto com areia artificial terá uma menor resistência à abrasão pelo excesso de superfinos. Ao mesmo tempo, haverá uma maior probabilidade de contato entre grãos de areia sem a presença de pasta, podendo deixar a microestrutura mais permeável.
Porém, há como reduzir os efeitos negativos do uso da areia artificial e viabilizar economicamente seu uso. Principalmente em concretos sem areia natural, uma saída é o uso de aditivos que reduzam o atrito entre as partículas. Dois exemplos de aditivos são os incorporadores de ar e os redutores de água.
Aditivos para Misturas de Concreto com Areia Artificial
Os aditivos para concretos com areia artificial, sejam combinados com areia natural ou não, precisam incorporar ar em quantidades controladas para minimizar os pontos negativos do uso da areia artificial. Uma solução é adicionar um redutor de água à mistura do concreto. Esse tipo de aditivo dispersa os grãos de cimento e pequenas partículas por repulsão eletrostática e redução da tensão superficial. Dessa forma, o redutor de água pode gerar ar incorporado, que reduz o atrito entre os grãos.
Outra opção é utilizar um aditivo incorporador de ar separado do aditivo redutor de água. Ao manusear os aditivos separadamente, é possivel controlar suas dosagens e efeitos com melhor eficiência. Dessa forma, é possível evitar o efeito colateral ou adverso do redutor de água ao concreto, como retardo de pega excessivo, segregação ou exsudação.
Incorporador de Ar no Concreto
Os agentes incorporadores de ar são compostos de moléculas com características hidrofílicas e hidrofóbicas, muito semelhantes ao sabão e outras formulações de surfactantes. Esses material tem a capacidade de diminuir a tensão superficial da água e de precipitar uma película em torno das bolhas de ar formadas durante o processo de mistura. Assim, os agentes incorporadores de ar estabilizam as bolhas de ar até que o concreto comece a endurecer. Isso evita que o ar escape da mistura.
Tipos de Aditivos Incorporadores de Ar
Os quarto tipos mais comuns de bases químicas para aditivos incorporadores de ar no mercado global são:
- Resinas de madeira,
- Hidrocarbonetos sulfonados,
- Ácidos graxos e resinosos, e
- Materiais sintéticos.
Como Identificar um Agente Incorporador de Ar de Qualidade?
O tamanho das bolhas de ar incorporado no concreto são essenciais para um desempenho de qualidade. Normalmente, as bolhas de ar tem diâmetro inferior a 1 mm e em média estão entre 0,2 e 0,3 mm. Portanto, esse tipo de bolha contribui para a mobilidade dos grãos de areia artificial sem prejudicar a resistência à compressão. Vale ressaltar que esse argumento é apenas verídico se a incorporação de ar é inferior a 5%.
Para garantir o diâmetro médio e a correta distribuição das bolhas de ar é importante utilizar bases químicas (matérias primas) na confecção dos aditivos que promovam a adequada incorporação de ar, não afete as resistências mecânicas e auxilie na reologia do concreto.
Dentre as matérias primas mais comuns, as resinas de madeira levam vantagem sobre os outros tipos de incorporador de ar. Este tipo eleva o teor de ar de forma mais controlada em relação a dosagem e sem aumento significativo do diâmetro da bolha para concretos com menos de 5% de ar incorporado. Em outras palavras, os agentes incorporadores de ar derivados de resinas de madeira elevam o teor de ar até um certo ponto, mesmo se o processo de agitação da mistura continuar. Em comparação, outras matérias primas incorporam ar continuamente enquanto a mistura estiver sendo agitada. Dessa forma, resinas sintéticas e hidrocarbonetos sulfonados são interessantes para concreto celular, por exemplo.
Qual a finalidade de adicionar um incorporador de ar à mistura de concreto feita com areia artificial?
Com a correta incorporação de ar, o concreto contendo areia artificial terá um ganho substancial. O aditivo viabiliza o uso do material artificial na mistura cimentícia com até 100% de substituição da areia natural.
Se aplicado de forma correta, até as areias provenientes de demolição de construção são substitutos adequados da areia natural. Mesmo com uma granulometria de caracteristica áspera e teores de superfinos elevados, esse tipo de material artificial tem potencial. Por exemplo, um concreto de qualidade pode ser produzido usando um incorporador de ar na mistura.
É importante ressaltar que os tempos de pega não são normalmente afetados pelo uso do incorporador de ar. Isso é verídico porque normalmente estes aditivos não influenciam no processo de hidratação do cimento Portland.
Já o teor de ar pode ser afetado pelo tipo de cimento. Os cimentos mais finos e com maiores teores de adição mineral tendem a dificultar a incorporação de ar pelo seu empacotamento granular e a interação entre partículas em sistema aquoso.
Segue abaixo uma imagem comparativa entre 2 misturas de concreto com areia artificial. Apenas o teste de abatimento do lado direito contém um incorporador de ar na mistura.
Em Resumo
Os aditivos incorporadores de ar possuem um papel fundamental na viabilidade da fabricação de concretos com areias artificiais. Principalmente na ausência de areias naturais, um incorporador de ar permite uma flexibilidade de escolha dos materiais na produção de concreto. Isso acontece porque o aditivo cria inúmeras bolhas de ar microscópicas e bem distribuidas na mistura de concreto. Assim, essas bolhas de ar agem como um lubrificante entre os grãos ásperos da areia artificial. Consequentemente, locais sem areia natural disponível podem produzir concreto com as características solicitadas e sem prejuízo técnico ou econômico.
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Sobre o Autor
Geniclesio Santos é engenheiro civil formado pela Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), com pós-graduação em engeharia de túneis e em química geral e industrial. Atuou por 10 anos como engenheiro de produto e gerente técnico em multinacionais do ramo de químicos para construção, principalmente em aditivos de concreto e argamassa. Em 2016 foundou a GMG Engenharia e Consultoria e atua como diretor técnico. Com uma vasta expertise, Geniclésio Santos e sua equipe prestam consultoria a empresas no Brasil e no exteriror em projetos de infraestrutura. A empresa também tem experiência com materiais de construção não convencionais como adesivos, revestimentos poliméricos, impermeabilizações, etc… Por fim, Geniclesio Santos tem participação nos comitês de revisão e desenvolvimento de normas da ABNT. Recentemente foi secretário da comissão de estudos da nova norma de aditivos: ABNT NBR 11.768 Aditivos para concreto de cimento Portland.
