2.1 Dosagens necessárias

2.1.2 Projeto experimental

Sete tipos de traços de concreto foram feitos de acordo com a Norma ^{ACI-211.4R (2008)}: um traço de controle (CC-0%) que serviu de referência para o projeto e outro traço de concreto com aditivo fluidificante (CF-0%) com o qual foi avaliado o comportamento e desempenho do CAA; os 5 traços restantes continham diferentes percentagens de CBC em relação ao peso do cimento: 5%, 10%, 15%, 20% e 25%, (tabela 1). Foram utilizados agregado graúdo com tamanho máximo de 12,7 mm (1/2”) e agregado miúdo de areia de rio. Todos os traços foram dimensionados de acordo com o método de volume absoluto do American Concrete Institute (ACI) (^{ACI-211.1., 2002}), para o qual foram consideradas as relações água/cimento descritas na tabela 1.

Figura 1 Preenchimento dos cilindros com concreto autoadensável. 

Tabela 1 Dosagem dos traços de concreto. 

Dosagem do traço	Relação a/c*	Água (kg/m3)	Cimento (kg/m3)	Cinza de bagaço de cana (kg/m3)	Agregado miúdo (kg/m3)	Agregado graúdo (kg/m3)	Superplastificante (% por peso do cimento)
CC-0% CBC	0.50	190.00	380.00	---	830.00	845.00	---
CF-0%CBC	0.50	190.00	380.00	---	830.00	845.00	2.00
CAA-5%CBC	0.48	190.00	380.00	19.00	830.00	845.00	2.00
CAA-10%CBC	0.45	190.00	380.00	38.00	830.00	845.00	2.00
CAA-15%CBC	0.43	190.00	380.00	57.00	830.00	845.00	2.00
CAA-20%CBC	0.42	190.00	380.00	76.00	830.00	845.00	2.00
CAA-25%CBC	0.40	190.00	380.00	95.00	830.00	845.00	2.00
CC= Concreto de Controle, CF= Concreto Fluido, CAA= Concreto Autoadensável, CBC= Cinza de Bagaço de Cana Relação a/c* a c* é a soma da quantidade de cimento usado + a CBC

2.1.3 Preparação dos corpos de prova

Um total de 196 corpos de prova cilíndricos de 150 mm x 300 mm foram fabricados. Os corpos de prova foram recobertos por 24 h e posteriormente curados por imersão em solução saturada de hidróxido de cálcio, permanecendo nesta condição até a data do ensaio conforme ^{ASTM C31 (2008)}.

Tabela 2 Características dos corpos de prova e tempos de ensaio para ensaios mecânicos. 

Ensaio	Descrição	Idade do teste (dias)	Número de Cilindros
Resistência à compressão	Cilindros: 150mm Ø x 300mm	7, 14, 28, 56, 90, 180, 360	196

Figura 2 Preparação de cilindros para testes 

Neste processo foi utilizado um misturador com capacidade para um saco de cimento, capacidade de mistura de 255 l e volume de 350 l. O tempo total de mistura foi de 7 minutos. Vale ressaltar que de acordo com as quantidades de mistura foi necessário fazer duas misturas de concreto simultâneas.

2.1.4 Caracterização dos traços no estado fresco

Os diversos traços foram preparados de acordo com o ^{EFNARC (2002}) “Especificações e orientações para concreto autoadensável - HAC”. Foram utilizados testes de fluxo de espalhamento, fluxo de espalhamento T_50cm, anel J, caixa L, funil V, funil V em T_5minutos (EFNARC, 2002) e o Índice de Estabilidade Visual (VSI) (^{ASTM C1611, 2018}).

Figura 3 Caracterização do traço no estado fresco para avaliação dos parâmetros elementares de trabalhabilidade de um CAA. 

2.1.5 Caracterização dos traços no estado endurecido

Resistência à compressão

Os ensaios de resistência à compressão foram realizados de acordo com a norma ^{ASTM C39 (2004)}. No total, foram utilizados 196 corpos de prova cilíndricos para 7 tipos de traços, dos quais 4 tubos de ensaio de cada amostra foram testados nas idades de 7, 14, 28, 56, 90, 180 e 360 dias.

Figura 4 Sequência de testes de resistência à compressão. 

3.1 Composição química de CBC e cimento por FTIR

A técnica FTIR permite a análise qualitativa de amostras orgânicas e inorgânicas, sendo utilizada em testes de controle de qualidade e/ou necessidades de pesquisa. A Figura 5 mostra o espectro FTIR de cinza de bagaço de cana (CBC) e cimento Portland. A análise foi realizada no infravermelho médio na zona vibracional de 4000 a 600 cm^-1.

Figura 5 Espectro FTIR comparativo de CBC e CPC 30R 

No espectro FTIR do CBC mostrado na figura 5, pode ser observada uma banda em 1108 cm^-1 correspondente à Sílica (O-Si-O) (Sócrates, 2004). Enquanto nas regiões próximas a 1042 cm^-1 foi possível detectar os sinais correspondentes ao Si-O (^{Castaldelli, et al., 2016}) e nos comprimentos de onda de 1472 e 870 cm^-1 foi relacionado à presença de carbonatos (O-C-O) (^{Castaldelli, et al., 2016}). Da mesma forma, para o valor de 870 cm^-1 foi associado à presença de SiOH, e a 716 cm^-1 para K₂O (Castaldelli, et al., 2016). Com esta técnica foi possível obter uma aproximação da composição química da cinza do bagaço de cana-de-açúcar, mostrando os compostos principalmente SiO₂ e carbonatos, o que permitiu uma análise pela técnica de DRX.

3.2 Caracterização química de cimento e CBC por FRX

A caracterização elementar das cinzas e do cimento foi realizada por fluorescência de raios X. Para isso, preparou-se um comprimido com 15 g da amostra (cinzas peneiradas com malha nº 200 e cimento), com 0,6 g de gel compactador. É colocado em um pulverizador de anel por um tempo padrão estipulado pelo laboratório. Após a pulverização da amostra, 6,6 g de cada amostra são pesados e passados para uma prensa para formar o pellet, que é analisado no equipamento de fluorescência de raios X Philips MagixPro PW-2440. A técnica de FRX baseia-se em bombardear a amostra com raios X (primários), estes excitam os átomos, que, ao retornarem ao seu estado inicial, emitem raios X (radiação secundária) de determinados comprimentos de onda expressos em porcentagem de massa/massa.

A Tabela 3 mostra as composições químicas da CBC e do cimento determinadas pela técnica de fluorescência de raios X (FRX). Foi possível determinar que os compostos com maior presença no CBC são SiO₂, Al₂O₃ e Fe₂O₃ atingindo um valor total de 56,8%. De acordo com a norma ^{ASTM C618 (2019)}, a soma das composições de SiO2, SiO₂, Al₂O₃ e Fe₂O₃ deve ser igual ou superior a 70% para as pozolanas das classes N e F. Embora as pozolanas da classe C sejam consideradas 50% ou mais dos referidos componentes, sendo esta a possível classificação das cinzas utilizadas neste projeto.

Outras investigações relatadas na literatura chegaram a valores superiores a 70% dos compostos de SiO₂, Al₂O₃ e Fe₂O₃, para o CBC (Rincón e Romero, 2010). Além disso, quando o CBC apresenta alto teor de sílica (SiO₂) e alumina (Al₂O₃), é classificado como uma cinza classe F, o que representa uma boa atividade pozolânica e permite que seja utilizado como substituto parcial do cimento Portland (^{Camargo, 2014}). No entanto, o CBC utilizado neste projeto apresentou baixíssimo teor de alumina (Al₂O₃) e alto teor de CaO, conforme pode ser observado na tabela 3, que é considerado como tendo propriedades pozolânicas reduzidas devido ao teor de seus componentes.

Acredita-se que, devido ao procedimento de queima utilizado na usina de açúcar, para eliminar seus resíduos de bagaço de cana, a perda ao fogo de amostras de CBC pode ser alta, pois o vento dispersa as cinzas e a hidratação das partículas de cinza quando expostas a intempéries, além do fato de que durante seu transporte costuma ser contaminado com amostras do substrato onde é depositado. Vale ressaltar que o processo de queima é realizado em lixão a céu aberto com temperaturas entre 500 e 800 °C.

3.3 Composição mineralógica

Figura 6 Difratograma obtido na região. 

A composição mineralógica do CBC foi determinada pela técnica de Difração de Raios X (DRX), utilizando equipamento da marca BRUKER, com velocidade de varredura de 5°/min e passo de 0,020 graus. A figura 6 mostra o espectro de DRX, onde pode-se observar que o CBC apresenta características amorfas devido à elevação da linha de base entre 15 e 35 (2(); Tal comportamento faz com que o CBC possa apresentar alguma atividade pozolânica reduzida, podendo ser utilizado em certa medida como material adicional ao cimento Portland (^{Martirena, et al., 1998}).

3.4 Ensaios do CAA em estado fresco

Os resultados obtidos nos ensaios efetuados às misturas de CAA no estado fresco são apresentados nas tabelas seguintes (4, 5, 6, 7 e 8). A tabela 4 mostra os resultados do diâmetro (D_f) do fluxo de espalhamento e do tempo (T_50cm) obtidos no ensaio dos diferentes traços. Os diâmetros D₁ e D₂ foram medidos na extensão circular do traço de concreto, em direções perpendiculares entre si. De acordo com os resultados obtidos, determinou-se que as misturas com adições de CBC a 10%, 15% e 20% apresentaram melhor desempenho de fluidez, pois os fluxos de recalque e tempo estavam de acordo com as especificações da ^{EFNARC (2002}).

A Tabela 5 apresenta os resultados do ensaio de extensão com o anel J. Os dados apresentados correspondem aos diâmetros perpendiculares (D₁ e D₂) da extensão da circunferência de concreto e sua média (D_f); as alturas medidas no interior (H₁) e no exterior (H₂) do anel J, bem como as espessuras interna e externa (A₁ e A₂) do espalhamento do traço de concreto. Esses resultados mostram que o traço com 20% de CBC obteve o melhor desempenho para esse teste.

Os resultados do tempo de escoamento (T) e das alturas (H₁ e H₂) obtidos a partir do ensaio da caixa L são apresentados na tabela 6, neste ensaio buscou-se avaliar o desempenho da fluidez do concreto através de um tipo L cofragem e sua capacidade de auto nivelamento. De acordo com a relação H₂/H₁, foi possível determinar que os traços de concreto com 10%, 20% e 25% de CBC apresentaram melhor comportamento, sendo as duas últimas as de melhor desempenho.

A tabela 7 apresenta os resultados de tempo de escoamento e vazão em 5 minutos (T_5minutos), obtidos pelo teste do funil V. A maioria dos resultados de tempo de escoamento obtidos para cada traço de concreto ficaram dentro dos limites especificados pela ^{EFNARC (2002}). Da mesma forma, foi possível determinar que os traços de concreto com 20% e 25% CBC apresentaram valores de tempo de escoamento menores, ficando próximos ao mínimo de referência de 6 segundos. Para o teste de funil V aos T_5minutos, avaliou-se a resistência à segregação do concreto, de modo que após o repouso de 5 min, os traços de concreto ficaram dentro da faixa aceitável, porém, apenas os traços de 10%, 15%, 20% e 25% atendem aos 2 critérios deste ensaio.

Por outro lado, o Índice de Estabilidade Visual (tabela 8) também foi determinado de acordo com a norma ^{ASTM C1611 (2018)}, sendo que os traços CAA com 15% e 20% CBC não apresentaram segregação ou exsudação, tendo um comportamento estável durante o tempo dos diferentes ensaios e uma consistência mais homogênea.

De acordo com os resultados observados nas tabelas 4, 5, 6 e 7, pode-se dizer que o traço CAA com 20% de adição de CBC como filler foi a que apresentou o melhor desempenho de acordo com as especificações e orientações para concreto autoadensável - HAC da ^{EFNARC (2002}) a norma ^{ASTM C1611 (2018)}. Embora também tenha sido considerado que os traços com 10% e 15% mostram que podem atender a certos parâmetros de consistência e trabalhabilidade.

3.5 Ensaio de resistência à compressão

A figura 7 e a tabela 9 mostram os resultados de resistência à compressão aos 7, 14, 28, 56, 90, 180 e 360 dias para todas os traços, onde pode ser observado que a resistência à compressão dos traços com 10%, 15% e 20 % CBC obteve resistências superiores aos traços controle e fluida, embora o uso de materiais com características pozolânicas possa gerar uma diminuição da resistência nos primeiros 28 dias (^{López, et al., 2010}); porém, se forem garantidas a umidade e as condições adequadas para favorecer as reações de hidratação do cimento e as reações pozolânicas do CBC (^{Neville e Brooks, 1998}), a resistência do concreto com CBC poderá ser maior do que um concreto sem CBC nas idades superior a 28 dias. Através das misturas que foram elaboradas para este estudo, foi possível verificar o efeito do ganho na resistência após 28 dias, sendo maior nos traços de CAA com CBC de 10%, 15% e 20%, podendo demonstrar a efeito pozolânico reduzido a partir de cinzas. Para os traços com 5% e 25% de CBC não ocorreu o mesmo efeito, que está relacionado com a perda da capacidade pozolânica do CBC.

Figura 7 Valores médios de resistência à compressão de traços de concreto autoadensável. 

3.6 Comparação de resultados dos ensaios para concreto autoadensável

Nesta seção são analisados os ensaios realizados para cada traço de concreto, que correspondem a: ensaio de espalhamento, ensaio T_50cm, ensaio anel J, ensaio caixa L, ensaio funil V e V T_5minutos e resistência à compressão aos 28 dias. Os resultados alcançados neste projeto de pesquisa foram comparados com os obtidos em obras similares de concreto autoadensável. Para tanto, foram considerados apenas os três melhores traços deste trabalho, bem como os resultados de outras pesquisas com dosagem de traços semelhantes, dados apresentados na tabela 10.

Os dados apresentados na tabela 11 correspondem a dosagem de traços que possuem semelhanças em suas proporções, os quais foram descritos na tabela 10, que são comparados entre si de acordo com suas dosagens e são discutidos a seguir:

Os traços que foram comparadas com os trabalhos dos autores Akram et al. (2009), Narashimhan et al. (2014) e ^{Amjad et al. (2015}), correspondem a dosagem de traços com diferentes porcentagens de adição de cinza de bagaço de cana (0, 5, 10, 15, 20 e 25%) e aditivo superplastificante a 2% em massa de cimento. Os resultados de desempenho desses traços foram comparados com os traços desta pesquisa com 10%, 15% e 20% de adição de CBC.

Pelos dados comparados, pode-se dizer que o ensaio de espalhamento apresentou resultados aceitáveis para os traçados selecionados, pois as misturas devem estar dentro da faixa mínima de 650 e máxima de 800 mm, com tempos de escoamento T_50cm de no mínimo 2 s e máximo de 5 s (^{EFNARC, 2002}). De acordo com os resultados apresentados na tabela 11, os concretos CAA e MRB são as únicas misturas de concreto que atendem ao ensaio de espalhamento, porém, para o tempo de escoamento T_50cm, apenas os traços de concreto rotuladas como CAA, enquanto os traços de concreto dos outros 3 autores não se qualificam para o referido teste.

Por meio do ensaio anel J, obteve-se a razão da diferença de altura da mistura entre a parte interna e externa do anel, que não deve ultrapassar 10 mm. Os resultados apresentados na tabela 11 para este ensaio foram realizados apenas para os traços de CAA e MRB, onde se pode observar que os traços CAA-20%CBC, MRB-10 e MRB-15 atendem satisfatoriamente.

Por meio do ensaio caixa L e dos resultados da relação altura (H₂/H₁) apresentados na tabela 11, foi possível determinar que os traços CAA-10%CBC, CAA-20%CBC e MRB-15 foram os únicos os que ficaram dentro dos valores aceitáveis com 0,85, 0,89 e 0,80 respectivamente (sendo que a faixa da relação H₂/H₁ deve estar entre 0,8 a 1). As outras misturas de concreto não atenderam a este ensaio, de fato, alguns traços obstruíram e não fluíram conforme exigido para um CAA.

No ensaio do funil V é indicado o tempo aceitável de 6 a 12 segundos, permitindo avaliar a capacidade de fluidez das misturas. Onde os traços de concreto CAA-10%CBC, CAA-15%CBC e CAA-20%CBC foram as que ficaram dentro dos limites aceitáveis para este ensaio, enquanto as demais amostras ultrapassaram o tempo permitido. Em relação ao ensaio de funil V em T_5minutos, que permite avaliar a propriedade de resistência à segregação, considera-se a faixa admissível de 0 a +3 segundos, pelo que se pode observar nos resultados que os traços estudados neste trabalho atendem com o referido requisito, enquanto os traços relatados na literatura não atenderam a esse requisito.

Os resultados de resistência à compressão aos 28 dias apresentados na tabela 11 correspondem a relações a/c relativamente semelhantes ou próximas às consideradas neste projeto. A resistência mecânica obtida para os traços de CBC aos 28 dias é próxima de 400 kg/cm² com um teor médio de cimento de 380 kg/m³; para os traços indicados com as etiquetas 10B, 15B e 20B-2SP, a resistência mecânica comporta-se de forma semelhante aos traços com CBC mas com um teor médio de cimento de 500 kg/m³; enquanto nos traços identificados como MRB foi observada resistência mecânica acima de 400 kg/cm² com teores de cimento de 360 a 405 kg/m³; da mesma forma, nos traços denominadas SCC, foram alcançadas resistências da ordem de 250 kg/cm² para teores de cimento de 550 kg/m³.

Embora os resultados mostrem resistências próximas das relações a/c propostas, alguns traços não atendem as propriedades de um CAA, apesar de apresentarem maior teor de cimento, portanto, independentemente do processo de fabricação, é necessário julgamento e um projeto adequado a ser capaz de alcançar os benefícios de um CAA. As resistências mecânicas apresentadas no comparativo apresentam resistências adequadas aos seus projetos, porém as apresentadas neste trabalho são as que atendem a quase todas as especificações de um CAA. Os demais autores obtiveram melhores resultados, mas para dosagens com maiores teores de superplastificantes e/ou menores teores de cinza de bagaço.