O estudo das composições com vista à produção de betão leve, teve como princípios orientadores a necessidade de obter diversos betões leves estruturais de características físicas e mecânicas distintas, inserindo-os em diferentes classes de resistência à compressão e classes de massa volúmica, de tal forma que fosse possível cumprir os objectivos do programa experimental.
Os materiais adoptados para a produção dos betões neste estudo foram, para além da água, agregados leves de argila expandida, uma areia siliciosa, um ligante hidráulico (cimento Tipo I 52,5R) e um adjuvante super plastificante.
Como agregados leves de argila expandida, usou-se o agregado de produção nacional com a designação comercial de LECA®. Num contexto de inexistência de experiência consolidada no fabrico de betões estruturais com este agregado, a opção pela utilização do agregado nacional de LECA teve em vista a produção de informação técnica e científica, nomeadamente sobre o seu potencial relativamente às características físicas e
mecânicas, composição e métodos de fabrico. Esta escolha, em detrimento de outro agregado disponível comercialmente em Portugal, de origem espanhola, com a designação comercial de ARLITA® veio precisamente no sentido de colmatar o relativo desconhecimento dos betões de LECA®. Efectivamente, a informação disponível na bibliografia e comprovada em ensaios realizados no âmbito deste trabalho, permitiram concluir que os agregados de ARLITA, por via essencialmente da sua maior resistência à compressão, conduziam a valores de resistência à compressão superiores aos valores possíveis pela utilização do agregado de LECA.
As propriedades intrínsecas mais relevantes dos agregados leves de argila expandida, são a baixa resistência à compressão, a baixa massa volúmica e a alta permeabilidade. No que respeita aos estudos de composição, para além da análise granulométrica e massa volúmica, a propriedade mais relevante é a sua capacidade de absorção de água. A Figura 7 apresenta a evolução da quantidade de água absorvida ao longo do tempo, nas primeiras 24 horas, pela realização de ensaio em laboratório pela imersão em água à temperatura ambiente. tempo 0 10 20 30 40 50 ab s o rç ão [ % ]
2 min. 5 min. 10 min. 30 min. 24 h
Figura 7 – Evolução da absorção de água em agregados leves de LECA.
O cimento utilizado, Tipo I 52,5 R, da SECIL (fábrica do Outão) foi escolhido pelo facto da sua classe de resistência permitir o fabrico de um betão de elevada resistência à compressão e, além disso, se encontrar disponível no mercado nacional [133].
O adjuvante adoptado, um super plastificante de terceira geração, VISCOCRETE®-3000 fabricado pela SIKA [137], permitiu a redução da relação A/C, mantendo uma
consistência suficientemente fluida para que não exista uma segregação demasiadamente pronunciada dos agregados leves.
Os métodos de formulação das composições de betões de agregados de massa volúmica normal podem ser utilizados no caso dos betões de agregados leves, tendo somente em consideração as especificidades do tipo de agregados e a sua influência em algumas características do betão, nomeadamente a consistência, a massa volúmica e a resistência. Assim sendo, o método utilizado foi o das curvas de referência de Faury, o qual está amplamente difundido na bibliografia e experiência portuguesa [35, 102, 103].
O cálculo das composições foi efectuado considerando os agregados leves com teor de água igual a zero, tendo sido, contudo, realizadas as amassaduras com os agregados quase saturados, considerando para tal um acréscimo de água suficiente para ser absorvida pelos agregados em 30 minutos. Esta opção, resulta da necessidade de controlar a quantidade de água na amassadura, por via da grande capacidade de absorção dos agregados, os quais, após a mistura e durante o processo de endurecimento do betão fresco, vão reter água necessária a uma melhor hidratação do cimento. A definição do valor de 30 minutos decorre da análise ao diagrama da Figura 7, observando-se que existe como que uma inflexão ao fim desse período, tornando-o um valor razoável.
Refira-se, a este propósito, que este facto se traduz em benefício do aumento das resistências do betão, uma vez que, criando-se as condições para a existência de água no interior do betão, permite-se uma cura mais eficiente [155].
Após a realização de numerosas amassaduras experimentais foi decidida a adopção de 3 composições de base para a prossecução do trabalho experimental, expostas no Quadro 1. Neste Quadro 1, a quantidade de água apresentada corresponde ao somatório da água que os agregados absorvem em 30 minutos com a água que reage com o cimento.
Quadro 1 – Composição dos betões leves utilizados (em massa).
BAL I BAL II BAL III
Cimento 500 500 500 Areia 586 326 472 LECA 3/8F – 185 152 LECA 2/4 234 63 67 LECA 0/2 49 49 49 Adjuvante 12,5 12,5 12,5 Água 204 209 204
As amassaduras experimentais para definição das composições base, bem como as restantes para fabrico dos provetes de ligações mistas e vigas mistas, foram efectuadas em misturadoras de eixo horizontal. Esta opção justifica-se dado que, nas misturadoras de eixo vertical, os agregados leves são esmagados pelas pás contra a parede do tambor. A trabalhabilidade do betão foi medida pelo abaixamento no cone de Abrams [71], tendo-se verificado sempre um abaixamento superior a 18 cm, o qual corresponde às exigências iniciais, por se tratar de uma consistência usual na produção de betão pronto para bombagem.
Na fabricação de provetes e de protótipos de vigas mistas foi usado o vibrador de agulha, o qual se mostrou eficiente, como prova a excelente homogeneidade na distribuição dos agregados leves na Figura 8. Este aspecto é de primordial importância na produção de betão de agregados leves, uma vez que, pela sua baixa massa volúmica, estes são bastante susceptíveis à segregação. Este problema foi controlado em duas fases: na composição e na vibração. Na composição, as dosagens mais elevadas do que o normal em finos (cimento) e em super plastificante, conduzem a uma mistura que, para a mesma trabalhabilidade que um betão normal, apresenta uma maior viscosidade. Relativamente ao processo de vibração, este foi calibrado em diversas amassaduras experimentais, de forma a decorrer com uma duração e frequência de vibração compatíveis com o tipo de betão em causa.
Figura 8 – Imagem de um seccionamento de peças de betão leve.
As características físicas e mecânicas dos tipos de betão apresentados no Quadro 1 têm (sem prejuízo de informação mais detalhada fornecida para cada amassadura) os seguintes valores de referência: BAL I – fcm=30MPa, D1,6; BAL II – fcm=20MPa, D1,4;
BAL III – fcm=20MPa, D1,6.
No que se refere à colocação em obra de betão leve através de bombagem, a norma ENV 13670-1 [85] estabelece que este tipo de operação deve ser precedido de análise específica da influência da bombagem na resistência final do betão endurecido, isto é, deve verificar-se se a resistência do betão fornecido através de bombagem tem uma resistência à compressão não inferior a 90% dos valores esperados sem bombagem. O caso português correspondente à obra do Pavilhão de Portugal na Expo98, realizada em 1997 em Lisboa, é referido internacionalmente como um caso de sucesso a este respeito [47]. Refira-se que se utilizou precisamente agregados de LECA.
A utilização de uma maior quantidade de finos, maior dosagem de cimento e recurso ao agregado fino de LECA (LECA 0/3®), bem como uma maior dosagem de adjuvante super plastificante, favorece uma maior lubrificação na operação de bombagem do betão leve para colocação em obra. As elevadas pressões, consequência da operação de bombagem, induzem a uma ainda maior absorção de água por parte dos agregados leves, razão pela qual dois factores devem ser tidos em conta na composição e fabrico do betão: molhagem prévia dos agregados e adopção de agregados menos grossos, de forma a reduzir a quantidade de água absorvida durante o processo de bombagem. Desta forma, podemos dizer que o betão, aqui designado por BAL I, cumpre todos os requisitos prévios para um bom desempenho numa colocação em obra por bombagem,
sem prejuízo evidentemente de uma análise mais cuidada a este respeito em consonância com o exposto na norma ENV 13670-1.