A diferença entre o concreto que dura 50 anos e o concreto que racha e se estilhaça em 5 geralmente se resume ao projeto da mistura. Obter a proporção água-cimento, as proporções de agregados e o conteúdo de ar corretos para sua aplicação específica determina a resistência à compressão, a durabilidade do congelamento e descongelamento e o desempenho a longo prazo. Este guia explica os fundamentos por trás do design do mix ACI e como aplicá-los no trabalho.

O papel da relação água-cimento

A relação água-cimento (a/c) é o parâmetro mais importante no projeto da mistura de concreto. Ele controla a resistência e a durabilidade: relações a/c mais baixas produzem concreto mais forte e menos permeável. O concreto mais denso e menos permeável resiste à infiltração de água, danos por congelamento e degelo, carbonatação e ataque de cloreto de sais de degelo.

A relação entre a/c e resistência está bem estabelecida: cada aumento de 0,05 na relação a/c reduz a resistência à compressão de 28 dias em aproximadamente 500 a 700 PSI. Uma mistura projetada para 4.000 PSI em a/c = 0,45 cairá para cerca de 3.500 PSI se água extra for adicionada no local para melhorar a trabalhabilidade. É por isso que adicionar água no local de trabalho é tão prejudicial - é a causa mais comum de concreto fraco e permeável.

ACI 318 define limites máximos de água/c com base na classe de exposição para garantir durabilidade, independentemente dos requisitos de resistência. Para concreto exposto a produtos químicos de degelo, o limite é 0,40. Para congelamento-descongelamento sem descongeladores, 0,45. Esses limites às vezes exigem mais cimento do que a resistência por si só exigiria, mas o benefício de durabilidade justifica o custo.

Selecionando tamanho agregado e gradação

O agregado representa cerca de 70% do concreto em volume e tem um efeito importante na demanda de água, na trabalhabilidade e na economia. Tamanhos máximos de agregados maiores requerem menos água (e, portanto, menos cimento) para atingir um determinado abatimento, reduzindo custos. No entanto, o tamanho máximo do agregado é limitado pelas folgas de formação e espaçamento das armaduras: o ACI 318 limita-o a um quinto da dimensão de formação mais estreita, três quartos da distância livre mínima entre barras de reforço e três quartos da cobertura transparente.

Para a maioria das obras planas residenciais, um tamanho máximo de agregado de 3/4 de polegada é padrão. Paredes e colunas com reforço denso podem exigir agregado de 3/8 de polegada. Lançamentos de concreto de massa muito grande (barragens, fundações de esteira) usam agregado de 1,5 a 3 polegadas para minimizar o calor de hidratação.

O agregado fino (areia) preenche os vazios entre as partículas de agregado grosso e fornece trabalhabilidade. O módulo de finura da areia afeta a demanda de água – areias mais finas requerem mais água. Uma mistura de agregados bem graduada (distribuição contínua do tamanho das partículas) produz a mistura mais densa e econômica. Agregados com classificação de lacuna (sem certas frações de tamanho) tendem a sangrar e segregar, a menos que sejam cuidadosamente gerenciados com aditivos.

Entrada de ar e durabilidade

O ar incorporado é essencial para o concreto exposto a ciclos de congelamento e descongelamento. Quando a água congela no concreto, ela se expande cerca de 9%. Sem entrada de ar, esta expansão gera pressões hidráulicas que quebram e fragmentam a pasta. Vazios de ar microscópicos incorporados (10 a 1.000 mícrons de diâmetro) fornecem alívio de pressão ao comprimir à medida que a água se expande, prolongando drasticamente a vida útil.

O conteúdo de ar necessário depende do tamanho do agregado e da severidade da exposição: ACI 318 Tabela 19.3.3 especifica 4,5 a 7,5% de ar total para exposição severa ao congelamento e descongelamento. O ar mais alto reduz ligeiramente a resistência à compressão (cerca de 5% por 1% de aumento no conteúdo de ar), portanto, o equilíbrio entre durabilidade e resistência deve ser gerenciado ajustando a relação a/c quando o ar é adicionado.

Em regiões sem risco de congelamento e degelo (zonas climáticas 1 e 2 do IECC), a entrada de ar geralmente não é necessária e pode ser omitida para maximizar a resistência. Lajes interiores, sapatas abaixo da linha de congelamento e concreto em estruturas aquecidas também não necessitam de entrada de ar. Sempre verifique os requisitos do código local, pois algumas jurisdições exigem a entrada de ar em todas as superfícies planas externas, independentemente do clima.

Tipos de cimento e aditivos especiais

O cimento Portland vem em cinco tipos ASTM C150 para diferentes aplicações. O tipo I/II é de uso geral e cobre 90% dos usos na construção. O Tipo III é finamente moído para alta resistência inicial, ganhando resistência de 7 dias comparável ao Tipo I de 28 dias, útil quando as formas devem ser removidas rapidamente ou a concretagem em climas frios requer resistência inicial. O tipo V é resistente ao sulfato e é necessário quando o concreto estará em contato com solos com alto teor de sulfato ou águas subterrâneas (o ataque do sulfato destrói a pasta de cimento comum).

Materiais cimentícios suplementares (SCMs), como cinzas volantes, escória e sílica ativa, substituem uma porção do cimento Portland. A cinza volante com reposição de 15–30% melhora a trabalhabilidade, reduz o calor de hidratação e aumenta a resistência a longo prazo. O cimento de escória com substituição de 25–50% aumenta a resistência final e melhora drasticamente a resistência ao sulfato. A sílica ativa a 5–10% densifica a pasta, melhorando a resistência e a resistência ao cloreto para estruturas de estacionamento e tabuleiros de pontes.

As misturas químicas modificam ainda mais as propriedades do concreto fresco e endurecido. Os redutores de água (ASTM C494 Tipo A/D/F) permitem a redução de a/c enquanto mantêm o abatimento. Os agentes incorporadores de ar criam as bolhas microscópicas descritas acima. Aceleradores (tipo cloreto de cálcio ou sem cloreto) aceleram a hidratação para trabalhos em climas frios. Os retardadores retardam o tempo de ajuste em climas quentes ou viagens longas. Usar a combinação certa de materiais e aditivos é a chave para uma mistura econômica e durável.

Controle de Qualidade: Testes e Ajustes de Campo

O projeto da mistura de concreto é tão bom quanto as práticas de dosagem e colocação em campo. Três testes no ponto de descarga confirmam que a mistura entregue atende à intenção do projeto. O slump test (ASTM C143) verifica a consistência; desvio de mais de 1 polegada da queda de projeto sinaliza um erro de dosagem ou água foi adicionada. O teste de teor de ar (método de pressão ASTM C231) confirma que o arrasto está dentro da faixa especificada. A amostragem de cilindros (ASTM C31) captura amostras para verificação de resistência à compressão de 7 e 28 dias.

Nunca adicione água no local de trabalho para melhorar a trabalhabilidade. Se a mistura for muito rígida, o caminhão de mistura pronta pode adicionar um aditivo redutor de água de seu fornecimento de bordo, mantendo a relação a/c original. Verifique se a dosagem está dentro da faixa recomendada pelo fabricante do aditivo. Registre quaisquer ajustes de campo no ticket do lote para o registro do projeto.

A cura é tão importante quanto o próprio design da mistura. O concreto ganha resistência apenas enquanto a umidade estiver disponível para hidratação. Cobrir lajes recém-acabadas com folhas plásticas ou composto de cura por pelo menos 7 dias aumenta significativamente a resistência final. A cura inadequada é responsável por uma grande parte das falhas de resistência de campo onde os cilindros devidamente amostrados (que são curados sob condições controladas) passam, mas os núcleos retirados da placa real falham.