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Concreto Polimérico Noções iniciais O concreto tradicional é um excelente material devido à sua versatilidade e baixo custo, podendo ser moldado enquanto fresco e adquirir resistência após a hidratação do cimento. Entretanto, devido à sua natureza porosa causada pelo ar aprisionado durante a fase de mistura, ou em decorrência de deficiências no adensamento, que limita a sua área de apoio à carga, ele presenta certas limitações, como o desenvolvimento de tensões internas combinadas com baixa resistência mecânica, tornando-o propenso à fissurações e possibilitando a entrada de agentes agressivos. Uma alternativa para a solução dos problemas mais comuns do Concreto de Cimento Portland é o Concreto Polimérico, que consiste em aliar a tecnologia convencional à de materiais novos como as resinas e polímeros, que preenchem os poros e amplia a área de apoio efetiva, dando ao concreto elevada resistência, alta durabilidade que diminui a incidência de intervenções e grande estabilidade química. O Concreto Polimérico pode ser classificado em três categorias: Concreto de Polímero (CP), Concreto Impregnado com Polímero (CIP) e Concreto modificado com Látex (CML).
Concreto de Polímero (CP) O Concreto de Polímero é constituído da mistura de agregados com um polímero como único aglomerante, não contém cimento, ou seja, não há fase de hidratação do mesmo, embora ele possa ser usado como agregado. Segundo Mehta Monteiro (1994), como esse tipo de concreto contém aglomerantes extremamente caros, é importante obter a máxima massa específica compactada seca possível do agregado. Suas características mecânicas são semelhantes ao concreto convencional, tendo em comum apenas os agregados, mas devem ser empregados em áreas distintas, visto que suas características térmicas não são propícias para usos em estruturas. Devido à sua alta resistência à compressão, da ordem de 140 Mpa e elevada proteção à agentes químicos, ele pode ser usado como painéis estruturais, concreto para pavimento rodoviário e canais de drenagem.
Agregados As resinas mais usadas são as sintéticas como as Poliésteres devido ao seu custo relativamente menor que se dividem em isoftálicas e ortoftálicas, e a resina Epóxi por oferecer vantagens como adesividade a superfícies molhadas, ser resistente em meios ácidos e alcalinos, não ser estável em meios oxidantes e apresenta uma retração mínima. Entretanto, houve uma crescente utilização de sistemas formados por resinas de metil metacrilato e estireno. As propriedades do concreto Polímero são obtidas em função da granulometria e natureza mineralógica dos agregados, que devem ser resistentes para não ocasionar quebras e possivelmente uma ruptura. A inserção de aglomerante em quantidade adequada melhora a trabalhabilidade da mistura fresca e aumenta a resistência mecânica. O teor de umidade do agregado não deve exceder 2%, pois influenciará na polimerização do polímero e consequentemente no endurecimento.
Mistura O concreto Polímero pode ser obtido de duas formas: a primeira é por meio convencional, onde se adiciona a resina aos agregados secos e previamente misturados até conseguir uma massa uniforme, embora essa técnica possa resultar na formação excessiva de bolhas de ar. A segunda consiste em colocar a resina no molde e depois adicionar gradualmente os agregados. A mistura é consolidada por vibração mecânica. Esta técnica produz peças mais uniformes com o mínimo de ar incorporado. A qualidade do concreto Polímero depende da boa proporção dos elementos constituintes, neste aspecto o problema da dosagem adquire interesse econômico básico visto que o custo do produto e da resina dependem do custo do aglomerante polímero. O excesso de resina compromete a viabilidade do uso desse novo material. Assim, a importância da mistura dos agregados com o mínimo de vazios para que propicie a redução de polímero é um fator que deve ser levado em conta na execução do concreto.
Propriedades Sendo impermeável aos líquidos e gases, possui excelente resistência à abrasão, aos ácidos, álcalis e solventes, exceto aos oxidantes fortes, boa durabilidade a longo tempo com ciclos para gelo e degelo e é um bom isolante elétrico. A resistência à tração e flexão é cerca de três à quatro vezes maior que a dos concreto comuns de Cimento Portland, mas possuem o mesmo módulo de elasticidade. Além de apresentar rápido aumento da resistência mecânica, o seu tempo de endurecimento é curto e possui boa aderência à maioria das superfícies.
Tabela 1 - Propriedades mecânicas típicas do concreto Polímero Monômero/
Relação
Densidade
Resist.
Polímero
Polímero/
(Kg/m³)
compressão
pressão
à
Deformação
(MPa)
(MPa)
Flexão
(GPa)
Agregado
à Resist. à Resist.
Mód. de
(MPa) Poliéster
1:10
2400
117
13
37
32
Poliéster
1:9
2330
69
-
17
12
Epóxi-
1:9
2000
95
-
33
-
1:1
1700
65
7
0.1
-
poliamida Epóxifurânica Fonte: Universidade de São Paulo (USP) – Escola de Engenharia de São Carlos
Contudo, o Concreto Polímero apresenta algumas desvantagens como: resistência relativamente baixa à oxidação, alta deformabilidade, restringindo-o ao uso em construções, limitada termo estabilidade e custo elevado.
Tabela 2 - Vantagens e desvantagens dos sistemas de resinas. Tipo de resina Propriedade da resina Poliéster Epóxi Metacrilato Poliuretana Custo V D D D Toxidade V D D D Aplicação N N V D Odor D D D V Cura em baixa temperatura N D V N Utilização V N D V Desgaste Retração D V D V Fonte: Universidade de São Paulo (USP) – Escola de Engenharia de São Carlos
Aplicações Visto como um material que representa uma área de aplicação bastante distinta do concreto convencional, seu uso é limitado devido ao seu custo elevado. Sua aplicação é economicamente mais vantajosa onde o concreto de cimento não consegue suprir as necessidades da obra. Seus principais usos são: - Tubos para esgoto e resíduos industriais; - Postes para linhas de transmissão de eletricidade; - Pavimento de autoestrada; - Painéis de vedação; - Fôrmas pré-fabricadas para estrutura de concreto convencional.
Concreto Impregnado com Polímero (CIP) É formado a partir da secagem do concreto comum por meio mais conveniente e econômico, havendo a impregnação do polímero que preencherá totalmente ou parcialmente os poros, dando à ele baixa porosidade com elevada resistência mecânica e maior durabilidade. O Concreto Impregnado com Polímero contém cimento hidráulico impregnado com monômero (molécula ou composto químico orgânico ou inorgânico, pode ser transformado em polímero pela combinação entre si com outros componentes similares) de baixa viscosidade para facilitar a sua penetração na estrutura microporosa. Os mais usados são metil metacrilato e o estireno pelo baixo custo.
Técnica de Impregnação A impregnação total consiste nas seguintes etapas: - Secagem do concreto comum e remoção do ar: o volume de vazios provocados pela quantidade de água que não reagiu durante o ciclo de hidratação deve ser removido por secagem a vácuo ou calor, para obter-se o máximo de eficiência de penetração do monômero. - Saturação com Monômero: mantendo-a sempre com pressão constante, consiste em saturar a peça de concreto circundando-a completamente com monômero. - Impermeabilização superficial: para prevenir a perda do monômero por evaporação e drenagem, as peças impregnadas devem ser seladas. - Polimerização: podem ser classificadas em adição, onde as moléculas de monômero se ligam sem formar produtos, condensação, coma formação de subprodutos, e pela combinação de ambas.
Propriedades De aparência semelhante ao concreto de cimento Portland, embora seja ligeiramente mais escuro, contém cerca de 6 a 7% de polímero. Devido ao preenchimento dos poros por polímero que representa cerca de 6 a 7% do seu peso, a resistência à compressão e à tração é quatro vezes maior que o concreto comum, mas as propriedades térmicas são praticamente as mesmas. A permeabilidade é reduzida em 90% e a resistência à abrasão aumenta em 70%. É resistente ao ataque de ácidos, álcalis e sais. Tabela 3: Propriedades do concreto impregnado com metil metacrilato Propriedades Resistência à compressão (Kgf/cm²) Resistencia à tração (Kgf/cm²) Abrasão (perda de peso) (g)
Concreto comum Concreto impregnado 370 1430 29 115 10 2
Fonte: Instituto de pesquisas tecnológicas do estado de São Paulo.
Aplicação O Concreto Impregnado com Polímero pode ser empregado nas seguintes áreas: - Recuperação de pavimentos deteriorados; - Barragens;
Concreto Modificado com Látex (CML) É definido como a combinação de cimento Portland e a dispersão de monômero na água, mais particularmente o látex, que é usado em forma líquida como aditivo. Como o látex é uma suspensão coloidal de polímero, ele pode ser adicionado durante a mistura dos materiais. Sua polimerização ocorre naturalmente por perda de água ou secagem, sem influenciar a hidratação.
Resinas Podem ser utilizadas as resinas termoplásticas, pois não requerem agentes de cura, e serem fundidas ou dissolvidas sem transformação química permanente, ou a borracha sintética, o Estireno-Butadieno, que provoca uma diminuição na resistência à compressão e aumento nas resistências à flexão e à tração. A viscosidade da resina não deve exercer influência negativa sobre a viscosidade da pasta de cimento no estado inicial da mistura, e nem o cimento conter alto teor de álcalis para não afetar a resina.
Propriedades O CML apresenta aumento da trabalhabilidade devido às moléculas esféricas de polímero e ar incorporado no concreto e associado ao látex, mas deve ser monitorado, pois o ar diminui a resistência mecânica. O tempo de pega é o mesmo ou maior que o do concreto comum. No que diz respeito à compressão, há ganhos significativos por causa da redução da água de amassamento em virtude da característica plastificante do látex. Proporciona reduzida permeabilidade, e altíssima oposição à carbonatação por causa do preenchimento dos poros por polímeros.
Figura: Microfotografia eletrônica de concreto de Cimento Portland (direita) e concreto de cimento Portland modificado com Látex (esquerda)
(FONTE: AMERICAN CONCRETE INSTITUTE, 1995)
