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ANAIS DO 57º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2015 – 57CBC
CONCRETO DE ALTA DENSIDADE
High Density Concrete
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1. Introdução
O raio Gama e o raio-X são constituídos po...
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[6] Mehta, P. K., Monteiro, P. J. M. Concreto: Estrutura...
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  1. 1. 1 ANAIS DO 57º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2015 – 57CBC CONCRETO DE ALTA DENSIDADE High Density Concrete Autor (1); SILVA, Carlos André Rocha da; Autor (2) Tenório, Májores de Omena (1) Graduando em Engenharia Civil, FAT (2) Professora Engenheira Civil, FAT- majorestenorio@gmail.com Resumo O Concreto de Alta Densidade possui alta resistência e elevada massa específica, essas propriedades favorecem a retenção de raios- x e raios gama, que têm um alto poder de penetração. Esse concreto é capaz de substituir parte de painéis de chumbo, tornando o custo inicial da obra e de manutenção menor. Ele é indicado para câmaras de raios-X ou raios gama, paredes de reatores atômicos, lajes de sub pressão elastros. Sua capacidade de blindagem deve-se a sua constituição com material pesado, como ferro, cuja massa atômica é 56, ou outro material que possua maior número atômico, como os minérios: hematita e barita. Outros materiais bastante ultilizado são os cimentos com baixo teor alcalino, aditivos dos tipos A, D, F e G, além de agregados pesados que podem ser parcialmente substituidos pelo boro. A revisão bibliográfica aponta o aumento da resistência à compressão e o melhoramento da capacidade de bloqueio da radiação X e gama quando adicionado o chumbo ao concreto em uma proporção de 90%. Além disso, os resultados mostram que a atenuação da radiação do concreto aumentada em proporção com a densidade do concreto. Palavras-chave:Concreto de alta densidade,Proteção hospitalar, Raios gama, Raios – x. Abstract The high density concrete has high strength and high density, these properties favor the retention of X-rays and gamma-rays, which have a high penetrating power. This concrete is able to replace part of lead panels, making the initial cost and less maintenance work. It is indicated for cameras X-rays or gamma rays, nuclear reactors walls, slabs sub elastros pressure. Its armor capability due to its constitution with heavy material such as iron, whose atomic weight is 56, or other material having higher atomic number such as minerals: hematite and barite. Other materials are ultilizado very low alkali content cements, additives of types A, D, F and G and heavy aggregates can be partially replaced by boron. The literature review indicates the increased resistance to compression and improve the blocking capability of the X-radiation and gamma lead when added to concrete in a proportion of 90%. Furthermore, the results show that the specific radiation attenuation increased in proportion to the density of the concrete. Keywords: concrete high density, hospital Protection,Gamma rays, rays - x.
  2. 2. 2 ANAIS DO 57º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2015 – 57CBC 1. Introdução O raio Gama e o raio-X são constituídos por ondas eletromagnéticas emitidas por núcleos instáveis, as substâncias radiativas emitem sucessivamente calor e têm a capacidade de ionizar o ar e torná-lo condutor de corrente elétrica sendo capazes de atravessar o corpo humano, durante esta travessia o feixe sofre um certo enfraquecimento. Ele provoca a iluminação de certos sais minerais, seu uso tem sido uma importante ferramenta de diagnóstico e terapia. A base de radiação da Gama é o Césio-137 que ao emitir uma partícula Beta, seus núcleos se transformam em Bário-137 com 0,662 MeV de energia. A emissão de uma onda eletromagnética ajuda um núcleo instável a se estabilizar. Já a obtenção dos raios-X é diferente, pois eles não vêm do centro dos átomos, como os raios Gama. Para obter-se raios-X, uma máquina acelera elétrons e os faz colidir contra uma placa de chumbo, ou outro material. Na colisão, os elétrons perdem a energia cinética, ocorrendo uma transformação em calor de quase toda sua totalidade e o restante em raios-X. Assim como os raios-X os raios gama são extremamente penetrantes, sendo detidos somente por uma parede de concreto de alta densidade ou metal. Têm altíssima velocidade que pode se comparar com a velocidade da luz[4]. O concreto de alta densidade é uma mistura de hidrogênio, aditivos plastificantes ou superplastificantes, cimento, agregado miúdo e de agregados pesados. Podendo ser produzido dentro de uma larga faixa de massas específicas, ele é eficiente na absorção de raios gama, raios-X, na frenagem de nêutrons rápidos, na absorção de ressonância e de nêutrons lentos, devido as suas propriedades mecânicas serem satisfatórias como anteparo e bloqueio. Enquanto que a massa específica dos concretos normais varia de 2400 a 2500 kg/m³, a massa específica dos concretos com agregados pesados pode chegar a cerca de 50% acima do concreto normal, obtendo então uma faixa de 3360 a 3840 kg/m³, com resistências de até 60 Mpa[6]. O hidrogênio e o oxigênio presentes na mistura sob a forma química previamente dosada faz com que os hidratos de cimento possuam a característica de uma barreira de contenção satisfatória para o fluxo de nêutrons. A blindagem deve também conter algum
  3. 3. 3 ANAIS DO 57º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2015 – 57CBC material pesado, como ferro, cuja massa atômica é 56, ou outro material que possua maior número atômico, desse modo os concretos pesados são produzidos com o uso de agregados pesados naturais, como os minérios: hematita e barita[7]. A hematita é constituída de óxido férrico Fe2O3, com dureza de 5 a 6 Moh e peso específico de 4,5 a 5,3. Já a barita é formada por bário SO4Ba, com dureza na ordem de 3 Moh e peso específico 4,3 a 4,6. Com a hematita e a barita, é possível obter concreto com uma resistência à compressão superior a 40 Mpa[3]. 2. Revisão Bibliográfica A revisão bibliográfica que o presente trabalho aborda, para fins posteriores de produção de concreto de alta densidade, que é normalmente utilizado para blindagem biológica nas usinas nucleares, nas unidades de saúde expostas a radiação e nas instalações de testes ou pesquisa atômica em universidades. Outras técnicas e materiais podem ser utilizados com esta finalidade, como, por exemplo, a colocação de painéis de chumbo ou até mesmo a utilização de paredes maciças de concreto convencional. Com a diminuição do espaço útil em algumas construções, a redução da espessura de blindagem é fundamental e o uso de concreto pesado em forma de paredes maciças é mais viável frente às limitações. 3. Materiais Com base em estudos bibliográficos sobre o concreto de alta densidade, pode-se verificar os materiais e técnicas utilizadas na produção desse concreto especial. Todos esses materiais dentro dos parâmetros e normas estão disponíveis nas normas da ASTM (American Society for Testing and Materials) para concreto de alta densidade. De acordo com a ASTM C 150[8] (ASTM), os cimentos utilizados para a produção do concreto convencional, são adequados para o uso em concretos pesados. Nesse caso é recomendável os cimentos com baixo teor alcalino, pois devemos levar em consideração os álcalis constituintes que estão presentes nos agregados, para que possamos evitar o
  4. 4. 4 ANAIS DO 57º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2015 – 57CBC calor elevado de hidratação que resulta em fissuras. Desse modo, o cimento aconselhável é o CP I 400 kg/m3, um tipo de Cimento Portland comum sem quaisquer adições além do gesso e sem nenhuma porcentagem alcalina. Por outro lado, não recomendado a utilização do CP III e CP V-ARI devido ao alto calor de hidratação, não é indicado para concreto pesado, a menos que a temperatura da mistura seja controlada por sistemas de refrigeração especiais. Segundo a ASTM C 94[9], a água empregada para fabricação do concreto de alta densidade deve ser potável e livre de substâncias como óleo, ácido, álcali e matéria orgânica. A relação água-cimento (a/c) é de 0,45. Com base nas especificações da ASTM C 494[10], os concretos pesados podem conter aditivos do tipo A, redutor de água; tipo D, redutor de água e retardador; tipo F, redutor de água de alta eficiência e tipo G, redutor de água de alta eficiência e retardador. Dessa maneira, os aditivos podem ser usados para melhorar o lançamento e reduzir a tendência de segregação do concreto. Agregados miúdos e graúdos seguem a graduação e classificação do tamanho de grão para concreto de blindagem radioativa pela ASTM C 637[11] e ASTM 638[12]. As massas específicas do concreto contendo agregado de barita, de magnetita ou de ilmenita estão na faixa de 3360 a 3840 kg/m³, com resistências de até 60 Mpa, já os minérios de boro possuem massa específica relativamente baixa e são usados como substitutos parciais do agregado pesado, a massa específica do concreto pesado que utiliza a substituição de parte dos agregados pesados pelo boro pode variar em torno de 3200 a 3450 kg/m³. 3.1 Métodose Dosagem do Concreto Grande parte das produções de concreto pesado, observadas nesta pesquisa, utilizaram escudos de chumbo, na forma de esfera, pó e também em forma de placa. Segundo D. Rezaei-Ochbelagh, S. Azimkhani (2012), o método para a produção do concreto de alta densidade e materiais, é produzido da seguinte maneira[1] [2].
  5. 5. 5 ANAIS DO 57º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2015 – 57CBC 1. Cimento: Portland (tipo I) de cimento com uma densidade de 400 kg /m3. 2. Água: água potável. A relação água-cimento é de 0,45 por peso. 3. Aditivo Plastificante: para aumentar a trabalhabilidade, foi utilizado de cerca de 2,5% em peso de cimento. 4. Agregado: conjunto com uma densidade de 2400 kg/cm3 foi usado na produção de concreto. Os agregados foram classificados de acordo ao tamanho de grão classificação de ASTM C136 (American Society for Testing and Materials) padrões. 5. Chumbo: chumbo foi utilizado como aditivo em três formas: em pó, esferas com raio de 2 mm, e uma placa com dimensão de 10 cm x 10 cm x 1 mm. Nas primeiras amostras de concreto foram produzidas com e sem chumbo. O chumbo foi usado em pó, esferas e placa. Em todos espécimes, chumbo aplicado foi considerado como uma percentagem de chumbo e cimento. Misturas obtidas foram moldados em cubos com dimensão de 10 x 10 x 10 cm3. Após 24 h, as amostras de concreto foram removidos dos moldes e, em seguida, colocados em um tanque de água para 23 dias à temperatura ambiente. Após este tempo, as amostras foram retiradas do tanque de água e secou-se à temperatura ambiente durante 48 h. 4. Resultado Foi possível observar que a técnica mais eficaz na diminuição da radiação utilizando o concreto de alta densidade como barreira, não é só a adição de 90% de chumbo em pó na sua composição, mas a relação A/C que implica em todos os níveis de energia, a dosagem de cimento (C) foi determinado como sendo o segundo parâmetro mais eficaz para até 80 keV e a seleção do agregado para a blindagem da radiação, deve-se determinar o traço do chumbo com o material que pode se tornar reativo quando submetido à radiação. Para seleção dos materiais e proporcionalmente dos concretos de alta densidade, as condições necessárias e procedimentos usados são análogas aos concretos tradicionais. Num método de mistura em que os agregados pesados são misturados primeiro, seguidos pelo cimento e água, assim como no concreto convencional[13]. Para conferir os enfraquecimentos dos raios gama, tanto 137 Cs ou 60 Co, no traço de concreto de alta densidade com Pb, foi utilizada a seguinte equação. (1)
  6. 6. 6 ANAIS DO 57º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2015 – 57CBC Onde μ é a constante de decaimento, (N0) é o número de núcleos radioativos no instante t = 0, (N) é o número de núcleos que restam na amostrar do concreto contendo Pb em pó, esferas ou placa em um tempo t > 0, x = 10 cm é a espessura do concreto e B é a acumulação coeficiente obtido a partir da constante de decaimento[5]. 5. Conlusão A partir da revisão bibliográfica de alguns trabalhos publicados pode-se observa que, quando é adicionado o chumbo no concreto em uma proporção de 90%, há o aumento da resistência de compressão e blindagem dos raios Gamas, propriedades que são melhoradas e com base em emissão de raios gama a partir de 137 Cs e 60 Co. Por outro lado, têm aumentou na atenuação da radiação a densidade do cimento, pois aumento ou a diminuição da relação A/C em proporções de 0,50, 0,55 e 0,60, respectivamente. Estes resultados mostram que a atenuação da radiação do concreto aumentada em proporcionalmente com a densidade do concreto. Em outras palavras, o concreto de alta densidade apresenta bom comportamento quando submetido a proteção de radiações. 6. Referências [1] D. Rezaei-Ochbelag, S. Azimkhani, 2012. Investigation of gamma-ray shielding properties of concrete containing different percentages of lead. [2] D. Rezaei-Ochbelag, S. Azimkhani, 2012. Gamma-ray shielding properties of concrete with different percentages of lead. [3] Falcão Bauer, L. A. Materiais de Construção, 5. Ed., volume 1, 1997, Pp 72. [4] Halliday, D., Resnick, R.,Walter, J. Óptica e Física Moderna, Fundamentos da Física, 8 ed., volume 4. Rio de Janeiro: LTC, 2010. Pp 3 – 4. [5] Halliday, D., Resnick, R.,Walter, J. Óptica e Física Moderna, Fundamentos da Física, 8 ed., volume 4, Rio de Janeiro: LTC, 2010. Pp 312 – 313.
  7. 7. 7 ANAIS DO 57º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2015 – 57CBC [6] Mehta, P. K., Monteiro, P. J. M. Concreto: Estrutura, Propriedades e Materiais. São Paulo: Pino, 1994. Pp 455 – 456. [7] Mehta, P. K., Monteiro, P. J. M. Concreto: Estrutura, Propriedades e Materiais. São Paulo: Pino, 1994. Pp 456. [8] N.T. AMERICAN SOCIETY for TESTING and MATERILS. Standard Specification for Portland Cements. ASTM C 150. In:_. Annual Book of ASTM Standards. Philadelphia. 1991. [9] N.T. AMERICAN SOCIETY for TESTING and MATERILS. Standard Specification for Ready-Mixed Concrete. ASTM C 94. In:_. Annual Book of ASTM Standards. Philadelphia. 1991.

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