TAÍS BIAZÃO LOPES COMPARAÇÃO DA MICROESTRUTURA DO CONCRETO...

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TAÍS BIAZÃO LOPES COMPARAÇÃO DA MICROESTRUTURA DO CONCRETO AUTO ADENSÁVEL COM O CONCRETO CONVENCIONAL Limeira 2016

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  • TAÍS BIAZÃO LOPES

    COMPARAÇÃO DA MICROESTRUTURA DO CONCRETO

    AUTO ADENSÁVEL COM O CONCRETO CONVENCIONAL

    Limeira

    2016

  • ii

    UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

    FACULDADE DE TECNOLOGIA

    TAÍS BIAZÃO LOPES

    COMPARAÇÃO DA MICROESTRUTURA DO CONCRETO

    AUTO ADENSÁVEL COM O CONCRETO CONVENCIONAL

    Dissertação apresentada ao Curso de

    Mestrado da Faculdade de Tecnologia da

    Universidade Estadual de Campinas, como

    requisito para a obtenção do título de

    Mestra em Tecnologia, área de

    concentração em Tecnologia e Inovação.

    Orientadora: Prof.ª Dr.ª Luísa Andréia Gachet Barbosa

    Limeira 2016

  • iii

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    FOLHA DE APROVAÇÃO

    DISSERTAÇÃO DE MESTRADO EM TECNOLOGIA

    ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: TECNOLOGIA E INOVAÇÃO

    Comparação da microestrutura do concreto auto adensável com o concreto convencional

    Taís Biazão Lopes

    A Banca examinadora composta pelos membros abaixo aprovou esta Dissertação:

    __________________________________________________________________________

    Prof. Dra. Luísa Andréia Gachet Barbosa

    UNICAMP/FT

    ________________________________________________________ Prof. Dra. Rosa Cristina Cecche Lintz

    UNICAMP/FT

    ___________________________________________________________________________

    Mirian de Lourdes Noronha Motta Melo

    UNIFEI

  • v

    RESUMO

    No estudo da microestrutura do concreto existem três fases de grande importância: agregado, matriz

    da pasta de cimento e uma interface denominada Zona de Transição (ZT). Mehta&Monteiro (2014)

    definem a zona de transição como o elo fraco da corrente e como a fase de limite da resistência do

    concreto. As características e os componentes da zona de transição são determinantes para as

    propriedades do concreto endurecido, influenciando significativamente na resistência mecânica e

    em sua durabilidade. As propriedades físicas e mecânicas da pasta de cimento Portland dos

    concretos resultam de uma série de processos complexos que acontecem durante a mistura e o

    lançamento, incluindo as reações de hidratação. O concreto auto adensável possui em sua

    composição superplastificantes, aditivos modificadores de viscosidade e adições minerais finas

    proporcionando a capacidade de fluir, de auto adensar pelo seu próprio peso, preencher fôrmas e

    escorrer por obstáculos (armaduras, curvas) com êxito, qualidade e confiabilidade. O estudo da

    microestrutura da zona de transição e dos produtos formados pela hidratação do cimento como a

    etringita em suas variadas fases por meio da microscopia eletrônica de varredura acoplada ao

    detector de energia dispersiva de raios-x (MEV-EDS) torna-se necessário devido à variabilidade de

    compostos presentes nas características do concreto, de modo a avaliar seu arranjo estrutural

    permitindo evidenciar a morfologia dos compostos hidratados em função das condições em que

    ocorreu a hidratação. Nesta dissertação avaliou-se o comportamento reológico do concreto auto

    adensável em seu estado fresco e endurecido, visando à obtenção das propriedades segundo as

    normas técnicas, contribuição aos estudos da zona de transição do concreto auto adensável, e dos

    produtos da hidratação dos cimentos por meio da microscopia eletrônica de varredura acoplada a

    energia dispersiva de raios-x (MEV-EDS).

    Palavras-Chaves: Materiais Alternativos, Materiais de Construção, Análise da Microestrutura.

  • vi

    ABSTRACT

    In the study of the microstructure of the concrete, there are three phases of great importance: the

    aggregate, the cement paste matrix and an interface called transition zone (TZ). Mehta&Monteiro

    (2014) define the transition zone as the weak link in the chain and as the phase of concrete strength

    limit. The characteristics and transition zone components are decisive for the properties of the

    hardened concrete, significantly influencing the mechanical strength and durability. The physical

    and mechanical properties of Portland, mortars and concrete result of a series complex processes

    that happens during mixing and the release, including hydration reactions. The concrete self

    compacting has in its superplasticisers composition, viscosity modifiers additives and fine mineral

    additions providing the ability to flow, self densify by its own weight, to fill molds and drain by

    obstacles (reinforcement, curves) with success, quality and reliability. The study of the transition

    zone of microstructure and products formed by cement hydration as ettringite in its various phases

    by scanning electron microscopy coupled to energy dispersive detector X-ray (SEM-EDS) becomes

    necessary due the variability of compounds present in the concrete characteristics, in order to assess

    its structural arrangement, allowing to display the morphology of hydrated compounds according to

    the conditions in which the hydration occurred. In this dissertation evaluated the rheological

    behavior of self compacting concrete in its fresh and hardened condition in order to obtain the

    properties according to the technical rules, contribution to the studies of the transition zone of

    concrete self compacting, and the hydration products of cement through the scanning electron

    microscopy coupled to energy dispersive x-ray (SEM-EDS).

    Key Words: Alternative materials, construction materials, analysis of the microstructure.

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    SUMÁRIO

    1 INTRODUÇÃO.............................................................................................................................1

    OBJETIVOS.....................................................................................................................................3

    JUSTIFICATIVA.............................................................................................................................3

    2 CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND................................................................................4

    2.1 Componentes da Estrutura do Concreto...........................................................................4

    2.1.1 Cimento Portland....................................................................................4

    2.1.2 Hidratação do Cimento Portland............................................................9

    2.1.2.1 Hidratação dos Aluminatos...............................................................11

    2.1.2.2 Hidratação dos Silicatos de Cálcio....................................................13

    2.1.2.3 Hidratação de Hidróxido de Cálcio (CH)..........................................14

    2.1.2.4 Calor de Hidratação...........................................................................14

    2.2 TIPOS DE CIMENTO PORTLAND.............................................................................16

    3 CONCRETO AUTO ADENSÁVEL.........................................................................................17

    3.1 Adições Minerais............................................................................................................18

    3.2 Aditivos no Concreto Auto Adensável...........................................................................19

    4 MICROESTRUTURA DO CONCRETO.................................................................................21

    4.1 Histórico do Estudo da Microestrutura do Concreto......................................................21

    4.2 Microscopia Eletrônica de Varredura.............................................................................22

    4.3 Definição da Microestrutura no Concreto.......................................................................25

    4.4 Microestrutura da Pasta de Cimento...............................................................................26

    4.5 Microestrutura da Zona de Transição.............................................................................30

    4.6 Microestrutura do Concreto Auto Adensável.................................................................34

    5 DESENVOLVIMENTO EXPERIEMENTAL ........................................................................36

    5.1 Caracterização dos Materiais..........................................................................................38

    5.1.1 Cimento Portland.............................................................................................38

    5.1.2 Sílica Ativa.......................................................................................................38

    5.1.3 Pó de Pedra.......................................................................................................39

    5.1.4 Areia Natural....................................................................................................39

    5.1.5 Agregado Graúdo.............................................................................................40

    5.1.6 Aditivo Superplastificantes..............................................................................41

  • viii

    6 Dosagem dos Traços e Resultados....................................................................................41

    7 Amostras para análise por meio de MEV-EDS.................................................................45

    7.1 Preparação da Amostra.......................................................................................46

    6 RESULTADOS E DISCUSSÃO.................................................................................................48

    6.1 Resultados por analise de Energia Dispersiva de Raios-x..............................................68

    7 CONCLUSÃO..............................................................................................................................75

    8 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.......................................................................................77

  • ix

    Dedicatória:

    Dedico este trabalho a Deus, a minha mãe Maria Cristina,

    ao meu irmão Tiago, a minha cunhada Emanueli, ao meu sobrinho Enzo e a toda minha família que sempre acreditaram, confiaram, apoiaram,

    amaram e me ensinaram o verdadeiro valor da vida e me deram apoio e compreensão

    ao longo desses anos de estudos.

  • x

    Agradecimentos:

    Agradeço primeiramente a Deus pelo Dom da Vida pelas graças que

    derrama a cada dia.

    A minha mãe e toda família, pelo incentivo, ajuda e carinho.

    Em especial a Prof as Luisa Andréia Gachet Barbosa e Rosa Cristina Cecche

    Lintz pelos conhecimentos compartilhados, carinho, amizade e incentivo ao

    longo desses anos de estudo.

    Ao Profº Dr.Wisley Riuper Ramos Osório pelas sugestões dadas no exame

    de qualificação.

    Aos técnicos do Laboratório de Construção Civil da FT, Emerson

    Verzegnassi e Reginaldo Ferreira e aos bolsistas, pelo apoio e auxílio

    técnico, paciência e amizade.

    Ao meu grande amigo Jonatha pelas caronas, conversas, amizade e tudo

    que compartilhamos e aprendemos nesses anos juntos de estudos.

    Ao Instituto de Física (IF/UNICAMP), por intermédio do Prof. Dr. Luís

    Fernando de Ávila, por possibilitar a realização dos ensaios de

    microscopia.

    Ao Centro Nacional de Pesquisa em energia e Materiais – Laboratório de

    Nanotecnologia (CNPEM-LNNano), por intermédio do técnico Fabiano

    Emanuel Montoro, pelo treinamento e ensaios realizados no equipamento

    MEV-EDS.

    Á Faculdade de Tecnologia da UNICAMP por ter me proporcionado a

    oportunidade de desenvolver este trabalho.

    Á CAPES, pela bolsa de estudos.

    Não podendo esquecer as grandes amizades que conquistei ao longo desses

    anos, amizades inesquecíveis, agradeço pela cooperação e compreensão.

    Agradeço a todos que diretamente ou indiretamente me ajudaram na

    conquista e realização desse sonho.

    A todos meus sinceros agradecimentos.

  • xi

    LISTA DE FIGURAS

    Figura 1: Micrografia de amostra polida de concreto. A - grão de cimento anidro; B - Produto de

    Hidratação interno - C-S-H; C - Hidróxido de cálcio; D - Produtos de hidratação externa - C-S-H; .2

    Figura 2: Processo de transformações mineralógicas no interior do forno de clínquer, em função da

    temperatura........................................................................................................................................... 6 Figura 3: Fotomicrografia de um clínquer com cristais de alita com formação idiomórfica e

    subdiomórfica....................................................................................................................................... 8 Figura 4: Fotomicrografia de um clínquer com cristais de belita. ....................................................... 9

    Figura 5: Estrutura de um clínquer de cimento Portland observado ao microscópio ótico. ................ 9

    Figura 6: Curva de evolução da resistência mecânica à compressão das fases puras do clínquer

    Portland em função do tempo. ........................................................................................................... 10

    Figura 7: Desenvolvimento esquemático microestrutural durante a hidratação do cimento Portland.

    ............................................................................................................................................................ 11 Figura 8: Taxa de Liberação de Calor (cal/grama.h). ........................................................................ 15 Figura 9: Microscópio eletrônico de Varredura Acoplado a Espectroscopia Dispersiva de Raios-x

    (MEV-EDS). ...................................................................................................................................... 23 Figura 10: Desenho esquemático da coluna do Microscópio Eletrônico de Varredura - MEV. ........ 24

    Figura 11: Volume de Interação da Amostra com Feixe de Elétrons. ............................................... 24 Figura 12: Imagem por elétrons retroespalhados de agregado reativo e a análise por EDS da região

    indicada pela seta. .............................................................................................................................. 25

    Figura 13: Estrutura do concreto: agregado, zona de transição e matriz de pasta de cimento;

    Micrografia mostrando as fases do cimento hidratado. ..................................................................... 25 Figura 14: Micrografia do Concreto. 1) Presença de C-S-H; 2) Presença de Ca(OH)2 ou C-H; 3)

    Vazios capilares. ................................................................................................................................ 27

    Figura 15: Morfologia do silicato de cálcio hidratado C-S-H (a) as setas brancas indicam uma

    borda de produtos internos (parte superior à esquerda) e externos do C-S-H; (b) aumento da

    região com produtos internos de C-S-H; (c) aumento da região com produtos externos fibrosos de

    C-S-H. ................................................................................................................................................ 27 Figura 16: Micrografia eletrônica de varredura, mostrando cristais de Ca (OH)2 na interface da

    pasta de cimento com a areia. Largura do campo =66μm; Observação: Uma folha de papel = 100

    μm; Traço: 1.0, 1.8, 5.5; Cimento = 450kg/m3; água /cimento =0.50 ; fc28dias =36,3 MPa. ......... 28

    Figura 17: Cristais de etringita e monossulfato hidratado. ................................................................ 28 Figura 18: Micrografia dos Vazios Capilares. ................................................................................... 28 Figura 19: Micrografia ar incorporado presença de etringita. ........................................................... 28

    Figura 20: Micrografia ar aprisionado. .............................................................................................. 28 Figura 21: Micrografia Eletrônica de Varredura de uma amostra fraturada de uma pasta de cimento

    Portland com 3 dias de idade. ............................................................................................................ 29 Figura 22: Modelo esquemático dos tipos de água associados aos silicatos de cálcio hidratado. ..... 30 Figura 23: Micrografia do concreto, interface pasta e agregado – Zona de transição; ampliação de

    110x em MEV. ................................................................................................................................... 31 Figura 24: Análise da imagem ao redor do grão de areia: (a) área da imagem, (b) níveis de cinza da

    zona de transição, (b) (c) e (d) imagem binária segmentada mostrando os poros e o hidróxido de

    cálcio, respectivamente. ..................................................................................................................... 33

    Figura 25: Estrutura de C-S-H denso em um concreto com sílica ativa em torno do agregado com

    ausência de zona de transição entre a pasta e o agregado. ................................................................. 35 Figura 26: Fluxograma Experimental. ............................................................................................... 37

    file:///C:/Users/User/Desktop/PROJETO%20FINAL%20DE%20MESTRADO/DISSERTAÇÃO%20MESTRADO_TAÍS%20BIAZÃO%20LOPES_%20correção%20após%20defesa%201versão_FLUXOGRAMA.docx%23_Toc463638911file:///C:/Users/User/Desktop/PROJETO%20FINAL%20DE%20MESTRADO/DISSERTAÇÃO%20MESTRADO_TAÍS%20BIAZÃO%20LOPES_%20correção%20após%20defesa%201versão_FLUXOGRAMA.docx%23_Toc463638911file:///C:/Users/User/Desktop/PROJETO%20FINAL%20DE%20MESTRADO/DISSERTAÇÃO%20MESTRADO_TAÍS%20BIAZÃO%20LOPES_%20correção%20após%20defesa%201versão_FLUXOGRAMA.docx%23_Toc463638928

  • xii

    Figura 27: CAA de referência no estado fresco. ................................................................................ 42

    Figura 28: Determinação do espalhamento e do tempo de escoamento pelo cone de Abrams. ........ 43 Figura 29: Determinação da habilidade passante Método de Caixa L.. ............................................. 43

    Figura 30: Determinação da viscosidade Método do funil V. ........................................................... 43 Figura 31: Moldagem dos corpos de prova de CAA. ........................................................................ 44 Figura 32: Corpos de prova de CAA. ................................................................................................ 44 Figura 33: Ensaio da determinação da resistência à compressão dos corpos de prova cilíndricos. ... 44 Figura 34: Fragmento do concreto auto adensável. ........................................................................... 45

    Figura 35: Equipamento utilizado para obtenção do filme de ouro. .................................................. 47 Figura 36: a) amostras sem recobrimento por ouro; b) amostras após recobrimento com ouro e

    acréscimo de pedaços de fita de carbono para menor condução de elétrons ..................................... 47

    Figura 37: Micrografia da pasta de cimento Porltand, observação da sua forma heterogênea. ......... 48 Figura 38: Micrografia da pasta de cimento Portland hidratada; presença de microfissuras no

    clínquer e na pasta característica da constante hidratação. ................................................................ 49 Figura 39: Apresentação da pasta de Cimento Portland: característica heterogênea. ........................ 50

    Figura 40: Cristais de etringita nas primeiras horas de hidratação. ................................................... 51 Figura 41: Ampliação da região com formação de etringita e C-S-H. .............................................. 51 Figura 42: : Cristais de etringita ......................................................................................................... 52 Figura 43: Ampliação da região cristais de etringita. ........................................................................ 52

    Figura 44: Cristais de etringita retardada na pasta cimento Portland. ............................................... 53 Figura 45: Pasta de cimento hidratada presença de monossulfoaluminato. ....................................... 54

    Figura 46: Aumento da região com Cristais de Monossulfoaluminato ............................................. 54

    Figura 47: Aumento da região com presença de monossulfoaluminato. ........................................... 55

    Figura 48: Cristais de monossulfoaluminatos e presença de microfissuras e vazios. ........................ 55 Figura 49: Início da formação de placas hexagonais deCa(OH)2. ..................................................... 56

    Figura 50: Ampliação da região do inicio da formação de placa hexagonal de Ca(OH)2. ................ 56 Figura 51: Cristais de Ca(OH)2 formação de placas hexagonais sobrepostas. .................................. 57 Figura 52: Principais produtos da hidratação do cimento - silicato de cálcio hidratado C-S-H,

    Etringita e Ca(OH)2. ........................................................................................................................... 58 Figura 53: Formação de placas hexagonais de hidroxido de cálcio Ca(OH)2. ................................... 58

    Figura 54: Concreto auto adensável interfase zona de transição e agregado. .................................... 59

    Figura 55: Zona de transição concreto auto adensável. ..................................................................... 60 Figura 56: Ampliação da Zona de transição concreto auto adensável. .............................................. 60

    Figura 57: Imagem do Concreto Convencional. ................................................................................ 60 Figura 58: Zona de Transição Concreto Convencional. .................................................................... 60 Figura 59: Análise da Pasta de Cimento hidratada do CAA por EDS. .............................................. 61 Figura 60: Elementos químicos presentes na Figura 59. ................................................................... 61 Figura 61: Análise dos elementos químicos por meio de MEV-EDS referente ponto 46 da Figura

    59. ....................................................................................................................................................... 62 Figura 62: Análise dos elementos químicos por meio de MEV-EDS referente ponto 47 da Figura

    59. ....................................................................................................................................................... 62 Figura 63: Análise dos elementos químicos por meio de MEV-EDS referente ponto 48 da Figura

    59. ....................................................................................................................................................... 62 Figura 64: Amostra de pasta com clínquer em processo de hidratação. ............................................ 63 Figura 65: Análise dos elementos químicos por meio de MEV-EDS referente Figura 64. ............... 63

    Figura 66: Análise dos elementos químicos presentes no ponto10 por meio de MEV-EDS referente

    Figura 64. ........................................................................................................................................... 63 Figura 67: Micrografia da amostra de CAA: zona de transição. ....................................................... 64

    file:///C:/Users/User/Desktop/PROJETO%20FINAL%20DE%20MESTRADO/DISSERTAÇÃO%20MESTRADO_TAÍS%20BIAZÃO%20LOPES_%20correção%20após%20defesa%201versão_FLUXOGRAMA.docx%23_Toc463638963file:///C:/Users/User/Desktop/PROJETO%20FINAL%20DE%20MESTRADO/DISSERTAÇÃO%20MESTRADO_TAÍS%20BIAZÃO%20LOPES_%20correção%20após%20defesa%201versão_FLUXOGRAMA.docx%23_Toc463638963

  • xiii

    Figura 68: Análise dos elementos químicos por MEV-EDS da amostra total de CAA: zona de

    transição. ............................................................................................................................................ 64 Figura 69: Análise dos elementos químicos por MEV-EDS referente ao ponto 30 da Figura 67. .... 64

    Figura 70: Análise dos elementos químicos por MEV-EDS referente ao ponto 31 da Figura 67. .... 65 Figura 71:: Análise dos elementos químicos por MEV-EDS referente ao ponto 32 da Figura 67. ... 65 Figura 72: Análise dos elementos químicos por MEV-EDS referente ao ponto 33 da Figura 67. .... 65 Figura 73: Análise dos elementos químicos por MEV-EDS referente ao do ponto 34 da Figura 67.

    ............................................................................................................................................................ 65

    file:///C:/Users/User/Desktop/PROJETO%20FINAL%20DE%20MESTRADO/DISSERTAÇÃO%20MESTRADO_TAÍS%20BIAZÃO%20LOPES_%20correção%20após%20defesa%201versão_FLUXOGRAMA.docx%23_Toc463638971

  • xiv

    LISTA DE TABELAS

    Tabela 1: Componentes do cimento Portland, expressos como compostos individuais dos óxidos do

    clínquer e suas abreviações. ................................................................................................................. 6

    Tabela 2: Calor de hidratação dos componentes do cimento Portland. ............................................. 15 Tabela 3: Composição dos cimentos Portland. .................................................................................. 16 Tabela 4: Classificação das adições (EFNARC,2005). ...................................................................... 19 Tabela 5: Tipos de aditivos para o concreto. ..................................................................................... 20 Tabela 6: Propriedades físicas e químicas do CPV ARI. ................................................................... 38

    Tabela 7: Análise química da sílica ativa. .......................................................................................... 38

    Tabela 8: Composição granulométrica do pó de pedra. ..................................................................... 39 Tabela 9: : Granulometria da areia natural. ........................................................................................ 39

    Tabela 10: Conjunto de Peneiras das séries normal e Intermediária com a abertura nominal. ......... 40 Tabela 11: Composição e classificação granulométrica do agregado graúdo. .................................. 40 Tabela 12: Dosagem do concreto auto adensável. ............................................................................. 41 Tabela 13: : Resultados da ABNT NBR 15823-1:2010. .................................................................... 43 Tabela 14: Resultado dos ensaios de resistência à compressão e à tração. ........................................ 44

  • xv

    LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

    ABCP - Associação Brasileira de Cimento Portland

    ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas

    a/c - relação água/cimento

    ATD - Análise Térmica Diferencial

    Ca(OH)2 = Hidróxido de Cálcio

    CPV ARI - Cimento Portland de Alta Resistência Inicial

    C-S-H = Silicato de Cálcio Hidratado

    CNPEM - Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais

    DRX - Difração de raios-x

    EDS - Energia dispersiva de raios-x

    FT - Faculdade de Tecnologia

    ISO - International Organization for Standardization

    MEV - Microestrutura Eletrônica por Varredura

    NBR - Norma Brasileira

    TGA - Análise termogravimétrica

    UNICAMP - Universidade Estadual de Campinas

    μm - Micrômero

  • 1

    1 INTRODUÇÃO

    Os estudos sobre o concreto auto adensável (CAA) tiveram início em 1986, na Universidade

    de Tókio, com seu primeiro protótipo em 1988 (OKAMURA et al., 1999).

    O desenvolvimento de concretos especiais, como os chamados concretos auto adensáveis

    (CAA) foram necessários para garantir estruturas mais duráveis, uma vez que o mercado

    apresentava carência de mão de obra qualificada e de equipamentos adequados para atender às

    exigências das estruturas com elevada taxa de armadura, visto que tais estruturas são comuns

    devido aos abalos sísmicos no Japão (OKAMURA et al., 1999).

    O CAA possui vantagens ambientais, técnicas e econômicas sobre concreto convencional,

    como a aceleração do processo de construção, a redução mão de obra e maior durabilidade

    (OKAMURA et al., 2013). Ao lado de interesses de pesquisa, as aplicações do CAA na indústria da

    construção também aumentaram devido à tecnologia deste concreto. Caracterizado pela aptidão de

    compactar-se por meio do sua própria gravidade e sem qualquer necessidade de vibração para o

    preenchimento de toda a superfície como citam Tutikian et al., (2008), Angelin et al., (2015),

    Alcantara&Mendes (2015).

    O concreto auto adensável é constituído pelos mesmos materiais utilizados na produção de

    concretos convencionais, como: aglomerantes, agregados graúdos e miúdos e água; com a adição de

    aditivos químicos e/ou minerais, materiais esses diretamente ligados às propriedades de resistência

    à segregação, durabilidade e resistência do concreto (TUTIKIAN et al., 2008).

    O CAA contendo aditivos químicos vem sendo utilizado para satisfazer a grande demanda

    de finos necessários para este tipo de concreto, melhorando assim as suas propriedades mecânicas,

    reológicas e durabilidade em comparação com o concreto convencional.

    Pesquisadores como Lorini et al., (2015), Siddique (2011), El-Dieb (2009) investigaram os

    efeitos de diferentes misturas nas propriedades do CAA; propriedades mecânicas e de durabilidade

    de ultra alta força de fibra de concreto armado (UHS-FRC) com características de auto compactação

    (JALAL et al., 2012).

    Segundo Mehta&Monteiro (2014), em nível de macroestrutura, o concreto pode ser

    considerado como um material bifásico, consistindo de partículas de agregado dispersas em uma

    matriz de cimento. Enquanto a nível microscópico, aparece uma terceira fase: a região interfacial

    entre as partículas de agregado graúdo e a pasta endurecida, conhecida como zona de transição. Os

    cristais lamelares formados na zona de transição geram uma orientação preferencial em relação à

  • 2

    superfície do agregado, facilitando a propagação intercristalina das fissuras; formando-se uma

    concentração de tensões sempre que o concreto é submetido a ações mecânicas, fragilizando a

    região. Para Mehta&Monteiro (2014) uma das maneiras de reduzir esse efeito é por meio da

    redução da relação água cimento (a/c) e da incorporação de partículas com granulométrica mais

    finas que a do cimento, como é o caso da sílica ativa. Além do aumento da resistência da pasta de

    cimento devido a maior compacidade, existe também um aumento da resistência pela diminuição da

    quantidade de produtos cristalinos nos produtos de hidratação, conforme a Figura 1.

    Figura 1: Micrografia de amostra polida de concreto. A - grão de cimento anidro; B - Produto de Hidratação

    interno - C-S-H; C - Hidróxido de cálcio; D - Produtos de hidratação externa - C-S-H;

    Fonte: MEHTA&MONTEIRO, (2014.)

    A dosagem do CAA muitas vezes envolve o ajuste de várias misturas com parâmetros para

    conseguir um elo entre as propriedades nos seus estados fresco e endurecido.

    As características do material, método de mistura no traço do CAA tem um efeito

    significativo sobre todos os aspectos de sua produção, posicionamento e nas propriedades no estado

    fresco e endurecido (LONG et al., 2015). O método mais apropriado deve-se ser escolhido de

    acordo com as situações reais de obtenção do CAA de alta qualidade com propriedades satisfatórias

    (SHI et al., 2015). Pesquisas foram desenvolvidas Shi et al., (2015), Long et al., (2015), Celik et

    al., (2014), Morteza et al., (2014), Kanellopoulos et al., (2012), Siddique, (2013) para melhor

    compreender o desempenho do concreto auto adensável.

    Esse trabalho pretende colaborar no melhor entendimento do comportamento da

    microestrutura da zona de transição do concreto auto adensável (CAA) e dos produtos formados

    pela hidratação do cimento como a etringita em suas variadas fases por meio da microscopia

    eletrônica de varredura acoplada ao detector de energia dispersiva de raios-x (MEV-EDS).

  • 3

    OBJETIVOS

    A presente dissertação de mestrado tem como objetivo a comparação da microestrutura do concreto

    auto adensável com o concreto convencional avaliando a zona de transição e dos produtos da

    hidratação como a formação da etringita em suas variadas fases com o auxílio da técnica de

    microscopia eletrônica de varredura acoplada à energia dispersiva de raios-x (MEV-EDS).

    JUSTIFICATIVAS

    Para um concreto ser considerado auto adensável, deve apresentar três propriedades fundamentais:

    fluidez, coesão ou habilidade passante e resistência à segregação. Pesquisas realizadas por Angelin

    et al., (2015), Alcantara&Mendes (2015), Long et al., (2015) sobre CAA vêm se desenvolvendo

    com o objetivo de conhecer seu comportamento, melhorar suas propriedades e verificar sua

    aplicabilidade em diferentes elementos estruturais. Para a obtenção do CAA, além da presença de

    aditivos químicos (superplastificantes), o uso de uma alta quantidade de finos (aditivos minerais)

    em suas misturas permite o alcance das propriedades de auto adensabilidade.

    O estudo da comparação da microestrutura do concreto auto adensável com o concreto

    convencional torna-se importante por possuírem variedade de adição mineral com a função do

    preenchimento dos vazios e do empacotamento granulométrico na matriz de cimento Portland.

    Além da adição de aditivos químicos que garantem sua fluidez com melhores desempenhos

    provenientes a adição dos minerais ao CAA nas características da resistência compressão,

    resistência à tração, resistência à retração.

    Desta forma, essa dissertação contribuirá aos estudos realizados pelo grupo de pesquisa em

    sustentabilidade na construção civil, coordenado pelas professoras Luísa Gachet e Rosa Lintz

    [Angelin et al., (2015); Galzerano et al,. (2013); Soares et al., (2009)] para a contribuição e

    desenvolvimento dos estudos sobre o CAA buscando a melhor compreensão e intervenção deste

    material na construção civil.

  • 4

    2 CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND

    O concreto é o material mais largamente utilizado na construção, normalmente feito com a

    mistura de cimento Portland, areia, pedra e água. Embora não seja tão duro e nem tão resistente

    quanto o aço, é o material mais usado na construção civil. Isto, devido a vários fatores: é resistente à

    água, facilidade de se obter elementos estruturais de várias formas e tamanhos, pouca manutenção,

    baixo custo e rápida disponibilidade do material (MEHTA&MONTEIRO, 2014).

    De acordo com Meneses (2011), ao longo dos últimos anos o concreto vem sendo estudado

    no intuito de melhorar suas propriedades mecânicas e proporcionar economia e velocidade às

    construções. As solicitações arquitetônicas exigem elementos estruturais cada vez mais esbeltos,

    leves e até coloridos.

    Nos últimos anos a tecnologia do concreto passou por grandes desenvolvimentos que

    segundo diversos pesquisadores como Díaz et al., (2010), Bektas et al., (2012), Ibrahim et al.,

    (2013) ocorreram devido à evolução de algumas técnicas e utilização de novos equipamentos para

    estudo dos concretos, assim como o uso de materiais novos e alternativos aos convencionais. Dentre

    os novos materiais, destacam-se os aditivos redutores de água e as adições minerais, como a sílica

    ativa, que propiciaram melhorias relevantes nas propriedades relacionadas à durabilidade dos

    concretos (NEVILLE et al., 2013). Isaia (2011) cita que é um dos materiais que mais se adapta ao

    conceito de sustentabilidade gerando ganhos expressivos em economia de matéria-prima, energia,

    emissão de gases tóxicos à atmosfera e a reutilização de resíduos poluidores do meio ambiente.

    Assim, este capítulo apresenta definições, dos constituintes do concreto e suas propriedades

    químicas.

    2.1 COMPONENTES DA ESTRUTURA DO CONCRETO

    2.1.1 CIMENTO PORTLAND

    Associação Brasileira de Cimento Portland - ABCP (2012) define o cimento como um pó

    fino, com propriedades aglomerantes, aglutinantes ou ligantes, que endurece sob a ação de água. O

    pó de cimento é composto por grãos de vários tamanhos e formas, variando de 1µm a 50µm

    (MEHTA&MONTEIRO, 2014).

  • 5

    O cimento Portland é obtido por meio da moagem do clínquer manufaturado e da adição de

    sulfato de cálcio (5-10%) na forma de dihidrato (gipsita) ou anidro em cada cimento específico,

    para moderar e retardar o início da pega (BATTAGIN, 2011).

    Maringolo (2001) define a manufatura do clínquer como processos geológicos acelerados,

    os quais transformam matérias-primas e rearranjam elementos químicos em novos materiais.

    Destaca que sua produção pode ser entendida como um tipo de metamorfismo térmico agindo sobre

    um pacote de rochas calcárias com argila, cuja composição inclui os principais elementos

    formadores de rochas, cálcio, silício, alumínio e ferro, confinados em um sistema fechado, o forno

    rotativo, no interior do qual são submetidos a um gradiente térmico que atinge 1450ºC, em

    ambiente oxidante.

    Uma série de reações em estado sólido, na presença de uma fase líquida e enriquecida em

    alumínio e ferro, originará a composição básica do clínquer, composta de quatro minerais

    principais: o silicato tricálcico (alita, C3S ou 3CaO. SiO2), o silicato dicálcico (belita, C2S ou 2CaO.

    SiO2), o aluminato tricálcico (C3A ou 3CaO. Al2O3) e o ferroaluminato tetracálcico (C4AF ou

    4CaO. Al2O3.Fe2O3) ((BATTAGIN, 2011); (MEHTA&MONTEIRO, 2014)), conforme Equação 1.

    Equação 1.

    Calcário - CaO+ CO2 3CaO. SiO2

    + 2CaO. SiO2 4CaO. Al2O3.Fe2O3

    Argila - SiO2+ Al2O3+ Fe2O3

    Durante a calcinação consome-se em torno de 800Kcal/Kg de cimento produzido. A mistura

    sofre uma série de reações químicas complexas e o material que deixa o forno tem a forma de

    nódulos com 5 a 25mm de diâmetro sendo denominado clínquer. Com a finalidade de controlar as

    reações iniciais de pega e endurecimento do cimento, aproximadamente, 5% de gipsita ou sulfato de

    cálcio (CaSO4) é usualmente moído juntamente com o clínquer (MEHTA&MONTEIRO, 2014).

    Na Figura 2, é apresentado o processo das transformações mineralógicas do clínquer no

    forno em função da temperatura.

  • 6

    Figura 2: Processo de transformações mineralógicas no interior do forno de clínquer, em função da temperatura.

    Fonte: WOLTER, (1985).

    Essas fases cristalinas resfriadas abruptamente serão metaestáveis nas condições ambientais

    e reagirão rapidamente com água transformando-se em componentes hidratados estáveis que

    conferirão ao cimento seu caráter hidráulico. Encontram-se compostos menores como os óxidos de

    cálcio livres, óxidos de sódio e potássio, de magnésio, manganês, fosfato, fluoretos e sulfatos.

    PAULON&KIRCHHEIN, (2011), MARINGOLO, (2001).

    Os resultados de análises químicas de rotina para o cimento Portland são expressos em

    termos dos óxidos dos elementos presentes, como mostra a Tabela 1.

    Tabela 1: Componentes do cimento Portland, expressos como compostos individuais dos óxidos do clínquer e

    suas abreviações.

    Óxidos Abreviação Compostos Abreviação

    CaO C 3CaO. SiO2 C3S

    SiO2 S 2CaO. SiO2 C2S

    Al2O3 A 3CaO. Al2O3 C3A

    Fe2O3 F 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF

    MgO M 4CaO.32MgO3.SO3 C4A3S

    SO3 S 3CaO.SiO2.3H2O C3S2H3

    H2O H CaSO4.H2O CSH2

    Fonte: MEHTA&MONTEIRO, (2014).

    A alita - C3S (Silicato Tricálcio) representada na Figura 3 é o principal constituinte do

    clínquer correspondendo entre 40-70% em massa. Formada por íons cálcio e íons oxigênio. A forma

    irregular como os íons oxigênio se agrupam em torno dos íons cálcio deixam grandes espaços

    vazios, responsáveis pela alta reatividade deste composto (MEHTA&MONTEIRO, 2014).

  • 8

    Na hidratação cimento Portland, a alita acelera o endurecimento, aumenta o calor de

    hidratação e é responsável pelas resistências mecânicas iniciais. Alita apresenta seus cristais em

    forma prismática hexagonal e quando esse cristal desenvolve todas as faces do hexágono é

    denominado idiomórfico. A dimensão média dos cristais de alita é outra característica importante

    do clínquer, que são decorrentes das condições reinantes no interior do forno que proporcionam

    impacto no desempenho do produto final, o cimento (BATTAGIN, 2011).

    Cristais com dimensões elevadas de alita (>60µm) são formados em condições energéticas

    de queima e pouco reativos, enquanto cristais pouco desenvolvidos (

  • 8

    Figura 4: Fotomicrografia de um clínquer com cristais

    de belita.

    Figura 5: Estrutura de um clínquer de cimento

    Portland observado ao microscópio ótico.

    Fonte: Martins, (2003). Fonte: Martins, (2003).

    A fase intersticial, que corresponde 15-20% do clínquer é denominada como o material que

    preenche os espaços vazios entre os cristais de alita e belita, compreendendo o material que se

    funde durante o processo de clinquerização. Formada por aluminatos e ferroaluminatos cálcicos, em

    solução sólida (BATTAGIN, 2011).

    O aluminato tricálcico (C3A) é o principal aluminato presente no cimento. Sua reação com a

    água é violenta e provoca o enrijecimento imediato da pasta (pega instantânea) por ser o

    componente mais reativo do clínquer.

    Mehta&Monteiro (2011) citam que pelo fato do C3A reagir rapidamente com a água

    adiciona-se a gipsita (CaSO4.2H2O) ao clínquer na fabricação do cimento Portland, com o propósito

    de retardar a pega.

    Durante e após a hidratação do cimento, a presença do aluminato tricálcico é inoportuna

    porque pouco contribui para a resistência à compressão, exceto nas primeiras horas, contudo, sua

    presença é necessária porque ele atua como um fundente no interior do forno, reduzindo as

    temperaturas de queima por facilitar a combinação da cal e da sílica.

    O ferroaluminato tetracálcico (C4AF) é o mais comum dentre os compostos ferroaluminatos

    cálcicos encontrados no cimento, tem importante função na resistência química do cimento, em

    especial ao ataque de sulfatos às estruturas de concreto (BATTAGIN, 2011).

    Não contribui para a resistência à compressão do cimento e tem calor de hidratação,

    relativamente baixo, ficando entre o C3S e o C2S.

  • 9

    2.1.2 HIDRATAÇÃO DO CIMENTO PORLAND

    O cimento Portland é constituído por quatro principais compostos: C3S, C2S, C3A e C4AF,

    que adquirem suas propriedades aglomerantes a partir da adição da água, com o início do processo

    de hidratação ocorrem reações químicas simultâneas entre os compostos anidros do cimento com

    água como citam Cincotto, (2014), Mehta&Monteiro, (2014).

    O cimento é um material composto por adição ou não, fases do clínquer e sulfato de cálcio,

    que ao se misturam os compostos anidros com a água incorpora a sua estrutura cristalina íons OH-

    ocasionando as reações de hidratação (CINCOTTO, 2011).

    A avidez do cimento por água está relacionada à necessidade de os componentes do clínquer

    atingirem seu campo de estabilidade sob condições ambientais imperantes. Em função dessa

    necessidade, os elementos químicos, juntamente com a molécula de água, rearranjam-se em novos

    sistemas cristalinos, conferindo à mistura água-cimento sua rigidez, a propriedade reológica

    principal do produto (PAULON&KIRCHHEIN, 2011).

    A hidratação do cimento Portland é um sistema complexo, pois, embora cada fase tenha uma

    reação característica com a água, o teor relativo em que estão presentes tem efeito sobre a evolução

    da hidratação como um todo (CINCOTTO, 2011).

    Para Neville (1997) existem duas formas de reação entre os constituintes do cimento e a

    água: a) incorporação direta de algumas moléculas de água, ou seja, hidratação propriamente dita, e

    b) hidrólise, isto é, quebra e dissolução de determinados componentes do cimento, como, por

    exemplo, o gesso que disponibiliza íons sulfato ao sistema.

    Cincotto (2011) relaciona o enrijecimento ao longo do tempo do concreto inicialmente

    fluído com as reações de hidratação do cimento e a reatividade das fases do cimento por meio das

    condições de temperatura e pressão da cura bem como o efeito das formações dos produtos

    hidratados.

    Considerando-se os principais constituintes mineralógicos do clínquer Portland,

    Mehta&Monteiro (2014) citam que os aluminatos se hidratam muito mais rapidamente que os

    silicatos. Ainda, segundo esses autores, o enrijecimento (perda de consistência) e pega

    (solidificação) resultam diretamente das reações de hidratação dos aluminatos, enquanto que os

    silicatos correspondentes a 75% do clínquer têm a importância das características do

    endurecimento, ou seja, a resistência mecânica à compressão, conforme Figura 6.

  • 10

    Cincotto (2011) refere-se à reação de hidratação como dinâmica e que se modifica no

    sentido de atingir a forma mais estável, isto após que se complete a composição dos produtos

    hidratados.

    Figura 6: Curva de evolução da resistência mecânica à compressão das fases puras do clínquer Portland em

    função do tempo.

    Fonte: MEHTA&MONTEIRO, (2014).

    A hidratação do cimento consiste em um conjunto de processos físico-químicos que

    obedecem às leis da termodinâmica e da cinética (CINCOTTO, 2014).

    As variações de concentração de soluto e água fazem com que se gere um gradiente de

    concentração, originando uma pressão osmótica que vai trazer a ruptura do gel, expondo novas

    áreas do composto anidro à ação da água (PETTRUCCI, 1998).

    A hidratação do cimento termina quando não existir mais fase anidra de cimento (misturas

    elevada relação água/cimento e bem curadas), quando a água não puder mais chegar às fases não

    hidratadas (sistemas muito densos e desfloculados), ou ainda quando não existe mais água

    disponível, caso isso aconteça à relação água/ cimento é muito baixa (PAULON&KIRCHHEIN,

    2011).

    O desenvolvimento esquemático da microestrutura durante a hidratação do cimento Portland

    é apresentado na Figura 7.

  • 11

    Figura 7: Desenvolvimento esquemático microestrutural durante a hidratação do cimento Portland.

    Fonte: ISAIA, (2005).

    As fases anidras do cimento, em água, se solubilizam e, ao atingir a concentração de

    saturação dos respectivos compostos hidratados, precipitam sobre a superfície dos grãos ainda não

    dissolvidos. Com isso há o gradual recobrimento da fração ainda residual, restringindo parcialmente

    a transferência de íons para a solução. Este mecanismo de reação é denominado hidratação por

    dissolução/precipitação, formando a camada externa de hidratos. Havendo o recobrimento total dos

    grãos, o prosseguimento das reações requer a difusão da água por meio desta camada para atingir a

    fração anidra com o crescimento dos compostos hidratados internamente à camada externa (HOPPE

    FILHO, 2008).

    2.1.2.1 Hidratação dos Aluminatos

    Mehta&Monteiro (2014) relatam que a reação de hidratação do aluminato tricálcico (C3A) é

    muito rápida e que a adição de gipsita (CaSO4.2H2O) ao clínquer do cimento, tem por finalidade a

    desaceleração desta reação. Estes autores relatam também que os hidratos cristalinos, como C3AH6,

    C4AH19 e C2AH8, formam-se rapidamente, com a liberação de uma grande quantidade de calor de

    hidratação.

  • 12

    Dependendo da concentração de sulfato a hidratação do C4AF produz C6A(F)S3H32,

    conforme Equação 2 ou C4A(F)SH18, observado na Equação 3 expressam diferenças na composição

    química, estruturas cristalinas semelhantes a da etringita que se cristaliza como pequenas agulhas

    prismáticas e ao monossulfoaluminato cuja forma cristalina é representada por formato de “rosas”.

    (MEHTA&MONTEIRO, 2014).

    Uma vez que a gipsita e álcalis entram em solução rapidamente, a solubilidade do C3A é

    diminuída na presença de íons hidroxila, sulfato e álcalis. Dependendo da concentração de

    aluminato e íons sulfato na solução, o produto cristalino da precipitação é o triossulfoaluminato de

    cálcio hidratado ou monossulfoaluminato de cálcio hidratado (MEHTA&MONTEIRO, 2014).

    Etringita Equação 2

    [AlO4]- + 3[SO4]

    2- + aq. C6AS3H32

    Monossulfato Equação 3

    [AlO4] –

    + [SO4] 2-

    + 4[Ca] 2+

    + aq. C4ASH18

    A etringita é o primeiro hidrato a se cristalizar por causa da alta relação sulfato/aluminato na

    fase aquosa.

    A precipitação da etringita contribui para o enrijecimento e o desenvolvimento da resistência

    inicial, posteriormente o sulfato ser todo consumido, e a concentração de íons aluminato volta a se

    elevar devido à hidratação de C3A e C4AF, a etringita torna-se instável e é gradualmente convertida

    em monossulfato, produto final da hidratação cimento Portland que contenha mais 5% de C3A

    (MEHTA&MONTEIRO, 2014) expressa pela Equação 4.

    Equação 4

    C6AS3H32 + 2C3A + 22H 3C4ASH18

  • 13

    2.1.2.2 Hidratação dos Silicatos de Cálcio

    A hidratação da alita (C3S) e da belita (C2S) no cimento Portland produz uma família com

    estruturas similares, denominados de silicatos de cálcio hidratados (C-S-H) com cristalinidades,

    morfologias e composições bastante variáveis, dependendo do tempo de reação, teores de adição de

    cimento, temperatura e relação água/cimento conforme mencionam Cincotto (2014), Paulon&

    Kirchhein (2011), Mehta&Monteiro (2014).

    Em geral o material é pouco cristalino e forma um sólido poroso que apresenta

    características de um gel rígido. Na literatura esse gel, algumas vezes é denominado gel de

    tobermorita por apresentar semelhante estrutura de um mineral natural (MEHTA&MONTEIRO,

    2014). A cinética de hidratação do cimento depende da solubilidade de C3S, da taxa de nucleação

    do C-S-H e da velocidade do seu crescimento ao redor dos núcleos formados. A temperatura

    ambiente afeta a dissolução das fases anidras e, consequentemente, as reações iniciais, sendo assim

    o aumento da temperatura favorece a dissolução das fases anidras e diminui a solubilidade da

    portlandita (AYACHE et al., 2015).

    Os C-S-H representa de 50 a 60% do volume de sólidos da pasta totalmente hidratada, sendo

    responsáveis por suas principais propriedades. Embora não se conheça a estrutura exata do C-S-H,

    acredita-se que a mesma seja constituída de camadas com área específica elevada (100 a 700m2/g).

    Uma ideia de como poderiam ser representadas as reações de hidratação dos silicatos em pastas

    totalmente hidratadas é indicada a seguir nas Equações 4 e 5.

    Equação 4

    2C3S + 6H C3S2H3 + 3CH

    Equação 5

    2C2S + 4H C3S2H3 + CH

    Na hidratação dos silicatos de cálcio, uma parcela da cal é liberada na forma de hidróxido de

    cálcio Ca(OH)2, também chamado de portlandita, constituindo de 20% a 25% do volume de sólidos

    da pasta hidratada. Os cristais de portlandita são mais solúveis que as partículas do C-S-H, e sua

    presença na pasta reduzem a durabilidade a águas ácidas e sulfatadas.

    Segundo Mehta&Monteiro (2014), a hidratação do C3S produziria 61% de C3S2H3 e 39% de

    Ca(OH)2 enquanto que a hidratação do C2S produziria 82% de C3S2H3 e 18% de Ca(OH)2 e disto

    resulta que cimentos com maior proporção C2S são mais duráveis em meios ácidos e sulfatados.

  • 14

    2.1.2.3 Hidratação de Hidróxido de Cálcio (CH)

    Conhecidos também como portlandita, os cristais de CH constituem de 20-25% do volume

    de sólidos na pasta de cimento hidratada. Geralmente encontrado na forma de grandes cristais

    prismáticos hexagonais, podem variar de indefinível a pilhas de grandes placas. A formação desses

    cristais é afetada pela disponibilidade de espaço, pela temperatura de hidratação e pelas impurezas

    no sistema. Esses cristais contribuem pouco na resistência do concreto, principalmente por sua área

    ser consideravelmente baixa segundo citam Mehta&Monteiro (2014), Paulon&Kirchhein (2011).

    2.1.2.4 Calor de Hidratação

    Os compostos presentes no cimento Portland, obtidos no processo de queima a altas

    temperaturas (1450ºC) (BATTAGIN, 2011). Ao entrarem em contato com a água, estes

    compostos reagem produzindo compostos hidratados e liberando a energia em forma de calor.

    Quanto mais fino estiver o grão de cimento maior será a velocidade de hidratação e,

    consequentemente, maior o calor gerado. Embora a resistência final de um cimento totalmente

    hidratado independa da finura original desse ligante, a velocidade de hidratação está intimamente

    associada a esse parâmetro. Assim, para o desenvolvimento rápido da resistência mecânica é

    necessário um grau de finura elevado (PAULON&KIRCHHEIN, 2011).

    Este calor pode ter implicações prejudiciais à estrutura do concreto principalmente em

    grandes volumes de mistura, uma vez que o aumento de temperatura provocado pelo calor de

    hidratação, nas primeiras horas, provoca variações volumétricas e, consequentemente, tensões

    internas na pasta ainda pouco hidratada.

    Em ambientes frios, onde as temperaturas são mais baixas, a hidratação dos compostos do

    cimento Portland é mais lenta e o calor de hidratação contribui acelerando o processo de hidratação

    que quanto maior o teor de C3S e de C3A, maior o calor de hidratação do cimento. Na Tabela 2,

    demonstram-se o calor de hidratação dos componentes do cimento Portland.

  • 15

    Tabela 2: Calor de hidratação dos componentes do cimento Portland.

    Calor de hidratação a uma dada idade (cal/g)

    Compostos 3 dias 90 dias 13 anos

    C3S 58 104 122

    C2S 12 42 59

    C3A 212 311 324

    C4AF 69 98 102

    Fonte: MEHTA&MONTEIRO, (2014).

    Existem fatores que afetam o calor de hidratação, como a composição química, a reatividade

    química dos compostos, a finura do cimento sendo que quanto mais fino o cimento mais rápido a

    sua hidratação, adições pozalanas que tendem a retardas o calor de hidratação. Com relação ao

    tempo de dormência está relacionado com a quantidade de gesso presente no cimento. Na Figura 8

    apresenta-se uma curva referente à taxa de liberação em calor versus o tempo e a formação dos

    compostos como caso o silicato de cálcio hidratado, etringita, monossulfato.

    Figura 8: Taxa de Liberação de Calor (cal/grama.h).

    Fonte: MEHTA&MONTEIRO, (2014).

    As micrografias que apresentam a formação dos compostos de hidratação do cimento estão

    detalhadas no Capítulo 6.

  • 16

    2.2 TIPOS DE CIMENTO PORTLAND

    Na designação dos cimentos, as iniciais CP correspondem à abreviatura de Cimento

    Portland, e são seguidas dos algarismos romanos de I a V, conforme o tipo de cimento, sendo a

    classe expressa por números (25, 32 e 40) que indicam a resistência à compressão do corpo-de-

    prova padrão, em MPa, segundo a Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP, 2012).

    Conforme a composição e as adições feitas em sua produção, os cimentos Portland podem ser

    classificados conforme Tabela 3.

    O Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CPV-ARI) cimento escolhido para ser

    utilizado nesta pesquisa por apresentar a propriedade de atingir altas resistências já nos primeiros

    dias após a aplicação. Isto é possível pela utilização de uma dosagem específica de calcário e argila

    na produção do clínquer, além de uma moagem mais fina para que o cimento, ao reagir com a água,

    adquira elevadas resistências com maior velocidade. A Norma NBR 5733:1991 (Cimento Portland

    de alta resistência inicial) fixa condições exigíveis no recebimento do cimento Portland de alta

    resistência inicial (CPV-ARI). Battagin (2011) cita que os valores médios aproximados de

    resistência à compressão é acima de 25MPa para um dia de idade e de 50 MPa aos 28 dias, sendo

    recomendado para postes, lajes, pavimentação etc.

    Tabela 3: Composição dos cimentos Portland.

    Tipo de

    Cimento

    Portland

    Composição (% de massa)

    Norma

    ABNT Sigla

    Clínquer

    +

    Gesso

    Escória de

    Alto-Forno

    (E)

    Material

    Pozolânico

    (Z)

    Material

    Carbonático

    (F)

    Comum CPI 100 -

    NBR5732 CPI-S 99 - 95 1 - 5

    Composto

    CPII-E 94 - 56 6 – 34 0 - 10

    NBR1157

    8 CPII-Z 94 - 76 - 6 - 14 0 - 10

    CPII-F 94 - 90 - - 6 - 10

    Alto-Forno CPIII 65 - 25 35 - 70 - 0 - 5 NBR5735

    Pozolânico CPIV 85 - 45 - 15 - 50 0 - 5 NBR5736

    Alta

    Resistência

    Inicial

    CPV- ARI 100 - 95 - - 0 - 5 NBR5733

    Fonte: MEHTA&MONTEIRO, (2011).

  • 17

    3 CONCRETO AUTO ADENSÁVEL

    A EFNARC (European Federation of National Trade Associations Representing Producers

    and Applicators of Specialist Building Products) foi fundada em março de 1989 e descreve o CAA

    como o maior desenvolvimento da construção em estruturas de concreto nas últimas décadas

    (CAVALCANTI, 2006).

    Segundo Mehta&Monteiro (2014) no final da década de 70 e no início dos anos 80,

    pesquisas pioneiras na Itália, Alemanha e Japão levaram ao desenvolvimento de misturas de

    concreto de alta trabalhabilidade que são comercialmente conhecidas por vários nomes, como

    concreto auto adensável, concreto autocompactavél, concreto autonivelante e concreto reoplástico.

    O constante emprego do concreto auto adensável vem crescendo devido também às

    vantagens atreladas ao seu comportamento estético e estrutural tais como: a eliminação dos defeitos

    das peças concretadas (sem falhas na superfície) e a proteção contra fatores externos, devido à baixa

    porosidade e microestrutura mais densa (concreto com alta durabilidade) (OKAMURA et al.,2003).

    Paumgartten (2010) relata que seu único meio de adensar é por meio do seu próprio peso,

    pela ação da força da gravidade. Apresenta em sua composição um alto teor de finos e adição de

    superplastificante. Para o melhor desempenho do CAA a utilização de cimentos com uma menor

    variabilidade em termos de resistência à compressão torna-se o mais indicado. O concreto auto

    adensável não pode depender de vibração externa para cumprir seu papel.

    Assim que a hidratação do cimento é iniciada o concreto CAA torna-se bifásico constituindo

    de agregados dispersos em uma matriz de cimento. A água ainda está presente, quer quimicamente

    ligado a estrutura sólida ou líquida livre. No seu estado fresco, concreto deve apresentar a dispersão

    bem equilibrada, que irá garantir bons níveis de homogeneidade, trabalhabilidade e

    compactabilidade, minimizando assim o risco de segregação (KANELLOPOULOS et al., 2012).

    Para Angelin et al., (2015) manter tais características, sua homogeneidade depende,

    principalmente, da viscosidade plástica e da tensão de escoamento, determinadas pelo

    proporcionalmente da mistura, pelo tipo e teor do aditivo superplastificante, pelo teor de finos e

    pela distribuição granulométrica dos materiais. A viscosidade plástica está relacionada com a tensão

    de escoamento, que quando atinge valores muito pequenos ou próximos de zero faz com que o

    CAA apresente elevada fluidez.

  • 18

    Segundo Morteza (2014) o CAA pode ter um comportamento diferente em relação ao

    concreto convencional, e isso é devido ao uso comparativamente mais elevado de partículas finas,

    com a finalidade de evitar a segregação no concreto fresco, ocasionando a uma mudança na

    estrutura de poros, propriedades mecânicas e especialmente ocasionar fissuras no CAA.

    Em comparação ao concreto convencional, nota-se que o comportamento da fissura do

    concreto apresentado como um material semi quebradiço é um aspecto importante que deve ser

    considerado na análise e concepção das estruturas. Além disso, a fissura do CAA tem efeito direto

    sobre a durabilidade das estruturas de concreto sendo uma das principais preocupações da

    construção (MORTEZA, 2014).

    Estudos recentes indicaram que as misturas contendo pó de calcário no CAA, como um

    aditivo mineral, têm uma grande retração e consequentemente, maior tendência à fissuração,

    segundo Morteza (2014), Craeye et al., (2010).

    No entanto sucessões de estudos relatam que a utilização de partículas extrafinas, tais como

    pedra calcária em pó faz com que a matriz CAA fique mais compacta e consequentemente, a

    Interface Zona de Transição (IZT) entre agregado e a pasta cimento apresenta-se aprimorada.

    Para Morteza (2014) a melhora da Interface Zona de Transição (IZT) pode fazer com que o

    concreto fique mais frágil, devido ao aumento de fissuras e reduz o intertravamento. Os principais

    fatores a serem estudados são o comportamento de fissura do CAA, maior resistência e durabilidade

    e a qualidade de IZT. Por outro lado, as propriedades da IZT dependem fortemente das

    propriedades dos agregados, tais como o tamanho, o volume, forma, textura de superfície.

    Comparada a outros materiais utilizados na engenharia, como aço, plásticos e cerâmicas, a

    microestrutura do concreto está em constante transformação, devido aos fatores externos: altas ou

    baixas temperaturas, presença de salinidade referente a águas marítimas entre outros.

    3.1 ADIÇÕES MINERAIS

    Com a finalidade de aumentar a coesão da mistura e assim evitar a segregação do agregado

    graúdo, eventualmente são utilizados aditivos modificadores de viscosidades e/ou adições minerais.

    As adições minerais no CAA devem ser escolhidas após uma análise técnica, onde realizam

    o apontamento das áreas superficiais maiores que a do componente que estão substituindo.

  • 19

    Além de responsáveis pela resistência à segregação da mistura, as adições minerais podem

    desempenhar um papel importante para a resistência e para a durabilidade do concreto, tanto física

    quanto quimicamente. Inúmeras pesquisas Barluenga et al., (2015), Silva et al., (2015), Lorini

    et.al., (2015) foram realizadas para o apontamento dos efeitos da adição dos minerais sobre o

    desempenho das propriedades do endurecido e sua microestrutura na zona de transição tais como:

    adição minerais ativos, cinzas volantes, filler de calcário, cinza de casca de arroz, microssílica,

    nanossílica e Metacaulim.

    O efeito químico das adições minerais ocorre a partir da capacidade de reação com o

    hidróxido de cálcio – Ca (OH)2 – composto frágil e solúvel que se forma durante a hidratação do

    cimento Portland. Do hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) deriva o composto resistente o silicato de

    cálcio hidratado, que ocupa os vazios de maiores dimensões existentes na pasta de cimento ou na

    zona de transição, aumentando o desempenho mecânico e a durabilidade do concreto e dependendo

    da superfície específica das partículas e da composição química das mesmas, essas reações

    pozolânicas podem ser lentas ou rápidas (TUTIKIAN et al., 2008).

    Segundo a EFNARC (2005), as adições são classificadas de acordo com suas capacidades

    reativas com a água, conforme Tabela 4.

    Tabela 4: Classificação das adições (EFNARC,2005).

    Tipo I Inertes ou Semi-

    inertes

    Fíleres de agregados (calcários, dolomíticos ou graníticos).

    Pigmentos

    Tipo II Pozolânicos

    Cinza volante, conforme a EN 450-1.

    Sílica ativa, conforme a EN 13263-1.

    Hidráulicos Escória de alto-forno.

    Fonte: EFNARC, (2005).

    3.2 ADITIVOS NO CONCRETO AUTO ADENSÁVEL

    A AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS (ASTM) C 125 (2010) definem

    aditivo/adição (em inglês apenas “admixture” ou chemical and mineral admixture, respectivamente)

    como qualquer material que não seja água, agregados, cimentos hidráulicos ou fibras, usado como

    ingrediente do concreto ou argamassa e adicionado à massa imediatamente antes ou durante a

    mistura. Os aditivos variam muito na composição química, pois muitos desempenham mais de uma

    função, o que torna difícil sua classificação de acordo com suas funções, na Tabela 5 apresentam-se

    alguns tipos de aditivos.

    Mehta&Monteiro (2014) relatam que algumas substâncias químicas agem no sistema

    cimento/água instantaneamente, influenciando na tensão superficial da água e adsorvendo na

  • 20

    superfície das partículas de cimento; outras se dissociam e afetam as reações químicas entre os

    compostos do cimento e a água.

    Aditivos redutores de água, onde sais solúveis e polímeros agentes tensoativos e outros, são

    adicionados ao concreto em quantidades muito pequenas com finalidade de incorporar ar e com isso

    aumentar a resistência sem aumentar o consumo de água (MEHTA&MONTEIRO, 2014).

    De acordo com a NBR 11768:1992 aditivos são produtos que adicionados em pequenas

    quantidades aos concretos com cimento Portland modificam algumas de suas propriedades, com o

    principal objetivo de melhorar determinadas condições de uso dos concretos.

    Tabela 5: Tipos de aditivos para o concreto.

    ADITIVOS

    TIPO FUNÇÃO

    P Aditivo Plastificante

    R Aditivo Retardador

    A Aditivo Acelerador

    PR Plastificante Retardador

    PA Plastificante Acelerador

    IAR Aditivo Incorporador de Ar

    SP Aditivo Superplastificante

    SPR Aditivo Superplastificante Retardador

    SPA Aditivo Superplastificante Acelerador

    Fonte: NBR11768: 1992.

    Gomes&Barros (2009) citam que o uso dos aditivos superplastificantes no CAA é

    inevitável, pois é responsável por uma das principais propriedades do CAA, a fluidez.

    Segundo Gomes&Barros (2009) os aditivos superplastificantes também podem exercer

    outras funções ou mecanismos que auxiliam na fluidez da mistura, como a redução da tensão

    superficial da água; repulsão eletrostática entre as partículas; filme lubrificador entre as partículas

    de cimento; dispersão dos grãos de cimento; inibição da hidratação superficial do cimento; mudança

    da morfologia dos produtos da hidratação.

    Pastas de cimento com baixa relação C3S/C2S e C3A/C4AF têm maior viscosidade quando a

    adição do superplastificante é atrasada existindo uma relação entre a quantidade de

    superplastificante absorvido pelo cimento e a viscosidade; para um nível de adição de formaldeído e

    naftaleno sulfonado (SNF), a área superficial do cimento é diretamente proporcional à viscosidade

    (GOMES&BARROS, 2009).

    A dosagem do concreto auto adensável adotada seguiu as recomendações proposta pelo

    grupo de pesquisa de Sustentabilidade da Faculdade de Tecnologia da UNICAMP, apresentado no

    Capítulo 5.

  • 21

    4 MICROESTRUTURA DO CONCRETO

    4.1 HISTÓRICO DO ESTUDO DA MICROESTRUTURA NO CONCRETO

    Com a exposição em Paris do famoso barco de “cimento armado” em 1855, deu-se início o

    uso do concreto na era moderna. Neste período, ocorreu uma constante evolução do material, da sua

    utilização e produção sempre embasada em muitas pesquisas.

    No primeiro simpósio sobre o estudo de cimentos patrocinado em 1918 pela Faraday

    Society, o clínquer de cimento Portland era considerado principalmente sob o ponto de vista da

    composição de seus óxidos e às vezes de suas quantidades e em 1938 no segundo simpósio a

    pesquisa e a indústria haviam mudado a ideia que se fazia quanto à composição de óxidos e a

    relação entre os óxidos deu espaço às considerações feitas sobre as possíveis composições químicas

    que poderiam estar presentes no clínquer (PAULON&KIRCHHEIM, 2011).

    Alguns estudos de análise térmica foram empregados para análise de problemas

    relacionados ao tempo de pega dos cimentos, o uso da difração de raios-x para a identificação das

    fases e estudos iniciais para explicar a interferência de adições minerais (pozolanas) e de agentes

    químicos (plastificantes, retardadores e aceleradores) no concreto fresco

    (PAULON&KIRCHHEIM, 2011).

    Segundo Paulon&Kirchheim (2011) no terceiro simpósio, as pesquisas anteriores foram

    consideradas obsoletas, deram espaço a um uso maior de tecnologia com equipamentos como

    espectroscópico, fotométrico entre outros. Atualmente, os estudos nessa área vêm sendo feitos em

    tempo real, com análises no próprio local, na escala micro (10-6

    ) e nanometrica (10-9

    ), utilizando

    alta tecnologia, alta resolução temporal, muitas vezes com equipamentos clássicos modernos, e

    outras avançando no caminho do uso de equipamentos que utilizam fontes e raios-x ou ultravioleta

    intensa, como as de síncontron. Técnicas utilizadas em outras áreas de conhecimento, tais como

    biologia, física, química e medicina são adaptadas aos estudos de materiais cimentícios

    (PAULON&KIRCHHEIM, 2011).

    Mehta&Monteiro (2014) relatam que durante vários anos foi considerado que os materiais

    de construção civil consistiam em materiais homogêneos. Ao se trabalhar em uma escala

    microscopia, contudo, pode-se perceber que eles são atualmente mais complexos e extremamente

    heterogêneos.

  • 22

    O progresso no campo dos materiais resultou principalmente no reconhecimento do

    princípio de que as propriedades têm origem na microestrutura interna, ou seja, as propriedades

    podem ser modificadas fazendo certas alterações na microestrutura de um material. Embora o

    concreto seja o material estrutural mais amplamente usado, sua microestrutura é heterogênea e

    altamente complexa. As relações microestrutura-propriedade do concreto não estão ainda

    completamente desenvolvidas; no entanto, certo conhecimento sobre os elementos essenciais da

    microestrutura é necessário antes de se discutir os fatores de influência nas propriedades

    importantes para a engenharia dos concretos, tais como: resistência e durabilidade

    (MEHTA&MONTEIRO, 2014).

    4.2 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA

    A microscopia eletrônica de varredura (MEV) é uma técnica influente para a caracterização

    do tamanho, forma e estrutura de nanopartículas, devido à sua capacidade de solucionar

    características de escala nanométrica. MEV tem sido utilizado com sucesso para localizar

    nanopartículas nas células e nos tecidos por meio da utilização de imagem de elétrons com

    retroespalhamento (BSE) para distinguir entre as nanopartículas inorgânicas e a estrutura orgânica

    (KEMPEN et al., 2015) e para imagens das superfícies de quase todos os materiais com uma

    resolução de até 1nm, (ZANG, 2009).

    A determinação estrutural é essencial para a pesquisa dos nanomateriais. As nanoestruturas

    são geralmente muito pequenas para serem visualizadas com microscópios ópticos convencionais. É

    importante o uso de ferramentas apropriadas para caracterizar adequadamente sua estrutura e

    superfície com detalhes em níveis moleculares ou atômicos (ISAIA, 2005).

    Isto é importante não só para a compreensão de suas propriedades fundamentais, mas

    também para explorar o seu desempenho técnico. A resolução da imagem oferecida por MEV

    depende não só da propriedade da onda de elétrons, mas da interação da onda de elétrons com a

    amostra, sendo a imagem gerada pela incidência de um feixe de elétrons na amostra, sob condições

    de vácuo (ISAIA, 2005).

    Para Zang (2009) a interação de um feixe de elétrons incidente produz com a amostra

    elétrons secundários, com energias geralmente menores do que 50eV, a eficiência da emissão de

    sensibilidade depende da geometria da superfície e das características químicas da amostra

    analisada. O princípio da emissão do feixe de elétrons baseia-se no aquecimento de um filamento de

  • 23

    tungstênio que incide sobre amostra e emitem sinais elétricos como elétrons secundários, elétrons

    retroespalhados e fótons-x, entre outros. Os sinais, emitidos pela incidência de elétrons sobre a

    amostra, são captados por detectores apropriados, amplificados e convertidos em imagem (ISAIA,

    2005). Neste caso, usada para verificação do grau de hidratação, da formação de microfissuras e da

    zona de transição. A alta resolução oferecida pelo MEV o torna conveniente para os nanomateriais

    em que as características estruturais em nanoescala são fundamentais para suas propriedades e

    funcionalidades de pesquisa (ZANG, 2009). A microscopia eletrônica de varredura associada à

    técnica de energia dispersiva de raios-x (MEV-EDS) permite a semi quantificação e qualificação os

    elementos presentes na amostra de concreto auto adensável. Na Figura 9 apresenta-se equipamento

    MEV-EDS.

    Segundo Costa et al., (2009) as imagens são formadas por um feixe de elétrons sendo este

    feixe, gerado na parte superior do microscópio descrevendo uma trajetória helicoidal por meio de

    campos de lentes eletromagnéticas onde é focado até incidir na superfície da amostra fazendo sua

    varredura. A interação deste feixe com o material conduz à ejecção de elétrons e à emissão de

    radiação eletromagnética que constituem os vários tipos de sinais detectáveis.

    Na Figura 10, mostra o esquema da coluna do MEV, onde os elétrons são gerados a partir de

    um filamento de tungstênio em alto vácuo. O feixe interage com a região de incidência da amostra

    até uma profundidade conforme Figura 11 que pode variar de 1 µm a 6 µm, dependendo da natureza

    da amostra. Esta região é conhecida por volume de interação, o qual gera os sinais que são

    detectados e utilizados para a formação da imagem e para microanálise (ZANG, 2009). A corrente

    que passa pela bobina de varredura, sincronizada com as bobinas de reflexão de um tubo de raios

    catódicos, produz imagem similar, mas aumentada. Os elétrons emitidos atingem um coletor, e a

    Figura 9: Microscópio eletrônico de Varredura Acoplado a Espectroscopia Dispersiva de Raios-x (MEV-EDS).

  • 24

    corrente resultante é amplificada e utilizada para modular o brilho do tubo de raios catódicos.

    (ISAIA, 2005).

    Figura 10: Desenho esquemático da coluna do

    Microscópio Eletrônico de Varredura - MEV.

    Figura 11: Volume de Interação da Amostra com Feixe de

    Elétrons.

    Fonte: Instituto de Física _Laboratório de Filmes

    Finos_Universidade São Paulo. Disponível em:

    . Acesso em 05 de

    novembro de 2015.

    Fonte: Instituto de Física _Laboratório de Filmes

    Finos_Universidade São Paulo. Disponível em:

    . Acesso em 05 de novembro de

    2015.

    Os sinais emitidos encontram-se sob a forma de elétrons de tipo secundário, retroespalhados,

    absorvidos, transmitidos e difratados, e de fótons do tipo de fotoluminescentes e raios X, os quais

    são captados por detectores apropriados, amplificados e processados em um sistema analisador de

    cada tipo de sinal (ISAIA, 2005). Isaia (2005) enuncia cada processo de sinais, os elétrons

    secundários (SE - secondary electrons) são decorrentes de interações inelásticas e são tipicamente

    pouco energéticos sendo menores que 50eV, originam-se próximo a superfície da amostra, uteis na

    obtenção de informações topográficas, possibilitando a formação de imagens tridimensionais e a

    visualização de detalhes da microestrutura de poros e de fissuras entre as partículas.

    O conjunto de técnicas como difração de raios-x (DRX), microscopia eletrônica de

    varredura com microanálise por sistema de dispersão de energia de raios-x (MEV-EDS), análise

    termogravimétrica (TGA) e análise térmica diferencial (ATD), análise química e cálculo

    mineralógico têm apresentado resultados satisfatórios nas investigações como mencionam Isaia

    (2005), Souza, V. et al., (2002), Nochaya et al., (2015). Para os minerais não condutores de corrente

    elétrica para ser analisada no MEV-EDS devem ser previamente metalizados.

    A metalização consiste na precipitação, sob alto vácuo de uma película micrométrica de

    material condutor geralmente de ouro ou carbono sobre a superfície do mineral, possibilitando a

    condução da corrente elétrica. Na Figura 12, observa-se a imagem de MEV-EDS por elétrons

    retroespalhados do agregado reativo, onde os picos representam os elementos gerados por meio da

    análise do detector EDS no ponto pela seta, onde apresenta os picos dos elementos como silício

    (Si), sódio (Na), cálcio (Ca), Magnésio (Mg), alumínio (Al), Oxigênio (O).

    http://fap01.if.usp.br/~lff/mev.html%3e.%20Acessohttp://fap01.if.usp.br/~lff/mev.html%3e.%20Acesso

  • 25

    Figura 12: Imagem por elétrons retroespalhados de agregado reativo e a análise por EDS da região indicada pela

    seta.

    Fonte: BAKHAREV et al., (2001).

    4.3 DEFINIÇÃO DA MICROESTRUTURA NO CONCRETO

    O concreto possui uma estrutura heterogênea e altamente complexa, pode ser estudado como

    um material constituído de partículas de agregado, englobadas por uma matriz porosa de pasta de

    cimento, com uma zona de transição entre as duas fases, constituída de características próprias.

    A conexão dessas três fases tem importância significativa nas propriedades do concreto

    porém a nível microscópico observam-se particularidades desta estrutura (MEHTA&MONTEIRO,

    2014). A Figura 13 apresenta uma representação diagramática da estrutura do concreto e uma

    micrografia mostrando as fases do cimento hidratado. Os estudos de interface procuram levar em

    conta a natureza mineralógica tanto dos materiais englobados como dos produtos de hidratação do

    cimento que se formam no processo químico da pasta.

    Figura 13: Estrutura do concreto: agregado, zona de transição e matriz de pasta de cimento; Micrografia

    mostrando as fases do cimento hidratado.

    Fonte: MEHTA&MONTEIRO, (2014). Fonte: Autor.

    Etringita

    C-S-H

  • 26

    Para Paulon&Kirchheim (2011) a pasta de cimento e a zona de transição apresentam-se

    sujeitas a alterações com o decorrer do tempo, umidade e alterações na temperatura ambientes

    ocasionando mudanças na microestrutura do concreto.

    A resistência e a durabilidade do concreto são importantes, os estudos da microestrutura da

    zona de transição do concreto são realizados para identificar o grau de influência na resistência e o

    desempenho pela aderência na ruptura do concreto sob tensão (PAULON&KIRCHHEIM, 2011).

    4.4 MICROESTRUTURA DA PASTA DE CIMENTO

    Citados no Capítulo 2, os materiais compósitos presentes no cimento Portland controlam a

    cinética de hidratação.

    O conhecimento sobre o comportamento da hidratação de uma fase pura e a interação das

    fases formam a base da interpretação das complexas reações que ocorrem na hidratação do cimento

    Portland sob diversas condições.

    A pasta de cimento hidratada é um conjunto heterogêneo de partículas, filmes, microcristais,

    elementos sólidos ligados entre si por uma massa porosa. Esses poros podem ser encontrados em

    diversos tamanhos em uma escala entre abaixo de 2,5ɳm e acima de 10.000ɳm. Geralmente são

    poros de gel, associados com os produtos de hidratação e poros capilares correspondentes aos

    demais poros do sistema (PAULON&KIRCHHEIM, 20111).

    Mehta&Monteiro (2014) citam que se diversos corpos de prova de concreto contenham a

    mesma quantidade de cimento, mas com diferentes quantidades de água, e forem examinados em

    vários intervalos de tempo poderá ser observado que, em geral, o volume de vazio capilar na pasta

    de cimento hidratado diminui com a redução da relação água/cimento ou com o aumento da idade

    da hidratação.

    Cada partícula de agregado pode conter vários minerais, além de microfissuras e vazios. Na

    Figura 14 mostra-se micrografia do concreto com a presença de C-S-H, presença de Ca (OH)2 ou C-

    H e de vazios capilares. A morfologia do C-S-H varia desde fibras pouco cristalinas até redes

    reticulares.

    Existem os chamados produtos internos, predominantes em pastas com mais idades, Figura

    15a, e os produtos externos, predominantemente encontrados em estágios iniciais de hidratação dos

    quais podem apresentar duas morfologias, do tipo I, fibrosas

  • 27

    Figura 14: Micrografia do Concreto. 1) Presença de C-

    S-H; 2) Presença de Ca(OH)2 ou C-H; 3) Vazios

    capilares.

    Figura 15: Morfologia do silicato de cálcio hidratado C-S-H

    (a) as setas brancas indicam uma borda de produtos internos

    (parte superior à esquerda) e externos do C-S-H; (b) aumento

    da região com produtos internos de C-S-H; (c) aumento da

    região com produtos externos fibrosos de C-S-H.

    Fonte: MORANVILLE-REGOURD, (1992).

    Fonte: RICHARDSON, (2004).

    Mehta&Monteiro (2014) definem os sólidos na pasta de cimento como os produtos das

    reações de hidratação: silicatos de cálcio hidratado (C-S-H), hidróxido de cálcio Ca(OH)2 conforme

    ressaltados na Figura 16, sulfoaluminatos de cálcio (etringita), monossulfatos expressos na Figura

    17e grãos de clínquer não hidratados.

  • 28

    Os vazios são divididos por espaços inter lamelares no C-S-H, vazios capilares, Figura 18, ar

    incorporado - bolhas de 50 a 200 μm que favorecem a trabalhabilidade, Figura 19 e ar aprisionado -

    bolhas de até 3 mm, aprisionadas durante a mistura na betoneira presente na Figura 20.

    Figura 18: Micrografia dos Vazios

    Capilares.

    Figura 19: Micrografia ar incorporado

    presença de etringita.

    Figura 20: Micrografia ar

    aprisionado.

    Fonte: MEHTA&MONTEIRO, (2014).

    Fonte: MEHTA&MONTEIRO, (2014).

    Fonte: MEHTA&MONTEIRO, (2014.)

    Figura 16: Micrografia eletrônica de varredura, mostrando cristais de Ca (OH)2 na interface da pasta de cimento com a areia.

    Largura do campo =66μm; Observação: Uma folha de papel = 100

    μm; Traço: 1.0, 1.8, 5.5; Cimento = 450kg/m3; água /cimento =0.50

    ; fc28dias =36,3 MPa.

    Figura 17: Cristais de etringita e monossulfato

    hidratado.

    Fonte: Associação Brasileira de Cimento Portland-ABCP (2012). Fonte: MEHTA&MONTEIRO, (2014).

  • 29

    O valor 50 nm separa micro e macroporos, sendo microporos os vazios menores que 50 nm

    que são importantes para a retração e a fluência e macroporos os vazios maiores que 50 nm

    prejudiciais à resistência e à impermeabilidade.

    Kanellopoulos et al., (2012) relatam que na área da tecnologia do concreto, é amplamente

    aceitável que todos os mecanismos de deterioração são acionados por movimento de fluidos por

    meio dos poros existente dentro da microestrutura do concreto. É, portanto, muito importante

    conhecer a natureza e as características do sistema de poros no interior da massa da pasta de

    cimento endurecida, esses poros relevante à permeação são aqueles que são contínuos e têm

    diâmetros entre 120 e 160 nm. Geralmente, contendo poros água adsorvida e poros com aberturas

    muito estreitas (independentemente do seu diâmetro) não afetam o transporte do líquido para as

    propriedades materiais do cimento. Os autores Kanellopoulos et al.,(2012) citam que a estrutura

    dos poros de materiais