TÉCNICA A INFLUÊNCIA DA SACAROSE NO TEMPO DE PEGA DO CIMENTO CONSULTORIA

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1 A INFLUÊNCIA DA SACAROSE NO TEMPO DE PEGA DO CIMENTO Paula Ikematsu (1) Gerente de área de Produto e Canais Técnicos da InterCement S/A Mestre em Engenharia Civil (Escola Politécnica da Universidade de São Paulo). paula.ikematsu@intercement.com Luis Antonio Laguna (2) Gerente de Marketing da InterCement S/A Engenheiro Civil (Universidade Anhembi Morumbi) luis.laguna@intercement.com 1. RESUMO O processo de hidratação do cimento é essencial para que ocorra o ganho de resistência da pasta ou do concreto. A contaminação dos agregados ou da água de mistura pode retardar o tempo de pega do cimento, além de comprometer o ganho de resistência do concreto. Um contaminante comumente encontrado nos agregados, principalmente na areia, é o açúcar. Este estudo foi baseado em incidências de casos encontrados no mercado nas quais a contaminação da areia pelo açúcar causou patologias no concreto, como baixa resistência de contrapisos, estruturas, pilares e vigas, peças pré-fabricadas, assim como demora no início de pega. A metodologia de estudo para determinar a influência do açúcar no tempo de pega do cimento e suas consequências no ganho de resistência da pasta e do concreto foi adicionar o açúcar em forma de sacarose concentrada na água de mistura em pequenas proporções. O objetivo deste trabalho é mostrar que a contaminação dos agregados por determinados tipos de açúcares pode retardar bruscamente o início de pega do cimento quanto comparado a uma amostra de referência sem adição. Os resultados indicam que o açúcar altera o tempo de pega do cimento. 2. INTRODUÇÃO Fábricas de artefatos de concreto (peças pré-fabricadas) e consumidores finais utilizam cimento para executar suas obras (contrapiso, concretagem de estruturas, revestimentos, etc.) e necessitam que o seu processo de hidratação aconteça por completo. A velocidade de hidratação de qualquer tipo de cimento é influenciada pela temperatura do ambiente externo, finura do cimento e aditivos incorporados no traço. O retardamento de pega do concreto e consequentes quedas das resistências nas idades iniciais podem, muitas vezes, acontecer devido à contaminação de algum dos componentes do concreto, impossibilitando a desforma de peças estruturais. A falta de cuidados preventivos pode causar patologias irreversíveis devido à má hidratação das peças pela ineficiência do processo de cura, mesmo com o concreto ainda no estado fresco. Em algumas regiões do Brasil, existem indícios da utilização do açúcar como retardador de pega do cimento, para que o pedreiro ganhe tempo durante a execução e a utilização da massa, principalmente, em lajes. Isso acontece devido ao mito de que durante a secagem haveria a expulsão das bolhas de ar, tornando o concreto menos poroso. Os açúcares dissolvidos no concreto podem causar corrosão, deixar o concreto poroso ou retardar por tempo indeterminado o início do tempo de pega do cimento. Algumas teses para esse retardamento excessivo defendem que tal fenômeno ocorre devido a mecanismos de absorção e precipitação durante o processo de mistura e ganho de resistência, prejudicando as fases de hidratação do cimento. Segundo Juanger e Jennings (2002), alguns resultados de ensaios indicam que o açúcar não altera somente o processo de pega do cimento, mas age também na matriz de cimento, prejudicando a formação dos silicatos de cálcio hidratado (C-S-H).

2 3. O PROCESSO DE HIDRATAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 4. ESTRUTURA DOS AÇÚCARES O cimento Portland, em geral, é um produto que possui como componentes básicos o calcário, a argila e o minério de ferro, os quais após serem calcinados e moídos formam um pó (pulverulento) com alta capacidade de aglomeração. Ao ser misturado com a água, ocorre a hidratação desses materiais, resultando no endurecimento da mistura. É a intensidade do calor liberado na hidratação durante as primeiras idades que determina a velocidade do endurecimento do concreto e o crescimento da resistência. A formação de agulhas de etringita que são responsáveis pelo início de pega e, é derivada da hidratação dos aluminatos (C3A e C4AF) com o gesso. Posteriormente, acontece a hidratação dos silicatos, e formação do C-S-H (silicatos de cálcio hidratados) e Ca(OH)2 (silicato de cálcio hidratado), estes compostos são responsáveis pelo ganho progressivo de resistência. Chamamos de matriz, a pasta de cimento que envolve os grãos de areia e o agregado graúdo, sendo a zona de transição a área entre o agregado e a pasta (cimento com água) propriamente dita. A matriz é constituída dos compostos hidratados do cimento e a contaminação de um desses compostos pode retardar o tempo de pega, prejudicando a evolução de resistência da matriz A estrutura molecular dos açúcares (glicose ou açúcar simples) é baseada em unidades de moléculas de carboidratos, que forma uma cadeia linear de quatro a sete átomos de carbono com um grupo de hidroxila em cada átomo de carbono terminal, sendo um aldeído, ou o penúltimo carbono, uma acetona. Para que a sacarose (C12H22O11) se forme, é necessário que haja ligações entre a frutose e a glicose. Diferentemente dos demais dissacarídeos, a ligação glicosídica é formada nas extremidades da cadeia. Esse tipo de ligação, por não conter grupos hidroxila anoméricos, classifica a sacarose com um tipo de açúcar. Figura 2: Estrutura molecular da sacarose. ( (MORANVILLER-REGOURD, 1992). Figura 1: Representação esquemática da zona de transição entre a pasta de cimento e o agregado (Adaptado de MEHTA, MONTEIRO: 1994).

3 5. ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA SACAROSE NO TEMPO DE PEGA DO CIMENTO. Este artigo técnico apresenta os resultados dos ensaios referentes à avaliação da influência da sacarose (açúcar) nos tempos de pega do Cimento Portland. Os estudos foram desenvolvidos como dois tipos de cimentos CPII E 32 USO GERAL E CPV ARI ESTRUTURA, fabricados pela InterCement. A sacarose (C12H22O11) foi adicionada diretamente à água de amassamento nos teores de 0,015%, 0,025%, 0,050% e 0,100% em relação à massa de cimento. Determinou-se, inicialmente, a água da pasta de consistência normal dos cimentos CPII E 32 e CPV ARI. Os resultados dos ensaios de tempo de pega (início e fim) foram realizados nas amostras de cimento sem adição (referência) e com a adição da sacarose nos teores 0,015%, 0,025%, 0,050% e 0,100% em relação à massa de cimento. Características CPV ARI CPII-E 32 Blaine Início de Pega (min.) Fim de Pega (min.) R1 R3 R7 R ,8 40,0 44,1 49, ,6 28,4 38,1 Tabela 1: Características químicas dos cimentos InterCement. No Gráfico 1 e no Gráfico 2, observa-se que, quanto maior a adição de sacarose na água de amassamento, maior é o retardo do início de pega do cimento. A adição de 0,050% de sacarose no CPII E 32 e de 0,100% no CPV ARI apresentou tempos de início de pega extremamente retardados, coincidente com o tempo de fim de pega. Conclui-se que houve um enrijecimento instantâneo da pasta após 21 horas 45 minutos para o CPII E 32 e de 16 horas 45 minutos para o CPV ARI. A sacarose utilizada neste trabalho é classificada como um tipo de carboidrato com alta capacidade de retardar o início de tempo de pega do cimento. Segundo estudos de Thomas e Birchall (1983), a água de hidratação de um cimento que recebeu adição de sacarose na mistura apresenta uma alta taxa de silício (Si), alumínio (Al) e ferro (Fe), o que não é observado na água de hidratação de cimentos sem adição de sacarose. - Tempo (horas) 21h36 19h12 16h48 14h24 12h00 09h36 07h12 04h48 02h24 00h00 Início 05h30 04h15 referência CPII E 32 - CAUÊ Fim 08h00 05h25 12h15 09h50 21h45 0,015% 0,025% 0,050% Adição Sacarose (%) Gráfico 1: Início de pega do CPII E 32 em função das adições de sacarose. Tempo (horas) 16h48 14h24 12h00 09h36 07h12 04h48 02h24 00h00 Início 04h30 02h25 referência CPV ARI - CAUÊ Fim 05h30 03h50 08h30 03h50 11h00 08h25 0,015% 0,025% 0,050% Adição Sacarose (%) 16h45 Gráfico 2: Início e fim de pega do CPV ARI em função das adições de sacarose. Algumas propriedades dos açúcares dissolvidos no meio são a sua estabilidade alcalina e a sua capacidade de ligação química com o cálcio. As moléculas de sacarose se unem aos aluminatos (C3A) e promovem a dissolução de íons de cálcio nas fases de hidratação dos silicatos, tendo como resultado uma maior concentração de íons em solução. Esse aumento reflete diretamente na relação cálcio-sílica (CaO:SiO2) da solução, pois, quando ocorre a precipitação dos produtos de hidratação, o seu crescimento é inibido pela absorção do açúcar (THOMAS, BIRCHALL; 1983). Na Figura 3, observa-se que a areia contaminada pela sacarose pode prejudicar todo o processo de hidratação do cimento. O açúcar tende a agir nas fases de hidratação do cimento que contém cálcio, retardando o processo de hidratação, aumentando a solubilidade do cimento, a absorção do hidróxido de cálcio e dos silicatos de cálcio hidratados, inibindo assim o crescimento dos cristais (JUANGER; JENNINGS, 2002).

4 Figura 3: Processo de hidratação do cimento interrompido pelo açúcar. 6. AÇÕES PREVENTIVAS PARA EVITAR O EFEITO DA SACAROSE 7. AÇÕES CORRETAS EM CASO DE CONTAMINAÇÃO DA SACAROSE Fica claro, pelos dados apresentados neste artigo, que os consumidores de cimento devem tomar cuidados preventivos quando trabalharem com concreto. O concreto é uma mistura de cimento, areia, brita, aditivo e água, e a variação das características de qualquer um desses componentes, assim como a falta de um acompanhamento técnico, pode prejudicar o desempenho de resistência do concreto. Por isso, existem algumas ações para atenuar esses impactos: Em caso de demora na pega da peça concretada (acima de 24 horas) e se for comprovada a qualidade do cimento (características químicas e físicas dentro da NBR): Enviar para um laboratório especializado uma amostra da areia para ensaio de determinação de impureza orgânica e de presença de açúcar. Ficar atento ao fornecedor dos materiais utilizados no Concreto, pois a procedência da areia é muito importante. A contaminação de açúcar é muito comum no Brasil, onde há transporte de materiais para as usinas canavieiras. Portanto, o tipo de carregamento e transporte também deve ser observado. Armazenar os agregados que serão utilizados no concreto de forma correta, separados por baias e protegidos para que não haja acesso de animais, pois pode ocorrer uma contaminação de matéria orgânica. Além disso, na urina, encontramos também a presença de açúcar. Figura 4: Foto do ensaio de determinação qualitativa de açúcar na areia.

5 Se após sete dias de cura constante, a peça concretada não apresentar ganho de resistência, realize o ensaio de extração ou esclerometria para determinar a resistência do concreto. Se as estruturas concretadas apresentarem baixa resistência e a contaminação do agregado for comprovada, recomenda-se a procura com urgência de um especialista em patologias de estruturas de concreto para realizar uma vistoria nas obras, avaliar os danos e indicar as possíveis recuperações. Cabe enfatizar a importância de um responsável técnico na obra, que avaliará as necessidades de material e mão de obra da concretagem para evitar a má qualidade dos materiais utilizados ou erros de procedimentos realizados pela equipe de trabalho. 8. CONSIDERAÇÕES FINAIS 9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS JUENGERA, M. C. G.; JENNINGSA, H. M. New insights into the effects of sugar on the hydration and microstructure of cement pastes. Cement and Concrete Research 32 (2002) MEHTA, P. K. e MONTEIRO, P. J. M. Concreto: estrutura, propriedade e materiais MORANVILLER-REGOURD, M. Microstruture of high performance concrete. In: MALIER, Y. High performance concrete form material to structure. London, E & FN Spon, THOMAS, N. L.; BIRCHALL, J. O. The retarding action of sugars on cement hydration. Cement and Concrete Research, vol. 13, pp , Quando se realiza qualquer tipo de concretagem, é importante estar atento à qualidade e ao procedimento dos materiais que serão utilizados. No caso da contaminação da areia por sacarose, é praticamente impossível determinar quanto tempo o concreto levará para iniciar o seu estágio de endurecimento. O açúcar é uma substância que tem como propriedade o retardamento da pega do concreto, provavelmente, agindo no cimento e retardando a formação de C-S-H (Silicato de Cálcio Hidratado). Dependendo do tipo de cimento utilizado, da qualidade de açúcar e do instante em que ele entrou em contato com a mistura, a pega do concreto pode ser retardada em várias horas, prejudicando também a evolução da resistência à compressão. É importante enfatizar que a presença de urina no agregado pode resultar em positivo o ensaio de detecção de açúcar. Desse modo, conclui-se que a presença de açúcar no concreto altera a sua microestrutura e prejudica o ganho de resistência. Portanto, quando o cimento está dentro das normas técnicas brasileiras, é corretamente armazenado e está dentro do prazo de validade, provavelmente, não será responsável pela não revolução de resistência de peças concretadas quando os agregados, especialmente a areia, apresentarem contaminações externas.