Hidratação do Cimento

Transcrição

1 Pontifícia Universidade Católica de Goiás Engenharia Civil Hidratação do Cimento Prof. Mayara Moraes Custódio

2 Pega x Endurecimento Pega: período de fenômenos químicos em que ocorrem desprendimento de calor e reações de hidratação dos compostos; Início de pega: tempo que decorre desde a adição de água até o início das reações com os compostos de cimento; Fim de pega: situação em que a pasta não sofre mais nenhuma deformação em função de pequenas cargas e se torna um bloco rígido; Endurecimento: período de fenômenos físicos de secagem e entrelaçamento dos cristais;

3 Pega x Endurecimento Enrijecimento: Perda de consistência (perda de abatimento do concreto). Determinação: Slump Test Pega: Solidificação da pasta plástica. Determinação: Aparelho de Vicat Influências: Teor de C 3 A Grau de moagem Endurecimento: Ganho de resistência com o tempo.

4 Tempo de pega A duração da pega varia inversamente com o grau de moagem; Maiores quantidades de água de amassamento diminuem o tempo de início de pega; O aumento de temperatura diminui o tempo de início de pega e a duração da pega; Os cloretos de sódio e cálcio aceleram a pega; O gesso, o carbonato de sódio, o óxido de zinco e os açúcares retardam a pega.

5 Tempo de início de pega Pega normal: início ~ 60 minutos. Pega rápida: início < 30 minutos. Pega semi-rápida: início de 30 a 60 minutos depois da hidratação. Fim de pega: 5 a 10 horas Cimentos convencionais (sem ARI).

6 Hidratação do Cimento Reação química exotérmica entre os grãos de cimento e a água. Mecanismos: Dissolução-precipitação Topoquímico ou hidratação no estado sólido do cimento Aluminatos reagem mais rapidamente que os silicatos.

7 Hidratação do Cimento Aluminatos Enrijecimento = perda de consistência Pega = solidificação Silicatos Endurecimento = taxa de desenvolvimento da resistência (fim de pega hidratação completa do C 3 S)

8 Composição Química Clínquer: calcário + argila Composição química típica do clínquer: CaO - 67%; SiO 2-22%; Al 2 O 3-5%; Fe 2 O 3-3%; outros óxidos - 3%;

9 Composição Química Terminologia usual da Engenharia Civil: CaO = C SiO 2 = S Al 2 O 3 = A Fe 2 O 3 = F H 2 O = H Principais elementos do Cimento Portland: (3.CaO).(SiO 2 ) = C 3 S (2.CaO).(SiO 2 ) = C 2 S (4.CaO).(Al 2 O 3 ).(Fe 2 O 3 ) = C 4 AF (3CaO).(Al 2 O 3 ) = C 3 A

10 Composição Química Composição química do clínquer

11 Composição Química Fases cristalinas anidras estáveis na temperatura ambiente e estáveis ao serem hidratados: Silicato tricálcico - ALITA (C 3 S): 50 70% Silicato dicálcico - BELITA (C 2 S): 15 30% Aluminato tricálcico CELITA (C 3 A): 5-10% Ferroaluminato tetracálcico MONTMORILONITA (C 4 AF): 5-15% Outros compostos presentes em menor quantidade: Na 2 O, MnO e K 2 O, Mg, S. Elementos traços: Cr, Pb, Zn, Ni e outros (provenientes da combustão dos combustíveis - normalmente considerados resíduos ou impurezas).

12 Propriedades Conferidas Alita (C 3 S) Silicato tricálsico: Principal mineral que contribui para a resistência mecânica; Responsável também pelas propriedades hidráulicas, tendo reação rápida com a água e tornando-se estável. Belita (C 2 S): Reage mais lentamente com a água, apresentando pouca resistência mecânica inicial. Após períodos maiores (aproximadamente um ano), atinge resistência mecânica mais alta que a alita;

13 Propriedades Conferidas C 3 A Aluminato tricálsico: Reage instantaneamente com a água (elevada liberação de calor de hidratação). Necessária adição de sulfato (gesso) para geração de produtos insolúveis na água; Sem grande importância na resistência mecânica final. C 4 AF Ferro-aluminato tetracálcico: Apresenta taxas iniciais muito altas de reatividade com a água (pega muito rápida). Em idades mais avançadas: taxas baixas ou muito baixas contribui pouco para a resistência mecânica.

14 Reações de Hidratação Silicatos de cálcio (C3S, C2S) 2 C 3 S + 6 H 2 O C-S-H + 3 Ca(OH) 2 2 C 2 S + 4 H 2 O C-S-H + Ca(OH) 2 Principal componente formado: C-S-H (3 CaO. 2 SiO 2. 3 H 2 O) Silicato cálcico hidratado Gel de tobermorita

15 Reações de Hidratação Aluminatos de cálcio (C3A, C4AF) Devido à adição do sulfato para regulação da pega, os aluminatos são analisados já combinados com este componente: C 3 A + CaSO 4. 2H 2 O etringita (C 3 A.3CS.32H) C 3 A.CS.H + C 4 AH C 4 AF + H2O C 3 (AF).3CS.32H C3.(AF).CSH + C 4 (AF).H reação imediata reação lenta

16 Reações químicas Os silicatos de cálcio anidros dão origem a silicatos monocálcicos hidratados (C-S-H), de consistência esponjosa, e ao hidróxido de cálcio, que cristaliza em escamas hexagonais, dando origem à portlandita; O silicato de cálcio hidratado apresenta-se com semelhança ao mineral denominado tobermorita e como se parece com um gel é denominado gel de tobermorita; A composição do silicato hidratado depende da concentração em cal da solução em que ele está em contato.

17 Resistência dos Componentes

18 Calor de Hidratação Reações exotérmicas; Condutividade térmica do concreto relativamente pequena: Comporta-se como um isolante térmico. Concreto massa Elevadas temperaturas internas; Acentuado gradiente de temperatura Fissuração séria!

19 Calor de Hidratação C 3 A...207cal/g Reações exotérmicas; Condutividade C 3 S térmica do concreto cal/g relativamente pequena: C Comporta-se 4 AF cal/g como um isolante térmico. Concreto C 2 S...62 massa cal/g Elevadas temperaturas internas; Acentuado gradiente de temperatura Fissuração séria!

20 Calor de Hidratação

21 Evolução dos Cimentos Maiores resistências iniciais; Maiores calores de hidratação; Maiores possibilidades de fissuras térmicas