Stability Analysis Results

A natureza química do SP pode ter um efeito sobre o comportamento reológico de materiais à base de cimento. Porém, nenhuma tendência definitiva pode ser identificada a partir de uma pesquisa bibliográfica sobre as propriedades do material, como, por exemplo, a trabalhabilidade e sua perda ao longo do tempo, o retardamento de pega, o teor de ar incorporado etc. Isso indica claramente que diversas propriedades intrínsecas do SP podem influenciar seu desempenho (AÏTCIN, JOLICOEUR & MacGREGOR, 1994).

Segundo estudos feitos por Erdogdu (2000), o fator principal que controla o comportamento do SP é a composição do cimento (tipo de clínquer e produtos de

hidratação) e não a quantidade de cimento usada, pois o efeito positivo do SP só acontece quando ele reage com os produtos de hidratação do cimento. Por um lado, isso ocorre por meio dos efeitos de defloculação e dispersão do SP sobre as partículas de cimento, enquanto que, por outro lado, o SP influencia as taxas de reação do C3A e do C3S – uma melhoria na fluidez de um concreto é acompanhada

pelo retardamento do pico inicial da evolução do calor e da hidratação do C3S

(BONEN & SARKAR, 1995).

Assim, como os aditivos incorporados a uma mistura à base de cimento interagem com os vários constituintes do cimento e influenciam as reações de hidratação do mesmo, é necessário estudar o processo de hidratação do cimento para uma melhor compreensão da interferência do SP na mistura.

Na figura 5.3 é apresentado um esquema adaptado de Jawed, Skalny e Young (1983) apud Melo (2000)[5.16], onde se observam cinco estágios distintos da hidratação: I – Reação inicial (pré-indução), II – Período de indução, III – Período de aceleração, IV – Período de desaceleração e endurecimento, V – Período de reação lenta e contínua (difusão).

Tempo de hidratação Horas Taxa d e liberaçã o de ca lo r Min I II III IV Dias V

Figura 5.3 – Adaptação de uma representação gráfica da hidratação do cimento pelo método da calorimetria (JAWED, SKALNY & YOUNG, 1983 apud MELO, 2000)[5.17].

Será dada ênfase às etapas em que o SP influencia o processo de hidratação, ou seja, aos estágios I, II e III da figura 5.3. No estágio I, a presença do SP, que interfere nos processos de nucleação e/ou crescimento dos produtos de hidratação, influencia a taxa da reação de hidratação, os produtos da reação ou ambos. No estágio II, a quantidade de íons SO42- disponível é que determina o

comportamento do sistema cimentício, particularmente suas propriedades reológicas e seu tempo de início de pega. No estágio III, pode-se verificar uma

[5.16]

JAWED, I.; SKALNY, J.; YOUNG, J. F. Hydratation of Portland cement. In:______. Structures and

Performance of Cements. London: P. Barnes, 1983 apud MELO, A. B. Influência da cura térmica (vapor) sob

pressão atmosférica no desenvolvimento da microestrutura dos concretos de cimento Portland. 2000. 245p. Tese (Doutorado) em Interunidades em Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade de São Paulo. São Carlos. 10/03/2000.

[5.17]

situação de auto-inibição no comportamento da hidratação do cimento, explicada pelos fenômenos que ocorreram nos estágios I e II do processo de hidratação (JOLICOEUR & SIMARD, 1998).

Assim, o tempo de adição do SP constitui um dos fatores que influenciam a fluidez de uma mistura à base de cimento que o contém. Quando a relação água/cimento é suficiente para tornar a pasta fluida, dificilmente o aditivo contribuirá na sua fluidez. Porém, quando essa adição é feita de maneira parcelada ou atrasada, a viscosidade da mistura diminui ou, em outras palavras, existe uma maior dispersão da pasta de cimento (maior fluidez).

Quando SP é adicionado ao cimento, ele é fortemente ligado à mistura de C3A

e gesso, deixando apenas pequenas quantidades para a dispersão das fases de C- S-H. Porém, quando uma adição parcelada ou atrasada é feita, o SP é adsorvido em uma menor extensão pela mistura de C3A e gesso já submetida à hidratação e

à formação da etringita, deixando aditivo suficiente para promover a dispersão das fases de C-S-H e reduzir a viscosidade do sistema [PENTTALA (1990); MASOOD & AGARWAL (1994)].

Com relação à influência do SP sobre a morfologia dos produtos de hidratação, diversos autores têm mostrado que a morfologia da etringita produzida durante a hidratação do cimento é alterada na presença de SP: ao invés de serem em forma de agulha, os cristais formados são bem pequenos, aproximadamente cúbicos (AÏTCIN, JOLICOEUR & MacGREGOR, 1994). Essa mudança na morfologia certamente pode contribuir com o mecanismo de fluidificação, mas ainda não está claro em que extensão.

A adsorção do aditivo pelos grãos de cimento durante a hidratação pode reduzir a floculação da pasta de pelo menos três formas (MANNONEN & PENTTALA, 1996). A primeira se dá pelo aumento da magnitude do potencial zeta[5.18], ou seja, se todas as partículas de uma superfície forem carregadas com cargas de mesmo sinal e com intensidade suficiente, elas irão se repelir. Segundo, o SP gera um aumento na afinidade entre sólidos e líquidos, isto é, caso as partículas estejam mais fortemente atraídas pela fase líquida do que entre si, a tendência será de dispersão. A terceira corresponde ao impedimento estérico; a adsorção orientada de um polímero não-iônico pode enfraquecer a atração entre as partículas sólidas.

[5.18]

De acordo com Erdogdu (2000), a maioria dos aditivos orgânicos (com características poliméricas) adicionados aos materiais produzidos à base de cimento apresenta uma grande afinidade com a superfície das partículas de cimento ou com os produtos da hidratação do mesmo, o que pode resultar tanto em uma interação física quanto química. A interação física surge a partir da adsorção das moléculas de aditivo na superfície das partículas de cimento junto ao efeito estérico existente entre as moléculas poliméricas adsorvidas e as partículas de cimento vizinhas defloculadas e dispersas. O aditivo adsorvido pelas partículas de cimento gera forças de repulsão entre elas, de forma que a floculação seja evitada e que as partículas de cimento estejam homogeneamente dispersas no concreto fresco. O atrito interno existente entre as partículas de cimento é reduzido em função do efeito estérico, resultando em melhores trabalhabilidades.

Aïtcin (2000) evidencia a interação entre o cimento e o SP devido às interações simultâneas entre o cimento e os sulfatos e entre os sulfatos e o SP (figura 5.4). Sulfato de cálcio Superplastificante Sulfato de cálcio (desidratado e semidratado) SO4 Pesos moleculares baixos Outros Semidratado Anidro (natural) Sulfato de cálcio sintético Gesso Cimento e fíler CaO Fases menores Sulfatos alcalinos C4AF Fíler C3S C2S C3A Pesos moleculares altos

Figura 5.4 – Interações entre cimento Portland, sulfato de cálcio e SP (AÏTCIN, 2000).

Além disso, o autor relata que os SP não interferem apenas na hidratação do cimento, mas também nos sulfatos em dissolução e no valor da relação SO42-/AlO2-.

O grau de solubilidade dos sulfatos presentes no cimento não é igual e pode ser bastante modificado na presença de um SP; com isso, o equilíbrio do grau de solubilidade da fase C3A e do sulfato de cálcio do cimento também é alterado. Isso

pode levar um sistema com perda normal de trabalhabilidade para uma situação de pega instantânea ou, ainda, para uma situação de falsa pega.

A ação do SP sobre um cimento em particular também depende de fatores que não estão relacionados com as propriedades físico-químicas desses dois materiais, mas na maneira com que eles são adicionados ou misturados. Como exemplo, Aïtcin, Jolicoeur e MacGregor (1994) citam o tipo de equipamento utilizado na produção da mistura e a forma de adição do SP (adições múltiplas desse aditivo resultam em uma redução de sua quantidade necessária para se alcançar uma determinada trabalhabilidade).

Aditivos SP à base de policarboxilatos constituem uma nova geração de aditivos no mercado dos concretos com alta fluidez e alta resistência. Eles surgiram a partir de novas tecnologias e são caracterizados por evitarem a perda da trabalhabilidade. Geralmente possuem um alto peso molecular e são formados por longas cadeias de copolímeros.

Seu efeito dispersante depende, principalmente, do impedimento estérico do que da repulsão eletrostática. Assim, tal como todo agente estéricamente adsorvido na superfície das partículas de cimento, esse tipo de aditivo possui um período onde está totalmente introduzido nos hidratos, tornando possível a manutenção do efeito dispersante mesmo após os hidratos estarem parcialmente cobertos com ele (OKAMURA, HARADA & DAIMON, 1998). Esse tempo de permanência do efeito estérico, que interfere na perda da trabalhabilidade do material, poderá ser diferente em cada caso, variando de acordo com o tipo, a quantidade, o tamanho e a morfologia dos hidratos.

A interação de um aditivo SP à base de policarboxilato (como o usado na presente pesquisa) com o cimento Portland se dá da seguinte maneira: durante o processo de hidratação do cimento, as moléculas de SP, atraídas pelos grânulos de cimento amolecidos, envolvem-nos imediatamente após a mistura, aumentando as cargas negativas da superfície das partículas de cimento e, com isso, provocando uma repulsão eletrostática. Assim, resulta uma notável dispersão dos grânulos, que proporciona uma trabalhabilidade elevada do concreto mesmo com o baixo consumo de água. Esse efeito da dispersão é melhorado devido ao efeito estérico gerado pelas longas cadeias laterais das moléculas do SP, o que melhora substancialmente a capacidade das partículas de cimento se distanciarem. A segunda fase da ação desse tipo de SP sobre o cimento ocorre quando uma segunda molécula de aditivo é ativada devido ao aumento da alcalinidade da pasta de cimento que ocorre durante a mistura e a aplicação do material; esta segunda molécula reforça e substitui a primeira molécula (que perde gradualmente a sua

eficiência), permitindo uma trabalhabilidade mais longa do concreto fresco sem os indesejáveis efeitos secundários de retardamento de pega.

A eficiência de um SP à base de policarboxilato na redução da demanda de água de uma pasta de cimento é influenciada pela composição da mistura e pelo procedimento de mistura. Uma concentração relativamente alta de íons sulfato na solução intersticial pode resultar em uma incompatibilidade entre o aglomerante e o SP, influenciando, assim, a adsorção do aditivo sobre as partículas de cimento. O nível de incompatibilidade entre os materiais cimentícios e os diversos aditivos também é influenciado pela temperatura (PETIT, KHAYAT & WIRQUIN, 2006).

Segundo Hanehara e Yamada (1999), um problema de interação do SP à base de policarboxilato está relacionado ao fato de que a quantidade de aditivo adicionado à mistura varia bastante em função da composição do cimento empregado. Como este tipo de aditivo é usado em concretos preparados com baixa relação água/aglomerante, qualquer diferença na dispersão do mesmo pode acarretar mudanças significativas na fluidez total do sistema.

5.2.1.3 Estudo do escoamento de pastas de cimento através dos ensaios de