ADITIVOS PARA CONCRETO · 2019. 10. 1. · Aditivos são produtos químicos adicionados ao cimento,...
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Aditivos para materiais cimentícios
PCC 3222
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Forças coesivas: aglomeração
Presença de finos e/ou ultrafinos resulta em forças superficiais de
atração eletrostáticas e secundárias (van der Waals)que conferem coesão e pontes de adesão com
superfícies
aglomerados de partículas
(YANG; JENNINGS, 1995)
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Forças coesivas
repulsão
Camada de SternCamada Difusa
solução
Energia potencial
distância
Força resultante
Força de atração
Força de repulsão
Ep = Ep atrativa + Rp repulsiva
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Forças coesivas
repulsão
Camada de SternCamada Difusa
solução
Energia potencial
distância
Força resultante
Força de atração
Força de repulsão
Reação do ligante (cimento) acentua as forças atrativas
(aumento área específica e da força iônica)
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http://www.cementlab.com/cement-art.htm
Reação do ligante (cimento) acentua as forças atrativas
(aumento área específica e da força iônica)
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Dispersante
Disperso Aglomerado
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Dispersantes e fluidez
Disperso Aglomerado
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São obtidos a partir do processo de extração de celulose das madeiras e são conhecidos como lignosulfonatos porque contém uma mistura complexa de produtos provenientes da lignina (20% a 30%), decomposição da celulose, carboidratos e ácidos sulfurosos livres ou sulfatos. São redutores normais de água. Pimeira Geração – Lignosulfonato
São produtos obtidos a partir de técnicas de polimerização a partir da mistura de moléculas de melamina com moléculas de formaldeído, seguida da sulfonatação a partir da adição de bissulfito de sódio no produto intermediário formado. As melaminas permitem a redução de aproximadamente 25% da água de amassamento dos concretos.
Segunda Geração – Melamina
Atualmente são os aditivos mais eficientes para redução da quantidade de água de amassamento dos concretos (cerca de 40%), mantendo a mesma trabalhabilidade. São aditivos que apresentam grandes variações da massa molecular e sua eficiência depende do comprimento das cadeias principais e das ramificações. Sua atuação é sensível ao tipo de cimento e ao tempo de utilização. Terceira Geração – Policarboxilato
HO
CH2
O
OH
HC C
H
SO3H
CH2OH
O
*
HN
N N
N
HN
SO3Na
HN O *
n
* CH2
C
C
O
C
O
C
C
O
O
H3C n CH2CH2(EO)12CH2CH2O
Dispersante
HO
CH2
O
OH
HC C
H
SO3H
CH2OH
O*
HN
N N
N
HN
SO3Na
HN O *
n
* CH2
C
C
O
C
O
C
C
O
O
H3C n CH2CH2(EO)12CH2CH2O
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Dispersante repulsão eletrostática
Menos eficiente para cimento
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Ex. lignosulfonado
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Dispersante eletro-estérica
Ex. policarboxilato
Repulsão eletrostática
+
Efeito estérico
Mais eficiente em cimento
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Comparação de Diferentes tipos de Dispersantes
Reduzir agua sem perder fluidez
Aumentar a fluidez sem uso de água
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• Como o dispersante afeta distância de separação das partículas?
• E o comportamento reológico?
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Distância de separação
entre partículas
−−=
ofs PVVSAIPS
1
112
Aplicável para a matriz (cimento, filer, água)
−−=
gofgsgPVVSA
MPT1
112
Aplicável para os agregados (areia e brita)
VSA – área superficial volumétrica (m2/cm³) = área superficial (m2/g) x densidade (g/cm³)Vs – fração volumétrica dos sólidosPof – fração de poros no sistema, quando as partículas se encontram acomodadas na condição de máximo empacotamento
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Efeito no comportamento reológico
14Quanto adicionar?
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Teor ótimo (saturação) de aditivo
• Ensaio de mini-slump
– Realizado em pasta
– Mede o espalhamento
15
0
50
100
150
200
250
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Esp
alh
am
ento
méd
io d
a p
ast
a(m
m)
Teor de aditivo (%, em relação a massa de cimento)
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Teor ótimo (saturação) de aditivo
• Funil de Marsh
– Tempo de escoamento da pasta
16
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Teor ótimo (saturação) de aditivo
17
A partir do ponto ótimo, não há efeito benéfico.
Só custos e efeitos colaterais.....
Por ensaio reológico (mais preciso)
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Excesso de dispersante• Pode ocasionar exsudação
– A água separa dos finos, agregados.
• Outros efeitos colaterais
– Alterar o tempo de endurecimento
– Incorporar mais ar na mistura
– ....
18http://dx.doi.org/10.1590/s1983-41952016000600008
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Aditivos são produtos químicos adicionados
ao cimento, à argamassa ou ao concreto,
para modificar uma ou mais propriedades
das misturas cimentícias
As doses de aditivos químicos normalmente variam entre 0,05% e
5% da massa de materiais cimentícios.
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Quais outros
aditivos existem
para materiais
cimentícios?
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Tipos de Aditivos
• Dispersantes ou redutores de água
• Modificadores de pega
• Incorporadores de Ar
• Modificadores Reológicos ou Espessantes
• Controladores de retração
• Etc.
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Cinética hidratação cimento Portland
10 minutos
gelAft
grão
anidro
C3A
C3S
C4AF
“outer”
C-S-H
10 horas
Aft
18 horas
Afm
1-3 dias
“inner”
C-S-H
-14 dias
Scrivener (1989)
Modificadores de Pega
acelerador
retardador
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Como se avalia a pega da
pasta de cimento?
Agulha de Le Chatelier. Ensaio impreciso e limitado
para avaliar reação química.
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Como avaliar a reação
da pasta de cimento?
Calorímetro de condução isotérmica
Notas de aula PCC 6000. Dr. César Romano
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Curva de liberação de calor
cimento
Tempo
Flu
xo
de
calo
rI II III IV Estágio I = em minutos
Estágio II = de minutos à horas (INDUÇÃO
Estágio III = em horas (ACELERAÇÃO)
Estágio IV = em dias
CH
CSH
AFt
AFm
CH→ hidróxido de cálcio = portlandita
CSH→ silicato de cálcio hidratado
AFt → trissulfoaluminato de calcio hidratado =
etringita
AFm → monossulfoaluminato de cálcio hidratado
t2 t3t0
t0 = início da reação de hidratação
t2 = início do período de indução = fim do período de dissolução/precipitação iniciais
t3 = final do período de indução = início da aceleração das reações
t3 - t2 = período de indução
I II III
c1
c1 = máximo calor liberado na etapa de molhagem
t1
t1 = tempo do pico de molhagem, início da dissolução/precipitação
t4
t3 = final do período de aceleração das reações
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Cinética hidratação cimento Portland
Modificadores de Pega
0.000
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Flu
xo
de
calo
r (W
/g)
Tempo (h)
Variação do teor de policarboxilato0.00
0.15%
0.35%
0.45%
0.65%
1.00%
Teor de policarboxilato
Tempo de início da indução
Final do período de indução
Tempo no período de indução
Calor total acumulado após
48 horas (%-p) (h:min) (h:min) (h:min) (J/g)
0,00
1:00
2:10 1:10 281 0,15 4:00 3:00 278 0,35 7:05 6:05 272 0,45 8:40 7:40 268 0,65 11:00 10:00 259 1,00 12:30 11:30 246
retardador
-
Modificadores de Pega
• Aceleradores• Cloreto de Cálcio
(CaCl2.2H2O)• Formiato de cálcio• Trietalonamina• Silicato de sódio• Aluminato de
potássio• Carbonato de Sódio• CSH (seeds)• .....
• Retardadores• Fosfatos
• Açúcares
• Celulósicos
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Aplicações
• Aceleradores
– Concreto projetado
– Concretagens em clima muito frio
– Necessidade de desmoldagem rápida (pré-fabricação)
• Retardadores
– Concretagens em clima quente
– Grande distância ou tempo entre mistura e aplicação
– .....
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Mecanismo Químico de Incorporação
Pó de alumínio
http://www.alvarogoulartatelier.kit.net/concreto/concreto.html#
Peça em concreto aerado autoclavado.
Bloco de concreto composto de água,
areia, cimento e pó de alumínio
http://www.cement.org/basics/concreteproducts_acc.asp
22 H2
11AlOOHOH2Al +→+
Incorporadores de Ar
-
Incorporadores de ArTensoativos
Gerador de espuma
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Incorporadores de ArTensoativos
CH3H3C
CH3
H3C
CH3O
O OH
n
Não-iônico - Alquil Fenol Etoxilado
H3C O
SO3-
Aniônico - Lauril sulfato
H3C
N+
Catiônico - Sal de Diamina
NH3+
H
H
N+
CH2COO-
CH3
Anfótero - AmidobetaínaH3C
C
H2N O
-
ar
ar
arar
ar
ar
cimento
águaAIA
ar
ar
arar
ar
ar
cimento
águaAIA
Incorporadores de ArTensoativos
Bolhas de ar devem ancorar nos grãos
de cimento e estabilizar o conjunto
Ar incorporado sob agitação mecânica
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Incorporadores de ArTensoativos
Ar incorporado sob agitação mecânica
sem ar incorporado com ar incorporado
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35
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Éteres de celulose
plasticidade, coesão,
capacidade lubrificante, retenção de água,
segregação.
a viscosidade da água (formando um gel)
Espessantes
Polímero semissintético solúvel em água
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Éteres de celulose
Espessantes
http://www.nneximhouse.com/images/products/cgel.jpg
Gel aquoso
http://momentivefracline.com/assets/images/Fall%202012/Crosslinked%20Gel.jpg
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Espessantes
1 (estável) 2 (estável) 3 (instável) 4 (instável)
Imagem
Classificação
Minimizam risco de segregação
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Controladores de retraçãoCompensam a retração inevitável do concreto
• Produzindo etringita (sulfato)
• Incorporando ar (agente espumante)
• Gerando gases (pó de alumínio)
• Modificando tensão superficial da água
• Óxido de cálcio transformaem hidróxido de cálcio – CaO - Ca(OH)2
EXPA
NSÃ
OR
ETR
AÇ
ÃO
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Aditivos
• Como se comportam as misturas de aditivos?
– Efeitos combinados, imprevisibilidade...
• Eficiência é igual para todos os tipos de cimento?
– Não, adições (teor de fases aluminatos) interferem
– Pode não ter o desempenho esperado....
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