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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  • Aditivos para materiais cimentícios

    PCC 3222

  • 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)

  • Forças coesivas

    repulsão

    Camada de SternCamada Difusa

    solução

    Energia potencial

    distância

    Força resultante

    Força de atração

    Força de repulsão

    Ep = Ep atrativa + Rp repulsiva

  • 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)

  • http://www.cementlab.com/cement-art.htm

    Reação do ligante (cimento) acentua as forças atrativas

    (aumento área específica e da força iônica)

  • Dispersante

    Disperso Aglomerado

  • Dispersantes e fluidez

    Disperso Aglomerado

  • 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

  • Dispersante repulsão eletrostática

    Menos eficiente para cimento

    9

    Ex. lignosulfonado

  • Dispersante eletro-estérica

    Ex. policarboxilato

    Repulsão eletrostática

    +

    Efeito estérico

    Mais eficiente em cimento

  • Comparação de Diferentes tipos de Dispersantes

    Reduzir agua sem perder fluidez

    Aumentar a fluidez sem uso de água

  • • Como o dispersante afeta distância de separação das partículas?

    • E o comportamento reológico?

    12

  • 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

  • Efeito no comportamento reológico

    14Quanto adicionar?

  • 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)

  • Teor ótimo (saturação) de aditivo

    • Funil de Marsh

    – Tempo de escoamento da pasta

    16

  • 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)

  • 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

  • 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.

  • Quais outros

    aditivos existem

    para materiais

    cimentícios?

  • Tipos de Aditivos

    • Dispersantes ou redutores de água

    • Modificadores de pega

    • Incorporadores de Ar

    • Modificadores Reológicos ou Espessantes

    • Controladores de retração

    • Etc.

  • 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

  • Como se avalia a pega da

    pasta de cimento?

    Agulha de Le Chatelier. Ensaio impreciso e limitado

    para avaliar reação química.

  • Como avaliar a reação

    da pasta de cimento?

    Calorímetro de condução isotérmica

    Notas de aula PCC 6000. Dr. César Romano

  • 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

  • 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

  • 28

    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

    – .....

  • 29

    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

  • 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

  • Incorporadores de ArTensoativos

    Ar incorporado sob agitação mecânica

    sem ar incorporado com ar incorporado

  • 35

  • Éteres de celulose

    plasticidade, coesão,

    capacidade lubrificante, retenção de água,

    segregação.

    a viscosidade da água (formando um gel)

    Espessantes

    Polímero semissintético solúvel em água

  • Éteres de celulose

    Espessantes

    http://www.nneximhouse.com/images/products/cgel.jpg

    Gel aquoso

    http://momentivefracline.com/assets/images/Fall%202012/Crosslinked%20Gel.jpg

  • Espessantes

    1 (estável) 2 (estável) 3 (instável) 4 (instável)

    Imagem

    Classificação

    Minimizam risco de segregação

  • 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

    ÃO

  • 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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