HIDRATAO DAS PASTAS DE CIMENTO

(HASTENPFLUG, D., 2012)

A hidratao do cimento inicia-se com o contato da gua com o gro de

cimento. Desencadeia-se uma srie de reaes qumicas entre os

componentes do aglomerante (diversas formas de hidratos de clcio, cal livre,

lcalis) e a gua, que se processam em taxas diferentes. Estes compostos e os

produtos formados por suas reaes influenciam entre si, originando hidratos,

que proporcionam as propriedades mecnicas do sistema cimentcio (como por

exemplo: pega, coeso, endurecimento). Os principais produtos originados da

hidratao do cimento so o silicato de clcio hidratado (C-S-H), hidrxido de

clcio ou portlandita (Ca(OH)2 ou CH) (originados dos componentes silicatos),

etringita (AFt), monosulfatos (provenientes das partes aluminatos),

hidrogranada e hidrxido de ferro (LU et al., 1993, MINDESS et al., 1981 e

YOUNG et al., 1987 apud GARBOCZ, 1994; BEZERRA, 2006).

Devido heterogeneidade do material constituinte do cimento Portland,

o processo de hidratao torna-se muito complexo. Desta forma existem

diversas interpretaes para a dinmica das transformaes que ocorrem

durante as reaes dos constituintes e sobre os produtos que delas se

originam.

SCRIVENER (1984), apud TAYLOR (1990) afirmam que a

microestrutura da pasta se desenvolve (Figura 1 (a)) a partir da reao do gro

anidro (etapa 0) com a gua. No perodo de pr-induo, h uma dissoluo do

C3A que compe o cimento, primeiro a parte lcalis libera ons de K+, Na+ e

SO42-. Tambm ocorre a dissoluo do sulfato de clcio, que perde ons de

Ca2+ e SO42-. Durante este perodo se d incio a dissoluo do C3S, C4AF e

C2S, liberando ons de silicato, Ca2+ e OH- na mistura, em pequenas

quantidades (etapa 1). A taxa de hidratao do C3S maior do que a do C2S,

devido uma estrutura cristalina com um nmero de ligaes diretamente com o

tomo central mais numerosa, tornando-se mais reativo (RAMACHANDRAN,

1984; BISHOP et al., 2003). Esta etapa da hidratao rpida e ocorre grande

liberao de calor (pico 1), como pode-se observar na Figura 1 (b). Destas

reaes, resultam a formao do gel de C-S-H e AFt. Devido precipitao

desses compostos forma uma camada externa (MEHTA e MONTEIRO, 1994;

TAYLOR, 1990, SOUZA, 2007, MORELLI, 2000).

Figura 1: (a) Desenvolvimento da microestrutura do cimento Portland, adaptado por

SCRIVENER (BISHOP et al., 2003). (b) Representao da curva da taxa de liberao de calor

do cimento Portland, dividida em 5 etapas (adaptado de ZAMPIERI,1989) (SOUZA, 2007).

Aps a formao da camada externa, ocorre uma reduo da taxa de

hidratao, onde a dissoluo inica acontece em uma velocidade muito menor

e sem formao de hidratos em quantidade significativa, o que se costuma

chamar de perodo de induo (SOUZA, 2007; MORELLI, 2000; HEWLETT et

al., 2004; MEHTA e MONTEIRO, 1994; RAMACHANDRAN, 1984; TAYLOR,

1990). observada na Figura 1 (b) uma baixa liberao de calor de forma

contnua, enquanto na mistura, pode-se observar certa plasticidade na mistura.

(SOUZA, 2007). Esta reduo na formao de produtos hidratados

consequncia da camada de C-S-H formada em torno dos gros de cimento,

que atua como barreira, impedindo o contato da soluo (MICHAUX et al.,

1990).

ODLER (1998) afirma que alm dessa casca, o que influencia para que

o perodo de induo acontea a formao de uma camada de etringita na

superfcie do C3A do gro, reduzindo o fluxo de ons com o componente mais

reativo do gro de cimento. Entretanto, ocorre a migrao de ons da fase e

quando a concentrao de Ca2+ aumenta, ocorre a precipitao e crescimento

do C-S-H at a ruptura desta camada (MEHTA e MONTEIRO, 1994;

RAMACHANDRAN, 1984; SOUZA, 2007; HEWLETT et al., 2004).

Ao final do perodo de dormncia, acontece uma nova acelerao da

hidratao, onde ocorre uma grande liberao de calor (pico 2, Figura 1 (b)),

devido a formao de Portlandita (Hidrxido de Clcio, CH), nos poros

preenchidos de gua, e de C-S-H, depositado em torno dos gros do cimento

(SCRIVENER, 2004; SOUZA, 2007; MORELLI, 2000; HEWLETT et al., 2004).

Alm da hidratao do C3S, o C2S comea a reagir, formando uma grande

quantidade de C-S-H (Figura 2), que o produto hidratado de maior

contribuio para a resistncia da pasta hidratada.

Figura 2: Imagem de MEV representando as morfologias tpicas do C-S-H amorfo (a) PENHA,

et al. 2007; (b) QIAO, et al., 2008.

Com as reaes de formao de produtos hidratados ocorre o

crescimento dos cristais de portlandita (Ca(OH)2 ou CH) (Figura 3) e a

concentrao de Ca2+ na mistura diminui. Tambm se verifica uma dissoluo

completa do sulfato de clcio e a formao de etringita (AFt) (Figura 4) e a

adsoro dos ons pela estrutura de C-S-H.

Figura 3: Imagem de MEV representando as morfologias tpicas da portlandita: (a) MDUCIN,

et al., 2007; (b) HOLLIS et al., 2006.

Figura 4: Imagem de MEV representando a morfologia tpica da Etringita (LIMA, 2004).

Em 4 horas observa-se que o gro de cimento est envolvido pela

camada de produtos hidratados e aps 12 horas ocorre a aglutinao dos

gros devido ao crescimento externo na membrana que envolve os gros.

TAYLOR (1990) afirma que neste ponto ocorre a maior taxa de liberao de

calor, e que este ponto pode ser considerado como o trmino da pega dos

compostos cimentcios.

Esta microestrutura formada pela intercomunicao dos gros de

cimentos e seus produtos hidratados responsvel pelas propriedades

mecnicas. Os compostos gerados so originados das reaes dos ons

dissolvidos na soluo e com as substncias precipitadas, formam novos

produtos consumindo gua, remontando uma estrutura porosa. Na Figura 5

pode-se observar que existem espaos vazios na camada porosa de hidratos e

entre esta camada e o gro de cimento. Os novos produtos sero formados

nestes vazios, por dissoluo-precipitao atravs da difuso de ons

(SCRIVENER, 1989 apud TAYLOR, 1990; SOUZA, 2007).

Figura 5: Representao da dinmica de formao das camadas de compostos depositados ao

longo do perodo de hidratao (SCRIVENER, 2004).

Apesar do final da pega do cimento, a hidratao do C3S e do C2S no

cessou. Ainda ocorre a formao de C-S-H, etringita e portlandita,

principalmente nos espaos internos do gro de cimento, em velocidades e

quantidades inferiores as etapas anteriores. Isto acorre devido a difuso inica.

O preenchimento do espao situado entre o gro anidro e da estrutura formada

pelos produtos da hidratao pode ser observada em aproximadamente 7 dias

(SCRIVENER, 1989 apud TAYLOR, 1990; SOUZA, 2007).

A contnua formao de produtos da hidratao nos espaos da

microestrutura leva a um refinamento dos poros e consequente adensamento

do composto cimentcio (Curva 5, Figura 1 (b)). Aos 100 dias da reao de

hidratao, podem-se observar regies onde existem gros anidros envolvidos

por uma camada de C-S-H interna com diferentes estgios de formao de

produtos (Figura 6, A e B) e gros completamente hidratados (C).

Figura 6: Imagem de MEV representando os diferentes Graus de hidratao do C-S-H no

interior de uma pasta de cimento Portland hidratado (a/c=0,3 e 100 dias de idade); (DIAMOND,

2004).

usual atribuir o final de hidratao aos 28 dias de idade, pois nesta

data as resistncias adquiridas pela pasta possuem a resistncia mecnica

desejada. Entretanto, sabe-se que as reaes de hidratao continuam por

tempo indeterminado, apesar de acontecerem em uma taxa extremamente

menor.