MARCUS VINICIUS SANTOS MUNIZ A INFLUÊNCIA …civil.uefs.br/DOCUMENTOS/MARCUS VINICIUS SANTOS...

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA

CURSO: ENGENHARIA CIVIL

MARCUS VINICIUS SANTOS MUNIZ

A INFLUÊNCIA DOS ADITIVOS ACELERADORES E RETARDADORES DE

PEGA SOBRE A PASTA DE CIMENTO PORTLAND.

Feira de Santana

2008

ii




Esta monografia é a avaliação do trabalho de

conclusão de curso realizado pela disciplina

Projeto Final II do curso de Engenharia Civil da

Universidade Estadual de Feira de Santana,

outorgada pelo Departamento de Tecnologia e

ministrada pela professora e coordenadora

Eufrosina de Azevedo Cerqueira.

Orientador: Prof. Mestre em Estruturas Elvio Antonino Guimarães

Feira de Santana

2008

iii




A presente monografia foi analisada e

aprovada pelos membros em destaque, no

intuito da aprovação do graduando no trabalho

de conclusão de curso realizado pela disciplina

de Projeto Final II do curso de Engenharia Civil

da Universidade Estadual de Feira de Santana,

outorgada pelo Departamento de Tecnologia.

Feira de Santana , 08 de Setembro de 2008.

Prof. Mestre em Estruturas Elvio Antonino Guimarães.

Universidade Estadual de Feira de Santana.

Prof. Mestre Antonio Freitas da Silva Filho.


Prof. Doutor Paulo Roberto Lopes Lima.


iv

DEDICATÓRIA

À Deus.

v

AGRADECIMENTOS

Primeiramente à Deus,

A minha familía,

Aos meus amigos, em especial a Paulo Martins, grande irmão.

Aos colegas,

Ao Professor Élvio Guimarães, pela atenção, orientação e compreensão nos

momentos difíceis.

Ao Labotec,em especial Uiliana, Mirella, Gildenberg e Gilvaneide.

Aos colaboradores Vedacit e Poty.

E a todos que de forma direta e indiretamente me ajudaram nessa caminhada.

vi

RESUMO

Este trabalho é estuda a ação de aditivos sobre comportamento do cimento

Portland, no que tange aos seus tempos de pega. A pega é o fenômeno pelo qual

o cimento ao entrar em contato com água, produz reações físico-químicas com

liberação de calor e que leva a pasta do cimento ao enrijecimento. O

conhecimento sobre os tempos de pega, início e fim, é de grande importância em

aplicações onde o meio e o clima são adversos; ou para acelerar a produção em

escala na indústria de pré-moldados, entre outras aplicações.A regulagem dos

tempos de pega pode ser alcançada com a aplicação de aditivos modificadores,

aceleradores e retardadores. Os aceleradores atuam fortemente nas reações de

hidratação e no ganho de resistência nas idades iniciais, sendo utilizados em pré-

moldados, tamponamentos emergenciais, concretos projetados, entre outras

aplicações. Os retardadores atrasam a hidratação inicial dos grãos de cimento,

permitindo um ganho de tempo no manuseio de concretos e argamassas,

melhores acabamentos de estruturas e evitando juntas de dilatação, entre outras,

mas não interferem no ganho inicial de resistência do cimento.O estudo da

influência dos aceleradores e retardadores de pega do cimento foi realizado

seguindo os procedimentos de ensaio normatizado pela NM 65:2002, utilizando o

aparelho de Vicat. Através das avaliações feitas neste trabalho, encontrou-se

comportamentos diversificados entre os aditivos estudados. Alguns mostraram

compatibilidade com os cimentos estudados, outros não. Dessa forma salienta-se

a importância desse tipo de avaliação antecedendo a aplicação desses materiais.

vii

ABSTRACT

This work is a study about the action of additives up the behavior of Portland

cement in relation to its time of catching. The catching is the phenomena by which

the cement on getting in touch with the water produces physic-chemical reactions

with release of heat which leads the cement paste to stiffness. The knowledge

about the catching times, beginning and end is of great importance in applications

where the environment and the weather are adverse; or, in other way to accelerate

the mass production in the industry of pre-molded, among other applications. The

regulation of the catching times can be gotten with the application of modifier

additives, accelerators and delayers. The accelerators work strongly in the

reactions of hydration and in the gain of resistance in the early ages, being utilized

in pre-molded, emergency coverage, projected concretes, among other

applications. The delayers backwards the initial hydration of the grains of cement,

allowing a gain of time in the handling of concretes and mortars, better trim of

structures, avoiding expansion joints, among others, but don't interfere in the initial

resistance gain of the cement. The study of the influence of catching accelerators

and delayers of the cement will be carried out following the procedures of essays

ruled by the NM 65:2002, utilizing the apparel of Vicat. Through the evaluations

made in this work, one met behaviors diversified among studied additives. Some

had shown compatibility with studied cements, others not. Of this salient form it

importance of this type of evaluation preceding the application of these materials.

viii

SUMÁRIO

RESUMO vi

ABSTRACT vii

LISTA DE FIGURAS x

LISTA DE TABELAS xi

LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS xii

1 - INTRODUÇÃO. 1

1.1 - IMPORTÂNCIA DO TEMA 1

1.2 - OBJETIVOS 3

1.2.1 - Geral: 3

1.2.2 - Específicos: 3

1.3 - ESTRUTURAÇÃO DO TRABALHO 3

1.4 - JUSTIFICATIVA 4

1.5 - METODOLOGIA. 5

2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 6

2.1 - AGLOMERANTES 6

2.2 - CIMENTO PORTLAND 6

2.2.1 - Fabricação 7

2.2.2 - Composição química do cimento Portland 9

2.2.3 - Tipos de cimentos 10

2.3 - PASTA DE CIMENTO PORTLAND 13

2.3.1 - Hidratação do cimento 14

2.3.2 - Mecanismo de hidratação 15

2.3.3 - Calor de hidratação 23

2.4 - PEGA 25

2.4.1 - Tempos de pega 26

2.4.2 - Fatores que influenciam o tempo de pega 27

2.4.3 - Falsa pega 28

2.5 - ADITIVOS 29

2.5.1 - Aditivos modificadores de pega 30

2.5.2 - Mecanismo de ação 32

ix

2.5.3 - Aplicação de aditivos aceleradores 34

2.5.4 - Aplicação de aditivos retardadores 36

2.6 - ENSAIOS PARA A DETERMINAÇÃO DO TEMPO DE PEGA 38

3 - PROGRAMA EXPERIMENTAL 40

3.1 - METODOLOGIA 40

3.2 - COLETAS DE MATERIAIS 41

3.2.1 - Características físico-químicas 42

3.3 - CARACTERIZAÇÃO DOS CIMENTOS 48

3.3.1 - Ensaio de finura 48

3.4 - ENSAIO DE DETERMINAÇÃO DOS TEMPOS DE PEGA 50

3.4.1 - Procedimentos 52

4 - APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS 56

5 - CONSIDERAÇÕES FINAIS E RECOMENDAÇÕES PARA

TRABALHOS FUTUROS. 63

5.1 - CONCLUSÕES 63

5.2 - SUGESTÕES 65

REFERÊNCIAS 71

x

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Micrografia eletrônica de varredura de cristais hexagonais

típicos de monossulfato hidratado e cristais aciculares

de etringita formados pela mistura de soluções de aluminato

tricálcico e sulfato de cálcio (MEHTA, 1994). 14

Figura 2. - Calor de reação de uma pasta de cimento Portland durante

a pega e o período inicial de endurecimento (MEHTA, 1994). 24

Figura 3 - Classificação e composição das substâncias modificadoras

de pega (MEHTA, 1994). 30

Figura 4 - Influência da temperatura sobre o início de pega de concretos

com vários teores de retardador (NEVILLE, 1997). 36

Figura 5 - Etapas do programa experimental. 40

Figura 6 - Matriz de ensaios. 41

Figura 7 - Balança GEHAKA nº 4881, com resolução de 0,01g 49

Figura 8 – Peneira LM 74 com fundo e tampa 49

Figura 9 - Misturador PAVITEST modelo C3010 com 140 e 285 rpm 51

Figura 10 - Aparelho de Vicat com e agulhas de inicio de pega e molde cônico. 51

Figura 11 – Agulhas de início e fim de pega, e molde cônico. 52

Figura 12 - cimento C1 com o aditivo R1. 57

Figura 13 - Pasta do cimento C1 com o aditivo R2 após 28hs. 58

Figura 14 - Pasta do cimento C1 com o R2, seccionada. 58

Figura 15 – 3º ensaio do cimento C2 com o retardador R2. 60

Figura 16 – Ensaio do cimento C3 com o aditivo R1 62

xi

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Principais compostos do cimento Portland. 9

Tabela 2 - Composição dos cimentos Portland comuns e compostos

(ABCP, 2002). 12

Tabela 3 - Influência da relação aluminato/sulfato da fase aquosa nas

características de pega de pasta de cimento Portland

(MEHTA, 1994). 19

Tabela 4 - Calores de hidratação dos compostos do cimento

Portland (MEHTA, 1994). 25

Tabela 5 - Especificações técnicas do cimento C1. 42

Tabela 6 - Especificações técnicas do cimento C2. 43

Tabela 7 - Especificações técnicas do cimento C3 44

Tabela 8 - Dosagem do aditivo A1. 45

Tabela 9 - Especificações técnicas do aditivo A1. 45

Tabela 10 - Especificações técnicas do aditivo A2. 46

Tabela 11 - Especificações técnicas do aditivo R1. 47

Tabela 12 - Especificações técnicas do aditivo R2. 48

Tabela 13 - Resultados do ensaio de Finura. 50

Tabela 18 - Determinação da água da pasta do cimento C1. 53



Tabela 21 - Quantidade de água e aditivos utilizada nos ensaios de pega. 54

Tabela 22 - Tempos de pega do cimento C1 e aditivos. 56

Tabela 23 - Tempos de pega do cimento C2 e aditivos. 59

Tabela 24- Tempos de pega do cimento C3 e aditivos 61

xii

LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS

A- Abreviatura para aceleradores de pega.

A/C- Relação água cimento.

A/S Relação aluminato /silicato.

C-S-H Silicatos de cálcio hidratados.

C1- Cimento tipo CP III.

C2- Cimento tipo CP V.

C2S Silicato dicálcico.

C3- Cimento tipo CP II.

C3A Aluminato tricálcico.

C3S Silicato tricálcico.

C4AF Ferroaluminato tetracálcico.

°C Grau Celsius.

h Abreviatura para horas.

Kgf Kilograma-força.

µm Micrômetro.

min Abreviação de minutos.

mm Milímetros.

ml Mililitro.

Mpa Mega pascal.

NBR Norma brasileira regulamentadora.

NM Norma mercosul.

R- Abreviatura para retardadores de pega.

TS- Abreviatura para teor de sólidos.

1

1 - INTRODUÇÃO.

1.1 - IMPORTÂNCIA DO TEMA

Misturando-se certa quantidade de água ao cimento obtém-se a pasta, mistura

que começa a perder a plasticidade com o tempo, até endurecer completamente.

O tempo que decorre entre a adição de água até o início das reações com os

componentes do cimento é chamado tempo de início de pega. O início dessas

reações é caracterizado pelo aumento brusco da viscosidade e pela elevação da

temperatura. Quando a pasta passa a ser indeformável para pequenas cargas e

se torna um bloco monolítico (rígido), atinge-se o fim da pega (SEGRE, 1999).

Pega é o fenômeno que compreende a evolução das propriedades mecânicas da

pasta no início do processo de endurecimento, propriedades estas

essencialmente físicas, decorrentes, entretanto, de um processo químico de

hidratação. É o momento em que a pasta adquire certa consistência que a torna

imprópria para o trabalho (VEDACIT, 2002).

Adriolo e Sgarboza, (1993), salienta ainda, que o interesse prático em se

determinar o tempo de pega consiste em se avaliar a necessidade de se regular o

tempo máximo da betonada e/ ou transporte, do uso de aditivos reguladores de

pega, e de se prevenir contra condições meteorológicas adversas.

Desde, 1973, Coutinho citava que, com a finalidade de modificar algumas

propriedades de concretos e argamassas, para que se ajustasse a determinadas

condições de uso e desempenho, os aditivos estavam sendo cada vez mais

utilizados, para a obtenção de resistências maiores, controle de retração plástica

ou térmica, durabilidade ou rapidez de concretagem e desenforma, eram algumas

das inúmeras propriedades obtidas com o uso de aditivos naquela época.

2

Os aditivos aceleradores são usados para reduzir o tempo de pega e aumentar a

velocidade de endurecimento com os objetivos de: antecipar a retirada de formas;

permitir colocar a estrutura em serviço em prazo mais curto; evitar os efeitos de

retardamento de pega de lançamento em baixa temperatura; auxiliar na vedação

de infiltrações (COUTINHO, 1973).

Os retardadores provocam o retardamento do tempo de pega do concreto e

argamassas, devido ao envolvimento dos grãos de cimento, prolongando assim

por mais tempo as reações de pega. Facilita a dissipação de calor, desenvolvido

durante a pega, evitando o surgimento de um forte gradiente de retração, causa

da microfissuração superficial. Outra função é aumentar o tempo de utilização do

concreto desde a saída da usina até o local de lançamento (VEDACIT, 2002).

O avanço na área permite que se produzam concretos e argamassas adequados

para diversos fins, conferindo-lhes propriedades ideais nos estados fresco e

endurecidos. O emprego deve ser criterioso e a compatibilidade do aditivo com o

cimento e entre aditivos deve ser estudada (BOCCHILE, 2000).

3

1.2 - OBJETIVOS

1.2.1 - Geral:

Realizar um estudo da pega do cimento Portland e ação de aditivos aceleradores

e retardadores.

1.2.2 - Específicos:

Estudar o comportamento de diversos tipos de cimentos Portland quanto aos

tempos de início e fim de pega da pasta.

Avaliar a ação de aceleradores de pega sobre da pasta de cimento.

Analisar o comportamento de retardadores de pega sobre a pasta de cimento.

Verificar a compatibilidade entre alguns cimentos e aditivos disponíveis no

mercado.

1.3 - ESTRUTURAÇÃO DO TRABALHO

O presente trabalho está estruturado em cinco capítulos. No primeiro, foi realizada

uma introdução ao tema, e em seguida exposto os objetivos do estudo e a

4

justificação da importância do tema nas atividades da construção civil nos tempos

atuais, e a metodologia empregada para o trabalho.

O segundo capítulo é realizado uma revisão bibliográfica, abordando o estudo dos

aglomerantes hidráulicos em especial o cimento Portland no que tange a sua:

fabricação, composição química; e sua pasta e mecanismo de hidratação. Em

seguida foi verificado o que a literatura descreve sobre a pega (tempos, fatores

que influenciam, e a falsa pega); e um estudo também para os aditivos, suas

características, mecanismo de ação, aplicação e recomendações. No mesmo

capítulo citam-se os tipos de ensaios que se aplicam para determinar os tempos

de pega.

Na terceira parte do trabalho é descrito o programa experimental, com materiais e

a metodologia para os ensaios.

No quarto capitulo, os resultados obtidos são apresentados e discutidos e a

conclusão do estudo é feito no quinto capítulo.

1.4 - JUSTIFICATIVA

A construção civil, atualmente, demanda métodos construtivos que combinem

qualidade, economia, praticidade de execução e prazos reduzidos.

E um fator que engloba todas essas variantes, e que pode ser aplicado no dia-a-

dia dos canteiros de obras, são os aditivos para concretos, argamassas, gesso

corrido, entre outros.

Este presente trabalho busca analisar a influência de aditivos retardadores e

aceleradores em pastas de cimento, uma vez que, diante das necessidades do

5

mercado da construção civil, que busca sempre reduzir o tempo de construção,

manutenção e recuperação das edificações.

Os aceleradores são empregados quando o concreto ou argamassa necessita ser

solicitado em curto prazo: fundações, túneis, pavimentações, canalizações,

chumbamentos, reparos urgentes, etc. Reduzem o tempo de desfôrma e

permitem ao concreto resistir, mesmo em baixas idades, às pressões

hidrostáticas, evitando o carregamento da pasta de cimento por água corrente

(VEDACIT, 2002).

Os retardadores por sua vez, são úteis em concretagem em tempo quente,

quando a pega normal é acelerada pela temperatura mais alta, e para evitar as

juntas frias (NEVILLE, 1997).

Em síntese, os aditivos retardadores e aceleradores de pega modificam essas

características do cimento em função das necessidades dos ambientes onde

serão aplicados e do fator tempo, que é de suma importância para o mercado da

construção civil, daí a importância desse estudo.

1.5 - METODOLOGIA.

A primeira atividade deste trabalho será uma revisão bibliográfica sobre os

assuntos abordados nesta monografia.

Em seguida será realizada uma coleta de materiais que atenda aos objetivos da

pesquisa. O próximo passo acontecerá no Labotec, onde serão feitos a

caracterização desses materiais e a realização do principal ensaio, a

determinação dos tempos pega do cimento Portland.

Finalmente, os resultados obtidos nos ensaios serão analisados e comparados

com a teoria existente, e dada uma conclusão para o trabalho.

6

2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 - AGLOMERANTES

Aglomerante é um material ligante, em geral pulverulento, que promove a união

entre os grãos do material inerte (agregado). São utilizados na obtenção das

pastas, argamassas e concretos. Podem ser classificados em ativos e inertes. Os

aglomerantes inertes endurecem por simples secagem. Exemplo: argilas e

betumes. Os aglomerantes ativos são subdivididos em aéreos e hidráulicos.

Os aéreos endurecem pela ação química do CO2 do ar, gás carbônico. Exemplo:

cal aérea, gesso etc. que depois de endurecidos não resistem ao contato com a

água (TARTUCE, 1990).

Os cimentos hidráulicos são definidos como os aglomerantes que não só

endurecem através de reações com água, como também formam produtos

resistentes à água (MEHTA, 1994).

2.2 - CIMENTO PORTLAND

A NBR 5732, (1991) define como aglomerante hidráulico obtido pela moagem de

clínquer Portland ao qual se adiciona, durante a operação, a quantidade

necessária de uma ou mais formas de sulfato de cálcio. Durante a moagem é

permitido adicionar a esta mistura materiais Pozolânico, escórias granuladas de

alto-forno e/ou materiais carbonáticos.

7

O cimento Portland é um pó fino com propriedades aglomerantes, aglutinantes ou

ligantes, que endurece sob ação da água. Depois de endurecido, mesmo que seja

novamente submetido à ação da água, o cimento Portland não se decompõe mais

(ABCP, 2002).

2.2.1 - Fabricação

O Processo de fabricação do cimento Portland consiste, essencialmente, em

moer a matéria-prima, misturá-la apropriadamente, e queimá-las em um forno

rotativo a uma temperatura de 1400°C, quando o material sofre a sinterização e

funde, parcialmente, formando bolotas denominadas Clinquer. O clínquer é

resfriado e finalmente moído; adiciona-se um pouco de gesso e o produto final é o

cimento Portland comercial.

A mistura e a moagem da matéria-prima podem ser feitas em água ou a seco. Os

métodos de fabricação, na realidade, dependem também da dureza da matéria-

prima e do seu teor de umidade (NEVILLE, 1997).

Sendo os silicatos de cálcio os principais constituintes do cimento Portland, as

matérias-primas para a produção do cimento devem suprir cálcio e sílica em

formas e proporções adequadas. Os materiais de carbonato de cálcio, que

ocorrem naturalmente como pedra calcária, giz, mármore, e conchas do mar são

as fontes industriais comum de cálcio, tendo argila e dolomita (CaCO3. MgCO3)

como as principais impurezas. Argilas e xistos argilosos, ao invés de quartzos e

arenitos, são as fontes preferidas de sílica suplementar na mistura.

As argilas também contem alumina (Al2O3), freqüentemente óxidos de ferro

(Fe2O3), e álcalis. A presença de Al2O3, Fe2O3, MgO e álcalis na mistura de

matérias-primas têm um efeito mineralizante na formação de silicatos de cálcio;

8

isto é, ajuda na formação de silicatos de cálcio a temperaturas consideravelmente

mais baixas do que seria possível de um outro modo. Portanto, quando não estão

presentes quantidades suficientes de Al2O3 e Fe2O3 nas matérias-primas

principais, estes são propositalmente incorporados à mistura por adição de

materiais secundários como a bauxita e o minério de ferro. Como resultado, além

dos silicatos de cálcio, o produto final também contém aluminatos e

ferroaluminatos de cálcio (MEHTA, 1994).

Para facilitar a formação dos compostos desejados no clínquer de cimento

Portland é necessário que a mistura de matérias-primas esteja bem

homogeneizada antes do tratamento térmico. Isto explica porque os materiais

extraídos têm que ser submetidos a uma serie operações de britagem, moagem e

mistura. A partir da análise química das pilhas de materiais estocados, as suas

proporções individuais são determinadas pela composição desejada do produto

final; as matérias-primas proporcionadas são moídas em partículas geralmente

menores que 75µm.

No processo por via “úmida”, a moagem e a homogeneização da mistura de

matérias-primas são executadas em forma de lama contendo de 30,0 a 40,0 % de

água. As fábricas modernas de cimento priorizam o processo por via “seca”, o

qual em termos de energia é mais eficiente do que o processo por via úmida

porque a água usada para produzir a lama deverá ser subsequentemente

evaporada antes da operação de clinquerização (MEHTA, 1994).

No processo por via “seca”, a matéria-prima é britada e lançada em proporções

adequadas em um moinho onde é secada e reduzida a um pó fino, denominado

farinha crua. A farinha crua que tem um teor de umidade de 0,2 % passa em um

pré-aquecedor, geralmente do tipo de suspensão. Aí é aquecido em torno de

800°C antes de entrar no forno (NEVILLE, 1997).

9

2.2.2 - Composição química do cimento Portland

Constatou-se que as matérias-primas usadas na fabricação do cimento Portland

se constituem, principalmente, de calcário, sílica, alumina e óxido de ferro. Essas

substâncias reagem entre si no forno, dando origem a uma serie de produtos mais

complexos, e é alcançado um estado de equilíbrio químico. No entanto, o

equilíbrio não se mantém durante o resfriamento, e a velocidade de resfriamento

irá afetar o grau de cristalização e a quantidade de material amorfo presente no

clínquer resfriado.

Quatro compostos são, geralmente, considerados os principais componentes do

cimento; estão relacionados na Tabela 1, juntamente com os seus símbolos

abreviados (NEVILLE, 1997).

Tabela 1 - Principais compostos do cimento Portland.

Segundo Mehta, (1994), considerando-se que as propriedades do cimento

Portland são relacionadas ao teor dos compostos, é difícil extrair quaisquer

conclusões a partir da análise do cimento expressa em óxidos. É prática comum

da indústria de cimento, calcular o teor do composto do cimento Portland a partir

da análise dos óxidos usando-se de equações que foram originalmente

desenvolvidas por R. H. Bogue.

As equações de Bogue para estimar a composição potencial ou teórica dos

compostos do cimento Portland são as seguintes:

Composto Constituição Símbolo

Silicato tricálcico 3CaO.SiO2 C3S

Silicato dicálcico 2CaO.SiO2 C2S

Aluminato tricálcico 3CaO.Al2O3 C3A

Ferroaluminato tetracálcico 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF

10

%C3S = 4, 071C – 7, 600S – 6, 718A – 1, 430F – 2, 850S

%C2S = 2, 867S – 0, 7544C3S

%C3A = 2, 650A – 1, 692F

%C3AF = 3, 043F

Esse cálculo, idealizado por Bogue em 1929, baseia-se na análise química do

clínquer ou cimento e parte do pressuposto que os compostos principais do

clínquer (C3S, C2S, C3A, C3AF) possuem uma composição exata e são totalmente

cristalizados, daí então o termo potencial.

Sabe-se, entretanto, que estas suposições não são na realidade efetivamente

verdadeiras. Assim é que muitos clinqueres contêm certa quantidade de vidro

formado durante o resfriamento rápido do clínquer e de difícil determinação. A

presença do vidro afeta a formação do composto, principalmente o C3A e o MgO

(ADRIOLO, 1984).

2.2.3 - Tipos de cimentos

Segundo a ABCP, (2002), existem no Brasil vários tipos de cimento Portland,

diferentes entre si, principalmente em função de sua composição, ver Tabela 2.

Os principais tipos oferecidos no mercado, ou seja, os mais empregados nas

diversas obras de construção civil são:

-cimento Portland comum;

-cimento Portland composto;

-cimento Portland de alto-forno;

-cimento Portland pozolânico.

11

Em menor escala são consumidos, seja pela menor oferta, sejam pelas

características especiais de aplicação os seguintes tipos de cimento:

-cimento Portland de alta resistência inicial;

-cimento Portland resistente aos sulfatos;

-cimento Portland branco;

-cimento Portland de baixo calor de hidratação;

-cimento para poços petrolíferos.

Metha, 1999, apud Segre. O cimento Portland comum é composto basicamente

de clínquer e utilizado quando não são requeridas as propriedades especiais

especificadas para qualquer um dos outros tipos. O cimento Portland composto foi

desenvolvido visando um custo mais baixo e economia de energia. Além disso,

em certos aspectos, os cimentos compostos comportam-se melhor que o cimento

comum.

Tipo I: utilizado quando não requer propriedades especiais especificadas para

qualquer um dos outros tipos. Não há limites impostos para nenhum dos quatro

compostos principais.

Tipo II: para uso geral, especialmente quando se deseja moderada resistência ao

sulfato ou moderado calor de hidratação. Como o C3A e o C3S produzem elevados

calores de hidratação, a norma limita a quantidade de C3A no cimento ao máximo

de 8,0 %, e tem um limite opcional máximo de 58,0 % na somo de C3S e C3A.

Tipo III: para uso quando se deseja uma alta resistência inicial. Para assegurar

que a alta resistência não é devida principalmente aos produtos de hidratação do

C3A, a norma limita o teor de C3A no cimento a um máximo de 15,0 %.

Tipo IV: para uso quando se deseja um baixo calor de hidratação. Uma vez que o

C3S e o C3A produzem altos calores de hidratação, mas o C2S produz muito

12

menos calor, a norma impõe limites máximos de 35,0 e 7,0 % de C3S e C3A,

respectivamente, e estabelece um mínimo de 40,0 % de C2S no cimento.

Tipo V: para uso quando se deseja resistência ao sulfato. A norma estabelece um

limite máximo de 5,0 % de C3A que se aplicam quando o ensaio de expansão ao

sulfato não é solicitado.

Tabela 2 - Composição dos cimentos Portland comuns e compostos (ABCP, 2002).

Cimentos de pega e endurecimento rápidos

Deve-se notar que o cimento CP V - ARI é de endurecimento rápido (alta

resistência inicial), mas de pega rápida porque os tempos de início e final de pega

do cimento são geralmente parecidos com os do cimento Portland do tipo I.

Para a aplicação tais como reparos de emergência em juntas com vazamento e

concreto jateado, são necessários cimentos hidráulicos que não apenas sejam de

endurecimento rápido, mas de pega rápida. Essa necessidade é freqüentemente

Tipo de

Cimento

Portland

Sigla

Composição (% em massa)

Norma

Brasileira

Clínquer

+

Gesso

Escória

Granulada

de alto-forno

(sigla E)

Material

Pozolânico

(sigla Z)

Material

Carbonático

(sigla F)

Comum CP I

CP I-S

100

99-95

-

1-5 NBR 5732

Composto

CP II-E

CP II-Z

CP II-F

94-56

94-76

94-90

6-34

-

-

-

6-14

-

0-10

0-10

6-10

NBR 11578

Alto-Forno CP III 65-25 35-70 - 0-5 NBR 5735

Pozolânico CP IV 85-45 - 15-50 0-5 NBR 5735

Alta Resistência

Inicial CP V-ARI 100-95 - - 0-5 NBR 5733

13

satisfeita pela utilização de misturas de cimento Portland e gesso (CaSO4. ½ H2O)

ou cimento Portland e cimento de aluminato de cálcio (CA), os quais fornecem

tempos de pega tão baixos quanto 10,0 min (NEVILLE, 1997).

Cimento de pega regulada também denominados no Japão de cimentos de

tamponamento é fabricado sob patentes da associação Portland dos EUA. É

produzido um clínquer de cimento Portland modificado contendo principalmente

Alita e um fluoraluminato de cálcio (11CaO.7Al2O3.CaF2).Uma proporção

adequada do clínquer fluoraluminato é misturada com clínquer de cimento

Portland comum e sulfato de cálcio de modo que o cimento final contenha 20,0 a

25,0 % do composto fluoraluminato e em torno de 10,0 a 15,0 % de sulfato da

cálcio. O cimento é geralmente de pega muito rápida (3,0 a 5,0 minutos de tempo

de pega), mas pode ser retardado para um tempo de pega desejado pela

utilização de ácido cítrico, sulfato de sódio, hidróxido de cálcio e outros

retardantes (NEVILLE, 1997).

2.3 - PASTA DE CIMENTO PORTLAND

Segundo Diamond, apud Gomes, (2005), a pasta de cimento Portland é uma

reunião relativamente heterogênea de partículas, filmes, micro cristais e

elementos sólidos, ligados entre si uma massa porosa, contendo, em seu estado

nativo, espaço com soluções e alguns vazios. Esses espaços vazios podem ser

classificados em duas espécies: relativamente grandes, na maioria de forma

esférica, contendo ar e revestidos internamente por uma camada fina de hidróxido

de cálcio; e pequenos poros capilares, representando espaços remanescentes

entre os grãos do cimento.

As reações que transformam o cimento Portland em agente ligante ocorrem na

pasta de água e cimento. Em outras palavras, na presença de água, os silicatos e

aluminatos relacionados na Tabela 1, foram produtos de hidratação, que, com o

14

decorrer do tempo, dão origem a uma massa firme e dura, a pasta de cimento

endurecida (NEVILLE, 1997).

2.3.1 - Hidratação do cimento

Conforme Adriolo e Sgarboza, 1993, quando colocados em contato o cimento

Portland e a água, uma serie de reações químicas é iniciada. Geralmente, essas

reações são descritas como um processo de hidratação do cimento, entretanto,

esse processo de hidratação envolve muito mais do que a união de moléculas de

água (ou íon OH) aos compostos originais do cimento. Embora sejam formados

alguns hidratos simples, como, por exemplo, Ca(OH)2 , ocorre um processo

complexo de dissolução e precipitação, implicando em uma reorganização dos

compostos originais do cimento para formarem novos compostos hidratados.

Cada componente do cimento apresenta velocidade de reação diferente. Ver

Figura 1.

Figura 1 - Micrografia eletrônica de varredura de cristais hexagonais típicos de monossulfato hidratado e cristais aciculares de etringita formados pela mistura de soluções de aluminato tricálcico e sulfato de cálcio (MEHTA, 1994).

15

2.3.2 - Mecanismo de hidratação

Foram propostos dois mecanismos de hidratação do cimento Portland. A

hidratação por dissolução-precipitação envolve a dissolução de compostos

anidros em seus constituintes iônicos, formação de hidratos na solução e, devido

a sua baixa solubilidade, uma eventual precipitação de hidratos provenientes da

solução supersaturada. Logo, o mecanismo dissolução-precipitação visa uma

completa reorganização dos constituintes dos componentes originais durante a

hidratação do cimento. De acordo com o outro mecanismo, denominado

topoquímico ou hidratação no estado sólido do cimento, as reações ocorrem

diretamente na superfície dos componentes do cimento anidro sem entrarem em

solução. A partir de estudos sobre pastas de cimento com microscópio eletrônico,

parece que o mecanismo de dissolução-precipitação é dominante nos estágios

iniciais de hidratação do cimento. Em estágios posteriores, quando a mobilidade

iônica na solução se torna restrita, a hidratação da partícula residual de cimento

pode ocorrer por reações no estado sólido (MEHTA, 1994).

Uma vez que o cimento Portland é composto de uma mistura heterogênea de

vários compostos, o processo de hidratação consiste na ocorrência de reações

simultâneas dos compostos anidros com água. Entretanto, todos os compostos

não hidratam a mesma velocidade. Os aluminatos são conhecidos por hidratarem

muito mais rapidamente do que os silicatos. Na verdade, o enrijecimento (perda

de consistência) e a pega (solidificação) características da pasta de cimento

Portland, são amplamente determinados por reações de hidratação envolvendo

os aluminatos.

Os silicatos, que compõe aproximadamente 75,0 % do cimento Portland comum,

tem um importante papel na determinação das características de endurecimento

(taxa de desenvolvimento da resistência). Com o propósito de obter um claro

entendimento das mudanças físicas e químicas durante o processo de hidratação

16

do cimento Portland, é de interesse discutir separadamente as reações de

hidratação dos aluminatos e silicatos (MEHTA, 1994).

Aspectos químicos

Hidratação dos aluminatos

A reação do C3A com água é imediata. Formam-se rapidamente hidratos

cristalinos, tais como C3AH6, C4AH9 e C2AH8, com liberação de uma grande

quantidade de calor de hidratação. A menos que a reação rápida de hidratação do

C3A seja de alguma forma desacelerada, o cimento Portland não terá utilidade

para a maioria dos propósitos da construção. Isto é geralmente conseguido por

adição de gipsita (gesso). Portanto, na prática, não são importantes as reações de

hidratação do C3A sozinho, mas sim a hidratação do C3A na presença de gesso.

Do ponto vista das reações de hidratação do cimento Portland é conveniente

discutir em conjunto o C3A e o ferroaluminatos, porque os produtos formados

quando o segundo reage com água na presença de sulfato são estruturalmente

semelhante àqueles formados do C3A. Por exemplo, dependendo da

concentração de sulfato, a hidratação do C4AF pode produzir C6A(F)S3H32 ou

C4A(F)SH18, que possuem composições químicas variáveis, porém estruturas

similares a etringita e ao monossulfoaluminato, respectivamente. Entretanto, o

papel desempenhado pelo Ferroaluminato no cimento Portland, nas fases iniciais

das reações de pega e endurecimento da pasta de cimento, dependem

principalmente da sua composição química e temperatura de formação.

Geralmente, a reatividade da fase ferrita é de certa forma mais lenta do que a do

C3A, mas cresce com o aumento do teor de alumina e diminuição da temperatura

de formação durante o processo de produção do cimento (MEHTA, 1994).

Várias teorias têm sido postuladas para explicar o mecanismo de retardo do C3A

pela gipsita. De acordo com uma teoria, uma vez que a gipsita e os álcalis entram

em solução rapidamente, a solubilidade do C3A é diminuída na presença de íons

17

hidroxila, álcalis e sulfato. Dependendo da concentração do aluminato e dos íons

sulfatos na solução, o produto cristalino de precipitação é o trissulfoaluminato de

cálcio hidratado ou o monossulfoaluminato de cálcio hidratado. Em soluções

saturadas com íons cálcio e hidroxila, o primeiro cristaliza-se como pequenas

agulhas prismáticas e é também denominado alto-sulfato ou pela designação

mineralógica etringita. O monossulfato é também denominado baixo-sulfato e

cristaliza-se como placas hexagonais delgadas.

A etringita é geralmente o primeiro hidrato a cristalizar-se devido à elevada

relação sulfato/ aluminato na fase aquosa durante a primeira hora de hidratação.

Nos cimentos Portland normalmente retardados que contem 5,0 a 6,0 % de

gipsita, a precipitação de etringita contribui para o enrijecimento (perda de

consistência), para a pega (solidificação da pasta), e desenvolvimento da

resistência inicial. Mais tarde, depois do sulfato da solução ter sido consumido,

quando a concentração de aluminatos se eleva novamente devido a renovação da

hidratação do C3A e do C4AF, a etringita torna-se instável e é gradativamente

convertida em monossulfato, que é o produto final da hidratação dos cimentos

Portland que contem mais de 5,0 % de C3A:

C6AS3H32 + 2C3A � C4S H18

Segundo Mehta, (1994) uma vez que o equilíbrio aluminato-sulfato na fase

aquosa de uma pasta endurecida de cimento Portland é que determina

principalmente se o comportamento da pega é normal ou não, vários fenômenos

de pega influenciados pelo desequilíbrio na relação A/S, o qual tem um significado

prático em tecnologia de concreto, será discutido a seguir:

CASO 1: Quando as concentrações disponíveis dos íons aluminato e sulfato na

fase aquosa são baixos, a pasta de cimento vai permanecer trabalhável por

aproximadamente 45 min; depois disso começará a se enrijecer à medida que os

espaços preenchidos com água começam a ser preenchidos com os cristais de

etringita. A maioria dos chamados cimentos Portland de pega normal pertencem a

18

esta categoria. A pasta torna-se menos trabalhável entre 1,0 e 2,0 horas após a

adição de água e pode iniciar o endurecimento dentro de 2,0 ou 3,0 horas.

CASO 2: Quando as concentrações de íons aluminato e sulfatos disponíveis na

solução são altas, grandes quantidades de etringita se formam rapidamente e

causam uma perda considerável de consistência dentro de 10,0 a 45,0 min, com o

enrijecimento da pasta entre 1,0 e 2,0 horas. Cimentos com alto teor de C3A

recém - produzidos contendo mais do que a quantidade normal de sulfatos

alcalinos ou sulfatos de cálcio hemidratado é geralmente caracterizados por este

tipo de comportamento.

CASO 3: Quando a quantidade de C3A reativo é alta, mas a quantidade de sulfato

solúvel presente é menor do que aquela necessária para um retardamento

normal, cristais em formas de placas hexagonais de monossulfato e de aluminato

de cálcio hidratados formam-se rapidamente e em grandes quantidades com a

pega da pasta de cimento em menos de 45,0 min. após a adição da água. Este

fenômeno é conhecido como pega rápida (MEHTA, 1994).

CASO 4: Quando pouco ou nenhuma gipsita for adicionada a um clínquer

pulverizado de cimento Portland, a hidratação do C3A é rápida e os aluminatos de

cálcio hidratados em placas hexagonais começam a se formar em grandes

quantidades, logo após a adição de água, gerando quase uma pega instantânea.

Este fenômeno conhecido como pega instantânea, esta associado a uma grande

evolução de calor inicial com resistências baixas a longo prazo.

CASO 5: Quando o C3A no cimento é de baixa reatividade, como no caso de

cimentos parcialmente hidratados ou cimentos carbonatados que foram

armazenados de modo inadequado, e ao mesmo tempo, uma grande quantidade

de hemidrato está presente no cimento, a fase aquosa conterá uma baixa

concentração de íons aluminatos, mas ficará rapidamente supersaturada com

respeito aos íons cálcio e sulfato. Esta situação conduzirá a uma rápida formação

de grandes cristais de gipsita com uma correspondente perda de consistência. O

19

fenômeno, chamado de falsa pega, não está associado com grande evolução de

calor e pode ser remediado pela mistura enérgica da pasta de cimento com ou

sem a presença de água adicional (MEHTA, 1994).

Tabela 3 - Influência da relação aluminato/sulfato da fase aquosa nas características de pega de pasta de cimento Portland (MEHTA, 1994).

Embora a gipsita seja adicionada ao cimento para servir como um retardador, o

que é conhecido como teor ótimo de gipsita no cimento, é geralmente

determinado por ensaios normalizados que mostram a resistência máxima do

cimento e a retração mínima para dadas idades de hidratação. Os íons sulfato

que entram em solução pela dissolução da gipsita tem um efeito retardador sobre

os aluminatos, mas um efeito acelerador na hidratação dos silicatos, os quais soa

os principais compostos do cimento Portland. Logo, dependendo da composição

de um cimento, é indicado um teor específico de gipsita para o desempenho ótimo

do cimento (MEHTA, 1994).

Hidratação dos silicatos

A velocidade de hidratação do C3S e do C2S, em estado puro, são muito

diferentes. Os cimentos comerciais, os silicatos de cálcio contem pequenas

impurezas de alguns óxidos presentes no clínquer. O C3S impuro é conhecido

como alita e o C2S impuro como belita. Essas impurezas têm um efeito

considerável sobre as propriedades dos silicatos de cálcio hidratados.

Reatividade do C3A

no clínquer

Disponibilidade de Sulfato

na solução

Caso I baixa baixa

Caso II alta alta

Caso III alta baixa

Caso IV alta nenhuma

Caso V baixa alta

20

Quando ocorre a hidratação, com uma quantidade limitada de água, como no

caso da pasta de cimento e do concreto, acredita-se que C3S sofra hidrólise,

produzindo um silicato de cálcio com basicidade menor e, no fim, C3S2H3,

liberando cal na forma de Ca (OH)2. No entanto, não há certeza de que o C3S e o

C2S resultem, no final, o mesmo composto hidratado. Poderia parecer que sim a

partir das considerações do calor de hidratação e da área superficial dos produtos

da hidratação, mas observações físicas indicam que pode existir mais do que um,

possivelmente vários silicatos de cálcio hidratados diferentes (NEVILLE, 1997).

De modo geral, existem mais de trinta compostos conhecidos e denominado

genericamente como C-S-H, os quais podem ser preparados sinteticamente à

temperatura ambiente, onde se obtêm estruturas que variam desde

semicristalinas à praticamente amorfas.

O produto das reações de hidratação da C3S e do C2S conhecido como C-S-H,

possui estruturas diferentes daqueles obtidos sinteticamente. O C-S-H pode

apresentar desde uma estrutura pouco cristalina, praticamente amorfa, até a

forma de um reticulado cristalino com relação Ca/ Si (C/S), que pode variar de 0,7

a 2,0 (CHEN, apud GOMES, 2005).

Neville, (1997), relata que a relação C/S não pode ser determinada com

segurança, pois métodos diferentes dão resultados diferentes. A variação pode

ser de até de 1,5; quando feito por extração química e 2,0 quando feita por

método gravimétrico. A relação também varia com o tempo e é influenciada pela

presença de outros elementos ou compostos no cimento. Geralmente o C-S-H

contém pequenas quantidades de Al, Fé, Mg e outros íons.

Na suposição aproximada de que o C3S2H3 seja o produto final da hidratação do

C3S e do C2S, as reações de hidratação podem ser escritas - como orientação e

não como equações estequiométricas exatas - como seguem:

21

Para o C3S:

2 C3S + 6H � C3S2 H3 + 3 Ca (OH)2

Para o C2S:

2 C2S + 4H � C3S2 H3 + Ca (OH)2

Assim, com base nas massas, os dois silicatos necessitam aproximadamente de

iguais quantidades de água para hidratação, mas o C3S produz mais que o dobro

da quantidade de hidróxido de cálcio, quando comparado com o C2S.

As propriedades físicas dos silicatos de cálcio hidratados interessam no que se

refere às propriedades de pega e endurecimento do cimento. Estes compostos

são aparentemente amorfos, mas a microscopia eletrônica mostra seu caráter

cristalino.

Os silicatos de cálcio não se hidratam no estado sólido, mas os silicatos anidros

provavelmente, se dissolvem antes para depois reagirem formando silicatos

hidratados menos solúveis que se precipitam da solução supersaturada.

Conforme Mehta, (1994), a fase C-S-H, quando completamente hidratada, ocupa

55,0 a 60,0 % do volume dos sólidos da pasta de cimento. E morfologia do C-S-H,

pode variar de fibras pouco cristalinas até reticulado cristalino, possui tendência

de aglomeração e pode apresentar uma estrutura de camadas irregular, as quais

são aleatoriamente arranjadas, formando espaços intercamadas com dimensão

aproximada de 5,0 a 20,0µm.

Segundo Neville, (1997), a hidratação do C3S de um modo geral caracteriza o

comportamento do cimento e essa hidratação não se processa a uma velocidade

constante e nem mesmo a uma velocidade com variação constante. A liberação

inicial rápida de hidróxido de cálcio para a solução deixa uma externa de silicato

de cálcio hidratado com cerca de 10,0 mm de espessura. Esta camada dificulta a

hidratação subseqüente, de modo que por algum tempo, a hidratação fica muito

lenta.

22

Conforme o mesmo autor, devido à semelhança, no processo de hidratação, entre

os silicatos de cálcio puros e os cimentos Portland comerciais, ambos apresenta

aumento de resistência semelhante. Nota se uma resistência considerável bem

antes de as reações de hidratação se completarem e, portanto, aparentemente,

uma pequena parte dos produtos de hidratação adere ao material remanescente

ainda não hidratado, resultando a posterior hidratação em pequeno aumento da

resistência.

O Ca(OH)2 liberado pela hidrolise dos silicatos de cálcio forma delgadas lâminas

hexagonais, freqüentemente com espessura de dezenas de micrometros, que

depois se fundem em precipitados maciços.

Aspectos físicos

Conforme Mehta (1994) os aspectos químicos das reações de hidratação dos

compostos do cimento Portland já foram discutidos anteriormente, agora é

interessante analisar os aspectos físicos tais como enrijecimento, pega, e

endurecimento que são diferentes manifestações na evolução dos processos

químicos.

Enrijecimento é a perda de consistência da pasta plástica de cimento, e este

associado ao fenômeno de perda de abatimento do concreto. É a água livre na

pasta de cimento que é responsável pela sua plasticidade. A perda gradual de

água livre do sistema devido às reações iniciais de hidratação, adsorção física na

superfície dos produtos de hidratação de baixa cristalinidade, como a etringita e o

C-S-H, e a evaporação causam o enrijecimento da pasta, finalmente, a pega e o

endurecimento.

O termo pega implica na solidificação da pasta plástica de cimento. O começo da

solidificação chamado de inicio de pega marca o ponto no tempo em que a pasta

se torna não trabalhável. Conseqüentemente, o lançamento, compactação e

acabamento da pasta de cimento, argamassa, concreto após este estágio serão

23

muito difícil. A pasta não se solidifica repentinamente; necessita de um tempo

considerável para tornar-se totalmente rígida. O tempo necessário para solidificar

completamente marca o tempo de fim de pega, o qual não deverá ser tão longo a

fim de se retomar a atividade construtiva dentro de um tempo razoável após o

lançamento.

Uma pasta de cimento Portland fresca tem pouca ou nenhuma resistência porque

ela apresenta apenas o inicio da hidratação do C3S, o principal composto

presente. Uma vez que a hidratação do C3S tem inicio, a reação continua

rapidamente por muitas semanas. O processo de preenchimento progressivo dos

espaços vazios na pasta com os produtos de reação resulta no decréscimo da

porosidade e da permeabilidade, e em um acréscimo na resistência. Este

fenômeno de ganho de resistência com o tempo é chamado de endurecimento.

2.3.3 - Calor de hidratação

O processo de hidratação do cimento é acompanhado pela liberação de energia

na forma de calor, ou seja, as reações são exotérmicas. Segundo Taylor a

hidratação completa do cimento Portland tipo I (para uma relação a/c=0,40 e

21°C) gera aproximadamente 400J/g de energia. A figura 2 apresenta um gráfico

de calor de reação de uma pasta de cimento, nas primeiras idades (MEHTA,

1994).

24

Figura 2. - Calor de reação de uma pasta de cimento Portland durante a pega e o período inicial de endurecimento (MEHTA, 1994).

Em geral, na mistura do cimento com a água, ocorre uma rápida evolução de

calor durante poucos minutos (pico A do gráfico). Isso provavelmente representa

o calor de dissolução de aluminatos e sulfatos. Uma das reações de hidratação do

C3A é apresentada abaixo.

3CaO.Al2O3 + 6H2O � 3CaO.Al2O3.6H2O (H= - 245kJ/mol)

(C3A + 6H � C3AH6)

Essa evolução de calor inicial termina rapidamente (rampa descendente A-B)

quando a solubilidade dos aluminatos é reduzida na presença de sulfatos em

solução. O ciclo seguinte de evolução de calor, culminando no segundo pico

depois de aproximadamente quatro ou oito horas de hidratação para a maioria

dos cimentos Portland, representa o calor de formação da etringita (pico C),

conforme a reação abaixo (SEGRE, 1999).

3CaO.Al2O3 + 3(CaSO4.2H2O) + 26H2O � 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O

(H = -452 kJ/mol)

(C3A + 2HSC 3 + 26H �32 3 6 HSAC)

25

Da análise dos dados de calor de hidratação de um grande número de cimentos,

Verbeck e Foster calcularam as taxas individuais de evolução de calor devido aos

quatro compostos principais do cimento Portland, demonstrado na Tabela 4. Para

um cimento Portland típico, parece que aproximadamente 50,0 % do calor de

hidratação potencial são liberados durante os três primeiros dias, e 90,0 % nos

3,0 meses de hidratação.

Tabela 4 - Calores de hidratação dos compostos do cimento Portland (MEHTA, 1994).

Composto Calores de hidratação a uma dada idade (cal/g)

3 dias 90 dias 13 anos

C3S 58 104 122

C2S 12 42 59

C3A 212 311 324

C4AF 69 98 102

2.4 - PEGA

Pega se refere à mudança do estado fluido para o estado rígido. Embora durante

a pega a pasta adquira certa resistência, para efeitos práticos, é importante

distinguir pega de endurecimento, que se refere ao aumento de resistência de

uma pasta de cimento depois da pega (NEVILLE, 1997).

26

2.4.1 - Tempos de pega

Distinguem-se em geral dois períodos para o tempo de pega: início e fim. O

primeiro é o tempo decorrido entre a mistura da água com o cimento Portland e a

perda parcial da plasticidade, e o fim de pega é o tempo necessário para que a

pasta adquira firmeza suficiente para resistir a certa pressão.

Segundo a NM 65:2002, tempo de inicio de pega é, em condições de ensaio

normalizados, o intervalo de tempo transcorrido desde a adição de água ao

cimento até o momento em que a agulha de Vicat correspondente penetra na

pasta até uma distancia de (4,0 ± 1,0) mm da placa base. E o tempo de fim de

pega, é o intervalo de tempo decorrido desde a adição de água ao cimento até o

momento em que a agulha de Vicat penetra 0,5 mm na pasta.

Segundo Neville (1997), a pega é aparentemente causada por uma reação

seletiva de compostos do cimento: os dois primeiros a reagirem são C3A e o C3S,

que geram a denominada pega instantânea, mas a adição de gesso retarda a

formação de aluminato de cálcio hidratado, e assim, o C3S dá pega antes. O C3S

puro adicionado à água também apresenta um inicio de pega, mas o C2S

endurece de um modo mais gradativo.

Além da rapidez da formação de produtos cristalinos, o desenvolvimento de

películas em volta dos grãos de cimento e uma coagulação conjunta dos

componentes da pasta também têm sido sugeridos como fatores da evolução da

pega.

Na ocasião do fim de pega, ocorre uma queda brusca da condutividade elétrica da

pasta de cimento e foram feitas tentativas de determinar a pega por meios

elétricos. Além desse método, Coutinho (1973), cita outros, tais como: através da

viscosidade e do desenvolvimento de calor. Mas as dificuldades experimentais

são bastante maiores do que as do método habitual sendo sempre arbitrária a

27

determinação do tempo de pega, pois nenhum método mostra a existência de

qualquer descontinuidade ou variação brusca no valor de uma dada propriedade.

O autor relata que por isso ainda hoje se usa o método imaginado há mais de um

século e meio por Louis Vicat, o qual Giammusso (1992), descreve como o

momento em que uma pasta com consistência inicial padronizada oferece certa

resistência a penetração de uma agulha de seção circular igual a 1,0 mm², sob a

ação de um peso de 300,0 kgf, essa resistência é atingida quando a agulha fica

retida 3,0 mm acima do fundo do molde.

2.4.2 - Fatores que influenciam o tempo de pega

O tempo de pega é afetado por vários parâmetros, como a quantidade de água de

amassamento da pasta, umidade relativa do ar, sua agitação e temperatura

(COUTINHO, 1973).

Segundo Neville, (1997), o tempo de pega do cimento diminui com o aumento da

temperatura, mas acima de cerca de 30°C, pode-se observar um efeito inverso. A

temperaturas baixas a pega é retardada.

Além desses fatores Mehta, (1994), relata que a finura do cimento influencia a sua

reação com água. Geralmente, quanto mais fino o cimento, mais rápido ele

reagirá. Considera-se geralmente que as partículas de cimento maiores que 45µm

são difíceis de hidratar e aquelas maiores que do que 75µm nunca se hidratam

completamente. Logo, a taxa de reatividade e de desenvolvimento da resistência,

e conseqüentemente o inicio do tempo de pega, pode ser aumentada através de

uma moagem mais fina do cimento.

28

Outro fator que interfere no tempo de pega do cimento Portland é a usa

composição química, pois, devido aos diferentes teores de aluminato tricálcio,

silicato tricálcio, sulfatos, álcalis e impurezas irão resultar em diferentes

resultados.

2.4.3 - Falsa pega

É um endurecimento rápido do cimento, logo após o misturar com água, ou

mesmo durante ela, mas sem dar origem a qualquer desenvolvimento de calor, o

que distingue da pega instantânea. E continuando com o amassamento

restabelece-se a plasticidade inicial, desde que não se adicione mais água a

mistura (COUTINHO, 1973).

Segundo Neville, (1997), uma das causas da falsa pega pode ter origem na

desidratação do gesso quando moído conjuntamente com um clínquer muito

quente: forma- se um hemi- hidrato CaSO4.1/2H2O, ou anidrita, CaSO4, que se

hidratam quando o cimento é misturado com água, formando cristais aciculares

de gesso. Portanto, ocorre o que se denomina “pega do gesso” resultando o

enrijecimento da pasta.

O autor aponta outra possível causa da falsa pega pode ser associada aos álcalis

do cimento. Durante o armazenamento eles podem se carbonatar e os carbonatos

alcalinos reagem com o Ca(HO2) liberado pela hidrolise do C3S formando CaCO3 .

Este se precipita e provoca o enrijecimento da pasta.

Também foi sugerido que a falsa pega pode ser devida à ativação do C3S por

aeração a umidade moderadas. A água é adsorvida nos grãos de cimento estas

superfícies recém ativadas podem combinar rapidamente com mais água durante

a mistura: esta hidratação rápida produziria a falsa pega.

29

2.5 - ADITIVOS

Conforme Adriolo e Sgarboza, (1993), aditivos são substâncias introduzidas nas

misturas de concretos ou argamassas com a finalidade de melhorar certas

propriedades da mistura básica ou evitar algumas deficiências que não são

possíveis de contornar com os materiais básicos. Os aditivos são usualmente

utilizados com os seguintes objetivos: melhorar a trabalhabilidade, retardar a

pega, acelerar a pega e conseqüentemente o endurecimento, melhorar a

durabilidade, reduzir a água da mistura, melhorar a cura, melhorar a

impermeabilidade do concreto, causar expansão do concreto, alterar a cor, entre

outros.

Aditivos são produtos empregados na elaboração de concretos, argamassas e

caldas de cimento para modificar certas propriedades do material fresco ou

endurecido, tornando-os mais fáceis de manusear e incrementando sua

resistência diante das solicitações físico-químicas (VEDACIT, 2002).

Alguns aditivos são práticos eficientes para se obter os objetivos desejados,

porem pode ocorrer casos em que o seu uso não seja plenamente justificável.

Para se decidir sobre o uso ou não de determinado aditivo alguns fatores devem

ser levados em consideração, como:

A possibilidade de se obter o resultado desejado com uma pequena modificação

da mistura básica.

A comparação entre o custo adicional do aditivo em relação ao custo adicional de

uma modificação da mistura básica.

Possíveis efeitos colaterais do aditivo nas demais propriedades do concreto.

30

2.5.1 - Aditivos modificadores de pega

Segundo Mehta, (1994), há um grande numero de substâncias que podem ser

empregadas como aditivos retardadores: por outro lado, existem substâncias que

podem acelerar o tempo de pega. É interessante que, algumas substâncias agem

como retardadores quando empregadas em pequenas quantidades (p. ex: 0,3 %

em massa de cimento), mas em dosagem elevada (p. ex: 1,0 % em massa de

cimento) comportam-se como aceleradores.

Forsen, apud Mehta (1994), foi o primeiro a apresentar uma análise global da

ação de aditivos químicos sobre a pega do cimento Portland. Ele dividiu os

retardadores em diferentes grupos de acordo com o topo de curva obtida quando

se apresenta graficamente o tempo de pega inicial em função da concentração do

retardador no sistema. Uma versão modificada da classificação de Forsen,

abrangendo tanto retardadores como aceleradores é mostrada na Figura 3.

Figura 3 - Classificação e composição das substâncias modificadoras de pega (MEHTA, 1994).

31

Na Figura-3. A classe I a substância atuante é CaSO4.2H2O; Classe II: CaCl2,

Ca(NO3)2; Classe III: K2CO3, NaCO3, NaSiO3, Classe IV: substâncias tensoativas

com grupos polares (gluconatos, lignossulfatos, e açucares), sais de sódio de

ácido fosfórico, bórico, ou fluorídrico; Classe V: sais de ácido fórmico e

trietanolamina (MEHTA, 1994).

Segundo Coutinho (1973), os aceleradores e retardadores são aditivos solúveis

em água que atuam quimicamente, modificando a solubilidade e, sobretudo, a

velocidade de dissolução dos diferentes constituintes do cimento. A sua ação é

complexa e muitas vezes difícil de explicar, pois mesmo as reações de hidratação

dos diferentes ligantes hidráulicos não são sempre conhecidas com exatidão.

As substâncias ativas de suas formulações podem ser orgânicas ou inorgânicas,

distribuídas em um veículo líquido, pastoso ou sólido. Pertencem aos seguintes

grupos: sais minerais, sais de ácidos orgânicos, resinas, tensoativos, dispersores,

umectantes e emulsionantes (VEDACIT, 2002).

Com efeito, logo que o cimento se mistura com a água, esta se satura de sulfatos,

de álcalis, e principalmente de hidróxido de cálcio proveniente da hidratação do

silicato tricálcico e de parte da cal livre. O aluminato tricálcico hidrata - se

rapidamente dando, com o hidróxido de cálcio e com os sulfatos, um aluminato de

cálcio hidratado e um sulfoaluminato. Mas a composição química dos cimentos

pode ser muito variável e influir consideravelmente nas reações iniciais, devido às

diferenças nos teores de aluminato tricálcico, de silicato tricálcico, de sulfatos e de

álcalis solúveis. As diferentes impurezas e a finura desempenham um papel não

desprezível, e os aditivos químicos modificam e complicam tais reações. Por

todas essas razões existem muitas anomalias e fenômenos inexplicáveis nos

resultados obtidos com os aceleradores e retardadores, impondo-se sempre uma

experiência prévia com um cimento e um aditivo desconhecido.

Como se tem referido muitas vezes sempre que a alteração no tempo de pega

verifica-se que as tensões de ruptura a longo prazo são tanto mais elevadas

32

quanto mais lenta for o tempo da pega. Pelo contrario, quando esta é acelerada

as tensões de ruptura finais são diminuídas. No primeiro caso a cristalização é

mais perfeita: os cristais têm mais tempo para se desenvolverem e ocupar o lugar

disponível, atingindo maior perfeição; quando a pega é acelerada obtêm grande

numero de centro de cristalização na solução sobre-saturada dos componentes

do cimento; os cristais não se desenvolvem regularmente e o crescimento

cristalino é bastante mais desordenado (COUTINHO, 1973).

2.5.2 - Mecanismo de ação

É hoje geralmente aceito que, ao menos as reações iniciais de compostos do

cimento Portland com água dão-se por dissolução-precipitação, isto é, os

compostos primeiro se ionizam e em seguida formam-se os compostos hidratados

em solução. Mehta, (1994), devido a sua solubilidade limitada, os produtos de

hidratação cristalizam-se, os fenômenos de enrijecimento, de pega, e de

endurecimento de pastas e cimento Portland são decorrentes da cristalização

progressiva dos produtos de hidratação. Por isso, é razoável admitir que pela

adição de certas substâncias solúveis ao sistema cimento-água, pode-se ser

capaz de influenciar a velocidade de ionização dos compostos do cimento ou a

velocidade de cristalização dos produtos de hidratação, afetando em

conseqüência as características de pega e endurecimento da pasta.

De acordo com Joisel, apud Mehta, (1994), a ação das substâncias modificadoras

de pega do cimento Portland pode ser atribuída mais a ação sobre a dissolução

dos constituintes anidros, do que sobre a cristalização dos compostos hidratados.

Para compreender o mecanismo de aceleração ou retardo é útil considerar uma

pasta de cimento em hidratação como sendo composta de certos anions (silicato

e aluminato) e cátions (cálcio), sendo a solubilidade de cada um dependente do

tipo e concentração dos íons do ácido ou da base presentes em solução. Uma

33

vez que a maior parte dos aditivos químicos ionizam-se em água, adicionando-se

ao sistema cimento-água é possível alterar o tipo e concentração de constituintes

iônicos da solução aquosa, influenciando assim a dissolução dos compostos do

cimento de acordo com as seguintes diretrizes propostas por Joisel.

Um aditivo acelerador deve promover a dissolução de cátions (íons de cálcio) e

anions do cimento. Uma vez que existem vários ânions a dissolver. O acelerador

deve promover a dissolução daquele constituinte que tem a menor velocidade de

dissolução durante o período inicial de hidratação (p. ex., íons silicato).

Um aditivo retardador deve impedir a dissolução de cátions (íons de cálcio), e

anions do cimento, de preferência o ânion que tem a maior velocidade de

dissolução durante o período inicial de hidratação (p. ex., íons aluminato)

A presença de cátions monovalentes em solução diminui a solubilidade dos íons

cálcio, mas tende a promover a solubilidade dos íons silicato e aluminato. Em

pequenas concentrações, o primeiro efeito é o dominante; em grandes

concentrações, torna-se dominante o segundo efeito (MEHTA, 1994).

A presença de certos anions monovalentes em solução reduz a solubilidade de

silicatos e aluminatos, mas tende a promover a solubilidade dos íons cálcio. Em

pequenas concentrações, predomina o primeiro efeito; em grandes concentrações

torna-se predominante o segundo efeito.

Disto se pode concluir que o efeito global, quando um aditivo químico é

adicionado ao sistema cimento-água, será determinado por um numero de efeitos

complementares e opostos, ambos dependentes do tipo e concentração dos íons

fornecidos ao sistema pelo aditivo. Em pequenas concentrações (p. ex., 0,1 a 0,3

% em massa de cimento) de sais de bases fracas e ácidos fortes (p. ex., CaCl2),

ou de bases fortes e ácidos fracos (p. ex., K2CO3) , o retardamento da

solubilização dos íons cálcio e aluminato do cimento é o efeito dominante mais do

que a aceleração da solubilização dos íons silicatos; por isso o efeito global é o de

34

retardamento. Em concentrações maiores desses sais (p.ex., 1,0 % ou mais), os

efeitos de aceleração desses íons em solução, sobre os íons silicato e aluminato

do cimento tornam-se dominantes em relação aos efeitos de retardo; assim, é

possível para o mesmo sal mudar de papel e torna-se um acelerador em vez de

um retardador, (MEHTA, 1994), Figura 3.

A gipsita (CaSO4.2H2O) é um sal de uma base fraca e de um ácido forte, mas não

apresenta o fenômeno de inversão de retardador para acelerador na pega do

cimento quando a quantidade de gipsita adicionada a uma pasta de cimento

Portland é aumentada gradativamente. Isto ocorre porque a solubilidade da

gipsita em água é baixa.

Ate que os íons sulfato da gipsita entrem em solução, eles não serão capazes de

acelerar a solubilidade do cálcio dos compostos do cimento. Com a remoção

gradativa dos íons sulfato da solução, devido à cristalização dos sulfoaluminatos

de cálcio hidratados (a maior parte etringita), mais gipsita entra em solução; isto

tem um efeito benéfico sobre a hidratação do C3S, e, consequentemente, sobre a

velocidade de desenvolvimento da resistência. Todavia, em vez de gipsita, uma

grande quantidade de sulfato é introduzida em forma altamente solúvel (p. ex.,

gesso de construção ou hemidratado), tanto o tempo de pega como as

resistências iniciais serão aceleradas (MEHTA, 1994).

2.5.3 - Aplicação de aditivos aceleradores

Aceleram o início e o fim da pega e o desenvolvimento de altas resistências nas

idades iniciais. Substâncias como o silicato, o carbonato de cálcio e o aluminato

são as matérias primas básicas mais usuais dos aceleradores de pega

instantânea, indicados para tamponamentos e para concretos projetados.

35

Esses aditivos facilitam a dissolução da cal e da sílica, nos silicatos, e da alumina,

nos aluminatos. Os aceleradores possíveis são os ânions fortes que aceleram a

dissolução da cal, ou os cátions fortes que aceleram a dissolução da alumina e da

sílica. Aceleram fortemente as reações iniciais de hidratação e endurecimento,

especialmente do C3S. A proporção deste componente no cimento e o respectivo

módulo de finura são diretamente proporcionais à velocidade de endurecimento.

São empregados quando o concreto necessite ser solicitado em curto prazo:

fundações, túneis, pavimentações, canalizações, chumbamentos, reparos

urgentes, etc. Reduzem o tempo de desenforma e permitem que o concreto

resista mesmo em baixas idades, às pressões hidrostáticas, evitando o

carreamento da pasta de cimento por água corrente. Para concretos projetados,

utilizados em túneis, taludes e recuperações estruturais,

Em todos os casos, quanto maior for o consumo de cimento do traço, maior será

a eficiência do acelerador. Menores consumos de água também induzem a uma

pega mais rápida. Adequados para serem empregados com CP I, CP II e CP V,

os aceleradores à base de cloreto exigem uma cura cuidadosa devido à

intensidade do calor desenvolvido durante a hidratação do cimento. A presença

de peças galvanizadas ou de alumínio, embutidas no concreto aditivado e ligadas

à sua armadura, também podem provocar um processo de corrosão devido à

formação de pequenos circuitos elétricos. O cloreto de cálcio, devido às

modificações impostas no processo de hidratação do C3S, diminui a segregação

do concreto (VEDACIT, 2002).

Leal, (2003) adverte que pode ocorrer possível fissuração devido ao calor de

hidratação, risco de corrosão de armaduras (cloretos) e, em alguns casos,

redução da resistência a idades elevadas.

36

2.5.4 - Aplicação de aditivos retardadores

Os aditivos retardadores são importantes para compensar as condições de

temperatura desfavoráveis, particularmente em clima quente. O emprego amplo

de aditivos retardadores é feito para permitir lançamento e acabamento

adequados e superar prejuízos e os efeitos aceleradores das temperaturas

elevadas. E Neville (1997), relata que como os retardadores são freqüentemente

usados em tempo quente, é importante observar que o efeito retardante é maior a

temperaturas mais altas, Figura -4.

Figura 4 - Influência da temperatura sobre o início de pega de concretos com vários teores de retardador (NEVILLE, 1997).

São, geralmente, combinações de retardadores e plastificantes. Podem ser

constituídos de carboidratos (monossacarídeos, polissacarídeos, ácidos hidro-

carboxílicos, etc.), bem como de produtos inorgânicos (sais de chumbo, fosfatos,

37

boratos, etc.). Retardam a osmose da água nos grãos de cimento, agindo por

defloculação e adsorção. Assim, dificultam e bloqueiam temporariamente a

dissolução da cal dos silicatos e aluminatos, precipitando em forma de hidróxidos

menos solúveis do que o hidróxido de cálcio. Os retardadores têm a função de

retardar a hidratação inicial dos grãos de cimento, em particular, dos aluminatos.

Também plastificam a mistura, pois incluem certa porcentagem de plastificantes

em suas respectivas formulações.

Permitem maior tempo de manuseio do concreto, além de evitar o efeito

acelerador das temperaturas elevadas. Após a pega, entretanto, não interferem

no processo de endurecimento do cimento. Inibem o surgimento de juntas frias

quando a concretagem for interrompida. Permitem a concretagem das peças de

difícil acesso e vibração ou nos casos de grandes volumes de concreto, evitando

o surgimento de trincas térmicas. O aumento da superfície de cimento em contato

com a água garante melhor hidratação, resultando em um maior volume de

cristais e densidade. Conseqüentemente, em comparação a um concreto padrão,

obtém-se aumento das resistências mecânicas, menor permeabilidade e ausência

da fissuração de origem térmica, que ocorre freqüentemente quando a elevação

da temperatura durante a pega é alta e repentina. O concreto aditivado

desenvolve maior calor total de hidratação, sendo, porém, dissipado de forma

lenta, gradual e menos intensa. Necessita, assim, ser bem curado, principalmente

quando o período de retardação for maior. Esse procedimento evita a secagem

prematura da mistura ainda não endurecida, o que acarreta queda nas

resistências, fissuramentos e juntas frias.

É importante lembrar que o efeito de retardação cresce geometricamente com o

aumento de dosagem, embora o efeito da plasticidade não acompanhe esse

crescimento na mesma proporção. Conseqüentemente, ocorrerão fissuras,

esfarelamento superficial e queda de resistência, caso não se faça uma cura

adequada. O CP III e CP IV, por conterem relativamente menor teor de C3A,

necessitam menor proporção de aditivo para proporcionar a mesma retardação do

CP I, CP II e CP V (VEDACIT, 2002).

38

Segundo Bocchile (2000), altas dosagens podem atrasar excessivamente a pega

e diminuir a resistência mecânica: podendo causar expansão excessiva e

fissuração. Incompatibilidade com o cimento pode causar diminuição de

resistências

A maneira de adicionar o retardador influi nos resultados obtidos: se for junto ao

cimento na hora do amassamento, o gesso e o retardador atuam ambos

imediatamente sobre o aluminato tricálcico, que os adsorve muito mais facilmente

do que os silicatos. Pelo contrario, se fizer primeiro o amassamento, e alguns

minutos depois a mistura com o retardador, o efeito é mais pronunciado, pois o

gesso tem tempo de se combinar com o aluminato tricálcico e o aditivo ir-se-á

fixar nos silicatos, retardando a sua hidratação. Esta diferença é tanto maior

quanto mais rico em aluminato tricálcico for o cimento (COUTINHO, 1973).

2.6 - ENSAIOS PARA A DETERMINAÇÃO DO TEMPO DE PEGA

Na determinação do inicio e fim de pega usa-se uma pasta de cimento com

consistência padronizada. Portanto, é necessário determinar, para cada cimento,

o teor de água da pasta que produzirá a consistência desejada.

A consistência é medida com o aparelho de Vicat, usando uma sonda (Tetmajer)

com 10 mm de diâmetro fixada no suporte da agulha. Uma pasta experimental de

cimento e água é misturada de um modo padronizado e colocado no molde. A

sonda é, então, posta em contato com a superfície superior da pasta e solta. Sob

a ação de seu próprio peso, a sonda penetra na pasta até uma profundidade que

depende da consistência (NEVILLE, 1997).

Para a determinação do inicio de pega, usa-se uma agulha com diâmetro igual a

1,13 ± 0,05 mm. Esta agulha, sob ação de um peso especificado, penetra na

pasta de consistência normal colocada em um molde especial. Define-se como

39

inicio de pega o momento em que a pasta estiver suficientemente enrijecida para

que a agulha não penetre mais do que um distancia de 5,0 mm ± 1,0 mm no

fundo do molde.

O fim da pega é determinado com uma agulha semelhante montada com um

acessório metálico oco de forma a deixar um corte circular com 5,0 mm de

diâmetro, colocado 0,5 mm recuado em relação à ponta da agulha. O fim de pega

é definido como tendo ocorrido quando a agulha, baixada suavemente sobre a

superfície da pasta, penetra ate uma profundidade de 0,5 mm, mas a borda

circular cortante não chega a marcar a superfície da pasta. O tempo de pega é

calculado desde o momento em que se adiciona a água ao cimento (NEVILLE,

1997).

Estes ensaios serão realizados na parte experimental deste trabalho, sendo

normalizados pelas - NM 43: 2002 e NM 65: 2002, respectivamente.

40

3 - PROGRAMA EXPERIMENTAL

3.1 - METODOLOGIA

O programa experimental foi realizado conforme a Figura 5.

Figura 5 - Etapas do programa experimental.

Na primeira etapa do programa experimental, foi realizada uma coleta de

materiais, de modo a se obter uma matriz de ensaios, onde as características dos

elementos envolvidos sejam bem diferentes entre si, então selecionamos três

tipos de cimentos, e dois tipos de aceleradores e dois de retardadores, conforme

a figura 6.

Onde:

C1- é o cimento tipo CP III.

C2- é o cimento tipo CP V.

C3- é o cimento tipo CP II.

A- são os aceleradores de pega.

R- são os retardadores de pega

ETAPA 03 Ensaios dos tempos

de pega

ETAPA 01 Coleta de materiais

ETAPA Caracterização dos

cimentos

41

Figura 6 - Matriz de ensaios.

A caracterização dos materiais é a segunda etapa do programa experimental,

para o cimento, realizou-se o ensaio de finura. E para os aditivos o ensaio de teor

de sólidos.

A terceira etapa é a principal deste trabalho. O ensaio do tempo de pega da pasta

de cimento, que realizado de forma a se obter dados confiáveis para serem

analisados, por conseqüência, para cada amostra de cimento e aditivo foram

realizados três ensaios.

3.2 - COLETAS DE MATERIAIS

A seleção dos tipos de cimentos foi em função de se diferenciar a composição

dos mesmos e poder avaliar o comportamento dos aditivos sobre eles.

C I

A I A II R I R II

C2

A I A II R I R II

C3

A I A II R I R II

42

Os aditivos não tiveram um critério em especial, a princípio somente dois tipos

para cada função estudada. O preponderante para escolher esses aditivos foi a

facilidade de se obter esses produtos através de doação dos fabricantes.

3.2.1 - Características físico-químicas

Para os cimentos Portland, ver as Tabelas 5, 6 e 7.Dados obtidos com os

fabricantes.

Tabela 5 - Especificações técnicas do cimento C1.

C1 CARCTERÍSTICAS FISÍCO-QUIMICA

Clinquer + gesso 25 a 65 %

Calcário <5 %

Escória 35-70 %

Finura < 8%

Inicio de pega > 1 h

Fim de pega <12h

Expansibilidade a frio < 5mm

Expansibilidade a quente < 5mm

Resistencia 28 dias 32 MPa

Resíduo insolúvel < 1,5%

SO3 < 4,0%

CO2 < 3,0%

43

Tabela 6 - Especificações técnicas do cimento C2.

C2 CARCTERÍSTICAS FISÍCO-QUIMICA


Calcário 5 %

Escória < 70 %

Finura < 8%


Fim de pega <10 h



Resistencia 28 dias 32 MPa

Resíduo insolúvel < 1,5%

SO3 < 4,0%

CO2 < 4,5%

44

Tabela 7 - Especificações técnicas do cimento C3

Para os aditivos foram obtidas as seguintes informações junto aos fabricantes:

a) Aditivo A1.

É um aditivo acelerador de pega e endurecimento para concretos e argamassas,

Tabela 9, ele proporciona um rápido endurecimento e altas resistências iniciais ao

cimento Portland. Deve ser usado preferencialmente com cimento Portland CP II

e CP V.

Modo de utilização e aplicação:

Prepara-se uma quantidade de solução A1 com água, conforme a proporção

indicada na Tabela 8.

C3 CARCTERÍSTICAS FISÍCO-

QUIMICA


Calcário 0 a 10%

Pozolana 6 a 14%

Finura < 12%


Fim de pega < 10 h



Resistência 28 dias 32 MPa

Resíduo insolúvel < 16%

MgO < 6,5%

SO3 < 4,0%

CO2 < 5,0%

45

Tabela 8 - Dosagem do aditivo A1.

Dados técnicos:

Tabela 9 - Especificações técnicas do aditivo A1.

b) Aditivo A2:

É um aditivo sem cloretos, formulado para acelerar o tempo de pega e aumentar

as resistências iniciais e finais do concreto, Tabela 10.


Dosagem recomendada para aplicação em climas quente, temperado e frio. A

faixa de dosagem encontra-se entre 0,325 a 2,5 litros para cada 100 kg de

cimento. Conforme a dosagem acelera-se o tempo de pega e as resistências são

incrementadas. Ensaios de campo têm demonstrado que a dosagem mais efetiva

se situa entre 325 ml a 1300 ml para cada 100 kg de cimento.

Traço:

A1/água 1:3 1:6 1:9 1:12 1:15 1:18

Consumo:

A1/ m³ concreto 61 kg 34 kg 24 kg 19 kg 15 kg 12 kg

Função Principal Acelerador de pega

Base química Cloretos de cálcio

Aspecto Líquido

Cor Incolor

Densidade 1,30 g/cm³

pH 7-8

Teor de sólidos 35%

46

Dados técnicos:

Tabela 10 - Especificações técnicas do aditivo A2.

c) Retardador R1:

É um aditivo que retarda o início de pega, proporcionando melhores condições de

concretagem, além de facilitar a trabalhabilidade do concreto. Ver Tabela 11.


É adicionada a água de amassamento, seu consumo aproximado é de 0,2 a 0,3

% sobre a massa de cimento. Aconselha-se sempre a realização de ensaios

preliminares, nas mesmas condições da obra, para determinar a dosagem ideal

do produto e a sua compatibilidade com o cimento a ser usado.

Função Principal Plastificante acelerador de pega

Base química Sais isentos de cloretos

Aspecto Líquido

Cor Castanho

Densidade 1,39 a 1,43 g/cm³

pH 5 a 7

Teor de sólidos 48 a 53%

47

Dados técnicos:

Tabela 11 - Especificações técnicas do aditivo R1.

d) Retardador R2

É um aditivo líquido isento de cloreto, plastificante e retardador de pega para

concreto, pronto para uso. Ver Tabela 12.


As dosagens usuais do R2 estão situadas entre 0,2 a 0,4 litros para cada 100 kg

de cimento. De modo geral, dosagens maiores permitem obter maior

retardamento de pega.

A redução de água de amassamento aproximada do retardador segundo a

dosagem utilizada é entre 5,0 e 8,0 %, dependendo do tipo de cimento e traço

utilizados.

Função Principal Plastificante retardador de pega

Base química Carboidratos isentos de cloretos

Aspecto Líquido

Cor Castanho escuro

Densidade 1,15 g/cm³

pH 9


48

Dados técnicos:

Tabela 12 - Especificações técnicas do aditivo R2.

3.3 - CARACTERIZAÇÃO DOS CIMENTOS

Mesmo obtendo as características técnicas dos cimentos utilizados, procurou-se

caracterizar de forma simples e objetiva esses compostos. Para o cimento a

característica de maior relevância é a finura, daí foi realizado o ensaio de finura.

3.3.1 - Ensaio de finura

O ensaio de finura foi realizado conforme os procedimentos da MB- 3432-

Cimento Portland- Determinação da finura por meio da peneira 75µm (nº 200).

A execução do ensaio foi através do procedimento manual, e foram utilizados os

seguintes aparelhos:

-Balança GEHAKA nº 4881, com resolução de 0,01g.

-Peneira com fundo e tampa LM nº 74, com malha metálica de 75µm.

Função Principal Plastificante Retardador de pega

Base química Lignosulfonatos e Sacarídeos

Aspecto Líquido

Cor Castanho escuro

Densidade 1,08 a 1,12 g/cm³

pH 10 a 12


49

-Pincel com cerdas de náilon.

-Bastão de tubo de PVC.

-Flanela limpa e seca.

-Cronômetro.

-Vidro relógio.

Figura 7 - Balança GEHAKA nº 4881, com resolução de 0,01g

Figura 8 – Peneira LM 74 com fundo e tampa

50

Resultados:

Realizados todos os procedimentos de execução do ensaio, foram obtidos os

seguintes resultados:

Tabela 13 - Resultados do ensaio de Finura.

Constata-se que os valores encontrados para finura no ensaio foram bem abaixo

do que os fornecidos pelos fabricantes. Onde o C1 foi o de maior finura, o que

acarretará em uma maior quantidade de água para a determinação da pasta de

consistência normal.

3.4 - ENSAIO DE DETERMINAÇÃO DOS TEMPOS DE PEGA

Os ensaios foram realizados seguindo os procedimentos das NM 65: 2002-

Cimento Portland- Determinação do tempo de pega. E NM 43: 2002- Cimento

Portland- Determinação da pasta de consistência normal.

Para os ensaios utilizou-se como reagente a água destilada e os seguintes

aparelhos:

-Balança GEHAKA nº 4881, com resolução de 0,01g; Figura 7.

-Misturador PAVITEST modelo C3010 com 140 e 285 rpm;Figura 9.

-Espátula metálica;

CIMENTO MASSA INICIAL

M (g)

MASSA FINAL

R (g)

FINURA

F(%) = [(R/M)]x100

C1 (CP III) 50 0,76 0,2

C2 (CP V) 50 0,24 0,5

C3(CP II) 50 0,1 1,5

51

-Cronômetro;

-Tigelas de vidro;

-Aparelho de Vicat com sonda de Tetmajer, e agulhas de inicio e fim de pega,

-Molde tronco – cônico;

-Proveta;

-Béquer;

Figura 9 - Misturador PAVITEST modelo C3010 com 140 e 285 rpm

Figura 10 - Aparelho de Vicat com e agulhas de inicio de pega e molde cônico.

52

Figura 11 – Agulhas de início e fim de pega, e molde cônico.

Condições do ambiente

-Temperatura: entre 22,0 e 23,7° C

-Umidade: 87,0 %

3.4.1 - Procedimentos

Para se realizar o ensaio de determinação dos tempos de pega do cimento

Portland, primeiro foi necessário determinar a quantidade de água ideal para a

pasta de consistência normal.

O ensaio de determinação da pasta de consistência normal, realizado segundo os

procedimentos da NM 43:2002.

53

Resultados:

Tabela 14 - Determinação da água da pasta do cimento C1.



TENTATIVA

Nº

MASSA DO

CIMENTO- (g)

MASSA DE

ÁGUA- (g)

LEITURA DA SONDA (mm)-

intervalo = 6 ± 1 mm

01 500 140 29,0

02 500 150 9,0

03 500 160 8,0

04 500 160,5 8,0

05 500 161 5,0

TENTATIVA

Nº

MASSA DO

CIMENTO- (g)

MASSA DE

ÁGUA- (g)



01 500 140,0 11,0

02 500 143,0 4,0

03 500 141,5 8,0

04 500 142,0 7,0

TENTATIVA

Nº

MASSA DO

CIMENTO- (g)

MASSA DE

ÁGUA- (g)



01 500 129,57 16,0

02 500 135,10 3,0

03 500 132,02 13,0

04 500 134,40 4,0

05 500 134,00 5,0

54

Determinação dos tempos de pega.

Os ensaios de determinação dos tempos de pega foram realizados seguindo os

procedimentos da NM 65: 2002, e nos ensaios com a utilização de aditivos, foi

subtraída a quantidade desses na quantidade total de água do ensaio. Ver Tabela

21.

Em função da utilização de retardadores de pega, os ensaios que se utilizaram o

R1 e o R2, não foram levados para a câmara úmida, devido às dificuldades de se

fazer as leituras que a norma prescreve, devido ao longo tempo para se iniciar a

pega.

Tabela 17 - Quantidade de água e aditivos utilizada nos ensaios de pega.

Cimento Água (g) Aditivos (%)

A1 A2 R1 R2

C1 161

9,0 3,5 0,3 0,2 C2 142

C3 134

Os valores adotados para Tabela 21 foram em função do ensaio da determinação

da pasta de consistência normal, para a água. E os aditivos foram, para o A1,

conforme a Tabela 8, 45g de aditivo, que representa uma diluição de 1:6, esse é o

único dos quatros aditivos que a dosagem é feita em relação ao peso de água.

O A2, sua quantidade foi obtida através da dosagem indicada, que é de 325 até

2500 ml para 100 kg de cimento. No primeiro ensaio utilizamos 1000 ml, mas não

foram obtidos ganhos de tempos satisfatório na utilização com os três cimentos,

logo, passamos a utilizar a dosagem máxima recomenda de 2500 ml

O retardador R1 também a dosagem foi à mínima recomendada, que é de 0,2l

para 100 kg de cimento.

55

O R2, a primeira dosagem utilizada foi à máxima, 4g, porém, na realização do

primeiro ensaio, que foi com o cimento C1, este foi interrompido com 35h, pois

não tinha se iniciado a pega. No segundo ensaio com o mesmo cimento,

utilizando a dosagem mínima 2g, ocorreu o mesmo problema. Então para se

continuar os ensaios com os três cimentos, a dosagem definitiva utilizada para

esse retardador foi abaixo da mínima, 1g.

56

4 - APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS

Para os ensaios de tempos de pega do cimento Portland, foram obtidos os

seguintes resultados.

O valor médio encontrado para os três ensaios sem a utilização de aditivos para

todos os tipos de cimento será chamado de valor padrão.

Cimento C1.

Tabela 18 - Tempos de pega do cimento C1 e aditivos.

NO – Não observado

Matriz

Tempos

1º ensaio 2º ensaio 3º ensaio Média

Início (h) Fim (h) Início(h) Fim(h) Início(h) Fim(h) Início(h) Fim(h)

C1 04:00 05:00 04:15 05:10 04:10 05:10 04:10 05:00

C1 + A1 01:30 03:45 01:30 03:00 01:20 03:00 01:25 03:15

C1 + A2 03:45 04:45 03:30 04:30 03:45 04:30 03:40 04:30

C1 + R1 23:30 28:00 17:55 22:00 18:35 25:00 20:00 25:00

C1 + R2 > 35 NO 26:45 32:45 24:10 27:35 > 28:40 NO

57

Na Tabela 22 pode-se observar que os valores médios padrão de inicio e fim de

pega do cimento C1 são de 04:10h, e 05:00h. respectivamente. Na presença do

aditivo A1 o início e fim de pega se dão em 01:25h e 03:15h respectivamente.

Com a utilização do acelerador A2 não se observou resultados significativos de

tempo, ficando seus valores médios de inicio e fim de pega respectivamente em

03:40h e 04:30h,próximos aos do valor padrão, 04:10h e 05:00h.

O aditivo R1 quando adicionado ao cimento C1 apresentou um retardo de 4h para

20:00h o início de pega, já o fim ficou em 25:00h. O interessante nesse molde foi

que apesar de se deformar e esfarelar com uma determinada pressão, Figura 12,

a pasta se manteve consistente, o que possibilitou determinar seu início e fim de

pega.

Figura 12 - cimento C1 com o aditivo R1.

O aditivo R2 na utilização com o C1, não teve seus tempos de pega

determinados, pois mesmo utilizando uma dosagem inferior a recomendada, ele

retardou em muito seu tempo de pega. Sua pasta mesmo após 28h não

demonstrou tendência a se enrijecer, ver Figura 13 e 14. Ela ficou com um

aspecto de “borracha”. No primeiro teste, utilizando a dosagem máxima

recomendada pelo fabricante, 4g, o ensaio foi interrompido com 35h, pois, notou-

se que não exista compatibilidade entre esses elementos.

58

Figura 13 - Pasta do cimento C1 com o aditivo R2 após 28hs.

Figura 14 - Pasta do cimento C1 com o R2, seccionada.

59

Cimento C2.

Tabela 19 - Tempos de pega do cimento C2 e aditivos.

Como mostrado na Tabela 23, observa-se que os tempos padrão de pega do

cimento C2 ficam em, 02:30h para início e 03:15h para fim de pega. Com a

utilização do acelerador A1 teve seu início de pega reduzido para 00:50h e seu

fim logo em seguida, em 01:00h.

O aditivo A2 em sua utilização com o C2 não alterou os tempos de pega com

relação ao valor padrão. Ficando seu inicio de pega com 02:15h e seu fim com

03:15h, O mesmo ocorreu em sua utilização com o cimento C1, como discutido

anteriormente.

Na utilização do retardador R1 o valor padrão encontrado teve seus tempos de

pega retardados para 06:55h e 07:45h, inicio e fim, respectivamente. Conforme

Matriz

Tempos

1º ensaio 2º ensaio 3º ensaio Média

Início (h) Fim (h) Início (h) Fim (h) Início (h) Fim (h) Início (h) Fim (h)

C2 02:40 03:25 02:30 03:15 02:20 03:00 02:30 03:15

C2 + A1 01:00 01:15 00:45 01h00 00:50 01:00 00:50 01:00

C2 + A2 02:35 03:45 02:25 03:30 01:45 02:50 02:15 03:15

C2 + R1 06:55 07:15 06:45 08:15 07:00 07:45 06:55 07:45

C2 + R2 09:15 09:30 08:55 09:30 06:55 10:15 08:20 09:45

60

indicado na Tabela 23, o R1 se comportou de forma constante nos três ensaios

realizados.

O aditivo R2 retardou o inicio de pega em média para 08:20 h e seu fim em 09:45

h. O interessante nos três ensaios foi que no 3º ensaio, Figura 15, houve uma

amplitude acentuada entre seu início e fim de pega, o que não se verificou nos

dois primeiros, onde ficaram constantes os tempos.

Figura 15 – 3º ensaio do cimento C2 com o retardador R2.

61

Cimento C3.

Tabela 20- Tempos de pega do cimento C3 e aditivos

Matriz

Tempos

1º ensaio 2 º ensaio 3º ensaio Média

Início (h) Fim (h) Início (h) Fim (h) Início(h) Fim (h) Início (h) Fim (h)

C3 02:25 03:00 02:30 03:15 03:00 03:30 02:40 03:15

C3 + A1 00:25 00:45 00:20 01:00 00:35 01:00 00:25 01:00

C3 + A2 02:15 02:30 02:25 03:15 01:45 03:00 02:10 03:00

C3 + R1 05:40 06:30 05:20 08:45 05:35 07:20 05:30 07:30

C3 + R2 07:15 09:45 06:30 09:45 07:10 08:45 07:00 09:30

Na Tabela acima, verifica-se que o cimento C3 tem seu início de pega com

02:40h, com fim em 03:15h, na adição do aditivo A1 sua pega é acelerada para

25 minutos e fim com em 01:00h, podendo considerar que existiu uma

compatibilidade entre esses compostos

Na interação entre o aditivo A2 com o cimento C3 não se observou resultados

significativos de tempo, o inicio da pega passou de 02:40h no valor padrão para

02:10h e o fim passou de 03:15h para 03:00h na presença do aditivo A2. Como

ocorreu com o C1 e o C2, não existiu alteração significativa no início e fim dos

tempos de pega da pasta.

62

O cimento C3 na presença do retardador R1 teve seu início de pega retardado

para 05:30h e seu fim de pega para 07:30h, Figura 16.

Figura 16 – Ensaio do cimento C3 com o aditivo R1

O aditivo R2 agiu sobre o cimento C3, conforme pode ser observado na Tabela

24, com início de pega em 07:00h seu fim em 09:30h, valores médios para a

dosagem utilizada.

63

5 - CONSIDERAÇÕES FINAIS E RECOMENDAÇÕES PARA

TRABALHOS FUTUROS.

5.1 - CONCLUSÕES

Os cimentos C1, C2 e C3 com os tempos de pega de valor padrão (média dos

três ensaios sem aditivos) tiveram seus resultados compreendidos nos valores

estabelecidos pelas normas NBR 5735, NBR 5733 e NBR 11578,

respectivamente.

Os fatores que influenciam os tempos de pega são: temperatura, umidade do ar, a

agitação da pasta, composição química do cimento e a finura. Nos ensaios

laboratoriais, os três primeiros fatores foram controlados. Nos ensaios de pega

sem aplicação de aditivos, observamos que a finura encontrada na caracterização

dos cimentos não foi conclusiva, pois o cimento C1, por ser o mais fino entre os

três seria de se esperar que seu tempo de inicio e fim de pega fosse menores,

fato que não ocorreu, ver Tabelas 22, 23 e 24. Deduz-se que provavelmente a

composição química do cimento foi preponderante, pois, é conhecido que os

teores de aluminatos (C3A e C4AF) têm uma influência importante nos tempos de

pega.

Para os dois aceleradores utilizados, o A1 e A2, observou-se que eles reagiram

de forma bem distintas, o A1 reagiu com os cimentos estudados, enquanto que o

A2 não gerou resultados expressivos. O A1 reagiu fortemente com o C3,

resultado considerado como satisfatório, mas é necessário atentar para o fato de

que este tipo de reação libera grande quantidade de calor, podendo causar

fissuras superficiais em concretos e argamassas e também diminuir suas

resistências iniciais, devido não permitir que os cristais de hidratação se

64

organizem de forma compacta. Sendo seu uso controlado para que não ocorram

efeitos negativos com sua utilização.

O A2 não acelerou os tempos de pega dos cimentos, este aditivo não apresentou

compatibilidade com os cimentos CP-II, CP–III e CP-V-ARI-RS estudados. É

importante observar que foi utilizada a dosagem máxima recomendada.

Os retardadores R1 e R2 na utilização com os cimentos C2 e C3 foram bem

avaliados de modo geral, pois os resultados obtidos e mostrados nas Tabelas 23

e 24 foram os esperados. Devemos atentar para a utilização desses aditivos com

o cimento C1, pois, na aplicação do retardador R2 não foi possível obter os

tempos de início e fim de pega dessa combinação, o que demonstrou

incompatibilidade entre os componentes. O aditivo R1 quando aplicado a este

cimento retardou em média 20h o início da pega, e o seu fim de pega se deu em

25h. Estes valores seriam interessantes para utilização em concretagens onde

houvesse um longo tempo entre a interrupção e o reinício dos serviços, evitando

assim a formação de juntas frias. Porém, a pasta sofreu deformações e

esfarelamento quando aplicadas pequenas pressões. Este fato levanta suspeitas

sobre a compatibilidade com o cimento utilizado, o que seria comprovado através

de um ensaio de resistência à compressão do concreto feito com estes materiais,

o que não foi realizado por extrapolar o escopo deste estudo.

Diante dessas análises, podemos verificar a importância do controle tecnológico

destes produtos antes da sua aplicação, já que os resultados mostram

comportamentos diversificados. Alguns aditivos mostram-se compatíveis com a

maioria dos cimentos encontrados no mercado e outros não.

65

5.2 - SUGESTÕES

- Analisar a influência dos aluminatos de cálcio do cimento Portland sobre os

aditivos modificadores de pega.

- Estudar a influência dos aditivos retardadores e aceleradores sobre ganho de

resistência à compressão dos concretos a períodos mais longos.

-Verificar a compatibilidade de todos aditivos modificadores de pega

comercializados na utilização com concretos de cimentos Portland.

66

REFERÊNCIAS: ADRIOLO, F. R. Construções de concreto: Manual de práticas para controle e execução. São Paulo: PINI, 1984. 738p. ADRIOLO, F. R.; SGARBOZA, B. Inspeção e controle de qualidade do concreto. São Paulo: News work, 1993. 572p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND. Guia básico de utilização do cimento Portland. 7ª. ed. São Paulo, 2002. 28p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, Rio de Janeiro. Cimento Portland – Determinação da finura por meio da peneira 75µm (nº 200): MB 3432. Rio de Janeiro, 1991. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, Rio de Janeiro. Cimento Portland comum – Especificação: NBR 5732. Rio de Janeiro, 1991 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, Rio de Janeiro. Cimento Portland de Alta Resistência Inicial - Comum - Especificação: NBR 5733. Rio de Janeiro, 1980. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, Rio de Janeiro. Cimento Portland de Alto Forno - Especificação. Rio de Janeiro, 1991. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, Rio de Janeiro. Cimento Portland composto: NBR 11578. Rio de Janeiro, 1991. BOCCHILE, C. Concreto turbinado. Revista TÉCHNE, novembro/ dezembro, 2000, nº. 49. p 36-41. COUTINHO, A. de S. Fabrico e propriedades do betão, vol.I. Lisboa, 1973. 489p. COUTINHO, A. de S. Fabrico e propriedades do betão, vol.I. Lisboa, 2006. 470p.

67

GIAMMUSSO, S. E. Manual do concreto. São Paulo: PINI, 1992. 161p. GOMES, C. E. M. Propriedades da pasta de cimento Portland com adições do copolímero Va/ Veo Va e fibras de poliamida-Estudo da interface fibra-matriz. Tese de Doutorado. São Carlos, 2005. 200p. LEAL, U. Aditivos - química aplicada. Revista TÉCHNE, dezembro, 2003, nº. 81. p 42-45. MEHTA, P. K. MONTEIRO, P. J. M. Concreto: estrutura, propriedades e materiais. São Paulo: PINI, 1994. 573p. NEVILLE, A. M., Propriedades do Concreto. São Paulo: PINI, 1997. 828p. NM 43- Cimento Portland- Determinação da pasta de consistência normal. 2002 NM 65- Cimento Portland- Determinação do tempo de pega. 2002 PETRUCCI, E. Concreto de cimento Portland. Porto Alegre: Editora Globo, 1982. 307p. SEGRE, N. C. Reutilização de borracha de pneus usados como adição em pasta de cimento/ Tese de doutorado. Campinas, 1999. 92p. TARTUCE, R. Princípios básicos sobre concreto de cimento Portland. São Paulo: PINI, Ibracon, 1990. 107p. VEDACIT. Manual Técnico, 5ª Edição-2005. Disponível em www.vedacit.com.br /Acesso em: julho - agosto 2008. WWW.BASF.com.br/Manual técnico2007/ Acesso em julho-agosto 2008.

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