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Aditivos para materiais cimentícios
PCC 3222
Forças coesivas: aglomeração
Presença de finos e/ou ultrafinos resulta em forças superficiais de
atração eletrostáticas e secundárias (van der Waals)que conferem coesão e pontes de adesão com
superfícies
aglomerados de partículas
(YANG; JENNINGS, 1995)
Forças coesivas
repulsão
Camada de SternCamada Difusa
solução
Energia potencial
distância
Força resultante
Força de atração
Força de repulsão
Ep = Ep atrativa + Rp repulsiva
Forças coesivas
repulsão
Camada de SternCamada Difusa
solução
Energia potencial
distância
Força resultante
Força de atração
Força de repulsão
Reação do ligante (cimento) acentua as forças atrativas
(aumento área específica e da força iônica)
http://www.cementlab.com/cement-art.htm
Reação do ligante (cimento) acentua as forças atrativas
(aumento área específica e da força iônica)
Dispersante
Disperso Aglomerado
Dispersantes e fluidez
Disperso Aglomerado
São obtidos a partir do processo de extração de celulose das madeiras e são conhecidos como lignosulfonatos porque contém uma mistura complexa de produtos provenientes da lignina (20% a 30%), decomposição da celulose, carboidratos e ácidos sulfurosos livres ou sulfatos. São redutores normais de água. Pimeira Geração – Lignosulfonato
São produtos obtidos a partir de técnicas de polimerização a partir da mistura de moléculas de melamina com moléculas de formaldeído, seguida da sulfonatação a partir da adição de bissulfito de sódio no produto intermediário formado. As melaminas permitem a redução de aproximadamente 25% da água de amassamento dos concretos.
Segunda Geração – Melamina
Atualmente são os aditivos mais eficientes para redução da quantidade de água de amassamento dos concretos (cerca de 40%), mantendo a mesma trabalhabilidade. São aditivos que apresentam grandes variações da massa molecular e sua eficiência depende do comprimento das cadeias principais e das ramificações. Sua atuação é sensível ao tipo de cimento e ao tempo de utilização. Terceira Geração – Policarboxilato
HO
CH2
O
OH
HC C
H
SO3H
CH2OH
O
*
HN
N N
N
HN
SO3Na
HN O *
n
* CH2
C
C
O
C
O
C
C
O
O
H3C n CH2CH2(EO)12CH2CH2O
Dispersante
HO
CH2
O
OH
HC C
H
SO3H
CH2OH
O*
HN
N N
N
HN
SO3Na
HN O *
n
* CH2
C
C
O
C
O
C
C
O
O
H3C n CH2CH2(EO)12CH2CH2O
Dispersante repulsão eletrostática
Menos eficiente para cimento
9
Ex. lignosulfonado
Dispersante eletro-estérica
Ex. policarboxilato
Repulsão eletrostática
+
Efeito estérico
Mais eficiente em cimento
Comparação de Diferentes tipos de Dispersantes
Reduzir agua sem perder fluidez
Aumentar a fluidez sem uso de água
• Como o dispersante afeta distância de separação das partículas?
• E o comportamento reológico?
12
Distância de separação
entre partículas
−−=
ofs PVVSAIPS
1
112
Aplicável para a matriz (cimento, filer, água)
−−=
gofgsgPVVSA
MPT1
112
Aplicável para os agregados (areia e brita)
VSA – área superficial volumétrica (m2/cm³) = área superficial (m2/g) x densidade (g/cm³)Vs – fração volumétrica dos sólidosPof – fração de poros no sistema, quando as partículas se encontram acomodadas na condição de máximo empacotamento
Efeito no comportamento reológico
14Quanto adicionar?
Teor ótimo (saturação) de aditivo
• Ensaio de mini-slump
– Realizado em pasta
– Mede o espalhamento
15
0
50
100
150
200
250
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Esp
alh
am
ento
méd
io d
a p
ast
a(m
m)
Teor de aditivo (%, em relação a massa de cimento)
Teor ótimo (saturação) de aditivo
• Funil de Marsh
– Tempo de escoamento da pasta
16
Teor ótimo (saturação) de aditivo
17
A partir do ponto ótimo, não há efeito benéfico.
Só custos e efeitos colaterais.....
Por ensaio reológico (mais preciso)
Excesso de dispersante• Pode ocasionar exsudação
– A água separa dos finos, agregados.
• Outros efeitos colaterais
– Alterar o tempo de endurecimento
– Incorporar mais ar na mistura
– ....
18http://dx.doi.org/10.1590/s1983-41952016000600008
Aditivos são produtos químicos adicionados
ao cimento, à argamassa ou ao concreto,
para modificar uma ou mais propriedades
das misturas cimentícias
As doses de aditivos químicos normalmente variam entre 0,05% e
5% da massa de materiais cimentícios.
Quais outros
aditivos existem
para materiais
cimentícios?
Tipos de Aditivos
• Dispersantes ou redutores de água
• Modificadores de pega
• Incorporadores de Ar
• Modificadores Reológicos ou Espessantes
• Controladores de retração
• Etc.
Cinética hidratação cimento Portland
10 minutos
gelAft
grão
anidro
C3A
C3S
C4AF
“outer”
C-S-H
10 horas
Aft
18 horas
Afm
1-3 dias
“inner”
C-S-H
-14 dias
Scrivener (1989)
Modificadores de Pega
acelerador
retardador
Como se avalia a pega da
pasta de cimento?
Agulha de Le Chatelier. Ensaio impreciso e limitado
para avaliar reação química.
Como avaliar a reação
da pasta de cimento?
Calorímetro de condução isotérmica
Notas de aula PCC 6000. Dr. César Romano
Curva de liberação de calor
cimento
Tempo
Flu
xo
de
calo
rI II III IV Estágio I = em minutos
Estágio II = de minutos à horas (INDUÇÃO
Estágio III = em horas (ACELERAÇÃO)
Estágio IV = em dias
CH
CSH
AFt
AFm
CH→ hidróxido de cálcio = portlandita
CSH→ silicato de cálcio hidratado
AFt → trissulfoaluminato de calcio hidratado =
etringita
AFm → monossulfoaluminato de cálcio hidratado
t2 t3t0
t0 = início da reação de hidratação
t2 = início do período de indução = fim do período de dissolução/precipitação iniciais
t3 = final do período de indução = início da aceleração das reações
t3 - t2 = período de indução
I II III
c1
c1 = máximo calor liberado na etapa de molhagem
t1
t1 = tempo do pico de molhagem, início da dissolução/precipitação
t4
t3 = final do período de aceleração das reações
Cinética hidratação cimento Portland
Modificadores de Pega
0.000
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Flu
xo
de
calo
r (W
/g)
Tempo (h)
Variação do teor de policarboxilato0.00
0.15%
0.35%
0.45%
0.65%
1.00%
Teor de policarboxilato
Tempo de início da indução
Final do período de indução
Tempo no período de indução
Calor total acumulado após
48 horas (%-p) (h:min) (h:min) (h:min) (J/g)
0,00
1:00
2:10 1:10 281 0,15 4:00 3:00 278 0,35 7:05 6:05 272 0,45 8:40 7:40 268 0,65 11:00 10:00 259 1,00 12:30 11:30 246
retardador
Modificadores de Pega
• Aceleradores• Cloreto de Cálcio
(CaCl2.2H2O)• Formiato de cálcio• Trietalonamina• Silicato de sódio• Aluminato de
potássio• Carbonato de Sódio• CSH (seeds)• .....
• Retardadores• Fosfatos
• Açúcares
• Celulósicos
28
Aplicações
• Aceleradores
– Concreto projetado
– Concretagens em clima muito frio
– Necessidade de desmoldagem rápida (pré-fabricação)
• Retardadores
– Concretagens em clima quente
– Grande distância ou tempo entre mistura e aplicação
– .....
29
Mecanismo Químico de Incorporação
Pó de alumínio
http://www.alvarogoulartatelier.kit.net/concreto/concreto.html#
Peça em concreto aerado autoclavado.
Bloco de concreto composto de água,
areia, cimento e pó de alumínio
http://www.cement.org/basics/concreteproducts_acc.asp
22 H2
11AlOOHOH2Al +→+
Incorporadores de Ar
Incorporadores de ArTensoativos
Gerador de espuma
Incorporadores de ArTensoativos
CH3H3C
CH3
H3C
CH3O
O OH
n
Não-iônico - Alquil Fenol Etoxilado
H3C O
SO3-
Aniônico - Lauril sulfato
H3C
N+
Catiônico - Sal de Diamina
NH3+
H
H
N+
CH2COO-
CH3
Anfótero - AmidobetaínaH3C
C
H2N O
ar
ar
arar
ar
ar
cimento
águaAIA
ar
ar
arar
ar
ar
cimento
águaAIA
Incorporadores de ArTensoativos
Bolhas de ar devem ancorar nos grãos
de cimento e estabilizar o conjunto
Ar incorporado sob agitação mecânica
Incorporadores de ArTensoativos
Ar incorporado sob agitação mecânica
sem ar incorporado com ar incorporado
35
Éteres de celulose
plasticidade, coesão,
capacidade lubrificante, retenção de água,
segregação.
a viscosidade da água (formando um gel)
Espessantes
Polímero semissintético solúvel em água
Éteres de celulose
Espessantes
http://www.nneximhouse.com/images/products/cgel.jpg
Gel aquoso
http://momentivefracline.com/assets/images/Fall%202012/Crosslinked%20Gel.jpg
Espessantes
1 (estável) 2 (estável) 3 (instável) 4 (instável)
Imagem
Classificação
Minimizam risco de segregação
Controladores de retraçãoCompensam a retração inevitável do concreto
• Produzindo etringita (sulfato)
• Incorporando ar (agente espumante)
• Gerando gases (pó de alumínio)
• Modificando tensão superficial da água
• Óxido de cálcio transformaem hidróxido de cálcio – CaO - Ca(OH)2
EXPA
NSÃ
OR
ETR
AÇ
ÃO
Aditivos
• Como se comportam as misturas de aditivos?
– Efeitos combinados, imprevisibilidade...
• Eficiência é igual para todos os tipos de cimento?
– Não, adições (teor de fases aluminatos) interferem
– Pode não ter o desempenho esperado....
40
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