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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo
FÁBIO BLAS MASUELA
ESTUDO DA ÁGUA NÃO EVAPORÁVEL NA
HIDRATAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND COM
ESCÓRIA DE ALTO FORNO POR MEIO DE ANÁLISE
TÉRMICA
CAMPINAS
2016
FÁBIO BLAS MASUELA
ESTUDO DA ÁGUA NÃO EVAPORÁVEL NA
HIDRATAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND COM
ESCÓRIA DE ALTO FORNO POR MEIO DE ANÁLISE
TÉRMICA
Dissertação de mestrado apresentada a
Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura
e Urbanismo da Universidade Estadual de
Campinas como parte dos requisitos
exigidos para obtenção do título de Mestre
em Engenharia Civil, na área de
Construção.
Orientadora: Profª. Drª. Gladis Camarini
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA
DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELO ALUNO FÁBIO BLAS
MASUELA E ORIENTADA PELA PROFª. DRª. GLADIS
CAMARINI.
ASSINATURA DA ORIENTADORA
CAMPINAS
2016
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E URBANISMO
ESTUDO DA ÁGUA NÃO EVAPORÁVEL NA HIDRATAÇÃO DO CIMENTO
PORTLAND COM ESCÓRIA DE ALTO FORNO POR MEIO DE ANÁLISE
TÉRMICA
Fábio Blas Masuela
Dissertação de Mestrado aprovada pela Banca Examinadora, constituída por:
Profa. Dra. Gladis Camarini
Presidente e Orientadora/FEC-UNICAMP
Prof. Dr. Paulo José Rocha de Albuquerque
FEC-UNICAMP
Profa. Dra. Mônica Pinto Barbosa
PUC-Campinas
A Ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se
no processo de vida acadêmica do aluno.
Campinas, 29 de Setembro de 2016
AGRADECIMENTOS
A Deus, por mais esta oportunidade de aprendizado e crescimento pessoal.
À minha orientadora Profa. Dra. Gladis Camarini, pela oportunidade de
crescimento e aprendizado dados a mim, ampliando meu conhecimento e por ter
contribuído muito pela ampliação do meu conhecimento.
À Faculdade de Engenharia de Sorocaba, FACENS, ao Laboratório de
Ensaios de Materiais (LEMAT) e aos alunos e funcionários, à Engª Karina Leonetti
Lopes, à Engª Aline Heloá de Souza que contribuíram para a realização de diversas
etapas deste trabalho.
Ao Prof. Dr. José Antônio de Milito, Coordenador do curso de Engenharia Civil
da Faculdade de Engenharia de Sorocaba, pelo apoio e incentivo, e por ser
importante mediador para a realização deste trabalho.
Ao Laboratório de Materiais de Construção (LMC), da Faculdade de
Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo (FEC) e ao Laboratório de Recursos
Analíticos e de Calibração (LRAC) da Faculdade de Engenharia Química (FEQ),
ambos da UNICAMP.
A toda minha família, em especial aos meus pais, Ari e Sandra, pelo apoio,
incentivo, amor e exemplo.
À minha namorada Daiana, pelo apoio e força.
Aos meus amigos e colegas pelo apoio, pelas conversas e risadas.
RESUMO
O concreto de cimento Portland é um dos materiais mais utilizado no mundo. Neste
aspecto é de interesse técnico conhecer os mecanismos da cinética de hidratação
do cimento Portland, uma vez que, atualmente, o mercado consome cada vez mais
cimento Portland com adições minerais. O presente trabalho teve por objetivo
investigar a água não evaporável e o grau de hidratação do cimento Portland com
adição de escória de alto forno em temperaturas de cura de 20 °C, 40 °C e 60°C em
pastas e argamassas com relações água/cimento 0,3 e 0,5. Os cimentos utilizados
foram CP II E, CP III e CP V ARI de dois fabricantes, avaliados nas idades de 7, 28 e
90 dias. Para as pastas de cimento, foram realizados os ensaios de perda ao fogo a
600 °C e a 1000 °C, e análise termogravimetrica, ambos para obtenção da água não
evaporável do cimento Portland. Para as argamassas foram ensaiadas a resistência
à compressão e permeabilidade ao ar. De acordo com os resultados obtidos, os
cimentos Portland com adições de escória de alto-forno apresentaram velocidade de
reação inferior aos demais cimentos; entretanto, quando submetidos à cura térmica,
apresentaram maior resistência à compressão. A análise estatística mostrou que
há pouca divergência entre os dois fabricantes e conclui-se que é possível
determinar o grau de hidratação por meio do ensaio de perda ao fogo a 600 °C e a
1000 °C.
Palavras-chave: Grau de hidratação, Cimento Portland, Escória de Alto-forno, Cura
Térmica, Água não Evaporável.
ABSTRACT
The Portland cement concrete is one of the most commonly used material worldwide.
In this sense, it is of technical interest to learn about the mechanisms of hydration
kinetics of Portland cement, since the market is currently consuming more and more
Portland cement with mineral additions. The purpose of this work was to investigate
the contents of non-evaporable water and the degree of hydration of Portland cement
with addition of blast furnace slag at curing temperatures of 20°C, 40°C and 60°C for
pastes and mortars with water/cement ratios of 0.3 and 0.5. The CP II E, CP III and
CP V ARI cements from two manufacturers were studied at the ages of 7, 28 and 90
days. For cement pastes, the tests of loss on ignition were analyzed at 600°C and at
1,000°C, as well as thermogravimetric analysis to get the non-evaporable water
contents in Portland cement. For mortars, it were made compressive strength and air
permeability tests. According to the obtained results, the speed of reaction of
Portland cements with blast furnace slag additions was lower than that the ones
without slag. However, when exposed to thermal curing, these cements have higher
values of compressive strength. The statistical analysis has shown that there is little
divergence between both manufacturers, and the conclusion is that it is possible to
determine the degree of hydration by means of loss on ignition test at 600°C and at
1,000°C.
Keywords: Degree of hydration, Portland Cement, Blast Furnace Slag, Thermal
Curing, Non-evaporable water.
LISTA DE FIGURA
Figura 2.1 – Ensaio de Calorimetria do C3S .............................................................. 25
Figura 2.2 – Comparação do grau de hidratação entre o C3S e C2S em função do
tempo..........................................................................................................................27
Figura 2.3 – Desenvolvimento da microestrutura durante a hidratação do cimento
Portland .................................................................................................................... 31
Figura 2.4 – A) CaO-Al2O3-SiO2 diagrama ternário de materiais do cimento. B) As
fases dos hidratos do sistema CaO-Al2O3-SiO2 ........................................................ 33
Figura 4.1 – Influência das condições de cura na resistência à compressão do
concreto .................................................................................................................... 51
Figura 5.1 – Abordagem experimental ...................................................................... 55
Figura 5.2 – Aparelho de Vicat e as pastas em moldes com tampa .......................... 58
Figura 5.3 – Esquema do tamanho das amostras ..................................................... 60
Figura 5.4 – Esquema do aparelho de permeabilidade ao ar .................................... 61
Figura 5.5 – Amostras de pasta na mufla .................................................................. 63
Figura 5.6 – Analisador termogravimétrico ................................................................ 64
Figura 6.1 – Resultados de Wn de F1 aos 7 e 28 dias com cura a 20 °C para PF a
600 °C e 1000 °C ...................................................................................................... 67
Figura 6.2 - Resultados de Wn de F1 aos 7 e 28 dias com cura a 40 °C para PF a
600 °C e 1000 °C ...................................................................................................... 68
Figura 6.3 – Resultados de Wn de F1 aos 7 e 28 dias com cura a 60 °C para PF a
600 °C e a 1000 °C ................................................................................................... 69
Figura 6.4 – Resultados de Wn de F2 aos 7 e 28 dias com cura a 20 °C para PF a
600 °C e a 1000 °C ................................................................................................... 71
Figura 6.5 – Resultados de Wn de F2 aos 7 e 28 dias com cura a 40 °C para PF a
600 °C e a 1000 °C ................................................................................................... 72
Figura 6.6 – Resultados de Wn de F2 aos 7 e 28 dias com cura a 60 °C para PF a
600 °C e a 1000 °C ................................................................................................... 73
Figura 6.7 – Gráfico de quantidade de F1=F2 x resultados dos ensaios de PF ........ 76
Figura 6.8 – Resultados de TG aos 28 dias com cura a 40 °C ................................. 77
Figura 6.9 – Comparação das técnicas de ensaio de TG e PF para os cimentos ..... 78
Figura 6.10 – Resultados de "x" em função de Wn ................................................... 79
Figura 6.11 – Resultado de resistência a compressão dos cimentos do Fabricante 1
com relação a/c 0,3 ................................................................................................... 81
Figura 6.12 – Resultado de resistência à compressão dos cimentos do Fabricante 1
com relação a/c 0,5 ................................................................................................... 83
Figura 6.13 – Resultado de resistência à compressão dos cimentos do Fabricante 2
com relação a/c 0,3 ................................................................................................... 85
Figura 6.14 – Resultado de resistência à compressão dos cimentos do Fabricante 2
com relação a/c 0,5 ................................................................................................... 87
Figura 6.15 – Resultado de Permeabilidade ao ar para os cimentos do Fabricante 1
com relação a/c 0,5 ................................................................................................... 88
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 – Teores dos compostos do cimento Portland de alto-forno....................35
Tabela 5.1 – Composição química dos cimentos Portland ....................................... .56
Tabela 5.2 – Propriedades físicas dos cimentos Portland ........................................ .56
Tabela 5.3 – Composição dos cimentos Portland conforme ABNT .......................... .57
LISTA DE QUADROS
Quadro 2.1 – Reações no processo de produção do clínquer .................................. 22
Quadro 2.2 – Limites usuais de óxidos do Cimento Portland .................................... 22
Quadro 2.3 – Compostos potenciais do Cimento Portland ....................................... 23
Quadro 2.4 – Sequência da hidratação do C3S ......................................................... 26
Quadro 3.1 – Transformação da pasta de cimento submetida a elevadas
temperaturas ............................................................................................................. 44
Quadro 3.2 – Comparativo entre região de transformação da pasta de cimento
submetidos a elevadas temperaturas ........................................................................ 45
Quadro 4.1 – Períodos mínimos de cura recomendados para concretos de cimento
Portland ..................................................................................................................... 52
Quadro 4.2 – Fatores de correção para os períodos mínimos de cura dos
concretos ................................................................................................................... 52
Quadro 5.1 – Pastas e temperatura de cura ............................................................. 58
Quadro 5.2 – Corpos de prova do ensaio de permeabilidade ao ar .......................... 62
Quadro 6.1 – Comparação das temperaturas de PF ................................................. 74
Quadro 6.2 – Comparação entre os fabricantes ........................................................ 75
LISTA DE SIMBOLOS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
água/cimento Relação água/cimento em massa
Al2O3 Óxido de alumínio
A Óxido de alumínio
AFt Fase Etringita
AFm Fase Monosulfato
a/c Relação água/cimento (em massa)
CO2 Dióxido de carbono (gás carbônico)
CaO Óxido de cálcio
C Óxido de cálcio
CaCO3 Carbonato de Cálcio (Calcário)
Ca(OH)2 Hidróxido de cálcio (portlandita)
CH Hidróxido de cálcio (portlandita)
Ca/Si Relação cálcio/silício
CaSO4.2H2O Sulfato de cálcio di-hidratado (gipsita)
C-S-H Silicato de cálcio hidratado
C-A-S-H Silicato de cálcio hidratado com alumínio incorporado
CP Cimento Portland
CP II E Cimento Portland composto com escória de alto-forno
CP III Cimento Portland com escória de alto-forno
CP V ARI Cimento Portland de alta resistência inicial
Fe2O3 Óxido de ferro
F Óxido de ferro
Fss Fase Ferrita
F1 Fabricante 1
F2 Fabricante 2
LDH Região de desidratação
LDX Região de desidroxilação
LDC Região de descarbonatação
MgO Óxido de magnésio
M Óxido de magnésio
PF Perda ao fogo
SiO2 Óxido de silício
S Óxido de silício
SO3 Trióxido de enxofre
S Enxofre
H2O Água
H Água
TG Termogravimétrica
t Tempo em dias
UR Umidade relativa do ar
3CaO.SiO2 Silicato tricálcico
2CaO.SiO2 Silicato dicálcico
3CaO.Al2O3 Aluminato tricálcio
4CaO.Al2O3.Fe2O3 Ferroaluminatotetracálcico
C3S Silicato tricálcico
C2S Silicato dicálcico
C3A Aluminato tricálcio
C4AF Ferroaluminatotetracálcico
Ca3Al2O6.3CaSO4.32H2O Etringita
C6AS3H32 Etringita
C4ASH18 Monosulfato
Wn Água não evaporável obtida por ensaio
Wn7 Água não evaporável obtida por ensaio na idade de 7 dias
Wn28 Água não evaporável obtida por ensaio na idade de 28 dias
Wn90 Água não evaporável obtida por ensaio na idade de 90 dias
x Valor teórico de água não evaporável
α Grau de hidratação
ϴ Temperatura de cura
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 16
1.1 Justificativa ....................................................................................................... 17
1.2 Objetivo Geral .................................................................................................... 18
1.3 Objetivos Específicos ...................................................................................... 18
1.4 Delimitação ....................................................................................................... 19
1.5 Estrutura do Trabalho ...................................................................................... 20
2. CIMENTO PORTLAND ......................................................................................... 21
2.1 Matérias-Primas, Produção e Compostos Potenciais .................................... 21
2.2 Hidratação do Cimento Portland ...................................................................... 24
2.2.1 Hidratação dos silicatos .................................................................................... 24
2.2.2 Hidratação dos aluminatos ............................................................................... 28
2.2.3 Desenvolvimento da microestrutura ................................................................. 29
2.3 Cimento Portland com Adição Mineral ............................................................ 32
2.3.1 Cimento Portland com escória de alto-forno .................................................... 34
3. GRAU DE HIDRATAÇÃO ..................................................................................... 37
3.1 Influência da Composição Química do Cimento e Presença de Adições
Minerais .................................................................................................................... 38
3.2 Influência da Finura do Cimento ...................................................................... 39
3.3 Influência da Relação Água/Cimento............................................................... 40
3.4 Influência da Temperatura de Cura ................................................................. 42
3.5 Determinação do Grau de Hidratação Por Meio de Técnicas Para
Determinação da Água Não Evaporável ................................................................ 43
4. CURA .................................................................................................................... 49
4.1 Cura Úmida ........................................................................................................ 50
4.2 Cura Térmica ..................................................................................................... 53
5. MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................... 55
5.1 Materiais ............................................................................................................. 56
5.1.1 Misturas experimentais e cura .......................................................................... 57
5.2 Métodos de Ensaios .......................................................................................... 59
5.2.1 Resistência à compressão ............................................................................... 59
5.2.2 Permeabilidade ao ar ....................................................................................... 59
5.2.3 Perda ao fogo ................................................................................................... 62
5.2.4 Análise termogravimétrica ................................................................................ 63
5.2.5 Determinação da água não evaporável teórica ("x") ........................................ 64
5.3 Análise Estatística ............................................................................................. 65
6. RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................ 66
6.1 Análise da Água Não Evaporável no Ensaio de Perda ao Fogo .................... 66
6.1.1 Fabricante 1 ..................................................................................................... 66
6.1.2 Fabricante 2 ..................................................................................................... 70
6.1.3 Comparação entre as temperaturas de perda ao fogo a 600 °C a 1000 °C ..... 74
6.1.4 Comparação entre os fabricantes .................................................................... 75
6.2 Análise da Água Não Evaporável no Ensaio de Termogravimetria .............. 77
6.3 Água Não Evaporável Teórica ("x") / Grau de Hidratação ............................. 79
6.4 Resistência à Compressão ............................................................................... 80
6.4.1 Fabricante 1 - a/c 0,3........................................................................................ 80
6.4.2 Fabricante 1 - a/c 0,5........................................................................................ 82
6.4.3 Fabricante 2 - a/c 0,3........................................................................................ 84
6.4.4 Fabricante 2 - a/c 0,5........................................................................................ 86
6.5 Permeabilidade ao Ar da Argamassa .............................................................. 88
7. CONCLUSÕES ..................................................................................................... 90
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 93
APÊNDICE ............................................................................................................. 101
Apêndice A ............................................................................................................ 102
Apêndice B ............................................................................................................. 105
Apêndice C ............................................................................................................. 107
Apêndice D ............................................................................................................. 109
Apêndice E ............................................................................................................. 111
Apêndice F ............................................................................................................. 113
Apêndice G ............................................................................................................ 116
Apêndice H ............................................................................................................. 118
Apêndice I .............................................................................................................. 123
16
1. INTRODUÇÃO
O conhecimento das propriedades do cimento é de fundamental
importância para compreender os mecanismos de hidratação, a fim de que se
desenvolvam novos produtos que proporcionem redução do impacto ambiental e
melhor qualidade (SCRIVENER; NONAT, 2011).
A construção civil consome grande quantidade de recursos naturais,
sendo o concreto o maior responsável desta indústria por isso. O cimento utilizado
no concreto libera aproximadamente 1t de CO2 por tonelada de clínquer produzido,
assim contribui em torno de 6% do total de CO2 emitido anualmente na atmosfera
(ISAIA; GASTALDINI, 2004).
O gás CO2 é o principal causador do efeito estufa que contribui para o
aquecimento do planeta. Para amenizar a emissão desse gás é crescente o estudo
de adição mineral em cimentos para concreto e argamassa. Estes materiais
proporcionam uma redução de emissão de CO2 por tonelada de material cimentício
por se tratar de um processo que gasta menos energia, além de ser um meio de
utilizar subprodutos de outros processos industriais (LOTHENBACH et al., 2011).
O uso de adições minerais em cimentos é grande, em especial a escória
de alto-forno. A escória de alto-forno no passado já representou um custo para a
indústria siderúrgica, uma vez que era necessário realizar o descarte desse material.
No entanto, com o avanço dos estudos (CAMARINI; CINCOTTO, 1995; CAMARINI,
1995; CHEN, 2007; LOTHENBACH et al., 2011; SAJEDI; RAZAK, 2011; KOLANI et
al., 2012), a escória se tornou um importante insumo na indústria cimenteira,
utilizado como adição ao cimento Portland proporcionando resultados satisfatórios
de resistência mecânica e durabilidade.
Apesar de a escória de alto-forno melhorar as propriedades mecânicas e
a durabilidade do cimento, seu uso deve ser criterioso pois tais características são
desenvolvidas lentamente. Para isso, o emprego da cura térmica vem se
consolidando para acelerar a reação de hidratação para cimento Portland com
escória de alto forno (CAMARINI; CINCOTTO, 1995; BARBOSA et al., 2005;
CAMARINI, 2011).
17
A escória de alto forno não pode interferir na qualidade do cimento
Portland em diferentes fabricantes a fim de não apresentar divergências nos
produtos finais. Tais divergências dos resultados podem ocorrer por influência da
composição química, finura, relação a/c e temperatura de cura.
Uma forma eficiente de analisar às influências do grau de hidratação do
cimento Portland é estudar a quantidade de água não evaporável por meio de
análises térmicas (HUANHAI, 1993; LAM; WONG; POON, 2000; AMEN, 2011;
NARMLUK; NAWA, 2011). É importante que as técnicas para controle da qualidade
dos produtos hidratados sejam rápidas e eficientes para que o andamento das obras
não dependa desses resultados.
O respeito às normas de projetos, execução e manutenção das estruturas
de concreto devem ser levadas em conta (HANAI, 2005). Desta forma, o mercado
consumidor espera novas tecnologias do cimento e que as construções apresentem
desempenho durável com longo período de vida útil (SCRIVENER; KIRKPATRICK,
2008).
1.1 Justificativa
O interesse em estudar a hidratação do cimento abrange tanto o campo
acadêmico como o prático. Do ponto de vista acadêmico há uma busca pelo
entendimento de fenômenos químicos e microestruturais que influenciam na
hidratação do cimento, pois estas características são complexas e interdependentes.
O prático é pelo crescente consumo de cimentos com adições minerais motivados
pela busca de materiais sustentáveis, econômicos e principalmente duráveis.
A escolha do tema foi motivada pela importância que o cimento Portland
com escória de alto-forno proporciona na durabilidade das construções, além de
estar associado aos aspectos de sustentabilidade. A suspeita de divergência da
qualidade de cimento Portland de diferentes fabricantes também motivou este
estudo. Divergência entre fabricantes que podem ser influenciada pela composição
química dos cimentos, finura, relação a/c e temperatura de cura.
Para este trabalho foram selecionados três cimentos, de dois fabricantes,
foi para verificar a influência da quantidade de escória de alto forno no cimento
Portland. Assim, foram utilizados cimentos com diferentes quantidades de escória: o
18
cimento CP V é o cimento sem adição, o CP II E é o cimento com quantidade
intermediária e o CP III o cimento com maior teor de escória de alto forno.
A relação a/c 0,3 refere-se aos valores mínimos necessários para
hidratação da pasta de consistência normal e a relação a/c 0,5 representa o valor
comum utilizado na produção do concreto. Além das relações a/c, a escolha de três
temperaturas de cura para simular ambientes distintos de utilização. Temperatura de
cura a 20 °C como temperatura ambiente normal, 40 °C para simular temperatura
presente em dias de sol nas obras brasileiras e 60 °C a fim de verificar a técnica de
cura térmica, além de ser possível tais temperaturas atingirem os materiais em sua
execução.
As influências no desenvolvimento da hidratação podem ser comparadas
e identificadas na determinação do grau de hidratação. Para isto, foi escolhida a
técnica de perda ao fogo a 600 °C e a 1000 °C para obtenção da água não
evaporável e consequentemente o grau de hidratação.
1.2 Objetivo Geral
O objetivo deste trabalho experimental foi comparar as influências na
água não evaporável para determinar o grau de hidratação do cimento Portland com
escória de alto forno por meio de análises térmicas.
1.3 Objetivos Específicos
a) Avaliar as propriedades físicas e mecânicas das pastas e argamassas,
para as relações água/cimento de 0,3 e 0,5;
b) Analisar os valores de água não evaporável por meio de ensaios de
determinação de perda ao fogo a 600 °C e a 1000 °C, e também com
ensaios de termogravimetria;
19
c) Comparar os resultados de água não evaporável entre as idades, as
temperaturas de perda ao fogo, as relações a/c, as temperaturas de cura e
os diferentes cimentos de dois fabricantes;
d) Avaliar a eficiência do ensaio de perda ao fogo a 600 °C em relação a
perda ao fogo a 1000 °C e a termogravimetria;
e) Avaliar as diferenças do grau de hidratação existentes entre os mesmos
tipos de cimento produzidos por diferentes fabricantes.
1.4 Delimitação
Para a realização do trabalho, escolheu-se três tipos de cimento de dois
fabricantes. O cimento CP V - ARI (CP V) como cimento de referência, ou seja, sem
adição de escória de alto-forno. O cimento CP II - E 40 (CP II E) por limitar sua
adição de escória em 34% de sua massa, e o cimento CP III 40 RS (CP III) por ter
até 70% de escória de alto-forno. Todos estes cimentos são usualmente utilizados
nas construções.
Avaliou-se a água não evaporável por meio dos ensaios de perda ao fogo
para pastas de cimento nas idades de 7 e 28 dias. Para corroborar com este ensaio,
foi realizado o ensaio de termogravimetria para um tipo de pasta para os três
cimentos na idade de 28 dias.
O trabalho limitou-se às relações a/c de 0,3 e 0,5 para as pastas e
argamassas para os três cimentos dos dois fabricantes.
As pastas foram utilizadas para os ensaios de perda ao fogo e
termogravimetria, e as argamassas de resistência à compressão e permeabilidade.
Para todos os casos, pastas e argamassas foram ensaiadas em
recipientes fechados e expostos em temperatura de cura de 20 °C, 40 °C e 60 °C
por vinte e quatro horas, após inicio da pega. Passado este processo, as amostras
permaneceram em câmera úmida até a data dos ensaios.
20
1.5 Estrutura do Trabalho
Este trabalho inicia-se com a Introdução (Capítulo 1), onde foram
apresentadas as considerações iniciais, a justificativa, os objetivos e a delimitação
para realização do trabalho.
No Capítulo 2, é feita uma revisão sobre o Cimento Portland, a matéria
prima para sua produção, o processo de produção, seus compostos potenciais e seu
mecanismo de hidratação. Também é apresentado o desenvolvimento da hidratação
para o Cimento Portland com escória de alto-forno.
O Capítulo 3 aborda os aspectos do grau de hidratação do Cimento
Portland, desde fatores que influenciam o grau de hidratação até as técnicas para
determinação do mesmo.
No Capítulo 4, encerram-se os capítulos da revisão da literatura
descrevendo sobre o processo de cura para hidratação do Cimento Portland. São
apresentados os tipos de cura e a importância de se conhecer as técnicas de cura
úmida e térmica.
No Capítulo 5, apresenta-se a metodologia empregada para avaliação
das propriedades dos diferentes tipos de Cimento Portland, descrição dos métodos
de ensaio, procedimentos e equipamentos que foram utilizados durante a realização
desta pesquisa.
No Capítulo 6, são discutidos e analisados os resultados experimentais
dos ensaios realizados de PF, TG, resistência à compressão e permeabilidade ao ar.
Essas propriedades são avaliadas em função da relação a/c, temperatura de cura,
teor de escória e idade de hidratação, para os dois fabricantes, F1 e F2, além de
serem realizadas comparações entre elas. Por meio de análise estatística é feita a
comparação entre os cimentos dos dois fabricantes, e também a relação entre as
técnicas de PF e TG para determinar o grau de hidratação.
No Capítulo 7, são apresentadas as conclusões.
21
2. CIMENTO PORTLAND
A indústria cimenteira no Brasil inicia-se no começo do século XX com
uma pequena produção que com o passar do tempo foi se consolidando e tornou-se
importante para a economia do pais. Nos anos 70 a indústria foi impulsionada ao
crescimento em um cenário conhecido como “milagre econômico”, na qual triplicou a
produção do cimento neste período. Um novo ciclo de crescimento é registrado a
partir do ano de 2004 até 2013, tornando o Brasil o sexto maior produtor e o quarto
maior consumidor de cimento no mundo (KIHARA; VISEDO, 2014).
2.1 Matérias-Primas, Produção e Compostos Potenciais
O cimento Portland é um aglomerante hidráulico produzido por meio da
calcinação da mistura do calcário e argila, ou outros materiais similares e
suficientemente reativos, a uma temperatura de 1450 °C (TAYLOR, 1990). O
Calcário (CaCO3) é a fonte de óxido de cálcio do cimento. A argila é a fonte de sílica
(SiO2), óxido de alumínio (Al2O3) e óxidos ferrosos (Fe2O3), sendo estas as principais
matérias primas do cimento (RAMACHANDRAN, 2002). Esses materiais moídos e
calcinados sofrem uma fusão incipiente formando um novo material conhecido como
clínquer (NEVILLE, 1997).
Na produção do clínquer ocorrem as seguintes reações e transformações
conforme Quadro 2.1.
22
Quadro 2.1 - Reações no processo de produção do clínquer
Temperatura Reações / Transformações
100 °C Liberação de água livre
750 °C Zona de pré-aquecimento: Liberação de água fortemente ligada a argila
750 °C -1000 °C Zona de calcinação: Dissociação do carbonato de cálcio
1000 °C - 1450 °C
Fusão parcial da mistura: Formação do silicato tricálcico e silicato dicálcico do clínquer
1450 °C - 1300 °C
Zona de esfriamento: Formação do aluminato tricálcico e ferroaluminato tetracálcico
Fonte: Adaptado de Ramachandran, 2002.
No final do processo de produção do cimento Portland, após o
resfriamento, ocorre a moagem do clínquer em partículas menores que 75 μm
misturado com até 5% de gipsita com a finalidade de controle inicial da pega do
cimento Portland (MEHTA; MONTEIRO, 2008). Um fator tão importante quanto as
proporções dos compostos presentes no clínquer é a finura do cimento Portland.
Normalmente, quanto mais fino o cimento, mais rápidas as reações. Admite-se que
partículas maiores que 45μm são difíceis de hidratar e partículas maiores que 75μm
nunca se hidratam completamente (MEHTA; MONTEIRO, 2008).
As abreviações apresentadas no Quadro 2.2 são de uso particular no
estudo da química do cimento. Conhecida a porcentagem dos óxidos do cimento
(Quadro 2.2), é possível estimar a quantidade de compostos do cimento Portland
através das equações de Bogue (MEHTA; MONTEIRO, 2008). O Quadro 2.2 a
seguir apresenta os limites usuais de óxidos do cimento Portland.
Quadro 2.2 - Limites usuais de óxidos do Cimentos Portland
Óxidos Abreviação Teor (%)
CaO C 60 – 67
SiO2 S 17 - 25
Al2O3 A 3 - 8
Fe2O3 F 0,5 – 0,6
MgO M 0,5 – 4,0
SO3 S 2,0 – 3,5
Fonte: Neville,1997.
23
O clínquer é formado por novos compostos denominados de compostos
potenciais. são eles: Silicato tricálcico (C3S), silicato dicálcico (C2S), aluminato
tricálcico (C3A) e o ferroaluminato tetracálcico (C4AF) (Quadro 2.3) (LEA, 2004). Há
no clínquer outros compostos (óxidos de magnésio, óxidos de cálcio, compostos
alcalinos e sulfatos), mas em menor quantidade. Essa ocorrência, muitas vezes, se
dá devido à presença de impurezas dos principais constituintes ou pela
transformação indevida em alguma etapa da produção do clínquer
(RAMACHANDRAN, 2002).
Quadro 2.3 - Compostos Potenciais do Cimento Portland
Nome do Composto Composição em
óxidos Abreviação
Massa cimento (%)
Silicato tricálcico 3CaO.SiO2 C3S 50 - 70
Silicato dicálcico 2CaO.SiO2 C2S 15 - 30
Aluminato tricálcico 3CaO.Al2O3 C3A 5 - 10
Ferroaluminatotetracálcico 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 5 - 15
Fonte: Lea, 2004.
O C3S, também conhecido como Alita, é o composto mais importante de
todos no clínquer do cimento Portland. Este reage relativamente rápido com a água
e é o principal responsável pela resistência durante as quatro primeiras semanas
(NEVILLE; BROOKS, 2013).
O C2S, conhecido como Belita, reage lentamente com a água,
contribuindo pouco para o desenvolvimento da resistência durante os primeiros 28
dias, mas contribui consideravelmente para o aumento da resistência em idades
mais avançadas. Após um ano, as resistências obtidas pela Alita e Belita podem ser
comparáveis (TAYLOR, 1990).
O Aluminato tricálcico (C3A) reage rapidamente com a água e pode
causar características indesejáveis ao produto hidratado. Para que isso não ocorra é
adicionado a gipsita para manter o controle da pega (LEA, 2004).
O Ferroaluminatotetracálcico (C4AF) reage com a água e apresenta
característica variável, devido às diferenças de composições (TAYLOR, 1990).
24
2.2 Hidratação do Cimento Portland
A hidratação do cimento Portland ocorre quando um composto anidro é
misturado com água. Os produtos hidratados deverão atender às necessidades de
engenharia, tais como resistência mecânica e estabilidade de volume (JUILLAND,
2009). A reação dos constituintes do cimento Portland com a água (hidratação) está
associada com mudanças químicas, físicas e mecânicas do material em estágios de
início da pega e endurecimento (LEA, 2004).
Os principais produtos provenientes da hidratação são os silicatos de
cálcio e aluminato hidratados. Os aluminatos hidratam mais rapidamente em vista
dos silicatos (MEHTA; MONTEIRO, 2008). Segundo Mehta e Monteiro (2008),
devido à rápida reação dos aluminatos, os mesmos são responsáveis pelo
enrijecimento e pela pega. Já os silicatos, que correspondem a 75% do clínquer,
influenciam na característica de resistência mecânica do cimento.
Em contato com ar úmido, o cimento Portland pode iniciar sua hidratação
parcial, enquanto que, para sua completa hidratação, é necessária uma quantidade
suficiente de água (LEA, 2004). Esta quantidade de água misturada ao cimento
forma a pasta, onde ocorre a pega e o endurecimento (TAYLOR, 1990).
A pega refere-se a uma perda súbita de plasticidade original em poucas
horas sem o desenvolvimento expressivo de resistência mecânica (LEA, 2004),
enquanto que o endurecimento trata-se do ganho de resistência à compressão do
material em um processo lento e continuo até quando houver material anidro e água
para as reações (TAYLOR, 1990).
2.2.1 Hidratação dos Silicatos
Os silicatos do cimento Portland, C3S e C2S produzem, na hidratação,
silicatos de cálcio hidratados estruturalmente semelhantes. Porém, as relações
cálcio/sílica e o teor de água quimicamente combinadas são desproporcionais entre
as reações dos silicatos com a água. Assim, apresentarão diferenças pós-hidratação
quanto à suas características físicas (MEHTA; MONTEIRO, 2008).
25
A reação do C3S é bem complexa, mas pode ser resumida (Equação 2.1)
e sua melhor compreensão pode ocorrer por meio da análise do ensaio de
calorimetria (Figura 2.1).
(2.1)
A hidratação do C3S é exclusivamente exotérmica, sua curva de
calorimetria (Figura 2.1) é dividida em cinco fases, que representam as etapas da
velocidade de reação (GARTNER et al., 2002). A duração de cada etapa varia em
função das características físicas e químicas do composto.
Figura 2.1 – Ensaio de Calorimetria do C3S
Fonte: Adaptado de GARTNER et al., 2002.
As fases 0 e I são conhecidas como o período de pré indução, ou fase
inicial, ocorrem imediatamente quando há o contato do C3S com a água, havendo
uma intensa liberação de calor com duração de poucos minutos (LEA, 2004). A
elevada atividade é atribuída à dissolução do C3S na água (BISHNOI; SCRIVENER,
2009). Esta rápida evolução pode durar entre 15 a 20 minutos (RAMACHANDRAN,
2002).
A fase II, chamada de período de indução, apresenta o mínimo da curva
de calor, com início do crescimento do C-S-H (GARTNER et al., 2002). Este período
é conhecido como período de dormência e pode levar algumas horas, nesta fase o
cimento permanece plástico com boa trabalhabilidade (RAMACHANDRAN, 2002).
26
Este período é de extrema importância prática nos canteiros de obra, pois
proporciona um tempo para que o concreto ou argamassa sejam transportados e
lançados antes de endurecer (SCRIVENER; NONAT, 2011).
Na fase III, a reação de hidratação acontece de forma ativa, chegando ao
ápice da curva de calor, este período é definido de aceleração (RAMACHANDRAN,
2002). Ocorrem a nucleação e o crescimento do C-S-H (BULLARD et al., 2011).
Após atingir a velocidade máxima de hidratação, inicia-se um período de
desaceleração (fase IV) de forma gradual, desta maneira, o C3S que não reagiu
passa a ser consumido gradualmente (LEA, 2004). A transição da fase IV e V
representa a redução da taxa do grau de hidratação, este declínio é constante e
lento, e pode levar anos (GARTNER et al., 2002). A sequência de hidratação do C3S
pode ser verificada no Quadro 2.4 a seguir:
Quadro 2.4 - Sequência da hidratação do C3S
Fases das reações
Correspondentes fases na produção
do concreto Processo químico
0. Reação rápida inicial
Primeiro contato com a água
Hidrólise de superfície e liberação de íons em
solução
I. Primeira desaceleração
Mistura Formação de C3S,
retardando a dissolução
II. Período de indução
Transporte e lançamento
Retardo da Nucleação dos hidratos finais; consumo lento de
"retardadores"
III. Período de aceleração
Pega, início da cura Crescimento acelerado dos principais produtos
de hidratação
IV. Segunda desaceleração
Cura, desforma
Crescimento contínuo dos produtos de
hidratação em grandes espaços vazios
V Reação final lenta
Endurecimento lento e contínuo, enquanto
a cura úmida continua
Densificação gradual da microestrutura em torno
do C3S residual não hidratado;
recristalização do CH Fonte: Adaptado de GARTNER et al., 2002.
O C3S hidrata a uma velocidade maior que o C2S. Na presença da gipsita,
o C3S começa a hidratar após uma hora da adição de água ao cimento. Este
contribui para o final da pega e início da resistência da pasta. A gipsita tem o
27
objetivo de retardar a hidratação dos aluminatos e, em contrapartida, há uma
aceleração na hidratação do C3S (MEHTA; MONTEIRO, 2008).
Da mesma forma que no processo de hidratação do C3S, existem
incertezas envolvidas na determinação da estequiometria da fase C-S-H encontrada
na hidratação do C2S (Equação 2.2) (RAMACHANDRAN, 2002; MEHTA;
MONTEIRO, 2008).
(2.2)
A quantidade de CH formado nesta reação é menor do que a produzida
na hidratação do C3S (Equação 2.1). O C2S reage mais lentamente do que o C3S, a
diferença no grau de hidratação entre os dois compostos podem ser visto na Figura
2.2, nota-se que o C3S é muito mais reativo que o C2S (RAMACHANDRAN, 2002).
Figura 2.2 – Comparação do grau de hidratação entre C3S e C2S em função do
tempo
Fonte: Adaptado de RAMACHANDRAN, 2002.
Continuando a comparação entre os dois silicatos, é possível dividir as
mesmas seis fases do C3S (Figura 2.1) para o C2S. As Fases 0 e I são semelhantes,
28
sugerindo que o processo de liberação de calor ocorre ao primeiro contato com a
água, e início do primeiro período de desaceleração (GARTNER et al., 2002).
O período de indução do C2S é maior, começando na fase II e
estendendo-se até a III, podendo durar de 9h a 20 dias. Esta extensa fase III faz
com que os períodos das fases III a V sejam diferentes entre os silicatos, com
formação do C-S-H em idades mais avançadas (GARTNER et al., 2002).
2.2.2 Hidratação dos Aluminatos
Na maioria dos cimentos, os aluminatos tricálcicos (C3A) presentes se
encontram em menor quantidade em vista de outros compostos, cerca de 4 a 11%
(RAMACHANDRAN, 2002). Porém, sua estrutura e comportamento no cimento são
aspectos importantes a serem estudados (NEVILLE, 1997).
A reação do C3A puro com a água é rápida. Com grande liberação de
calor, formam-se imediatamente hidratos cristalinos, tais como C3AH6, C4AH9 e
C2AH8 (LEA, 2004). Para que se tenha utilidade na construção civil, essa reação
rápida precisa ser desacelerada de alguma forma. Normalmente, tem-se esse
retardo com a presença de gipsita (CaSO4.2H2O) e, desta maneira, as reações de
hidratação do C3A individual não têm a mesma importância quanto a desse material
junto à gipsita (RAMACHANDRAN, 2002).
O C3A tem pouca influência na resistência do cimento Portland e a sua
presença pode ser considerada indesejável. Entretanto, esse composto é importante
na fabricação do cimento Portland, uma vez que ele atua no forno como fundente,
reduzindo a temperatura de calcinação do clínquer e facilitando a combinação da cal
com a sílica (NEVILLE, 1997).
Os produtos da hidratação do C3A são o trissulfoaluminato de cálcio
hidratado ou o monossulfoaluminato de cálcio hidratado (RAMACHANDRAN, 2002).
O primeiro a se cristalizar é a etringita (C6AS3H32), em forma de agulhas prismáticas.
Em seguida, forma-se o monossulfaluminato de cálcio (C4ASH18), cristaliza-se como
placas hexagonais delgadas (LEA, 2004).
Nas reações do cimento Portland, é conveniente verificar o C3A em
conjunto com o C4AF, pois os produtos formados pelos dois, quando reagem com a
água e na presença de sulfatos, são estruturalmente semelhantes. Um exemplo da
29
reação do C4AF com sulfato na hidratação são os produtos C6A(F)S3H32 ou
C4A(F)SH18, que têm estrutura similar à etringita e ao monossulfoaluminato,
respectivamente, apesar de terem composições químicas diferentes (MEHTA;
MONTEIRO, 2008).
2.2.3 Desenvolvimento da Microestrutura
As características da microestrutura das pastas de cimento têm muitas
semelhanças com as pastas de C3S. Assim, é conveniente considerar o processo
em início, meio e final do período de hidratação (TAYLOR, 1990). A razão de se
estudar o C3S está no fato de que esse constituinte representa a maior parte do
cimento Portland, como visto anteriormente (RAMACHANDRAN et al., 2002).
O C3S tende a dominar o período de hidratação inicial que corresponde
ao desenvolvimento de resistência, pois é o principal componente pela formação de
silicato de cálcio hidratado (C-S-H), o principal produto da hidratação (BULLARD et
al., 2011). A Figura 2.3 representa o desenvolvimento da microestrutura de um grão
de cimento elaborado por Scrivener (1984 apud Juilland, 2009).
Nos instantes iniciais (Figura 2.3 a), os aluminatos (C3A) reagem com a
gipsita, assim formando um gel amorfo na superfície do grão do cimento, e então
começam a formar os cristais de etringita (TAYLOR, 1990). Neste período, acontece
uma rápida reação exotérmica do C3S com a água, e o calor é liberado pela
dissolução do C3S (BULLARD et al., 2011).
Em seguida ao instante inicial (Figura 2.3 b), a hidratação desacelera e
começa o período de indução (TAYLOR, 1990). Esta desaceleração é causada pela
rápida formação de uma camada fina, porém contínua e metaestável de uma fase de
silicato de cálcio hidratado chamado de C-S-H(m), que bloqueia a superfície
restringindo o seu acesso à água ou limitando a difusão ao separar os íons internos
com a superfície (JENNINGS; PRATT, 1979). A hipótese de barreira metaestável
implica que o hidrato metaestável isola a alita subjacente a partir da solução que, em
seguida, entra em equilíbrio com o hidrato.
Há outro ponto de vista, no qual se forma uma camada de íons hidroxila
na superfície do C3S em contato com a água. Desta forma, a dissolução dos íons a
partir desta camada ocorre mais lentamente em vista do esperado para um mineral
30
com solução altamente subsaturada (BARRET; MÉNÉTRIER, 1980; BARRET et al.,
1983).
Garrault-Gauffinet e Nonat (1999) acrescentam que as reações iniciais
são baseadas em um equilíbrio de estado estacionário entre dissolução lenta de C3S
e crescimento inicialmente lento do C-S-H. De acordo com estes autores, a
superfície do C3S tem uma solubilidade aparente menor do que a esperada para o
mesmo, e a taxa de dissolução decresce muito rapidamente quando aumenta a
concentração do hidróxido de cálcio. Quando forma uma solução de supersaturação,
o C-S-H nucleia-se rapidamente em superfície de C3S e começa a crescer
lentamente devido a pequena área de superfície inicial. O crescimento de C-S-H
diminui a concentração de silicato na solução e, assim, aumenta a razão Ca/Si na
solução. Dentro de minutos é estabelecida uma solução supersaturada para o C-S-H
e subsaturada para o C3S.
31
Figura 2.3 – Desenvolvimento da microestrutura durante a hidratação do cimento Portland
Fonte: Adaptado de Scrivener, 1984 apud Juilland, 2009.
32
Bullard et al. (2011) complementam afirmando que a desaceleração na
superfície do C3S encontra-se coberto de forma significativa com C-S-H precipitado,
de modo que a taxa de dissolução por unidade de área pode ser rápida, porém, no
geral, a taxa de dissolução é baixa.
Após o período indução, da ordem de três horas, inicia-se uma nova
reação acelerada (Figura 2.3 c), com o desenvolvimento do C-S-H (ALLEN et al.,
1987; TAYLOR, 1990; JENNINGS et al., 2007). Ao final do período de aceleração
(Figura 2.3 d), o C3S produz um gel externo de C-S-H, crescendo a partir das hastes
de etringita e não diretamente das partículas de C3S. Portanto, na fase inicial da
reação, os íons de silicato devem migrar através dos aluminatos e compostos ricos
em ferro para formar o C-S-H (TAYLOR, 1990).
No período de desaceleração (Figura 2.3 e), o C3A continua a reagir com
a gipsita, formando os bastões de etringita. A malha de etringita e o C-S-H formam
uma camada hidratante a 1μm da superfície do C3S anidro. Dentro desta camada,
forma-se uma pequena quantidade de “C3S interno”, próximo à superfície dos grãos
de C3S, diminuindo a distância de 1μm entre a camada hidratante e o C3S anidro
(TAYLOR, 1990).
Após 15 dias de hidratação (Figura 2.3 f), a distância entre a camada
hidratante e o grão de C3S é completamente preenchida com C-S-H, e o “C-S-H
externo” torna-se mais fibroso (TAYLOR,1990).
2.3 Cimento Portland com Adição Mineral
O uso de adições minerais em cimentos para concreto e argamassa é
amplamente utilizado atualmente. O uso de tais materiais leva a uma redução de
emissão de CO2 por tonelada de material cimentício por se tratar de um processo
que gasta menos energia, além de ser um meio de utilizar subprodutos de outros
processos industriais (LOTHENBACH et al., 2011).
A Figura 2.4 A apresenta um diagrama dos compostos do cimento. Nesta
Figura os diferentes tipos de cimento dentro do diagrama ficam posicionados em
função do percentual de massa dos principais composto que representa o ternário
de CaO-Al2O3-SiO2. Nela pode-se constatar que os cimentos com adições minerais
geralmente apresentam uma característica química com teor de cálcio (vértice
33
inferior esquerdo do triângulo) menor que o cimento Portland sem adições. A
resistência e a durabilidade do produto hidratado sofrerão influência por parte
dessas adições (SCRIVENER; NONAT, 2011).
A Figura 2.4 B mostra esquematicamente as fases dos hidratos formados
no sistema CaO-SiO2-Al2O3. Uma característica importante desse diagrama
apresenta às possibilidades de formação de C-S-H no cimento, sendo a fase mais
importante do cimento hidratado (LOTHENBACH et al., 2011).
Figura 2.4 – A) CaO-Al2O3-SiO2 diagrama ternário de materiais do cimento. B) As
fases dos hidratos do sistema CaO-Al2O3-SiO2
Fonte: Adaptado de Lothenbach et al., 2011.
O silicato de cálcio hidratado de cimentos Portland com adições é
diferente quando comparado com o cimento Portland comum (LOTHENBACH et al.,
2011). Em estruturas de C-S-H que incorporam o alumínio (C-A-S-H), uma estrutura
semelhante à tobermorita é mantida. Os limites apresentados na Figura 2.4 são uma
34
aproximação das possíveis soluções, principalmente a incorporação de alumina,
sendo que estas não são muito bem conhecidas (LOTHENBACH et al., 2011).
Os cimentos Portland com adições minerais têm a hidratação mais lenta
comparada ao cimento convencional, isto porque as adições minerais reagem com o
hidróxido de cálcio (reação pozolânica) (METHA; MONTEIRO, 2008). Inicialmente,
essa reação é lenta, pois a falta de disponibilidade de hidróxido de cálcio reduz a
velocidade de hidratação, uma vez que a reação da adição mineral depende da
concentração de hidróxido de cálcio (MOSTAFA; BROWN, 2005). A reação consome
os óxidos de cálcio ao invés de produzi-los, colaborando com a durabilidade
(DITTRICH et al., 2014). Além disso, a finura das adições realiza o preenchimento
dos poros (efeito fíler) contribuindo com a resistência e a impermeabilidade do
produto hidratado (METHA; MONTEIRO, 2008).
2.3.1 Cimento Portland com Escória de Alto-Forno
A escória de alto-forno é um resíduo não metálico proveniente da
produção do ferro-gusa. O ferro-gusa é produzido em altos-fornos de unidades
industriais, nas quais se separam as impurezas dos óxidos contidos nos minerais de
ferro. As escórias se formam pela fusão das impurezas do minério de ferro,
juntamente com a adição de fundentes (calcário e dolomita) e as cinzas do coque.
Em seguida, as impurezas são resfriadas e irão formar o que é conhecido como
escória de alto-forno (KIHARA; CENTURIONI, 2005).
O resfriamento das escórias de alto forno pode ser brusco ou lento. O
resfriamento lento irá formar fases cristalinas nas escórias e, assim, perderão suas
propriedades cimentantes (MARTINS, 2001). Quando o resfriamento ocorre
bruscamente, com água fria ao sair do alto-forno, não há tempo suficiente para a
formação dos cristais, resultando em um material predominantemente amorfo e
potencialmente reativo. Assim, são moídos para aumentar a reatividade e ser
utilizado como adição mineral em substituição do clínquer, uma vez que apresentam
propriedades hidráulicas latentes (KOLANI et al., 2012).
A utilização de escória na fabricação do cimento Portland traz vários
benefícios socioeconômicos e ecológicos, visto que a produção de escória gasta
90% menos de energia comparado com a fabricação do clínquer (COSTA JR, 2010).
35
O cimento Portand com escória de alto-forno pode obter maior impermeabilidade e
durabilidade em vista do cimento Portland comum por adquirir uma matriz com
menores espaços capilares (MEHTA; MONTEIRO, 2008).
A produção de cimento de escória de alto-forno, no Brasil, segue as
exigências da norma NBR 5435 (ABNT, 1991), a qual tem como sigla CP III e
variação dos componentes conforme Tabela 2.1.
Tabela 2.1 - Teores dos compostos do cimento Portland de alto-forno
Sigla Classe de Resistência
(MPa)
Componentes (% em massa)
Clínquer +
gipsita
Escória granulada de alto forno
Massa carbonática
CP III
25
65-25 35-70 0-5 32
40 Fonte: Adaptado da NBR 5735 (ABNT,1991).
Os principais componentes da escória de alto-forno são os mesmos
encontrados no cimento Portland (Figura 2.4) (SCRIVENER; NONAT, 2011). As
escórias de alto forno podem ser classificadas de acordo com a relação Ca/Si, e sua
reatividade é influenciada pelo grau de vitrificação, finura, composição química e
mineralógica (CHEN, 2007). Estas influências juntamente com a proporção de
escória adicionada ao cimento Portland e a temperatura de cura interfere no grau de
hidratação do cimento Portland com escória de alto-forno (LIN; MEYER, 2009).
A finura pode proporcionar uma reação mais rápida. Entretanto para o
cimento Portland com escória de alto forno, a finura contribui para formação de um
produto hidratado com microestrutura mais densa, contribuindo para resistência a
compressão em longo prazo (MEHTA; MONTEIRO, 2008).
O aumento da proporção de escória adicionada no cimento faz com que o
calor de hidratação e a resistência à compressão inicial diminuam, pois a escória
hidrata lentamente; por outro lado, eleva a resistência a sulfatos e agentes químicos.
A lenta reação de hidratação prolonga o tempo de cura necessário para o cimento
Portland (NEVILLE; BROOKS, 2013). Para suprir essa hidratação lenta inicial, é
necessário acelerar as reações que podem ocorrer por métodos de ativação
mecânica, química e térmica (SAJEDI; RAZAK, 2011).
36
A ativação mecânica se refere à finura da escória de alto-forno ser maior
que a do cimento, e a ativação química a alguns produtos químicos com finalidade
de ativar o potencial de reatividade dos compostos presentes na escória (SAJEDI;
RAZAK, 2011). Na escória de alto forno, o clínquer atua como um ativador químico e
a cura térmica como ativador térmico (CAMARINI; CINCOTTO, 1995; CAMARINI,
1995).
A ativação térmica é um dos melhores métodos aplicáveis para acelerar
as reações de hidratação do cimento Portland, sendo geralmente utilizado em
fábricas de pré-moldados, e a aplicação das temperaturas de cura até 80 °C não
afetam a microestrutura (SAJEDI; RAZAK, 2010). Este processo acelera as reações
aumentando a velocidade de dissolução dos constituintes anidros do clínquer,
favorecendo a formação dos compostos hidratados e acelerando o processo de
endurecimento das pastas (CAMARINI; CINCOTTO, 1995; BARBOSA et al., 2005;
CAMARINI, 2011).
O cimento Portland com escória de alto-forno é recomendado para obras
de concreto com grande volume de concreto-massa por causa do seu baixo calor de
hidratação. Podem ser utilizados em concreto ou argamassas que necessitem de
resistência ao sulfato ou água do mar (NEVILLE; BROOKS, 2013). Normalmente, as
fábricas desse cimento são em locais onde há grande disponibilidade da escória
como matéria prima.
Neste capítulo foram abordados os temas relevantes para o estudo do
cimento Portland, sua hidratação e características do aglomerante com adições
minerais. Tais aspectos são de fundamental importância para o estudo do cimento
Portland. A seguir serão abordados o conceito do grau de hidratação do cimento
Portland e suas principais influências, que complementam o entendimento do estudo
da hidratação do cimento Portland.
37
3. GRAU DE HIDRATAÇÃO
O mecanismo de hidratação é um fenômeno complexo que ocorre pelas
reações dos compostos do cimento anidro (C3S, C2S, C3A C4AF) com a água
(BULLARD et al., 2011), ocorrendo de forma interdependente (SCRIVENER;
NONAT, 2011).
Em modelos simplificados é comum definir os processos de hidratação
em um grau global de hidratação (DARQUENNES et al., 2013). Este grau de
hidratação global é a razão entre o teor de cimento hidratado pelo teor de cimento
anidro inicial (SHAFIQ, 2011). É um parâmetro que permite acompanhar os
processos físicos e químicos da hidratação do cimento e é representado por “α“
(DARQUENNES et al., 2013).
A determinação do grau de hidratação auxilia no estudo e controle de
qualidade dos produtos a base de cimento. É possível compreender o
desenvolvimento da resistência mecânica por meio do grau de hidratação, pois
ambos estão associados à idade dos materiais do cimento (LAM et al., 2000).
Os fenômenos que ocorrem na hidratação do cimento, tais como
desenvolvimento de resistência, geração de calor, estabilidade dimensional são
resultados de processos mecânicos, físicos e químicos (LIN; MEYER, 2009). O
conhecimento desses processos é fundamental para o estudo do grau de hidratação
do cimento Portland, sendo influenciado pelos seguintes fatores (LEA, 2004):
- composição química do cimento e presença de aditivos químicos e adições
minerais;
- finura do cimento, principalmente, pela sua distribuição de tamanho de partículas e
superfície específica;
- relação a/c utilizada na pasta;
- temperatura de cura;
Esses fatores serão discutidos a seguir.
38
3.1 Influência da Composição Química do Cimento e Presença de Adições
Minerais
A composição química do cimento Portland é o fator mais importante e
complexo para o estudo da hidratação do cimento, pois as fases constituintes
individuais podem ter taxas de reações diferentes, devido à variedade dos
compostos e tipos de cimento. Para isto, é determinado o grau de hidratação com o
objetivo de identificar e simular essas interações complexas (LIN; MEYER, 2009).
Em cimentos compostos, as adições podem participar nas reações de
hidratação e contribuir para produtos hidratados. Há dois grupos que normalmente
são utilizados para adições: os materiais pozolânicos e potencialmente hidráulicos
(ESCALANTE-GARCIA; SHARP, 2004). Os materiais pozolânicos reagem com os
hidróxidos de cálcio que são produzidos na hidratação do cimento e os materiais
hidráulicos possuem características semelhantes às reações de hidratação do
cimento, entretanto necessitam de um ativador mecânico, químico ou térmico para
sua reação (SAJEDI; RAZAK, 2011). O interesse na utilização desses materiais está
nas vantagens econômica, ambiental e tecnológica que esses produtos podem
proporcionar (ESCALANTE-GARCÍA; SHARP, 1998).
As principais influências na cinética de hidratação do cimento com
adições minerais é o efeito de diluição e o de nucleação heterogênea (LAWRENCE;
CYR; RINGOT, 2003). Há um aumento da relação água/aglomerante no efeito de
diluição, por causa da diminuição da quantidade de cimento e menor quantidade de
cimento hidratado (MONTEAGUDO et al., 2014). A nucleação heterogênea está
relacionada às novas partículas que favorecem a reação química; assim, aspectos
como distribuição do tamanho de partículas e da composição mineralógica das
adições tem influência na hidratação (LAWRENCE; CYR; RINGOT, 2003).
Cimento Portland com adição de calcário pode influenciar na aceleração
das reações iniciais de hidratação e permitir a formação de monocarbonato,
estabilizando a etringita (LOTHENBACH et al., 2008). O efeito estabilizador do
calcário na etringita é observado em sistemas a base de gipsita e calcita (KUZEL;
PÖLLMANN, 1991), e em cimento Portland contendo apenas calcita (BONAVETTI et
al., 2001).
A utilidade de uma escória para o cimento Portland depende
principalmente de sua reatividade, sendo as principais influências a composição
39
química e a estrutura vítrea (GRUSKOVNJAK et al., 2008). O conhecimento dos
efeitos físicos e químicos das composições químicas das escórias e dos ativadores
sobre o mecanismo de hidratação proporciona concretos com melhor desempenho
mecânico e durabilidade (HAHA et al., 2012).
Os cimentos supersulfatados têm uma resistência ao ataque de sulfato e
um menor calor de hidratação em relação ao cimento Portland comum
(GRUSKOVNJAK et al., 2008). Escórias altamente básicas reagem apenas na
presença da gipsita e, para escória com baixo teor de CaO é necessário um ativador
adicional, como a portlandita (GRUSKOVNJAK et al., 2008).
3.2 Influência da Finura do Cimento
A finura do cimento é outro fator que influencia no grau de hidratação pois
melhora a reatividade do aglomerante. Uma elevada finura proporciona maior
superfície de contato com a água. Portanto haverá uma maior taxa de hidratação
(LIN; MEYER, 2009). Como a hidratação se inicia na superfície do cimento, uma
finura elevada terá consequência na velocidade da hidratação. Desta forma, para
uma evolução rápida da resistência é preciso um cimento fino; porém, a longo prazo
as resistências se igualam (TERMKHAJORNKIT; BARBARULO, 2012).
Os cimentos de alta resistência inicial se diferem principalmente pela
finura maior em relação aos demais cimentos (METHA; MONTEIRO, 2008). Com
maior finura tem-se um aumento significativo da resistência entre os períodos de 10h
a 20h, mantendo essa diferença até o 28º dia (NEVILLE, 1997). Na idade de 2 a 3
meses, na mesma condição de cura úmida, as resistências dos cimentos se igualam.
Mas ao longo do tempo tem-se o aumento da resistência do cimento com menor
finura ultrapassando o de maior finura (NEVILLE, 1997).
Os cimentos compostos com filler, uma moagem fina de calcário,
contribuem com propriedades físicas do cimento, uma vez que o filler precisa ter
aproximadamente a mesma finura do cimento Portland (NEVILLE, 1997). As
influências nas pastas são principalmente na trabalhabilidade, densidade,
permeabilidade, capilaridade, exsudação ou tendência à fissuração (LOTHENBACH
et al., 2008). Quando utilizada uma adição mineral com uma elevada finura no
cimento Portland, a adição atua como micro enchimento nas partículas do cimento,
40
podendo reduzir a quantidade de água nos vazios preenchidos pelo material (QING
et al., 2007).
O grau de hidratação inicial é fortemente afetado pelo tamanho das
partículas de cimento (MASOERO et al., 2014). Com o aumento da finura, o fim do
período de indução e o tempo do segundo pico de liberação de calor são reduzidos
(LIU et al., 2015). Apesar de ser esperada uma aceleração devido a maior
quantidade de pontos de nucleação, o grau de hidratação inicial não deve alterar o
volume disponível para a precipitação (MASOERO et al., 2014). E para partículas
que não hidrataram, a taxa de dissolução da superfície é independente do tamanho
inicial da mesma (TERMKHAJORNKIT; BARBARULO, 2012).
3.3 Influência da Relação Água/Cimento
Na hidratação do cimento Portland, a relação a/c tem uma influência
direta no desempenho dos produtos cimentícios (BENTZ, 2006). É comum nos
canteiros de obras a adição de água no concreto sem respeitar os parâmetros da
NBR 6118 (ANBT, 2014), o que acarreta em uma relação a/c acima do especificado
para melhorar a trabalhabilidade do material. Entretanto, essa adição de água pode
ocasionar a segregação dos agregados e reduzir o desempenho, tanto da
resistência mecânica quanto da durabilidade (KIM et al., 2014). Neste aspecto, há
mudança no grau de hidratação por conta da alteração da relação a/c (BENTZ,
2006).
A proporção elevada da relação a/c aumenta a velocidade de hidratação
no período médio de hidratação. Entretanto, retarda a hidratação em períodos
iniciais (LIN; MEYER, 2009). Maior relação a/c resulta em menor resistência à
compressão (ZHANG et al., 2015), pois a água que não é consumida na reação de
hidratação produz maior quantidade de poros, o que leva à redução desta
propriedade (KIM et al., 2014).
O aumento da relação a/c proporciona um enfraquecimento da matriz da
pasta de cimento devido ao aumento da porosidade e consequente redução da
resistência (METHA; MONTEIRO, 2008). A influência da relação a/c na resistência
do concreto é expressa na lei de Abrams onde a relação a/c é inversamente
proporcional à resistência do concreto (METHA; MONTEIRO, 2008; NEVILLE, 1997).
41
Otimizar a quantidade de água a ser misturada no cimento é uma das
principais medidas de resistência e durabilidade do concreto (RAY et al., 2015). Em
um processo onde há aumento da relação a/c, pode ocorrer um aumento de
permeabilidade, uma vez que essas adições podem aumentar a quantidade de
poros no cimento (WANG et al., 2015). A porosidade desempenha um papel
importante no transporte de massa e é considerado um índice de durabilidade (KIM
et al., 2014).
Apesar da relação a/c ser uma das principais causas que influencia na
resistência do concreto, ela também afeta a cinética de hidratação do cimento (HU et
al., 2014; MASOERO et al.; 2014). Considerando um ponto de equilíbrio entre
desempenho e trabalhabilidade, tem-se a relação a/c de 0,4 que satisfaz estes
requisitos, segundo Zhang et al. (2015).
Teoricamente, o cimento Portland com relação a/c entre 0,35 - 0,40 irá
hidratar-se completamente. Contudo, essas relações não são suficientes quando o
cimento apresenta em seu interior baixa umidade relativa (LIN; MEYER, 2009;
RAMACHANDRAN et al., 2002). Os produtos de hidratação ao redor das partículas
de cimento anidro evitam a hidratação se não houver água livre suficiente nos
macroporos (JESEN, 1995).
Ray et al. (2015) trabalharam com pastas de cimento Portland com
relação a/c de 0,3, 0,4, 0,5 e 0,6, assim definiram que as relações a/c 0,4 e 0,5
apresentam reações de hidratação mais controladas que formam um nível de
otimização de produtos de hidratação desejado. Kim et al. (2014) trabalharam com
argamassa de cimento com relação a/c 0,45 e 0,60, e notaram que a relação a/c
0,45 apresentou melhores resultados de durabilidade em vista da relação a/c 0,6.
Estudos experimentais permitem definir o grau de hidratação último (αu)
do cimento em função da relação a/c (Equação 3.1) (MILLS, 1966 apud LIN;
MEYER, 2009, p. 256). O grau de hidratação último é o valor máximo obtido para o
grau de hidratação de um cimento Portland, o que corresponde à máxima
combinação entre os compostos anidros com a água.
(3.1)
42
3.4 Influência da Temperatura de Cura
As temperaturas de cura influenciam na cinética de hidratação do cimento
com efeitos benéficos e maléficos, dependendo do procedimento adotado.
Temperaturas mais elevadas proporcionam aumento de resistências iniciais. Por
outro lado, podem proporcionar estruturas mais porosas com maior permeabilidade
e, consequentemente, uma menor durabilidade (CAMARINI; CINCOTTO, 1995;
NEVILLE, 1997; LIN; MEYER, 2009; CECCONELLO; TUTIKIAN, 2012).
A causa para o aumento da velocidade da hidratação do cimento em
função do aumento de temperatura de cura está na influência da temperatura na
cinética das reações químicas, proporcionando dissolução e taxas de nucleação ou
precipitação e difusão dos hidratos em torno de grãos de cimento anidros mais
rápidas (TERMKHAJORNKIT; BARBARULO, 2012).
A influência da temperatura está presente desde o lançamento do
concreto, por isso a importância da manutenção da temperatura do concreto fresco
em concretagens em dias de temperaturas elevadas (CECCONELLO; TUTIKIAN
2012). A rápida hidratação inicial, causada pelas elevadas temperaturas, forma um
material mais poroso, pois ocorre uma distribuição não uniforme no gel de cimento
modificando sua microestrutura (ESCALANTE-GARCÍA; SHARP, 1998).
Com uma temperatura inicial alta, os produtos de hidratação não têm
tempo de se afastarem dos grãos de cimento para uma precipitação uniforme nos
espaços intersticiais (NEVILLE; BROOKS, 2013). Desta forma, há proximidade dos
grãos de cimento com os produtos hidratados, um processo que retarda a hidratação
subsequente, e, consequentemente, um ganho de resistência em longo prazo
(NEVILLE; BROOKS, 2013).
Em baixas temperaturas de cura no concreto, o material adquire
resistência mecânica lentamente. Cecconello e Tutikian (2012) compararam
temperaturas de cura entre 0 °C a 25°C por 7 dias e verificaram que temperaturas
superiores a 20 °C adquirem maior resistência até o 7º dia de cura, entretanto o
concreto com cura a 0 °C obteve a maior resistência em 28 dias.
A energia de ativação não exerce tanta influência após o 7º dia de cura. O
desempenho superior para peças curadas em baixa temperatura justifica-se pelo
atraso do início das reações de hidratação, colaborando com a boa formação da
matriz do cimento (NEVILLE, 1997; MEHTA; MONTEIRO, 2008).
43
As reações de hidratação dos compostos do cimento Portland, por serem
lentas, necessitam da manutenção suficiente da temperatura de cura para
proporcionar a energia de ativação necessária para as reações, permitindo que o
processo de desenvolvimento de resistência ocorra naturalmente (MEHTA;
MONTEIRO, 2008).
As temperaturas de cura mais elevadas favorecem a reação pozolânica,
resultando em menores quantidades de formação de portlandita (ESCALANTE-
GARCIA; SHARP, 2004). Quando a temperatura aumenta de 20 °C para 50 °C,
acelera as reações pozolânicas, e a 50 °C a portlandita não tem tempo para se
formar devido à rápida formação do C-S-H (DE WINDT et al., 2014).
Escalante-Garcia e Sharp (2004) verificaram que na microestrutura das
pastas de cimento pozolânicos curados a 60 °C, a quantidade de hidróxido de cálcio
foi inferior do que argamassas curadas a 10 °C. Nos casos das temperaturas mais
elevadas, a dissolução mais rápida da cristobalita e montmorilonita produz um
fornecimento rápido de sílica na solução disponível para formação do C-S-H (DE
WINDT et al., 2014).
Camarini e Cincotto (1995) estudaram o efeito da cura térmica na
resistência de argamassas de cimentos Portland comum e de alto forno, nas quais
submeteram as amostras em ciclos de cura térmica a 60 °C, 80 °C e 95 °C.
Verificaram que um cimento com escória de alto forno submetido a cura térmica
apresenta resultados mais vantajosos que o cimento Portland comum. E concluíram
que a temperatura de cura se faz necessária apenas na fase inicial das reações,
após esse período o aquecimento das amostras é desnecessário.
3.5 Determinação do Grau de Hidratação Por Meio de Técnicas Para
Determinação da Água Não Evaporável
A cinética de hidratação do cimento Portland está relacionada com a
idade do cimento ou com o grau de hidratação, ou com ambos (TAYLOR, 1990).
Pode-se determinar a evolução da hidratação do cimento das seguintes formas
(NEVILLE, 1997):
- quantidade de Ca(OH)2 na pasta;
- calor desenvolvido na hidratação;
44
- quantidade de água não evaporável (Wn);
- quantidade de cimento não hidratado.
Foram realizados vários estudos para definir hidratação, por meio de
modelos teóricos e ensaios experimentais (HUANHAI, 1993; LAM; WONG; POON,
2000; SCRIVENER et al., 2004; CHEN et al., 2007; WANG; LEE, 2010; WANG; LEE,
2012; NARMLUK; NAWA, 2011; AMEN, 2011; WANG et al., 2012;). Dentre os
ensaios experimentais para a determinação do grau de hidratação, o ensaio de
determinação da Wn pela técnica da termogravimetria (TG) e perda ao fogo (PF) são
amplamente utilizados.
A TG é uma técnica que mede a perda progressiva de massa de uma
amostra à medida que é aquecida a uma velocidade controlada (RAMACHANDRAN
et al., 2002). Desta maneira, pode-se analisar as perdas de massas que ocorrem
nas pastas e concretos de cimentos submetidas a elevadas temperaturas (Quadro
3.1)
Quadro 3.1 - Transformação da pasta de cimento submetida a elevadas temperaturas
Faixa de temperatura Transformações na pasta de cimento
30 °C e 105 °C Liberação da água evaporável. Toda a água evaporável é
eliminada até 120 °C
110 °C e 170 °C Decomposição da gipsita e da etringita (perda de água).
Perda de água de parte do aluminato hidratado.
180 °C e 300 °C Perda de água da decomposição do C-S-H e do
carboaluminato hidratado.
450 °C e 550 °C Perda de água da portlandita (CH = CaOH).
700 °C e 900 °C Descarbonatação do CaCO3, liberando CO2 (fíler,
carbonatação da pasta ou do agregado). Fonte: Adaptado de Alarcon-Ruiz et al., 2005.
Pane e Hanses (2005) e Bhatty (1986) definiram a perda de massa em
três partes: a região de desidratação (LDH), desidroxilação (LDX) e
descarbonatação (LDC). Nas duas primeiras ocorre a perda de praticamente toda
água quimicamente combinada (água não evaporável) e na LDC ocorre a perda de
CO2 do calcário presente no cimento. As temperaturas nessas regiões podem ser
vistas no Quadro 3.2.
45
Quadro 3.2 - Comparativo entre região de transformação da pasta de cimento submetidos a elevadas temperaturas
Região de transformação
Bhatty (1986) Pane e Hanses
(2005) Alarcon-Ruiz et al. (2005)
Taylor (1990)
LDH 105 °C a 440
°C 140 °C a 440 °C
105 °C a 450 °C
105 °C a 370 °C
LDX 440 °C a 580
°C 440 °C a 520 °C
450 °C a 550 °C
370 °C a 580 °C
LDC 580 °C a 1000
°C 520 °C a 1100 °C
550 °C a 900 °C
580 °C a 1000 °C
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
Apesar de serem conhecidas e classificadas as faixas de temperatura, há
na literatura trabalhos que determinam a água não evaporável pelo ensaio de perda
ao fogo submetendo pastas de cimento Portland a temperaturas de 900 °C a 1000
°C para obtenção do grau de hidratação (HUANHAI, 1993; LAM; WONG; POON,
2000; AMEN, 2011; NARMLUK; NAWA, 2011).
Monteagudo et al. (2014) trabalharam com cimentos com adições e
analisaram as perdas de massa para medir a quantidade de água não evaporável
nas regiões de temperatura descritas por Pane e Hanses (2005) (Equação 3.2) e
Bhatty (1986) (Equação 3.3):
(3.2)
Sendo:
- LDH – Perda de massa da região de desidratação, faixa de temperatura de 140 °C
a 440 °C.
- LDX – Perda de massa da região de desidroxilação, faixa de temperatura de 440
°C a 520 °C.
- LDC – Perda de massa da região de descarbonatação, faixa de temperatura de
520 °C a 1100 °C.
- LDCa – Perda de massa para o cimento anidro na faixa de temperatura de 520 °C
a 1100 °C.
(3.3)
46
Sendo:
- LDH – Perda de massa da região de desidratação, faixa de temperatura de 105 °C
a 440 °C.
- LDX – Perda de massa da região de desidroxilação, faixa de temperatura de 440
°C a 580 °C.
- LDC – Perda de massa da região de descarbonatação, faixa de temperatura de
580 °C a 1000 °C.
Na Equação 3.3, o método relata que 0,41 é o fator de conversão para
calcular a água quimicamente combinada derivada da portlandita calcinada. As
Equações 3.4 e 3.5 apresentam as reações que ocorrem durante a carbonatação do
hidróxido de cálcio (CH) e depois a decomposição de carbonatos. O valor de 0,41 é
equivalente a dividir os pesos moleculares de H2O e CO2 (Equação 3.6)
(MONTEAGUDO et al., 2014)
(3.4)
(3.5)
(3.6)
Outra forma de se definir a Wn é pelo ensaio de PF. Neste caso, calcula-
se primeiramente a PF na faixa de temperatura que ocorre a perda da água
quimicamente combinada (Equação 3.7) (ABNT, 2012). Assim, tem-se que Wn=PF
(AMEN, 2011).
(3.7)
47
Sendo:
- m1 – massa inicial da amostra, em gramas;
- m2 – massa final da amostra após calcinação, em gramas.
A NBR NM 18 (ABNT, 2012) acrescenta outro método para determinação
da perda ao fogo para cimento com adição de escória granulada de alto-forno na
faixa de temperatura de 900 °C a 1000 °C . Há duas equações, uma considerando a
correção do sulfeto (Equação 3.8) e a outra considerando a variação do teor de
anidrido sulfúrico (Equação 3.9). No entanto, para esse cálculo faz-se necessário o
conhecimento da composição química do cimento.
(3.8)
Sendo:
- D, é a porcentagem de SO3, na amostra calcinada;
- C, é a porcentagem de SO3, na amostra original;
- 0,8, é a relação molar para transformar a diferença de SO3 (D-C) em oxigênio
equivalente na oxidação do enxofre;
(3.9)
Sendo:
- E, é a porcentagem de sulfeto na amostra original;
- F, é a porcentagem de sulfeto na amostra calcinada;
- 2, é a relação molar para transformar a diferença de sulfeto (E-F) em oxigênio
equivalente na oxidação do enxofre.
Para determinar o grau de hidratação (α) calcula-se a relação entre a
água não evaporável (Wn), obtida por meio de ensaio, pelo valor teórico de água
não evaporável (“x”) (Equação 3.10).
48
(3.10)
O valor teórico “x” para um cimento Portland comum completamente
hidratado, em condições ideais, é de 32% (TAYLOR, 1990). Entretanto, para
condições usuais, com uma relação a/c superior, e com diferentes tipos de cimento
Portland com adições existentes, o valor teórico apresenta variações. Segundo
Neville (1997), este valor pode estar entre 18% e 23%, em massa do material anidro.
Outros trabalhos utilizaram 23% (AMEN, 2011; HUANHAI, 1993; LAM; WONG;
POON, 2000; NARMLUK; NAWA, 2011). Monteagudo et al. (2014) utilizaram 24%,
afirmando que variam entre 23% e 25%. Escalante-Garcia (2003) apresentou
resultados de 23% para “x” em um cimento puro, afirmando que em cimentos com
adições há diferenças nesses valores, pois dependendo das características das
adições é necessária água adicional.
Neste trabalho, o grau de hidratação do cimento Portland foi calculado
com base no modelo de Amen (2011), prevendo também diferentes condições de
cura (20 °C, 40 °C e 60 °C).
49
4. CURA
A cura do cimento é um procedimento para promover sua hidratação, com
objetivo de obter um material de boa qualidade, durável e resistente, devendo ser
realizada adequadamente (NEVILLE; BROOKS, 2013). A cura nada mais é do que a
manutenção de um teor de umidade e temperatura adequados no produto cimentício
desde o início de sua hidratação até o período final em que as propriedades
desejadas sejam alcançadas (PROMMAS; RUNGSAKTHAWEEKUL, 2014).
O cimento Portland continua sua hidratação por vários anos, a uma taxa
decrescente, desde que haja cimento anidro e a pasta de cimento mantenha a
umidade e condições de temperatura favoráveis (AL-GAHTANI, 2010). A cura
adequada irá manter as condições ideais, reduzindo a perda de água do cimento
que irá colaborar com aumento do grau de hidratação, proporcionando a formação
contínua de produtos hidratados e reduzindo a quantidade de poros (ZHAO et al.,
2012). Por outro lado, caso o cimento não tenha água suficiente para a manutenção
da hidratação, a mesma se encerra (AL-GAHTANI, 2010).
O período de cura necessita de cuidados especiais, pois tem influência
física e quimicamente na constituição da matriz do cimento (THOMAZ, 2005). Este
fato não pode ser subestimado, pois a cura realizada de forma apropriada irá
aumentar a durabilidade, resistência, impermeabilidade à água, resistência à
abrasão, estabilidade volumétrica e resistência ao congelamento e descongelamento
(PROMMAS; RUNGSAKTHAWEEKUL, 2014).
O grau de hidratação do cimento depende das condições de cura e de
sua duração, bem como da temperatura e umidade (MEHTA; MONTEIRO, 2008).
Assim, é necessário manter a umidade do material cimentício e também sua
temperatura para que as reações de hidratação ocorram em sua plenitude. Mas não
se pode esquecer que a duração da cura depende da composição química do
cimento e de suas adições (THOMAZ, 2005).
A umidade mínima de 80% é necessária para a hidratação do cimento
(AL-GAHTANI, 2010). Cuidados especiais devem ser tomados com os produtos com
escória de alto-forno, cinzas volantes e sílica, pois a redução de água resulta em
50
menor desempenho mecânico, maior porosidade e, consequentemente, produtos
mais permeáveis (RAMEZANIANPOUR; MALHOTRA, 1995).
A cura pode ser realizada por diferentes procedimentos, dentre eles estão
a cura úmida e a cura térmica.
4.1 Cura Úmida
A cura úmida tem por finalidade manter o produto hidratado, saturado, ou
próximo disso, para que a água preencha os espaços na pasta de cimento fresco até
serem substituídos por produtos de hidratação (NEVILLE; BROOKS, 2013). A
influência da cura na resistência do concreto é de extrema importância, pois a cura
úmida contínua é três vezes superior à cura ao ar (Figura 4.1) (MEHTA; MONTEIRO,
2008).
Na prática, um período mínimo de 3 a 7 dias de cura úmida é
normalmente utilizado para peças de concreto. Para um mesmo traço de concreto
(Figura 4.1), se for tomada como referência a resistência à compressão com cura
úmida contínua, ela é superior a todos os tipos de cura. Em relação à idade de 50
dias, por exemplo, a cura úmida até o terceiro dia tem, aproximadamente, 70% do
valor da resistência com cura úmida contínua. Com o aumento no tempo de cura
para 7 dias, a resistência à compressão com a cura úmida contínua representa 90%
da resistência (MEHTA; MONTEIRO, 2008).
51
Figura 4.1 Influência das condições de cura na resistência à compressão do concreto
Fonte: Adaptado de MEHTA; MONTEIRO, 2008.
Nos canteiros de obras, muitas vezes cessam a cura do concreto antes
de atingir a máxima hidratação possível, podendo ocasionar deficiência na
resistência devido à perda de água por evaporação (NEVILLE; BROOKS, 2013). A
evaporação da água no concreto fresco ocorre devido a altas temperaturas, baixa
umidade do ar, velocidade do vento, entre outras adversidades que impedem a
correta hidratação (BINGÖL; TOHUMCU, 2013). A perda excessiva de água por
evaporação pode retardar a hidratação ou evitar a hidratação adequada
(PROMMAS; RUNGSAKTHAWEEKUL, 2014).
O método mais simples e eficaz para manter as superfícies do concreto
expostas continuamente à umidade é por acúmulo ou pulverização de água na
superfície (AL-GAHTANI, 2010), respeitando os tempos mínimos em função do tipo
de cimento e a relação água/cimento utilizada, para produzir o compósito cimentício
(Quadro 4.1) (THOMAZ, 2005).
52
Quadro 4.1 - Períodos mínimos de cura recomendados para concretos de cimento Portland
Tipo de
cimento
Período mínimo de cura (dias) para relações a/c de :
0,35 0,55 0,65 0,70
CP I e CP II 32 2 3 7 10
CP IV 32 2 3 7 10
CP III 32 2 5 7 10
CP I e CPII 40 2 3 5 10
CP V 2 3 5 5
Fonte: Adaptado de Thomaz, 2005.
Além de considerar os períodos expostos no Quadro 4.1, deve-se
considerar a condição ambiente em que será utilizado o material. Essas condições
irão aumentar os dias necessários para a cura ideal do cimento Portland. Desta
forma, deve se verificar as condições atmosféricas (n1), temperatura e umidade
relativa do ar, a área de exposição da peça utilizada (n2) e a agressividade do meio
ambiente (n3). Para cada condição há um coeficiente, expresso no Quadro 4.2, que
pode ser obtido um coeficiente final (kn = n1.n2.n3) que será multiplicado pelo
período de cura apresentado no Quadro 4.1.
Quadro 4.2 - Fatores de correção para os períodos mínimos de cura dos concretos
Condições atmosféricas
Temperatura < 15 °C 16 °C a 39 ° C
Umidade relativa do ar
(UR)
UR < 70%
UR ≥ 70% UR < 70% UR ≥ 70%
(n1) 1,10 1,05 1,05 1,00
R= área exposta/volume da peça (n2)
R ≤ 0,20 0,20 < R < 0,40 0,20< R < 0,40 R ≥ 0,70
1,00 1,05 1,10 1,20
Agressividade do meio ambiente* (n3)
Fraca Média Forte Muito forte
1,00 1,10 1,20 1,30
(*) De acordo com a NBR 6118/2003. Fonte: Adaptado de Thomaz, 2005.
53
Assim é possível definir a cura ideal para o Cimento Portland levando em
conta as diversas variáveis. Pode-se notar no Quadro 4.1 que cimentos Portland
com adições minerais precisam de um período maior de cura, por causa das
reações pozolânicas (TAN; GJORV, 1995). Portanto, a cura apropriada dos produtos
hidratados desempenha um papel muito importante nas propriedades de resistência
e durabilidade (BINGÖL; TOHUMCU, 2013).
4.2 Cura Térmica
A cura térmica é empregada por empresas de estruturas de concreto pré-
moldado, contribuindo para o aumento da eficiência da produção (BA et al., 2011). A
temperatura de cura elevada influencia na cinética de hidratação do cimento,
aumentando seu grau de hidratação e as taxas de desenvolvimento de resistência
mecânica em curto prazo (SAJEDI; RAZAK, 2011).
A ativação térmica limita-se a temperaturas de 65 °C a 85 °C (BINGÖL;
TOHUMCU, 2013). Este processo aumenta a velocidade de dissolução dos
constituintes anidros do clínquer, proporcionando a formação dos produtos
hidratados mais rapidamente (CAMARINI; CINCOTTO, 1995; BARBOSA et al.,
2005; CAMARINI, 2011). Por outro lado, este procedimento pode proporcionar
menores resistências em idades mais avançadas (TERMKHAJORNKIT;
BARBARULO, 2012).
O mecanismo e a velocidade de hidratação do cimento Portland variam
com o tempo (TERMKHAJORNKIT; BARBARULO, 2012). No início da pega, as
reações ocorrem por dissolução-precipitação, e depois a velocidade é controlada por
difusão iônica sem depender da temperatura. Desta forma, tem-se o motivo da
influência da cura térmica aplicada nas primeiras idades de hidratação (GARTNER
et al., 2002).
A consequência do aumento da velocidade de hidratação do cimento
Portland está na alteração das características físicas e mecânicas, influenciando nos
aspectos de durabilidade. Este processo forma um material mais poroso
contribuindo para aumento de permeabilidade (ESCALANTE-GARCÍA; SHARP,
1998).
54
A cura a vapor é normalmente aplicada em câmaras especiais que
proporcionam a elevação gradual da temperatura. Em função dos efeitos adversos
da temperatura na hidratação do cimento, como a rápida perda de água que
proporciona alta porosidade e baixa resistência à compressão, não é permitida a
elevação rápida da mesma (NEVILLE; BROOKS, 2013).
Os cimentos Portland com adições têm reações de hidratação lentas;
neste caso, o método de cura térmica atua como um ativador para essas reações
(SAJEDI; RAZAK, 2011), principalmente para os cimentos com escória de alto-forno
(CAMARINI; CINCOTTO, 1995; CAMARINI, 1995).
A utilização da cura térmica é vantajosa para cimento Portland com
escória de alto-forno, com aplicação da técnica, necessariamente, nas fases iniciais
das reações de hidratação (CAMARINI, 2011). Para isto, verificou-se que a
temperatura de cura a 60 °C apresentou resultados mais satisfatórios quando se
deseja obter compósitos duráveis (ESCALANTE-GARCIA; SHARP, 2004; DE
WINDT et al., 2014).
A escolha da técnica adotada é importante, pois deve-se saber que terá
influência no produto final. É preciso conhecer quais resultados deverão ser obtidos,
mesmo que o material não obtenha sua melhor característica, desde que atenda as
exigências de projeto com segurança e durabilidade.
Com o entendimento da importância do estudo do cimento Portland e do
grau de hidratação do mesmo, e desde que a adição de escória de alto-forno tornou-
se ainda mais presente nos cimentos atuais, novos estudos sobre essa temática são
necessários. A partir disso, será estudado o grau de hidratação em cimentos com
adição de escória de alto-forno por meio da análise da água não evaporável com as
diferentes variáveis que os influenciam.
55
5. MATERIAIS E MÉTODOS
Para o estudo da água não evaporável no Cimento Portland de Alto-
forno foram produzidas pastas e argamassas à partir de temperaturas de curas
variadas e duas relações a/c. Foram realizados ensaios de perda ao fogo,
termogravimetria (TG), resistência à compressão e permeabilidade ao ar para as
análises desse trabalho. A estrutura deste trabalho pode ser visualizada no
fluxograma a seguir (Figura 5.1).
Figura 5.1- Abordagem experimental
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
56
5.1 Materiais
Trata-se de uma pesquisa experimental onde se pretende avaliar o grau
de hidratação para os cimentos CP II E, CP III e CP V – ARI (CP V), produzidos por
dois diferentes fabricantes, Fabricante 1 (F1) e Fabricante 2 (F2), cujas composições
químicas estão apresentadas na Tabela 5.1 e as características físicas na Tabela
5.2. A Tabela 5.3 apresenta as composições (clínquer + sulfatos e adições) nos
cimentos CP II E, CP III e CP V estabelecidos pelas normas brasileiras NBR 11578
(ABNT, 1991), NBR 5735 (ABNT,1991) e NBR 5733 (ABNT,1991).
Tabela 5.1 – Composição química dos cimentos Portland
FABRICANTES F1 F2
Óxidos CPII E CP III CP V CPII E CP III CP V
CaO (%) 55,30 52,82 66,05 54,27 54,40 64,03
SiO2 (%) 23,10 25,35 19,58 23,77 24,61 19,04
Al2O3 (%) 6,74 6,99 4,96 6,54 7,32 5,01
Fe2O3 (%) 2,43 2,10 3,14 2,50 1,90 3,23
MgO (%) 3,77 0,29 0,54 3,66 0 1,74
SO3 (%) 1,89 2,39 2,87 1,94 2,78 3,11
Fonte: Fabricantes dos cimentos.
Tabela 5.2 – Propriedades físicas dos cimentos Portland
FABRICANTES F1 F2
ENSAIOS CPII E CP III CP V CPII E CP III CP V
Massa especifica
(kg/m³) 3140 3020 3080 3030 3180 3000
Finura Blaine (m²/kg)
314 350 431 315 356 469
Início de pega (min)
330 322 220 280 280 210
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
57
Tabela 5.3 – Composição dos cimentos Portland conforme ABNT
Tipos de cimento Portland
Sigla
Componentes (% em massa)
Norma Brasileira
Clínquer +
gipsita
Escória granulada de
alto forno
Material carbonático
Composto CP II E 94-56 06-34 0-10 NBR
11578
Alto-forno CP III 65-25 35-70 0-5 NBR 5735
Alta Resistência
Inicial CP V ARI 100-95 - 0-5 NBR 5733
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
Para a produção de argamassas, foi utilizada a Areia Normal para ensaio
de cimento, conforme NBR 7414 (ABNT, 2012)
5.1.1 Misturas experimentais e cura
a) Pastas
Com as pastas de cimento determinou-se a água não evaporável e,
consequentemente o grau de hidratação. Para cada cimento foram produzidas
pastas com relação a/c de 0,30 e 0,50. A relação a/c 0,30 é referente à pasta de
consistência normal. A relação a/c 0,5 representa o valor comum utilizado na
produção do concreto. As pastas de cimento foram moldadas manualmente
conforme a NBR NM 65 (ABNT, 2003) e colocadas em recipientes fechados para
evitar a perda da água de amassamento.
Determinou-se o tempo de início de pega dos cimentos utilizando o
aparelho de Vicat (Figura 5.2) (ABNT, 2003). Esse dado é importante devido ao tipo
de cura que foi empregado nas pastas, pois quando se emprega cura térmica o
tempo de início de pega corresponde ao início da cura térmica dos cimentos
(CAMARINI; CINCOTTO, 1995).
58
Figura 5.2 – Aparelho de Vicat e as pastas em moldes com tampa
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
A cura das pastas foi realizada em três temperaturas: 20 °C, 40 °C e 60
°C em uma câmara com temperatura constante.
Iniciada a pega do cimento, as pastas nos moldes fechados foram
colocadas nas câmaras nas temperaturas de 20 °C, 40 °C e 60 °C. Os moldes
permaneceram fechados durante todo o processo de cura para evitar a perda da
água de amassamento. O Quadro 5.1 apresenta as misturas experimentais e as
temperaturas de cura. Este procedimento teve duração de vinte e quatro horas.
Após esse período, as pastas nos moldes fechados permaneceram em ambiente de
laboratório (23 °C, Umidade Relativa (UR) ~ 70%) até o início dos ensaios de
determinação de água não evaporável.
Quadro 5.1 – Pastas e temperatura de cura
PASTA FABRICANTE a/c CIMENTO TEMPERATURAS
DE CURA
1
F1
0,5
CP II E
20°C-40°C-60°C 2 CP III
3 CP V
4
0,3
CP II E
20°C-40°C-60°C 5 CP III
6 CP V
7
F2
0,5
CP II E
20°C-40°C-60°C 8 CP III
9 CP V
10
0,3
CP II E
20°C-40°C-60°C
11 CP III
12 CP V
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
59
b) Argamassas
As argamassas foram empregadas para avaliar a resistência à
compressão e a permeabilidade ao ar, cujas matrizes são as mesmas pastas
utilizadas para determinação do grau de hidratação.
As argamassas, na proporção de uma parte de cimento para três de areia
normal (1:3), foram produzidas com relação a/c 0,30 e 0,50, e misturadas por meio
de um misturador mecânico e moldadas em corpos de prova cilíndricos de 50mm de
diâmetro e 100mm de altura conforme NBR 7215 (ABNT, 1997).
As argamassas foram curadas nas mesmas temperaturas das pastas: 20
°C, 40 °C e 60 °C, por vinte e quatro horas. Após a desforma, os corpos de prova
permaneceram em câmara úmida até as idades de ensaio 7, 28 e 90 dias.
5.2 Métodos de Ensaios
Com as pastas, realizaram-se os ensaios de Perda ao Fogo (PF) e
Termogravimetria (TG). Com as argamassas, os ensaios de resistência à
compressão e permeabilidade ao ar.
5.2.1 Resistência à compressão
A resistência à compressão das argamassas foi obtida aos 7, 28 e 90 dias
conforme a NBR 7215 (ABNT, 1997).
5.2.2 Permeabilidade ao ar
Este ensaio foi realizado empregando a metodologia utilizada por Pereira
e Camarini (2011). Foram produzidas argamassas nas mesmas condições dos
ensaios de resistência à compressão e ensaiadas na idade de 90 dias.
Um dia antes do ensaio, as amostras foram cortadas em três partes. As
pontas foram descartadas, sendo adotado o terço médio com 50 mm de altura e
preparado para o ensaio (Figura 5.3). Em seguida, o corpo de prova foi levado para
60
estufa a 100 ºC por 8 horas. Após esfriamento, suas laterais foram
impermeabilizadas com impermeabilizante para que o fluxo de ar ocorresse somente
no sentido da seção transversal (vertical) do corpo de prova.
Figura 5.3 – Esquema do tamanho das amostras
Fonte: Pereira; Camarini, 2011.
Inicialmente o corpo de prova no topo do aparelho (Figura 5.4). A parte
inferior do porta-amostra é ligada a um tubo que contém água como líquido
manométrico. Nesse sistema, o vácuo foi obtido conectando-se o permeâmetro a
uma bomba manual. A abertura da válvula reguladora provoca a subida da água no
interior do tubo capilar até o nível h, nível superior a h0. Em seguida a válvula é
fechada. O ar atmosférico começa passar através do corpo de prova. Mediu-se o
tempo necessário para a água descer da altura h0 até h1.
61
Figura 5.4 – Esquema do aparelho de permeabilidade ao ar
Fonte: Adaptado de Pereira; Camarini, 2011.
O cálculo da permeabilidade ao ar segue a lei de Darcy (PEREIRA;
CAMARINI, 2011), e o cálculo é feito pela equação 5.1 a seguir.
(5.1)
Onde k é a permeabilidade ao ar (m²), h0 é a altura do nível da água (m),
h1 é a altura final da água, tempo t (s) necessário para passagem da água do nível
h0 para h1, e μ é a viscosidade do ar a 20 ºC, 1,91.10-5 Poisseuille (Pa.s), s é a
secção do tubo capilar (m²), 2,64.10-5 m², S é a seção do corpo-de-prova (m²), ρ é a
62
massa especifica da água (kg/m³), g é a aceleração da gravidade (m/s²), l é a altura
do corpo-de-prova (m).
O ensaio foi realizado nos corpos de prova de argamassa apresentados
no Quadro 5.2.
Quadro 5.2 - Corpos de prova do ensaio de permeabilidade ao ar
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
5.2.3 Perda ao fogo (PF)
Nas pastas determinou-se a PF a 600 °C e a 1000 °C. Para isso, as
pastas foram trituradas em pó passante na peneira nº 30 e armazenadas nos
recipientes fechados até as datas dos ensaios de 7, 28 e 90 dias.
Desta forma, um dia antes do ensaio de PF, as amostras (pó) foram
colocadas em estufa a 100 °C e nela permaneceram por 24 horas a fim de se
eliminar a água livre.
Após 24 horas na estufa, as amostras foram retiradas e colocadas em um
dessecador por 15 minutos para esfriar.Em seguida foram pesadas e levadas à
mufla para calcinar as amostras. O equipamento foi programado para que se
pudesse realizar o procedimento nas temperaturas de 600 °C e 1000 °C. Desta
forma, a mufla em temperatura ambiente iniciava a elevação da temperatura até 600
°C em 10 minutos. Em seguida, esta temperatura mantinha-se por três horas. O
mesmo procedimento foi utilizado para a temperatura de 1000 °C. Retirada as
amostras da mufla e esfriadas, elas foram pesadas em balança de precisão para
determinar a PF (Figura 5.5).
FABRICANTE CIMENTO TEMP. CURA A/C
F1 CP III 20 °C 0,5
F1 CP III 60 °C 0,5
F1 CP V 20 °C 0,5
F1 CP V 60 °C 0,5
63
Figura 5.5 – Amostras de pasta na mufla
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
5.2.4 Análise termogravimétrica
Em algumas pastas do cimento do Fabricante F1, foram realizados
ensaios de TG. Os equipamentos utilizados foram Analisador Termogravimétrico da
marca Shimadzu, modelo TGA-50M (Figura 5.6) e balança microanalítica da marca
Mettler Toledo, modelo MX5. Os gases utilizados foram 80% de N2 e 20% de O2 com
fluxo ascendente. A taxa de aquecimento foi de 10 °C/min até 1000 °C.
Os cimentos foram escolhidos para este ensaio em função dos resultados
obtidos na perda ao fogo, onde não houve diferença significativa entre os fabricantes
nestas características. Foram os três cimentos do Fabricante 1, com relação a/c =
0,5, com cura a 40 °C e na idade de 28 dias.
64
Figura 5.6 – Analisador termogravimétrico
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
5.2.5 Determinação da água não evaporável teórica ("x")
Para o cálculo da água não evaporável teórica ("x"), primeiramente foram
calculadas as quantidades água não evaporável (Wn) para todos os cimentos,
conforme a Equação 3.7 apresentada no item 3.5.
Com os valores de Wn determinou-se o grau de hidratação último (αu)
para as pastas de cimentos na idade de 28 dias em função da relação a/c, utilizando
a Equação 3.1 apresentada no item 3.3 da revisão da literatura.
Conhecidos os valores de αu e Wn foram calculados os valores de "x"
empregando a Equação 3.10, discutida no ítem 3.5.
65
5.3 Análise Estatística
Os resultados das diferentes metodologias foram comparados
estatisticamente pelo método de t-student a um grau de satisfação de 95% com os
seguintes objetivos de comparar a equivalência:
- Wn entre as idades de 7 e 28 dias;
- PF a 600 °C e PF a 1000 °C;
- Wn entre as relações a/c;
- Wn entre dos diferentes cimentos;
- Wn entre as temperaturas de cura;
- Entre os diferentes fabricantes;
- Resultados dos ensaios de TG e PF;
- Resultados de resistência a compressão das argamassas.
66
6. RESULTADOS E DISCUSSÃO
São discutidos e analisados os resultados experimentais dos ensaios
realizados de PF, TG, resistência à compressão e permeabilidade ao ar. Essas
propriedades são avaliadas em função da relação a/c, temperatura de cura, teor de
escória e idade de hidratação, para os dois fabricantes, F1 e F2, além de serem
realizadas correlações entre elas. Por meio de análise estatística é feita a
comparação entre os cimentos dos dois fabricantes, e também a relação entre as
técnicas de PF e TG para determinar o grau de hidratação.
Ressalta-se que todas as análises estatísticas estão apresentadas nos
Apêndices A a F.
6.1 Análise da Água Não Evaporável no Ensaio de Perda ao Fogo.
Nos resultados de PF são apresentadas as quantidades de água não
evaporável (Wn) das pastas dos dois fabricantes para as respectivas relações a/c,
separadamente. Foram analisados os resultados da água não evaporável entre as
idades de 7 e 28 dias, comparações dos resultados obtidos: para Wn entre os
ensaios de PF a 600 °C e PF a 1000 °C, para Wn entre as diferentes relações a/c
0,3 e 0,5 e para Wn entre os três cimentos.
6.1.1 Fabricante 1
Os resultados da PF estão apresentados nas Figuras 6.1 a 6.3.
Na cura a 20 °C (Figura 6.1) não houve diferenças significativas nos
valores de Wn entre 7 e 28 dias para os cimentos CP II E, CP III e CP V, tanto para
a relação a/c 0,3 (Figura 6.1.a e Figura 6.1.b) como para a relação a/c 0,5 (Figura
6.1.c e Figura 6.1.d), independente da temperatura empregada na PF (600 °C e
1000 °C). Houve diferença significativa para os cimentos CP II E e CP V entre as PF
a 600 °C e 1000 °C.
67
Figura 6.1 - Resultados de Wn de F1 aos 7 e 28 dias com cura a 20 °C para PF a
600 °C e 1000 °C
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
Na cura a 40 °C (Figura 6.2) não houve diferenças significativas nos
valores de Wn entre 7 e 28 dias para os cimentos CP II E, CP III e CP V para a
relação a/c 0,3 (Figura 6.2.a e Figura 6.2.b) e para a relação a/c 0,5 com PF a 600
°C (Figura 6.2.c). Na PF a 1000 °C já houve diferença significativa (Figura 6.2.d).
Entre as PF 600 °C e 1000 °C houve diferença significativa apenas para os cimentos
CP II E e CP V na relação a/c 0,5 aos 28 dias.
68
Figura 6.2 – Resultados de Wn de F1 aos 7 e 28 dias com cura a 40 °C
para PF a 600 °C e 1000 °C
Fonte:Elaborado pelo autor, 2015.
Nas pastas curadas a 60 °C (Figura 6.3) não houve diferenças
significativas nos valores de Wn entre 7 e 28 dias para os cimentos CP II E, CP III e
CP V nas seguintes condições:
- relação a/c 0,3 e PF 600 °C (Figura 6.3.a)
- relação a/c 0,3 e PF 1000 °C (Figura 6.3.b)
- relação a/c 0,5 e PF 600 °C (Figura 6.3.c)
- relação a/c 0,3 e PF 1000 °C (Figura 6.3.d)
Entre as PF 600 °C e 1000 °C não houve diferenças significativas nas
idades de 7 e 28 dias para todos os cimentos, exceto:
- CP II E, relação a/c 0,3 e 28 dias
- CP II E relação a/c 0,5 e 7 e 28 dias
- CP V, relação a/c 0,3 e 7 dias
69
Figura 6.3 – Resultados de Wn de F1 aos 7 e 28 dias com cura a 60 °C para PF a
600 °C e a 1000 °C
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
Ao realizar os ensaios aos 7 e 28 dias considerou-se que as reações de
hidratação já tivessem ocorrido em uma parcela considerável do material anidro.
Nestas idades as reações de hidratação ocorrem mais lentamente por dissolução-
precipitação nas primeiras horas (SCRIVENER; NONAT, 2011).
Além do fato das reações estarem em evolução, os dados da literatura
indicam que a perda de água não evaporável é liberada até a temperatura de 600
°C. Panes e Hanses (2005) consideram o valor de 520 °C, Alarcon-Ruiz et al (2005)
consideram 550 °C e Bhatty (1986) e Taylor (1990) consideram a perda de água
ocorrendo até 580 °C. Assim, a PF a 600 °C apresenta o total de água liberada pelas
reações de hidratação do cimento.
Considerando que a perda de água ocorre a 600 °C, os resultados de Wn
pela PF acima desta temperatura são devidos a perda de CO2 dos compostos
carbonáticos existentes nas pastas (BHATTY, 1986; PANES; HANSES, 2005;
ALARCON-RUIZ et al., 2005; TAYLOR, 1990; MONTEAGUDO et al., 2014).
70
Os valores de Wn obtidos pela PF indicam que o cimento CPIII apresenta
os valores mais baixos, seguido pelo cimento CP II E e CP V. Este último com os
valores mais elevados.
Esse resultado reflete a influência das adições de escória de alto-forno no
cimento. O CP V é o cimento sem adições, com maior quantidade de clínquer,
produzindo maior quantidade de portlandita. O cimento CP III, com menor teor de
clínquer e maior de escória granulada de alto-forno, tem menor produção de
compostos hidratados e também de portlandita devido as reações de hidratação
mais lentas (ESCALANTE-GARCIA; SHARP, 2004; KOLANI et al., 2012;
MONTEAGUDO et al., 2014; CHEN, 2007; DITTRICH et al., 2014; KOLANI et al.,
2012).
Na cura a 40 °C, os resultados de Wn foram ligeiramente superiores do
que a 20 °C, principalmente para os cimentos com escória de alto-forno e relação
a/c 0,5; indicativo de que a temperatura de cura auxilia no processo de hidratação,
particularmente da escória. A temperatura atua como um ativador da escória no
cimento (CAMARINI; CINCOTTO, 1995; CAMARINI, 1995; SAJEDI; RAZAK, 2011).
A cura a 60°C aumenta a velocidade das reações de hidratação do
cimento, proporcionando às pastas com relação a/c 0,5 maior quantidade de água
não evaporável (TERMKHAJORNKIT; BARBARULO, 2012; CAMARINI; CINCOTTO,
1995; NEVILLE, 1997; MEHTA; MONTEIRO, 2008).
6.1.2 Fabricante 2
Os resultados da PF estão apresentados nas Figuras 6.4 a 6.6.
Na cura a 20 °C (Figura 6.3) não houve diferenças significativas nos
valores de Wn entre 7 e 28 dias para os cimentos CP II E, CP III e CP V, para a
relação a/c 0,3 na PF 600 °C e 1000 °C (Figura 6.3.a e Figura 6.3.b), e para a
relação a/c 0,5 (Figura 6.1.c e Figura 6.1.d), apenas não houve diferença
significativa para o cimento CPIII.
71
Figura 6.4 – Resultados de Wn de F2 aos 7 e 28 dias com cura a 20 °C para PF a
600 °C e a 1000 °C
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
Entre as PF 600 °C e 1000 °C não houve diferença significativa para as
pastas curadas a 20 °C nas seguintes condições:
- CP II E, relação a/c 0,5 e 7 dias
- CP III, relação a/c 0,3 e 7 e 28 dias
- CP III, relação a/c 0,5 e 7 e 28 dias
- CP V, relação a/c 0,3 e 7 dias
- CP V, relação a/c 0,5 e 7 dias
Na cura a 40 °C (Figura 6.4) não houve diferenças significativas nos
valores de Wn entre 7 e 28 dias para os cimentos CP II E, CP III e CP V, para a
relação a/c 0,3 (Figura 6.4.a e Figura 6.4.b) e para a relação a/c 0,5 (Figura 6.4.c e
Figura 6.4.d). Entre as PF a 600 °C e 1000 °C não houve diferença significativa para
o cimento CP III, e para cimento CP V apenas nas pastas com relação a/c 0,3.
72
Figura 6.5 – Resultados de Wn de F2 aos 7 e 28 dias com cura a 40 °C para PF a
600 °C e a 1000 °C
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
Nas pastas curadas a 60 °C (Figura 6.5) houve diferenças significativas
nos valores de Wn entre 7 e 28 dias para os cimentos CP II E e CP V na relação a/c
0,3 e PF 1000 °C (Figura 6.5.b). Entre as PF 600 °C e 1000 °C não houve diferenças
significativas nas idades de 7 e 28 dias para todos os cimentos para relação a/c 0,3,
exceto o cimento CP II E aos 28 dias. Para a relação a/c 0,5 apenas não houve
diferença significativa para o cimento CP III aos 28 dias.
Os resultados de Wn podem ser comparados entre 7 e 28 dias, visto que
o desenvolvimento da hidratação ocorre nas primeiras horas (MEHTA; MONTEIRO,
2008). Além do aumento da temperatura de cura acelerar as primeiras reações (LIN;
MEYER, 2009).
Estes valores de Wn obtidos pela PF são menores para o cimento CP III
em vista dos demais cimentos. A escória de alto forno no cimento Portland
proporciona uma diminuição na água não evaporável (KOLANI et al., 2012; RAY et
al., 2015).
73
Figura 6.6 – Resultados de Wn de F2 aos 7 e 28 dias com cura a 60 °C para PF a
600 °C e a 1000 °C
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
Esse resultado reflete a influência das adições de escória de alto-forno no
cimento na comparação da Wn entre as relações a/c. O cimento CP V, cimento sem
adição, possui maior diferença significativa entre as comparações das relações a/c,
pois o cimento com clínquer precisa de uma relação a/c maior para sua hidratação
(LIU et al., 2015).
Na cura a 20 °C, os resultados apresentaram uma hidratação lenta em
vista das demais temperaturas. A cura a 40 °C foi a que teve menor diferença
significativa para as temperaturas de PF e a cura térmica a 60 °C mostrou que os
resultados ocorrem efetivamente nas primeiras idades reduzindo, assim, o
crescimento dos valores de Wn após 7 dias.
Nos resultados de Wn na PF 600 °C e 1000 °C não há diferença
significativa, principalmente para o cimento CP III. Isso ocorre pois, após 580 °C não
ocorre mais a liberação de água não evaporável, o que se tem é a liberação do CO2
do filler calcário, que contribui para diferença significativa dos ensaios de PF a 600
°C e a 1000 °C, evidenciado nos resultados do cimento CP II E, cimento este com
74
possibilidade de maior teor filler calcário (TAYLOR, 1990; MONTEAGUDO et al.,
2014).
6.1.3 Comparação entre as temperaturas de perda ao fogo a 600 °C e 1000 °C
A comparação entre as temperaturas de PF a 600 °C e 1000 °C já foram
discutidas separadamente no tópico anterior. Nesta etapa pretende-se apresentar os
resultados nesta condição diferenciando os cimentos e temperatura de cura. O
Quadro 6.1 apresenta as hipóteses das diferenças dos resultados entre as PF a 600
°C e a 1000 °C serem significativos (H1 – célula em branco) ou não significativo (H0
– célula com x).
Quadro 6.1 – Comparação das temperaturas de PF
H0:600°C=1000°C (x)
H1:600°C≠1000°C ( )
F1 F2
7 dias 28 dias 7 dias 28 dias
a/c 0,30 a/c 0,50 a/c 0,30 a/c 0,50 a/c 0,30 a/c 0,50 a/c 0,30 a/c 0,50
CP II E
20 °C x
40 °C x x x
60 °C x x
CP III
20 °C x x x x x x x x
40 °C x x x x x x x x
60 °C x x x x x x x
CP V
20 °C x x
40 °C x x x x x
60 °C x x x x x
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
Os resultados do cimento CP III indicaram que não há diferenças
significativas para os ensaios de PF a 600 °C e 1000 °C. No Quadro 6.1 verifica-se
que a hipótese H1 ocorre em 100% das comparações para o fabricante F1 e 91,67%
para o fabricante F2.
Os cimentos CP II E e CP V não apresentaram resultados unânimes, em
vista do cimento CP III. Os resultados do cimento CP V indicaram que não há
diferenças significativas em 50% dos casos, para ambos fabricantes, e o cimento CP
II E 33,33% e 16,67% para fabricantes F1 e F2, respectivamente.
A diferença entre os resultados de PF a 600 °C e a 1000 °C ocorre pela
liberação de CO2 do filler calcário nesta faixa de temperatura (TAYLOR, 1990;
75
MONTEAGUDO et al., 2014). Desta forma, o teor de filler calcário influenciará no
percentual de diferença significativa dos resultados de PF.
6.1.4 Comparação entre os fabricantes
Para a comparação entre os fabricantes a hipótese de os resultados
terem diferenças significativas, (H1 – célula em branco), ou não terem, (H0 – célula
com x), são apresentados no Quadro 6.2 (Apêndice G).
Quadro 6.2 – Comparação entre os Fabricantes
H0: F1=F2 (x) H1:F1≠F2 ( )
PF 600 °C PF 1000 °C
7 dias 28 dias 7 dias 28 dias
a/c 0,30 a/c 0,50 a/c 0,30 a/c 0,50 a/c 0,30 a/c 0,50 a/c 0,30 a/c 0,50
CP II E
20 °C x x x x x x
40 °C x x x x x x
60 °C x x x x
CP III
20 °C x x x x x x
40 °C x x x x x
60 °C x x x x x x x
CP V
20 °C x x x x
40 °C x x x x x
60 °C x x x x x
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
Os resultados do Quadro 6.2 foram apresentados na Figura 6.7 com
objetivo de identificar quando não há diferença significativa entre cada cimento dos
fabricantes, nos ensaios de PF e nas relações a/c.
76
Figura 6.7 – Gráfico de quantidade de F1=F2 x resultados dos ensaios de PF
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
O Quadro 6.2 e Figura 6.7 mostram que há menores diferenças entre os
fabricantes nos ensaios de PF a 600 °C. Isto ocorre, pois, até esta temperatura tem-
se a liberação da água não evaporável, objetivo para a determinação do grau de
hidratação. Entre 600 °C e 1000 °C, onde ocorre a liberação de CO2, pode haver
uma variação da taxa de adição de filer calcário entre os fabricantes (ABNT, 1991;
MONTEAGUDO et al., 2014).
A relação a/c 0,5 possibilita menor diferença significativa entre os
fabricantes. Esta relação é a mais usual nas obras, assim, não ter diferença
significativa entre os fabricantes, para essa relação, implica em manter desempenho
semelhante, independente do fabricante (KIM et al., 2014; RAY et al., 2015).
Quando há diferença significativa nas comparações, observa-se que para
cimentos CP III, o F1 é superior em todas as comparações, entretanto quando há
divergência nos cimentos CP II E e CP V tem se na maior parte o F2 superior ao F1
(Apêndice G).
77
6.2 Análise da Água Não Evaporável no Ensaio de Termogravimetria
No cimento hidratado ocorre a liberação da água não evaporável quando
exposto a temperatura até 580 °C (MONTEAGUDO et al., 2014), entretanto, os
ensaios de PF presentes na literatura utilizam temperaturas entre 900 °C e 1000 °C
(HUANHAI, 1993; LAM; WONG; POON, 2000; AMEN, 2011; NARMLUK; NAWA,
2011).
A Figura 6.8 apresenta os resultados do ensaio de TG para os três
cimentos do Fabricante 1, com relação a/c = 0,5, cura a 40 °C e na idade de 28 dias.
A escolha destes materiais nestas condições deve-se ao fato de que a relação a/c
0,5 em cura a 40 °C na PF 600 °C, apresentou igualdade dos resultados de Wn em
todas as idades para F1 e F2 (Apêndice G), ou seja, demonstra maior confiabilidade
nos resultados. E a escolha da idade de 28 dias ocorreu devido ao fato de que essa
é uma idade padronizada para a avaliação das características dos compósitos à
base de cimento.
Figura 6.8 – Resultados de TG aos 28 dias com cura a 40 °C
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
78
As curvas dos cimentos CP II E e CP V estão muito próximas entre si e
distantes do cimento CP III. Esta constatação pode ser vista nos ensaios de PF com
CP V = CP II E > CP III.
Na Figura 6.8 é possível identificar a perda de massa da água na
portlandita. Na faixa de temperatura de 370 °C a 580 °C, onde ocorre a liberação de
água não evaporável do hidróxido de cálcio (TAYLOR, 1990; MONTEAGUDO et al.,
2014), o cimento CP III apresentou menor perda de massa em vista dos demais
cimentos, por ter a maior quantidade de adição de escória de alto forno, produziu
menor quantidade de hidróxido de cálcio (KOLANI et al., 2012).
Na Figura 6.9 estão apresentados os resultados dos cimentos nas
mesmas condições (relação a/c 0,5, cura a 40 °C e F1) para os ensaios de PF e
ensaio de TG.
Figura 6.9 – Comparação das técnicas de ensaio de TG e PF para os cimentos
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
O ensaio de TG corrobora com os resultados dos ensaios de PF. Isto
pode ser notado para todos os cimentos onde verifica-se que não há diferença
significava.
79
6.3 Água Não Evaporável Teórica ("x") / Grau de Hidratação.
Após a discussão dos resultados de Wn relativa à hidratação do cimento
Portland, representada pela água não evaporável (Wn), nesta etapa será
apresentada a obtenção do grau de hidratação utilizando os resultados de Wn.
Conforme a Equação 3.10, o grau de hidratação é conhecido por meio da relação
entre a quantidade de água não evaporável obtida por ensaio de PF (Wn) e a
quantidade de água não evaporável teórica ("x"). Segundo Neville (1997), o valor “x”
varia entre 18% e 23% em massa do material anidro. Monteagudo et al. (2014)
trabalharam com 24%, afirmando que há variação e que fica entre 23% e 25%.
Para a definição do valor "x" foi determinado o grau de hidratação último,
calculado com a Equação 3.1 para as relações a/c de 0,3 (αu=62,61%) e a/c de 0,5
(αu=74,28%), com os resultados de Wn na idade de 28 dias. Por meio da relação
entre Wn28 e o grau de hidratação último é possível obter o valor de “x”.
As tabelas com todos os resultados de "x" encontram-se no Apêndice H.
Na Figura 6.10 são apresentadas as médias dos resultados de "x" para cada
temperatura de cura, com e sem o CP III, para verificar se este interfere na média
dos resultados de “x”, visto que possui maior quantidade de escória de alto forno.
Figura 6.10 – Resultados de "x" em função de Wn
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
80
Chegou-se a um valor médio, para todos os cimentos e temperatura de
cura, de “x” igual 21,88% para os ensaios na PF a 1000 °C. Este valor tem coerência
com a maioria dos trabalhos verificados na literatura (TAYLOR, 1990; HUANHAI,
1993; NEVILLE, 1997; LAM; WONG; POON, 2000; ESCALANTE-GARCIA, 2003;
AMEN, 2011; NARMLUK; NAWA, 2011; MONTEAGUDO et al., 2014).
Desconsiderando o cimento CP III para o valor médio de "x", pois não foi
considerada a correção de sulfeto (Equação 3.8 e 3.9), tem-se o valor de 23,76%,
valor próximo ao "x" médio com o cimento CP III. Desta forma, é possível considerar
os resultados de Wn utilizando apenas a Equação 3.7.
Os resultados de "x" médio para os ensaios de PF 600 °C com e sem o
CP III é de 18,67% e 19,85%, respectivamente, que são resultados semelhantes
entre si, tanto os resultados de "x" para Wn na PF a 600 °C quanto na PF a 1000 °C
estão dentro da faixa de 18% a 23% apresentado por Neville (1997).
A seguir serão discutidos os resultados das amostras das argamassas de
cimento nos ensaios de resistência à compressão e permeabilidade ao ar.
6.4 Resistência à Compressão
6.4.1 Fabricante 1 - a/c = 0,3
A Figura 6.11 apresenta os resultados de resistência à compressão (em
MPa) das argamassas do Fabricante 1 produzidas com relação a/c 0,3, nas 3
temperaturas de cura (20 °C, 40 °C e 60 °C) e nas 3 idades (7, 28 e 90 dias) para o
cimento CP II E e CP III. Cumpre ressaltar que os corpos de prova do cimento CP V,
embora tenham sido moldados, os resultados de resistência a compressão foram
prejudicados devido à baixa relação a/c empregada. A mistura ficou muito seca e
não foi possível realizar a moldagem correta dos corpos de prova, que foram
descartados.
81
Figura 6.11 – Resultado de resistência à compressão dos cimentos do Fabricante 1
com relação a/c 0,3
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
Na Figura 6.11a, nota-se que o cimento CP II E para a relação a/c de 0,3
do Fabricante 1 apresentou melhor desempenho para a temperatura de cura a 40
°C. Para todas as temperaturas se observa uma evolução da resistência ao longo do
tempo.
Nenhum dos resultados apresentou a resistência à compressão de 40
MPa para o cimento CP II E 40. Segundo a NBR 11578 (ABNT, 1991) o cimento CP
II E 40 deve obter 25 MPa e 40 MPa, para as idades de 7 e 28 dias respectivamente,
82
porém a relação a/c da norma NBR 7215 (ABNT, 1997) é 0,48 justificando os
resultados abaixo dos previstos. Ray et al. (2015), assim como neste trabalho,
utilizaram relação a/c 0,3 e observaram que até 28 dias havia uma quantidade
superior de produtos anidros comparados à relação a/c de 0,6. A relação a/c 0,3 não
hidrata o cimento Portland por completo (RAMACHANDRAN et al., 2002; LIN;
MEYER, 2009) e tornando difícil a preparação da argamassa.
A Figura 6.11b apresenta os resultados de resistência à compressão das
argamassas do cimento CP III com relação a/c de 0,3 do Fabricante 1. Inicialmente a
cura a 40 °C teve resultado superior, para 7 dias, ao passo que para 28 dias os
resultados entre 20 °C e 40 °C não apresentaram diferenças significativas, e a 90
dias a cura a 20 °C teve resultado superior. Temperaturas mais baixas retardam o
processo de hidratação, proporcionando uma boa formação da matriz do cimento e
resistência à compressão maior a longo prazo (NEVILLE, 1997; MEHTA;
MONTEIRO, 2008; CECCONELLO; TUTIKIAN, 2012).
6.4.2 Fabricante 1 - a/c = 0,5
A Figura 6.12 apresenta os resultados de resistência à compressão (em
MPa) das argamassas do Fabricante 1 produzidas com relação a/c de 0,5, nas 3
temperaturas de cura (20 °C, 40 °C e 60 °C) e nas 3 idades (7, 28 e 90 dias) dos
cimentos CP II E, CP III e CP V.
A Figura 6.12a apresenta os resultados satisfatórios de resistência a
compressão do cimento CP II E. Nota-se a evolução da resistência ao longo do
tempo com resultado na ordem de 40MPa a partir de 28 dias. Kim et al. (2014)
verificaram que argamassas com relação a/c de 0,45 apresentaram resultados
satisfatórios de resistência e durabilidade. Ainda, Ray et al. (2015) corroboram
afirmando que relações a/c entre 0,4 e 0,5 proporcionam uma melhora dos produtos
hidratados.
83
Figura 6.12 – Resultado de resistência a compressão dos cimentos do
Fabricante 1 com relação a/c 0,5
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
84
A Figura 6.12b apresenta resultados satisfatórios de resistência à
compressão do cimento CP III. Verifica-se o crescimento da resistência ao longo do
tempo e a confirmação dos resultados na ordem de 40 MPa a partir de 28 dias.
O cimento CP III foi o único cimento que apresentou maior resistência a
compressão na cura térmica, em vista das outras temperaturas de cura, na idade de
7 dias. Confirmando assim a influência da cura térmica para os cimentos com
escória de alto-forno (CAMARINI; CINCOTTO, 1995; BARBOSA et al., 2005;
CAMARINI, 2011).
Na Figura 6.12c, nota-se que o cimento CP V apresentou melhores
resultados para cura a 20 °C, em todas as idades.
A cura térmica de 60 °C não proporcionou um desempenho superior às
demais temperaturas de cura, embora ocorra uma aceleração no processo de
hidratação nas primeiras horas (TERMKHAJORNKIT; BARBARULO, 2012). As
temperaturas de cura de 20 °C e 40 °C não apresentaram diferenças significativas
para a relação a/c 0,5, na mesma idade.
Camarini e Cincotto (1995) estudaram cimento com escória de alto forno
em cura térmica a 60 °C em vários períodos de exposição em diferentes
temperaturas. Os resultados indicaram que até 7 horas e 30 minutos era vantajosa a
exposição do cimento à cura térmica a 60 °C. depois disso notava-se um pior
desempenho a longo prazo. O presente trabalho fixou todas as curas em 24h. Dessa
forma, não se verificou vantagem na cura térmica, nestas condições.
6.4.3 Fabricante 2 - a/c = 0,3
A Figura 6.13 apresenta os resultados de resistência à compressão das
argamassas do Fabricante 2 produzidas com relação a/c 0,3, nas temperaturas de
cura de 20 °C, 40 °C e 60 °C, e nas idades de 7, 28 e 90 dias apenas para os
cimentos CP II E e CP III. Para o cimento CP V, ocorreu o mesmo que para o
Fabricante 1, foram moldadas todas as amostras, porém foram descartadas.
Na Figura 6.13a verifica-se que não há diferença significativa nos
resultados entre as temperaturas para 28 dias para o cimento CP II E. Por outro
lado, os resultados do cimento CP III (Figura 6.13b) na temperatura de 40 °C, para
28 dias, foram superiores às demais temperaturas.
85
Figura 6.13 – Resultado de resistência a compressão dos cimentos do Fabricante 2
com relação a/c 0,3
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
Para relação a/c 0,3 nenhum resultado alcançou o indicado pelas normas
NBR 11578 (ABNT, 1991) e NBR 5735 (ABNT, 1991) em função dessa relação ser
abaixo da relação a/c 0,48 prevista para ensaio de resistência a compressão
(ABNT,1997). A relação a/c 0,3 está abaixo da relação teórica exposta por
Ramachandran et al. (2002) e Lin e Meyer (2009) de 0,35 a 0,40, desta forma, as
argamassas não hidrataram completamente.
86
No presente trabalho o valor inferior da resistência a compressão para as
relações a/c 0,3 deve-se também a trabalhabilidade, uma vez que a produção das
argamassas com relação a/c de 0,3 é muito seca, dificultando a homogeneização e
moldagem dos corpos de prova.
6.4.4 Fabricante 2 - a/c = 0,5
A Figura 6.14 apresenta os resultados de resistência à compressão (em
MPa) das argamassas do Fabricante 2 produzidas com relação a/c 0,5, nas 3
temperaturas de cura (20 °C, 40 °C e 60 °C) e nas 3 idades (7, 28 e 90 dias) dos
cimentos CP II E, CP III e CP V.
A Figura 6.14a apresenta os resultados satisfatórios de resistência a
compressão do cimento CP II E, pois na idade de 28 dias verifica-se que para as
temperaturas de cura de 20 °C e 40 °C os resultados superam 32 MPa de
resistência a compressão conforme NBR 11578 (ABNT, 1991), entretanto, nesta
mesma idade a cura térmica interferiu negativamente para o ganho de resistência
desejado.
O cimento CP III (Figura 6.14b), apresentou resultados satisfatórios de
resistência à compressão, principalmente para as temperaturas de cura a 20 °C e 40
°C, que foram praticamente iguais em todas as idades, de modo análogo ao
Fabricante 1.
Na Figura 6.14c, de modo análogo ao Fabricante 1, o cimento CP V
apresentou bom desempenho na idade de 7 dias, e a cura a 20 °C proporcionou
maiores resultados em todas as idades.
A cura térmica pode influenciar negativamente na resistência a
compressão, desta forma é necessário saber se as resistências atingidas serão
suficientes para sua utilização (CAMARINI; CINCOTTO, 1995). Neste trabalho, a
cura térmica apresentou constantemente resultados inferiores a cura de 20 °C e 40
°C.
De maneira análoga ao Fabricante 1, o Fabricante 2 apresentou
resultados melhores para relação a/c 0,5 em vista da relação a/c 0,3. Segundo
Zhang et al. (2015), para relação a/c de 0,4, tem-se um ponto de equilíbrio entre
87
desempenho e trabalhabilidade, corroborando com os resultados melhores de 0,5 do
que 0,3.
Figura 6.14 – Resultado de resistência a compressão dos cimentos do Fabricante 2
com relação a/c 0,5
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
88
Para a comparação dos resultados entre os fabricantes (Apêndice I), tem-
se 20 de 27 (74,07%) comparações não apresentando diferenças significativas. E
quando houve diferenças significativas, ocorreu um equilíbrio entre os fabricantes,
sendo 4 vezes o F1 maior que o F2, e 3 vezes o F2 maior que o F1. Estes
resultados são importantes, pois independente da origem da matéria prima que cada
fabricante usou para produção do cimento, os produtos finais devem apresentar o
mesmo desempenho.
6.5 Permeabilidade ao Ar da Argamassa
Os resultados de permeabilidade ao ar das argamassas foram obtidos e
comparados entre os cimentos CP III e CP V do Fabricante 1 com relação a/c 0,5
nas temperaturas de cura de 20 °C e 60 °C (Figura 6.15).
Figura 6.15 – Resultado de Permeabilidade ao ar para os cimentos do Fabricante 1
com relação a/c 0,5 aos 90 dias
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
Em ambos os casos, a temperatura de cura a 60 °C proporcionou um
material mais permeável comparado a temperatura de cura a 20 °C, pois a cura
térmica proporciona uma distribuição não uniforme no gel de cimento modificando
sua microestrutura (ESCALANTE-GARCÍA; SHARP, 1998).
89
Os resultados de permeabilidade ao ar (Figura 6.15) e os de resistência a
compressão (Figura 6.12) são compatíveis, ou seja, com o aumento da temperatura
de cura tem se uma queda do resultado de resistência da compressão e um
aumento da permeabilidade ao ar. Esta condição não proporciona durabilidade às
construções (KIM et al., 2014).
A relação a/c tem influência direta na porosidade das argamassas. Nesse
ensaio ficou evidente que a relação a/c 0,5 é baixa, assim exigiu um longo período
para conclusão do ensaio (KIM et al., 2014). A cura térmica deve ser analisada se
realmente irá apresentar o desempenho desejado para cada produto (CAMARINI;
CINCOTTO, 1995), pois há aumento na porosidade com o aumento da temperatura
de cura (Figura 6.15).
90
7. CONCLUSÕES
A partir deste estudo conclui-se que:
Perda ao Fogo:
Os resultados da água não evaporável (Wn) para 7 e 28 dias não
apresentam diferenças significativas, favorecendo a prática em que a dinâmica das
construções necessitam de tomadas de decisões em menor tempo.
O ensaio de PF 600 °C não apresentou diferenças significativas com os
resultados do ensaio de PF 1000 °C para todos os cimentos, principalmente para o
cimento com escória, CP III. Esta comparação está associada à quantidade de filler
calcário no cimento Portland. Assim, cimento com maior teor de filler calcário teve
maior diferença significativa para os resultados de Wn entre PF a 600 °C e a 1000
°C.
A relação a/c influencia nos resultados de Wn. Apesar da relação a/c 0,3
ser para pasta de consistência normal, quando o cimento possui uma finura maior é
necessária mais água para hidratação, assim os resultados de Wn para relação a/c
0,5 foram superiores à relação a/c 0,3. Entretanto, para cimentos com menor finura
não ocorreram diferenças significativas.
O cimento Portland com escória de alto-forno tem reação de hidratação
mais lenta comparado aos cimentos com menor ou sem teor de escória; entretanto,
esse cimento pode melhorar seu desempenho quando exposto à cura térmica.
Porém, esta cura térmica necessita de outras condições que possam realizar o
melhor processo de hidratação; no caso deste trabalho, relação a/c 0,5.
As temperaturas de cura têm influência nas reações de hidratação do
cimento. Com a temperatura de cura a 20 °C ocorre um processo de hidratação mais
lento. Entretanto a cura a 40 °C apresenta resultados maiores proporcionando uma
evolução maior entre as idades e a cura a 60 °C apresenta resultados mais
expressivos nas primeiras idades, porém com uma evolução reduzida após 7 dias.
Por fim, também verificou-se que não há diferenças significativas entre os
dois fabricantes. Importante para o mercado consumidor poder escolher qual
fabricante trabalhar sem perder as características necessárias para o produto final.
91
Análise Termogravimétrica
Por meio da análise termogravimétrica foi possível corroborar as análises
realizadas nos ensaios de perda ao fogo, e ainda utilizá-los como alternativa prática
e eficaz para a determinação do grau de hidratação. Os resultados para o grau de
hidratação sustentam-se pelos valores obtidos conforme a bibliografia.
Conclui-se que para os cimentos estudados, a faixa de temperatura de
600 °C a 700 °C é que apresenta a maior diferença entre a perda de massa quando
são comparados os cimentos. Confirmando a análise dos ensaios de perda ao fogo,
quanto maior a perda de massa nessa região, maior a diferença dos resultados nas
faixas de temperatura entre 600 °C e 1000 °C.
Grau de Hidratação
Os resultados de Wn obtidos por meio da PF ou pela TG são eficientes
para a determinação do grau de hidratação. Também foi possível notar que pelos
procedimentos adotados neste trabalho o simples cálculo da perda ao fogo basta
para determinação do grau de hidratação dentro das faixas de valores de "x" entre
18% a 23%, independentemente do tipo de cimento.
Conclui-se que para determinação do grau de hidratação do cimento por
meio de analise térmica até 600 °C o valor “x” aproxima-se de 18%, e para utilização
de temperatura até 1000 °C, o “x” é em torno de 23%.
Resistência à Compressão
Nos ensaios de resistência a compressão é fato que a relação a/c 0,3 não
é trabalhável, de modo que apresentaram resultados insatisfatórios. A relação
água/cimento de 0,5 permitiu o melhor aproveitamento do material, mantendo a boa
trabalhabilidade, resultados de resistência a compressão esperados e boa
durabilidade, com baixo índice de permeabilidade.
Analisando a influência da temperatura de cura para o mesmo cimento,
verificou-se que a cura térmica a 60 °C apresenta resultados inferiores às demais
temperaturas, exceto para o cimento com escória de alto forno do F1 para 7 dias.
Possivelmente a metodologia adotada neste trabalho não tenha proporcionado a
92
eficiência desejada para a cura térmica, entretanto, para cura a 20 °C e 40 °C tem se
resultados satisfatórios.
Comparando o mesmo tipo de cimento para os dois fabricantes, não há
diferenças significativas, corroborando com os ensaios de perda ao fogo.
Permeabilidade ao Ar
A cura térmica a 60 ° proporciona uma argamassa mais porosa em vista
da cura a 20 °C.
Conclusão Final
Em suma, a técnica de perda ao fogo tanto a 600 °C quanto a 1000 °C
permite obter a água não evaporável para a determinação do grau de hidratação a
fim de auxiliar no acompanhamento do desenvolvimento da hidratação do cimento,
tanto para controle tecnológico como para estudos acadêmicos. Esta técnica
também permite comparar os diferentes fabricantes, que para este trabalho
mantiveram-se semelhantes.
Trabalhos futuros
Após conclusão deste trabalho, fica a sugestão para trabalhos futuros:
Realizar os ensaios deste trabalho para novos fabricantes, uma vez que os dois
fabricantes utilizados neste trabalho são consagrados com boa referência no
mercado.
Realizar cura térmica apenas nas primeiras horas, não mais em 24h, e verificar
se altera o desempenho dos cimentos;
Realizar os ensaios das pastas e argamassas com relação água/cimento de
0,40, 0,45 e 0,60;
Realizar a cura dos produtos hidratados com temperaturas mais baixas entre 0
°C a 20 °C
93
REFERÊNCIAS
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101
APÊNDICE
102
APÊNDICE A
Água não evaporável
103
As tabelas do apêndice A apresentam os resultados de água não
evaporável para os ensaios de perda ao fogo a 600 °C e 1000 °C para os dois
Fabricante 1 e 2, as relações a/c 0,3 e 0,5 e as idades de 7, 28 e 90 dias. Estão
separadas em três tabelas conforma as temperaturas de cura de 20 °C, 40 °C e 60
°C.
Tabela A1 – Resultados de água não evaporável para temperatura de cura de 20 °C
ÁGUA NÃO EVAPORÁVEL (Wn - %) EM CURA A 20°C
FABRICANTE A/C CIMENTO 600°C 1000°C 600°C 1000°C 600°C 1000°C
7 DIAS 28 DIAS 90 DIAS
F1
0,3
II E 11,96133 14,57092 10,95558 13,79313 - -
III 10,66482 11,61891 9,96002 10,87458 - -
V 12,17007 14,46328 11,78235 13,81381 - -
0,5
II E 11,29416 14,33573 12,216 16,29174 - -
III 10,03996 11,13323 11,40576 13,12651 - -
V 14,14996 16,07609 15,35761 17,91784 - -
F2
0,3
II E 11,68832 14,65731 12,35626 15,72644 13,18408 15,76832669
III 8,936622 9,4 9,84002 10,79451 10,1147 11,99582816
V 12,51263 14,38561 13,16037 15,35 13,09728 15,63423154
0,5
II E 12,93683 14,23576 12,60011 17,04146 14,07686 16,0503642
III 10,83388 12,04996 10,89456 12,79348 10,84935 11,04442766
V 15,16968 14,33553 15,47674 18,55007 16,02399 17,04186264
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
104
Tabela A2 – Resultados de água não evaporável para temperatura de cura de 40 °C
ÁGUA NÃO EVAPORÁVEL (Wn - %) EM CURA A 40°C
FABRICANTE A/C CIMENTO 600°C 1000°C 600°C 1000°C 600°C 1000°C
7 DIAS 28 DIAS 90 DIAS
F1
0,3
II E 11,42157 13,26067 12,64378 14,38553 13,19313 15,52331996
III 10,15436 11,10003 11,89413 12,71271 11,48842 12,22551128
V 12,06965 12,1076 13,35666 13,82906 13,44292 15,21513026
0,5
II E 13,18681 14,6 13,55628 17,14005 16,96733 19,74927789
III 10,80546 11,21635 12,02634 13,55 15,02227 16,52484147
V 14,50714 16,01602 15,04241 17,84101 18,25901 20,46021021
F2
0,3
II E 12,03796 14,48551 12,39398 15,16517 14,3 15,76583166
III 9,764674 10,01503 9,895075 10,91071 11,87626 11,53262905
V 13,18299 14,77047 13,42983 15,17277 15,61583 15,58346682
0,5
II E 12,85551 16,82528 13,96493 17,39141 16,1097 20,26965051
III 9,746417 11,06663 11,37726 12,59373 13,24341 14,55724459
V 14,20714 17,17429 15,93407 18,45423 17,74094 20,06006006
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
Tabela A3 – Resultados de água não evaporável para temperatura de cura de 60 °C
ÁGUA NÃO EVAPORÁVEL (Wn - %) EM CURA A 60°C
FABRICANTE A/C CIMENTO 600°C 1000°C 600°C 1000°C 600°C 1000°C
7 DIAS 28 DIAS 90 DIAS
F1
0,3
II E 12,14373 13,74996 12,28163 14,87769 - -
III 10,13992 10,65014 10,78388 11,6709 - -
V 12,89356 14,37126 12,71823 15,02742 - -
0,5
II E 13,49343 15,90026 13,29336 16,15 15,26305 18,36733683
III 12,28771 13,23683 12,73139 14,33583 14,22142 15,69509599
V 15,55316 13,68613 15,19226 15,55786 16,11623 17,77670789
F2
0,3
II E 13,02392 12,83713 13,04343 16,75017 16 17,78770817
III 9,94996 11,99583 10,58941 11,02204 12,44223 12,83070788
V 14,25716 13,68631 14,92062 16,70841 14,84216 18,80266148
0,5
II E 12,75641 16,45896 13,71373 18,00896 15,11523 18,49080919
III 11,08343 13,70736 12,4 14,29276 12,64996 13,27655311
V 14,60021 17,66474 15,91803 19,00946 16,95851 19,05964777
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
105
APÊNDICE B
Comparação entre 7 e 28 dias
106
O Quadro do apêndice B apresenta os resultados da comparação
estatística dos resultados de Wn nas idades de 7 e 28 dias para as pastas de
cimento sob a mesma condição de moldagem e cura. Os resultados satisfatórios,
igual estatisticamente, estão representados com sinal de “=“ com célula amarela, e
os resultados diferentes apresentam o sinal “” em vermelho. Algumas células em
branco, de ensaio de 90 dias, não foram analisadas.
Quadro B1. Comparação dos resultados de Wn entre as idade de 7 e 28 dias
Fabricante 1 - a/c 0,3
Wn7=Wn28 Wn7≠Wn28
20°C 40°C 60°C
PF 600 °C
PF 1000 °C
PF 600 °C
PF 1000 °C
PF 600 °C
PF 1000 °C
CP II E = = = = = =
CP III = = = = = =
CP V = = = = = =
Fabricante 1 - a/c 0,5
Wn7=Wn28 Wn7≠Wn28
20°C 40°C 60°C
PF 600 °C
PF 1000 °C
PF 600 °C
PF 1000 °C
PF 600 °C
PF 1000 °C
CP II E = = = ≠ = =
CP III = = = ≠ = =
CP V = = = ≠ = =
Fabricante 2 - a/c 0,3
Wn7=Wn28 Wn7≠Wn28
20°C 40°C 60°C
PF 600 °C
PF 1000 °C
PF 600 °C
PF 1000 °C
PF 600 °C
PF 1000 °C
CP II E = = = = = ≠
CP III = = = = = =
CP V = = = = = ≠
Fabricante 2 - a/c 0,5
Wn7=Wn28 Wn7≠Wn28
20°C 40°C 60°C
PF 600 °C
PF 1000 °C
PF 600 °C
PF 1000 °C
PF 600 °C
PF 1000 °C
CP II E = ≠ = = = =
CP III = = = = = =
CP V = ≠ = = = = Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
107
APÊNDICE C
Comparação entre PF a 600 °C e
1000 °C
108
O Quadro do apêndice C apresenta os resultados da comparação
estatística entre os ensaios de PF a 600 °C e PF a 1000 °C dos resultados de Wn
para as pastas de cimento sob a mesma condição de moldagem e cura. Os
resultados satisfatórios, igual estatisticamente, estão representados com sinal de “=“
com célula amarela, e os resultados diferentes apresentam o sinal “” em vermelho.
Algumas células em branco, de ensaio de 90 dias, não foram analisadas.
Quadro C1. Comparação dos ensaios de PF a 600 °C e PF a 1000 °C
Fabricante 1 - a/c 0,3
Wn: 600°C=1000°C 600°C≠1000°C
20°C 40°C 60°C
7 dias 28 dias 7 dias 28 dias 7 dias 28 dias
CP II E ≠ ≠ = = = ≠
CP III = = = = = =
CP V ≠ ≠ = = = ≠
Fabricante 1 - a/c 0,5
Wn: 600°C=1000°C 600°C≠1000°C
20°C 40°C 60°C
7 dias 28 dias 7 dias 28 dias 7 dias 28 dias
CP II E ≠ ≠ = ≠ ≠ ≠
CP III = = = = = =
CP V ≠ ≠ = ≠ = =
Fabricante 2 - a/c 0,3
Wn: 600°C=1000°C 600°C≠1000°C
20°C 40°C 60°C
7 dias 28 dias 7 dias 28 dias 7 dias 28 dias
CP II E ≠ ≠ ≠ ≠ = ≠
CP III = = = = = =
CP V = ≠ = = = =
Fabricante 2 - a/c 0,5
Wn: 600°C=1000°C 600°C≠1000°C
20°C 40°C 60°C
7 dias 28 dias 7 dias 28 dias 7 dias 28 dias
CP II E = ≠ ≠ ≠ ≠ ≠
CP III = = = = ≠ =
CP V = ≠ ≠ ≠ ≠ ≠ Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
109
APÊNDICE D
Comparação entre as relações a/c
110
O Quadro do apêndice D apresenta os resultados da comparação
estatística dos resultados de Wn para as pastas com relação a/c de 0,3 e 0,5 sob a
mesma condição de ensaio. Os resultados satisfatórios, iguais estatisticamente,
estão representados com sinal de “=“ com célula amarela, e os resultados diferentes
apresentam o sinal “” em vermelho. Algumas células em branco, de ensaio de 90
dias, não foram analisadas.
Quadro D1. Comparação dos resultados de Wn entre as relações a/c
Fabricante 1 - PF 600 °C
a/c: 0,3=0,5
0,3≠0,5
20°C 40°C 60°C
7 dias 28 dias 7 dias 28 dias 7 dias 28 dias
CP II E = = = = = =
CP III = = = = ≠ ≠
CP V ≠ ≠ ≠ = ≠ ≠
Fabricante 1 - PF 1000 °C
a/c: 0,3=0,5
0,3≠0,5
20°C 40°C 60°C
7 dias 28 dias 7 dias 28 dias 7 dias 28 dias
CP II E = ≠ = ≠ = =
CP III = ≠ = = ≠ ≠
CP V ≠ ≠ ≠ ≠ = =
Fabricante 2 - PF 600 °C
a/c: 0,3=0,5
0,3≠0,5
20°C 40°C 60°C
7 dias 28 dias 7 dias 28 dias 7 dias 28 dias
CP II E = = = = = =
CP III = = = = = =
CP V ≠ ≠ = ≠ = =
Fabricante 2 - PF 1000 °C
a/c: 0,3=0,5
0,3≠0,5
20°C 40°C 60°C
7 dias 28 dias 7 dias 28 dias 7 dias 28 dias
CP II E = = ≠ ≠ ≠ =
CP III ≠ ≠ = = ≠ ≠
CP V = ≠ ≠ ≠ ≠ ≠
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
111
APÊNDICE E
Comparação entre os cimentos
112
O Quadro do apêndice E apresenta os resultados da comparação
estatística entre os resultados de Wn para os diferentes cimentos. A comparação
entre os três cimentos seguem a ordem das letras abaixo:
A: CP V > CP II E > CP III
B: (CP II E = CP V) > CP III
C: CP V > (CPII E = CP III)
D: CP II E = CP III = CP V
E: (CP III = CP V) > CP II E
Quadro E1. Comparação dos resultados de Wn entre os cimentos
Fabricante 1 - a/c 0,3
CP=CP CP≠CP
20°C 40°C 60°C
7 dias 28 dias 7 dias 28 dias 7 dias 28 dias
PF 600 ° C D D D D B D
PF 1000 °C B B D D B B
Fabricante 1 - a/c 0,5
CP=CP CP≠CP
20°C 40°C 60°C
7 dias 28 dias 7 dias 28 dias 7 dias 28 dias
PF 600 ° C C C B B C C
PF 1000 °C B B B B E D
Fabricante 2 - a/c 0,3
CP=CP CP≠CP
20°C 40°C 60°C
7 dias 28 dias 7 dias 28 dias 7 dias 28 dias
PF 600 ° C B B B B B B
PF 1000 °C B B B B B B
Fabricante 2 - a/c 0,5
CP=CP CP≠CP
20°C 40°C 60°C
7 dias 28 dias 7 dias 28 dias 7 dias 28 dias
PF 600 ° C A C B B B B
PF 1000 °C B B B B C B Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
113
APÊNDICE F
Comparação entre as temperaturas
de cura
114
Os Quadros do apêndice F apresentam os resultados da comparação
estatística dos resultados de Wn entre as diferentes temperaturas de cura. Os
resultados satisfatórios, iguais, estatisticamente, estão representados com sinal de
“=“ com célula amarela, e os resultados diferentes apresentam o sinal “” em
vermelho. Algumas células em branco, de ensaio de 90 dias, não foram analisadas.
Quadro F1. Comparação dos resultados de Wn entre as temperaturas de cura de
20 °C e 40 °C
Fabricante 1 - a/c 0,3
Wn: 20°C=40°C 20°C≠40°C
7 DIAS 28 DIAS
PF 600 °C
PF 1000 °C
PF 600 °C
PF 1000 °C
CP II E = = = =
CP III = = = =
CP V = = =
Fabricante 1 - a/c 0,5
Wn: 20°C=40°C 20°C≠40°C
7 DIAS 28 DIAS
PF 600 °C
PF 1000 °C
PF 600 °C
PF 1000 °C
CP II E = = = =
CP III = = = =
CP V = = = =
Fabricante 2 - a/c 0,3
Wn: 20°C=40°C 20°C≠40°C
7 DIAS 28 DIAS
PF 600 °C
PF 1000 °C
PF 600 °C
PF 1000 °C
CP II E = = = =
CP III = = = =
CP V = = = =
Fabricante 2 - a/c 0,5
Wn: 20°C=40°C 20°C≠40°C
7 DIAS 28 DIAS
PF 600 °C
PF 1000 °C
PF 600 °C
PF 1000 °C
CP II E = = =
CP III = = = =
CP V = = = Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
115
Quadro F2. Comparação dos resultados de Wn entre as temperaturas de cura de
20 °C e 60 °C
Fabricante 1 - a/c 0,3
Wn: 20°C=60°C 20°C≠60°C
7 DIAS 28 DIAS
PF 600 °C
PF 1000 °C
PF 600 °C
PF 1000 °C
CP II E = = = =
CP III = = = =
CP V = = = =
Fabricante 1 - a/c 0,5
Wn: 20°C=60°C 20°C≠60°C
7 DIAS 28 DIAS
PF 600 °C
PF 1000 °C
PF 600 °C
PF 1000 °C
CP II E = = =
CP III = =
CP V = =
Fabricante 2 - a/c 0,3
Wn: 20°C=60°C 20°C≠60°C
7 DIAS 28 DIAS
PF 600 °C
PF 1000 °C
PF 600 °C
PF 1000 °C
CP II E = = = =
CP III = = = =
CP V = = = =
Fabricante 2 - a/c 0,5
Wn: 20°C=60°C 20°C≠60°C
7 DIAS 28 DIAS
PF 600 °C
PF 1000 °C
PF 600 °C
PF 1000 °C
CP II E = = =
CP III = = = =
CP V = = = Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
116
APÊNDICE G
Comparação entre os fabricantes
117
O Quadro do apêndice G apresenta os resultados da comparação
estatística dos resultados de Wn para os Fabricantes 1 e 2 nas pastas de cimento
sob a mesma condição de ensaio. Os resultados satisfatórios, iguais,
estatisticamente, estão representados com sinal de “=“ com célula amarela, e os
resultados diferentes apresentam o sinal “” em vermelho. Algumas células em
branco, de ensaio de 90 dias, não foram analisadas.
Quadro G1 – Comparação dos resultados de Wn entre os Fabricantes
TESTE - T STUDENT PARA ENSAIOS DE PERDA AO FOGO A 600 °C - A/C 0,3
F1=F2
F2≠F2
20°C 40°C 60°C
7 dias 28 dias 90 dias 7 dias 28 dias 90 dias 7 dias 28 dias 90 dias
CP II E = = = = = = =
CP III F1 = = F1 = = =
CP V F2 = F2 = = F2 =
TESTE - T STUDENT PARA ENSAIOS DE PERDA AO FOGO A 1000 °C - A/C 0,3
F1=F2
F2≠F2
20°C 40°C 60°C
7 dias 28 dias 90 dias 7 dias 28 dias 90 dias 7 dias 28 dias 90 dias
CP II E = F2 = F2 = F1 F2
CP III F1 = F1 F1 = = F1
CP V = F2 F2 = = = F2
TESTE - T STUDENT PARA ENSAIOS DE PERDA AO FOGO A 600 °C - A/C 0,5
F1=F2
F2≠F2
20°C 40°C 60°C
7 dias 28 dias 90 dias 7 dias 28 dias 90 dias 7 dias 28 dias 90 dias
CP II E = = = = = = F2 =
CP III = = = = = = = =
CP V F2 = = = = = = F2
TESTE - T STUDENT PARA ENSAIOS DE PERDA AO FOGO A 1000 °C - A/C 0,5
F1=F2
F2≠F2
20°C 40°C 60°C
7 dias 28 dias 90 dias 7 dias 28 dias 90 dias 7 dias 28 dias 90 dias
CP II E = F2 F2 = = = F2 =
CP III = = = F1 F1 = = F1
CP V = F2 F2 = F1 F2 F2 F2
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
118
APÊNDICE H
Água não evaporável teórica (x)
119
As tabelas do Apêndice H apresentam os valores de água não evaporável
"x" que aparece na Equação 3.10. Para isto, foi definido o grau de hidratação última
para 28 dias conforme a Equação 3.1 em função da relação a/c. A razão entre o Wn
pelo grau de hidratação, tem-se o “x”.
Tem se as médias dos valores "x" para as três tabelas:
- Para PF a 600 °C: (17,80% + 18,99% + 19,23%)÷3 = 18,67%
- Para PF a 1000 °C: (21,43% + 21,82% + 22,38%)÷3 = 21,88%
Tabela H1 – Resultados do valor "x" para temperatura de cura de 20 °C
ÁGUA NÃO EVAPORÁVEL (Wn - %) EM CURA A 20°C
FABRICANTE A/C CIMENTO 600°C 1000°C
Wn α x Wn α x
F1
0,3
II E 10,96 0,62611 17,50 13,79 0,62611 22,03
III 9,96 0,62611 15,91 10,87 0,62611 17,37
V 11,78 0,62611 18,82 13,81 0,62611 22,06
0,5
II E 12,22 0,7428 16,45 16,29 0,7428 21,93
III 11,41 0,7428 15,36 13,13 0,7428 17,67
V 15,36 0,7428 20,68 17,92 0,7428 24,12
F2
0,3
II E 12,36 0,62611 19,73 15,73 0,62611 25,12
III 9,84 0,62611 15,72 10,79 0,62611 17,24
V 13,16 0,62611 21,02 15,35 0,62611 24,52
0,5
II E 12,60 0,7428 16,96 17,04 0,7428 22,94
III 10,89 0,7428 14,67 12,79 0,7428 17,22
V 15,48 0,7428 20,84 18,55 0,7428 24,97
Média de X 17,80 Média de X 21,43 Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
120
Tabela H2 – Resultados do valor "x" para temperatura de cura de 40 °C
ÁGUA NÃO EVAPORÁVEL (Wn - %) EM CURA A 40°C
FABRICANTE A/C CIMENTO 600°C 1000°C
Wn α x Wn α x
F1
0,3
II E 12,64 0,62611 20,19 14,39 0,62611 22,98
III 11,89 0,62611 19,00 12,71 0,62611 20,30
V 13,36 0,62611 21,33 13,83 0,62611 22,09
0,5
II E 13,56 0,7428 18,25 17,14 0,7428 23,08
III 12,03 0,7428 16,19 13,55 0,7428 18,24
V 15,04 0,7428 20,25 17,84 0,7428 24,02
F2
0,3
II E 12,39 0,62611 19,80 15,17 0,62611 24,22
III 9,90 0,62611 15,80 10,91 0,62611 17,43
V 13,43 0,62611 21,45 15,17 0,62611 24,23
0,5
II E 13,96 0,7428 18,80 17,39 0,7428 23,41
III 11,38 0,7428 15,32 12,59 0,7428 16,95
V 15,93 0,7428 21,45 18,45 0,7428 24,84
Média de X 18,99 Média de X 21,82 Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
Tabela H3 – Resultados do valor "x" para temperatura de cura de 60 °C
ÁGUA NÃO EVAPORÁVEL (Wn - %) EM CURA A 60°C
FABRICANTE A/C CIMENTO 600°C 1000°C
Wn α x Wn α x
F1
0,3
II E 12,28 0,62611 19,62 14,88 0,62611 23,76
III 10,78 0,62611 17,22 11,67 0,62611 18,64
V 12,72 0,62611 20,31 15,03 0,62611 24,00
0,5
II E 13,29 0,7428 17,90 16,15 0,7428 21,74
III 12,73 0,7428 17,14 14,34 0,7428 19,30
V 15,19 0,7428 20,45 15,56 0,7428 20,95
F2
0,3
II E 13,04 0,62611 20,83 16,75 0,62611 26,75
III 10,59 0,62611 16,91 11,02 0,62611 17,60
V 14,92 0,62611 23,83 16,71 0,62611 26,69
0,5
II E 13,71 0,7428 18,46 18,01 0,7428 24,24
III 12,40 0,7428 16,69 14,29 0,7428 19,24
V 15,92 0,7428 21,43 19,01 0,7428 25,59
Média de X 19,23 Média de X 22,38
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
121
As tabelas H4, H5 H6 apresentam os valores de água não evaporável "x"
desconsiderando o cimento CP III. Assim, chegou-se às médias abaixo:
- Para PF a 600 °C: (19,00% + 20,19% + 20,35%)÷3 = 19,85%
- Para PF a 1000 °C: (23,46% + 23,61% + 24,22%)÷3 = 23,76%
Tabela H4 – Resultados do valor "x" para temperatura de cura de 20 °C
(sem o cimento CPIII)
ÁGUA NÃO EVAPORÁVEL (Wn - %) EM CURA A 20°C
FABRICANTE A/C CIMENTO 600°C 1000°C
Wn α x Wn α x
F1
0,3 II E 10,96 0,62611 17,50 13,79 0,62611 22,03
V 11,78 0,62611 18,82 13,81 0,62611 22,06
0,5 II E 12,22 0,7428 16,45 16,29 0,7428 21,93
V 15,36 0,7428 20,68 17,92 0,7428 24,12
F2
0,3 II E 12,36 0,62611 19,73 15,73 0,62611 25,12
V 13,16 0,62611 21,02 15,35 0,62611 24,52
0,5 II E 12,60 0,7428 16,96 17,04 0,7428 22,94
V 15,48 0,7428 20,84 18,55 0,7428 24,97
Média de X 19,00 Média de X 23,46 Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
Tabela H5 – Resultados do valor "x" para temperatura de cura de 40 °C
(sem o cimento CPIII)
ÁGUA NÃO EVAPORÁVEL (Wn - %) EM CURA A 40°C
FABRICANTE A/C CIMENTO 600°C 1000°C
Wn α x Wn α x
F1
0,3 II E 12,64 0,62611 20,19 14,39 0,62611 22,98
V 13,36 0,62611 21,33 13,83 0,62611 22,09
0,5 II E 13,56 0,7428 18,25 17,14 0,7428 23,08
V 15,04 0,7428 20,25 17,84 0,7428 24,02
F2
0,3 II E 12,39 0,62611 19,80 15,17 0,62611 24,22
V 13,43 0,62611 21,45 15,17 0,62611 24,23
0,5 II E 13,96 0,7428 18,80 17,39 0,7428 23,41
V 15,93 0,7428 21,45 18,45 0,7428 24,84
Média de X 20,19 Média de X 23,61 Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
122
Tabela H6 – Resultados do valor "x" para temperatura de cura de 60 °C
(sem o cimento CPIII)
ÁGUA NÃO EVAPORÁVEL (Wn - %) EM CURA A 60°C
FABRICANTE A/C CIMENTO 600°C 1000°C
Wn α x Wn α x
F1
0,3 II E 12,28 0,62611 19,62 14,88 0,62611 23,76
V 12,72 0,62611 20,31 15,03 0,62611 24,00
0,5 II E 13,29 0,7428 17,90 16,15 0,7428 21,74
V 15,19 0,7428 20,45 15,56 0,7428 20,95
F2
0,3 II E 13,04 0,62611 20,83 16,75 0,62611 26,75
V 14,92 0,62611 23,83 16,71 0,62611 26,69
0,5 II E 13,71 0,7428 18,46 18,01 0,7428 24,24
V 15,92 0,7428 21,43 19,01 0,7428 25,59
Média de X 20,35 Média de X 24,22
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
123
APÊNDICE I
Comparação entre fabricantes para
os resultados de resistência à
compressão
124
O Quadro do apêndice I apresenta os resultados da comparação
estatística dos resultados de resistência à compressão entre os Fabricantes 1 e 2
para as argamassas de cimento sob a mesma condição de ensaio. Os resultados
satisfatórios, igual estatisticamente, estão representados com sinal de “=“ com célula
amarela, e os resultados diferentes apresentam o sinal “” em vermelho. Algumas
células em branco, de ensaio de 90 dias, não foram analisadas.
Quadro I1 – Comparação dos resultados de resistência à compressão entre os
Fabricantes 1 e 2
TESTE - T STUDENT PARA ENSAIOS DE RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO
F1=F2
F2≠F2
20°C 40°C 60°C
7 dias 28 dias 90 dias 7 dias 28 dias 90 dias 7 dias 28 dias 90 dias
CP II E = = = = = = F1 F2 =
CP III = F2 = = = = F1 = =
CP V F2 = F1 = = = F1 = =
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.
