Resistência ao ataque por sulfato em sistemas de cimento Portland: efeito do polimorfismo do aluminato tricálcico

Abstract

A fase aluminato tricálcico (C3A) do cimento Portland pode ser formada em duas formas cristalinas, sendo estas cúbica ou ortorrômbica. Atualmente, não se tem conhecimento sobre a influência destas modificações na formação da etringita secundária derivada do ataque por sulfato. No entanto, sabe-se que a suscetibilidade de uma possível deterioração por ataque por sulfato irá depender diretamente da reatividade e conteúdo não reagido de C3A, assim como da presença de íons de sulfatos dissolvidos e um ambiente altamente úmido. Desta forma, o objetivo deste trabalho é avaliar a influência da fase cristalina do C3A (cúbica e ortorrômbica) em cimentos frente ao ataque por sulfato de origem externa. Foram realizados ensaios de resistência à compressão, baseados na norma ASTM C109-16, e também de ataque por sulfato externo, baseados nas normas ASTM 1012-5 (2015) e NBR 13853 (2014), em três clínqueres Portland, um com teor de 25% de C3A cúbico e 75% de C3A ortorrômbico (C25-O75), outro com 55% de C3A cúbico e 45% de C3A ortorrômbico (C55-O45) e o terceiro com 80% de C3A cúbico e 20% de C3A ortorrômbico (C80-O20). Os cimentos foram compostos pelos referidos clínqueres e adição de 5% e 3% de gipsita, mantendo-se a finura e características similares. Para efeito de comparação, amostras de referência foram mantidas em solução de água com cal. Ensaios de difração de Raios-X em amostras em pasta também foram realizados, avaliando-se as principais fases formadas. Os resultados de difração de raios-X, demonstraram que, aos 28 dias de idade, houve um aumento na intensidade dos picos de etringita nas pastas com o cimento C55-O45, com 5% de adição de gipsita, em comparação com os demais. Os ensaios de expansão através da ASTM 1012 e NBR 13583 também indicam uma maior expansão do clínquer C55-O45 nesta idade. No entanto, aos 6 meses, observou-se uma inversão de tendência com as amostras com maior teor de C3A ortorrômbico, demonstrando uma propensão em superar as expansões das amostras com maior teor de C3A cúbico. Tais constatações apresentam consonância com os dados obtidos nos ensaios de resistência à compressão, aos 6 meses e também com as expansões encontradas os ensaios da NBR 13583, aos 42 dias. A partir dos resultados é possível inferir que a forma cristalina ortorrômbica do C3A, quando presente em maior quantidade no cimento, aparenta mitigar os efeitos deletérios do ataque por sulfato apenas em um curto prazo. Em idades mais avançadas, cimentos com teores mais elevados de C3A ortorrômbico sofrem mais com os efeitos deletérios do ataque por sulfato.

The tricalcium aluminate phase (C3A) of the Portland cement can be formed into two crystalline forms, these being cubic or orthorhombic. Currently, there is no knowledge of the influence of these modifications on the formation of the secondary ettringite derived from the sulphate attack. However, it is known that the susceptibility of possible deterioration by sulfate attack will depend directly on the reactivity and unreacted C3A content, as well as the presence of dissolved sulfate ions and a highly moist environment. Thus, the objective of this work is to evaluate the influence of the crystalline phase of C3A (cubic and orthorhombic) in cements in contact with external sulfate attack. Compressive strength tests, based on the ASTM C109-16 standard, as well as the external sulfate attack, based on the ASTM 1012-5 (2015) and NBR 13853 (2014) standards, were carried out on three Portland clinkers, one with 25% of cubic C3A and 75% of orthorhombic C3A (C25-O75), another with 55% of cubic C3A and 45% of orthorhombic C3A (C55-O45) and the third with 80% of cubic C3A and 20% of orthorhombic C3A (C80-O20). The cements were composed of these clinkers and an addition of 5% and 3% of gypsum, maintaining the fineness and similar characteristics. For comparison purposes, reference samples were kept in a solution of lime water. X-ray diffraction tests on paste samples were also performed, evaluating the main phases formed. The results of X-ray diffraction showed that, at 28 days of age, there was a higher growth of the ettringite peaks in the pastes with the C55-O45 cement, with 5% addition of gypsum, in comparison with the others. Expansion tests performed by ASTM 1012 and NBR 13583 also indicate a further expansion of C55-O45 clinker at this age. However, at 6 months, a trend reversal was observed, with samples with higher orthorhombic C3A content showing a propensity to overcome the expansions of samples with higher cubic C3A content. These findings are consistent with the data obtained in the compressive strength tests at 6 months and also with the expansions found in the NBR 13583 tests at 42 days. Based on those results it is possible to infer that the orthorhombic crystalline form of C3A, when present in greater quantity in the cement, seems to mitigate the deleterious effects of the attack by sulphate only in a short term. At more advanced ages, cements with higher levels of orthorhombic C3A suffer more from the deleterious effects of sulphate attack.