Análise da influência de aditivos superplastificantes no comportamento de pastas de cimento Portland com diferentes estruturas polimórficas do C3A

Abstract

O cimento Portland (CP)é um material de elevada taxa de utilização que tem como consequência o continuo crescimento da emissão de gases do efeito estufa gerado em sua produção, representando valores alarmantes. Buscando soluções para diminuição desse consumo, alguns aditivos se apresentam como recurso disponível diante das inovações da engenharia. Com isso, todo melhor entendimento da cinética de hidratação do CP e sua interação com os aditivos, assim como seu desempenho, se apresentam como motivação para diminuir o consumo por metro cúbico de concreto e, portanto, contribuir coma redução do impacto ambiental. O clínquer de CP é um material composto por diferentes fases, em que a alita (C3S) e o aluminato tricálcico (C3A) são os responsáveis em determinar as propriedades iniciais no concreto. Dessas fases, o C3A é a mais reativa e sua estrutura cristalina pode apresentar polimorfismos, de acordo com o processo de clinquerização, que podem levar à um comportamento diferente no processo de hidratação do CP. A estrutura cristalina do C3A puro é cúbica; no entanto o C3A contendo certas quantidades de álcalis (principalmente,Na+ ou K+) promove a cristalização de estrutura do tipo ortorrômbica. Esse polimorfismo determina como o C3A reage com a água e sua interação num ambiente com sulfatos. No CP, os superplastificantes são preferencialmente adsorvidos nas partículas de cimento reduzindo, principalmente, a cinética de dissolução do C3A. Acerca disso, o presente trabalho realizou estudos de calorimetria, resistência à compressão e fluidez, analisando a aplicação de dois superplastificantes comercialmente disponíveis no mercado,base policarboxilato, com função de abertura (elevada fluidez) e manutenção (prolongado tempo de ação).Diferentes teores dos aditivos foram utilizados em clínqueres com quantidades distintas de C3A cúbico e ortorrômbico, com proporção de gipsita fixada em 4,3% e a/c 0,4. A partir de dados gerados em calorimetria isotérmica, identificou-se um deslocamento do pico de hidratação, com aumento no tempo de dormência, bem como um aumento na liberação de calor. Isso implica que as interações entre os aditivos e o cimento acontecem nas primeiras horas de hidratação e modificam as taxas de dissolução, nucleação e crescimento das fases, tendo um efeito na resistência. Os sistemas com clínquer com maiores teores de C3A ortorrômbico se mostraram mais reativos, corroborando com estudos anteriores. Em relação ao espalhamento e à perda de abatimento dos sistemas, os resultados indicaram aumento na fluidez com incorporação de aditivo, conforme esperado.

Portland cement (CP) is a material with a high utilization rate and the pollution rate caused by its production represents alarming values. Looking for solutions to reduce this consumption, some admixtures are presented as an available resource in the face of engineering innovations. Thus, a better understanding of the CP kinetics of hydration and its interaction with the admixtures, as well as their performance, are presented as a motivation to reduce consumption per cubic meter of concrete and, therefore, contribute to the reduction of environmental impact. The CP clinker is a material composed of different phases, in which the alite (C3S) and the tricalcium aluminate (C3A) are responsible for determining the initial properties in the concrete. Of these phases, C3A is the most reactive and its crystalline structure may present polymorphisms according to the clinker process, which may lead to a different behavior in the CP hydration process. The crystal structure of the pure C3A is cubic; however, C3A containing certain quantities of alkalis (mainly Na + or K +) promotes crystallization of the orthorhombic structure. This polymorphism determines how C3A reacts with water and its interaction in a sulfate environment. In the CP, the superplasticizers are preferentially adsorbed to the cement particles, mainly reducing the dissolution kinetics of C3A. The present work carried out studies of calorimetry, compressive strength and fluidity, analyzing the application of two superplasticizers commercially available on the market, polycarboxylate base, with function of opening (high fluidity) and maintenance (long time of action). Different contents of the additives were used in clinkers with different amounts of cubic and orthorhombic C3A, with a ratio of gypsum set at 4.3% and a / c 0.4. From data generated in isothermal calorimetry, a peak displacement of hydration was identified, with increase in induction time, as well as an increase in heat release. This implies that the interactions between the admixtures and the cement take place in the first hours of hydration and modify the rates of dissolution, nucleation and growth of the phases, having an effect on the resistance. Cluster systems with higher levels of orthorhombic C3A were more reactive, corroborating previous studies. In relation to the scattering and the slump loss of systems, the results indicated an increase in fluidity with additive incorporation, as expected.