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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
CAMPUS UNIVERSITARIO DO ARAGUAIA
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
CURSO DE ENGENHARIA CÍVIL
RAFAEL MARTINS SANTOS
AVALIAÇÃO DE PASTAS DE CIMENTO PORTLAND CP II - F COM ADIÇÃO DE
DIFERENTES PROPORÇÕES DE PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO (𝑯𝟐𝑶𝟐).
BARRA DO GARÇAS – MT
2019
RAFAEL MARTINS SANTOS
AVALIAÇÃO DE PASTAS DE CIMENTO PORTLAND CP II - F COM ADIÇÃO DE
DIFERENTES PROPORÇÕES DE PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO (𝑯𝟐𝑶𝟐).
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado
ao curso de Engenharia Civil da Universidade
Federal de Mato Grosso, para obtenção do título
de bacharel em Engenharia Civil.
Orientadora: Andressa Rodrigues de Sousa Oliveira
BARRA DO GARÇAS – MT
2019
Dedico este trabalho à minha
mãe e meu pai, que nunca
duvidaram de mim, e com muito
carinho е apoio, não mediram
esforços para que eu
conquistasse esta vitória.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus por minha vida e saúde.
Aos meus pais, pelo apoio financeiro e moral.
À minha orientadora Andressa Rodrigues de Sousa Oliveira, pela ajude e paciência.
Ao Laboratório de Estudos de Materiais (LEMat - UFMT - CUA) pelo uso dos equipamentos cedidos.
Ao técnico de laboratório Júlio, pela ajuda e paciência.
Aos meus amigos.
RESUMO
O presente trabalho refere-se à avaliação da influência da adição de peróxido de
hidrogênio na hidratação de pastas de cimento Portland do tipo CPII - F, nas
proporções de 5%, 10% e 15% (m/m). A influência do mesmo nos teores de hidratação
das pastas cimentícias foi analisada através da caracterização da resistência à
compressão axial e à absorção de água por capilaridade. As duas primeiras etapas
são atribuídas à saída de águas adsorvidas, fracamente ligadas e quimicamente
combinadas da gipsita e aos produtos de decomposição dos aluminatos e silicatos
hidratados do cimento. A terceira e quarta etapas são atribuídas a desidroxilação do
𝐶𝑎(0𝐻)2 e a descarbonatação do 𝑐𝑎𝑐𝑜3, respectivamente, e principalmente ao
oxigênio desprendido da reação do composto peróxido de hidrogênio (𝐻2𝑂2).
Resultados mostraram que a pasta cimentícia aditivada apresentou menor resistência
a compressão, porém índices de vazios muito maiores, sendo eles atribuídos ao
produto de hidratação da mesma. Foi possível verificar também que a adição de
peróxido de hidrogênio retarda o processo de hidratação das pastas cimentícias
gradativamente com o aumento do teor adicionado, porem após 28 dias o cimento
continua a ganhar resistência, mesmo com a presença do peróxido de hidrogênio. De
posse dos dados obtidos pôde-se então inferir que nas proporções utilizadas o
peróxido de hidrogênio aumenta o número de vazios da pasta progressivamente em
altas concentrações, mas se utilizado em menores quantidades pode vir a ser utilizado
como aditivo, tendo a vantagem o uso em diversas superfícies com necessidade de
uma argamassa menos densa e com porosidade, exemplo: revestimento acústico,
revestimento térmico, dentre outros.
Palavras-chaves: Pastas de cimento, Peróxido de Hidrogênio, aditivos incorporadores
de ar.
ABSTRACT
The present work is related to the addition of hydrogen peroxide in the hydration of
masses of Portland cement type CPII - F, in the proportions of 5%, 10% and 15% (m /
m). The influence of the same is made through the hydration of the cementitious
masses was analyzed through the characterization of the resistance to axial
compression and the absorption of water by capillarity. The two main measures are
the water sources adsorbed, weakly bound and chemically combined with the gypsum
and decomposition products of the aluminates and hydrated silicates of the cement.
The third and fourth parts are attributed to the dehydroxylation of 𝐶𝑎(0𝐻)2 and the
decarbonation of 𝑐𝑎𝑐𝑜3, respectively, and to the exterior of the reaction of the hydrogen
peroxide compound (𝐻2𝑂2). Results related to cement paste aditivated have lower
compressive strength, but larger void indices, being themselves the product of
hydration of the same. It was also possible to verify that the addition of hydrogen
peroxide to the mass curing process gradually increased with the increase in the
content, after 28 days of continuous preparation with gradual increases, even with the
presence of hydrogen peroxide. Based on the obtained data it was possible to infer
that in the proportions used hydrogen peroxide increases the number of voids of the
pulp progressively in high concentrations, but if used in smaller quantities can be used
as an additive, the advantage being the use in various surfaces in need of a less dense
and with more porosity, for example: acoustic coating, thermal coating, among others.
Keywords: Cement pastes, Hydrogen peroxide, air incorporating additives.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Cimento Portland Comum......................................................................................................17
Figura 2: Fabricação do Cimento Portland. (ABCP)..............................................................................19
Figura 3: Influência da porosidade na resistência relativa de diversos materiais.................................23
Figura 4: Rede de poros de uma pasta de cimento..............................................................................25
Figura 5: Processo de Hidratação do Cimento.....................................................................................26
Figura 6: Relação entre a durabilidade e o espaçamento entre bolhas de ar incorporado...................31
Figura 7: Disposição das partículas de ar incorporadas às de cimento................................................32
Figura 8: Embalagem de Peróxido de Hidrogênio na concentração de 50%........................................35
Figura 9: Efeito do ar incorporado e do ar acidental sobre a resistência do concreto...........................37
Figura 10: Corpos de prova moldados e em procedimento de cura......................................................39
Figura 11: Corpo de Prova submetido ao ensaio de compressão axial.................................................40
Figura 12: Corpos de Prova em lâmina d’água, teste de capilaridade..................................................41
Figura 13: Tensão x deformação 0% (H2O2). [Mpa] (28 dias) ................................................................43
Figura 14: Tensão x deformação 5% (H2O2). [Mpa] (28 dias) ...............................................................43
Figura 15: Tensão x deformação 10% (H2O2). [Mpa] (28 dias) .............................................................44
Figura 16: Tensão x deformação 15% (H2O2). [Mpa] (28 dias) .............................................................44
Figura 17: Perca de resistência, após 28 dias. ......................................................................................45
Figura 18: Tensão x deformação 0% (H2O2). [Mpa] (200 dias) ...........................................................46
Figura 19: Tensão x deformação 5% (H2O2). [Mpa] (200 dias) .............................................................47
Figura 20: Tensão x deformação 10% (H2O2). [Mpa] (200 dias) ...........................................................47
Figura 21: Tensão x deformação 15% (H2O2). [Mpa] (200 dias) ............................................................48
Figura 22: Perca de resistência após 200 dias......................................................................................49
Figura 23: Corpos de prova rompidos por compressão com evolução dos vazios aparentes. ..............50
Figura 24: Massas médias dos corpos de prova com a variação do tempo e das concentrações de
Peróxido de Hidrogênio.........................................................................................................................51
Figura 25: Absorção de água por capilaridade (horas x g/cm²) ...........................................................52
LISTA DE QUADROS
Quadro 1: Nomenclatura dos cimentos Portland .................................................................................18
Quadro 2: Composição do cimento Portland .......................................................................................19
Quadro 3: Porosidade da pasta de cimento endurecida.......................................................................24
Quadro 4: Aditivos para o cimento Portland.........................................................................................30
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Compostos presentes no clínquer que se hidratam na presença de água...........................28
Tabela 2: Efeito do tipo de material ou práticas de produção em obra, no teor de ar em materiais
cimentícios.............................................................................................................................................33
Tabela 3: Resistência média à compressão aos 28 dias......................................................................45
Tabela 4: Resistência média à compressão aos 200 dias....................................................................49
Tabela 5: Massas médias dos corpos de prova (g)................................................................................51
Tabela 6: Índices de absorção de água por capilaridade.......................................................................52
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ____________________________________________________________ 11
2. JUSTIFICATIVA ___________________________________________________________ 13
3. OBJETIVOS ______________________________________________________________ 14
3.1. Objetivo Geral _________________________________________________________ 14
3.2. Objetivos Específicos. ___________________________________________________ 14
4. REFERENCIAL TEÓRICO _____________________________________________________ 15
4.1. Cimento ________________________________________________________________ 15
4.1.1. Aspectos históricos e atuais. ___________________________________________ 15
4.1.2. O cimento Portland _________________________________________________ 16
4.1.3. Composição e Fabricação do Cimento Portland ___________________________ 18
4.1.4. Propriedades do cimento Portland _______________________________________ 20
4.1.4.1. Densidade ___________________________________________________ 20
4.1.4.2. Finura ______________________________________________________ 21
4.1.4.3. Resistência Mecânica __________________________________________21
4.1.4.4. Porosidade ___________________________________________________ 22
4.1.4.5. Permeabilidade _______________________________________________ 23
4.1.5. Reações de Hidratação do Cimento _____________________________________ 25
4.2. Aditivos ______________________________________________________________ 29
4.2.1. Aditivos para o Cimento Portland _______________________________________ 29
4.2.2. Aditivos incorporadores de ar ____________________________________________30
4.3. Peróxido de Hidrogênio. ____________________________________________________ 34
4.3.1. Peróxido de Hidrogênio como aditivo incorporador de ar _______________________35
4.4 Resistência Mecânica _______________________________________________________ 36
4.4.1. Resistência à compressão do concreto com ar incorporado _____________________36
5. MATERIAIS E MÉTODOS _____________________________________________________ 38
5.1. Materiais _________________________________________________________________ 38
5.2 Métodos __________________________________________________________________ 38
5.2.1. Preparação das pastas de cimento e corpos de prova _________________________38
5.2.2. Ensaio de resistência à compressão axial___________________________________ 39
5.2.3. Determinação de absorção de água por capilaridade _________________________ 40
6. RESULTADOS E DISCUSSÕES. ________________________________________________ 43
6.1. Resistencia à compressão da pasta aos 28 dias. _________________________________ 43
6.2. Resistencia à compressão da pasta aos 200 dias. ________________________________ 46
6.3. Absorção de água por capilaridade. ___________________________________________ 50
7. CONCLUSÃO _______________________________________________________________ 54
8. CONSIDERAÇÕES FINAIS _____________________________________________________55
8.1. Possíveis Aplicações. _____________________________________________________ 55
8.2. Vantagens do concreto permeável _____________________________________________55
9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ______________________________________________ 56
11
1. INTRODUÇÃO
O cimento Portland Comum é definido como um aglomerante hidráulico obtido
pela moagem de clínquer, resultado da fusão controlada de silicatos e aluminatos de
cálcio, normalmente argilas e calcário, ao qual se adiciona, durante a operação, a
quantidade necessária de uma ou mais formas de sulfato de cálcio (NBR 5732, 1991).
Este aglomerante é constituído principalmente de calcário, sílica, alumina e
óxido de ferro, que são compostos oriundos das matérias-primas utilizadas em sua
produção. No forno, esses compostos se combinam formando produtos de maior
complexidade (NEVILLE, 2013).
A produção do cimento se dá por uma sucessão de etapas, dentre elas a
extração do calcário e argila, britagem e mistura das matérias-primas, moagem da
mistura até transformação em pó, homogeneização com composição química
adequada, calcinação, moagem do clínquer, adições ao material formado e expedição
do cimento (SNIC, 2013). O processo produtivo do cimento em si, necessita de grande
quantidade de energia a qual é utilizada nas atividades de extração de matérias-
primas, bem como no transporte e procedimentos de cominuição, sendo necessária
também na sintetização do material, dentre outras atividades (BELATO, 2013).
O cimento é amplamente utilizado no mundo todo, segundo (ROSSIGNOLO,
2009), isso se deve, em parte, à versátil aplicação do material e a sua adaptabilidade
às condições existentes. De acordo com (NEVILLE, 2013), em 2010 a produção
mundial foi de 3,344 bilhões de toneladas, sendo a China a maior produtora e
consumidora nesse período, com 1,881 bilhão de toneladas. No ano de 2012,
resultados apontados pelo o Sindicato Nacional da Indústria do Cimento (SNIC, 2013),
indicaram que o consumo no Brasil superou a expressiva marca de 69 milhões de
toneladas, já em 2017 os 24 grupos cimenteiros espalhados pelo Brasil, chegaram à
marca de 102,7 milhões de toneladas de cimento produzidas, esclarecendo assim o
constante crescimento do consumo nacional (SNIC, 2017).
As propriedades da pasta de cimento, bem como a infiltração de agentes
agressivos, são bastante influenciadas pela sua porosidade. Este efeito ocorre não só
pela ocupação dos poros pelas partículas, mas também devido à nucleação de novos
produtos de hidratação do cimento promovida pela presença de pequenas partículas
ou também de espaços vazios (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
12
Sabe-se também que o processo de hidratação depende do tipo e da finura
do cimento, da relação entre água e cimento, da temperatura de cura e da presença
de aditivos químicos e minerais. Resumidamente, a reação de hidratação consiste na
formação do silicato de cálcio hidratado, aluminato de cálcio hidratado, etringita,
monosulfaluminato de cálcio hidratado e do hidróxido de cálcio, a partir da reação dos
compostos fundamentais do cimento (𝐶2𝑆, 𝐶3𝑆, 𝐶3𝐴 e 𝐶4𝐴𝐹) com a água (TAYLOR,
1997).
A permeabilidade da pasta cimentícia está relativamente ligada com a
porosidade do material. Para que o ataque por sulfatos ou óxidos tenha início é
necessário haver uma difusão de íons agressivos para o interior da pasta cimentícia.
Portanto, a facilidade da difusão para o interior do material é um fator importante no
valor final da taxa de ataque do meio em que se encontra (SOROUSHIAN;
ALHOZAIMY, 1992). Mehta (1992) apud Khatri; Sirivivatnanaon; Yang (1997)
entendem que o controle da permeabilidade da pasta de cimento é mais importante
que o controle químico e de sua composição. A alta resistência ao ataque apresentada
por vários cimentos compostos, como aqueles ricos em escória, pode ser
parcialmente atribuída à baixa permeabilidade (GOLLOP e TAYLOR, 1996).
Segundo Everse (1991) o Peróxido de Hidrogênio, 𝐻2𝑂2, é um dos compostos
químicos oxidantes mais versáteis que existe, superior ao cloro, dióxido de cloro e
permanganato de potássio em termos de potência e capacidade de oxidação; através
de catálise, pode ser convertido em radical hidroxila (OH) com reatividade inferior
apenas ao flúor. Listando-se os oxidantes mais poderosos e associando-os aos seus
respectivos potenciais padrão de oxidação tem-se: flúor (3,0), radical hidroxila (2,8),
ozônio (2,1), peróxido de hidrogênio (1,77), permanganato de potássio (1,7), dióxido
de cloro (1,5) e cloro (1,4). Além de agente oxidante, 𝐻2𝑂2 + 2𝐻 + 2ⅇ− → 2𝐻20, o
Peróxido de Hidrogênio pode também ser empregado como agente redutor, 𝐻2𝑂2 +
20𝐻− → 𝑂2 + 𝐻2𝑂 + 2ⅇ− .
Considerando o poder oxidante do Peróxido de Hidrogênio, este trabalho tem
por finalidade avaliar a resistência e a permeabilidade de pastas de cimento
hidratadas com este composto químico, a fim de utiliza-lo como um possível aditivo
incorporador de ar.
13
2. JUSTIFICATIVA
O histórico da humanidade mostra que a construção civil sempre existiu para
atender as necessidades básicas e imediatas do homem sem preocupação com a
técnica aprimorada em um primeiro momento. O homem pode ser qualificado
diferencialmente dos demais seres vivos por inúmeras características, entre elas se
inclui o dinamismo de produzir e transformar continuamente suas técnicas através de
aperfeiçoamento e estudo contínuo dos resultados. A constituição das cidades exigiu
qualificação e técnicas mais apropriadas e vantajosas para se construir edifícios cada
vez mais sustentáveis e eficientes (TEIXEIRA, 2005).
Tendo em vista o crescimento global e o avanço tecnológico ocorrido nos
últimos anos, incluindo no ramo da construção civil, o desenvolvimento de novos
materiais cimentícios que possam vir a apresentar melhores propriedades como
durabilidade, resistência à corrosão, resistência à compressão, dureza, dentre outras,
em relação aos materiais já disponíveis no mercado, tem recebido destaque nos últimos
anos. Materiais com tais características podem ser obtidos muitas vezes por adições
de aditivos em sua composição original (ZHANG, 2015).
Na construção civil atual um dos principais materiais é o cimento Portland,
sendo esse um dos principais componentes para o desenvolvimento de modernas
infraestruturas. Com isso, cimentos ou pastas cimentícias que apresentem maior
resistência ao estresse, dureza, resistência à corrosão, dentre outras propriedades tem
ganhado o mercado. O consumo mundial de cimento em 2000 atingiu 1.620 milhões de
toneladas, com crescimento de 1,5% em comparação com 1999, sendo que as vendas
dos 10 maiores grupos ultrapassaram 360 milhões de toneladas. Considerando-se o
período 1997/2000, o crescimento médio anual do consumo atingiu 2% (ANDRADE,
2002).
A partir disso, torna-se necessário o desenvolvimento de novas pastas
cimentícias que tenham uma proposta de melhorar a eficiência do concreto, bem como
ampliar seu campo de uso e sua viabilidade econômica. O peróxido de hidrogênio, por
ser um material relativamente barato e de fácil aquisição, além de um forte agente
oxidante, pode ser um importante aditivo na preparação de pastas de cimento,
argamassas e concretos.
14
3. OBJETIVOS.
3.1 Objetivo Geral
Avaliar a influência na compressão, na permeabilidade e porosidade de
pastas de cimento Portland CPII - F, hidratadas com de peróxido de hidrogênio por
meio de testes de resistência à compressão axial e teste de absorção de água por
capilaridade.
3.2. Objetivos Específicos
Avaliar misturas físicas de cimento Portland CPII - F hidratas com peróxido de
hidrogênio na concentração de 5%, 10% e 15% em relação à massa total da
mistura;
Avaliar uma amostra de pasta de cimento sem adição de peróxido de
hidrogênio para finalidade de comparação;
Caracterizar através de testes físicos a resistência à compressão axial e
também a permeabilidade por capilaridade dos corpos de prova de pastas de
cimento após 28 dias e 200 dias, (este último a título de comparação).
15
4. REFERENCIAL TEÓRICO
4.1. Cimento
4.1.1. Aspectos históricos e atuais
Historicamente falando, o cimento tem origem na antiga Roma, onde espécies
de rochedos quebrados, eram designados como cimento, termo originado do latim
caementu (que significa argamassa, mistura). Um dos componentes básicos do
concreto e hoje um dos materiais mais utilizados pelo homem, devido ao grande
processo de urbanização que se encontra nos dias atuais, onde há relatos que o
cimento só não é mais utilizado que à água. A história do cimento teve início por volta
de 4500 anos atrás devido aos grandes monumentos construídos com terras
vulcânicas que tinham como características, propriedades de endurecimento sob ação
de água. Compostos de areais, cal e cinza vulcânica eram utilizados como agentes
aglomerantes naquela época (SNIC, 2013).
John Smeaton em 1756 produziu um material de alta resistência com uma
estrutura similar ao do cimento Portland, a partir da queima de produtos derivados da
argila e calcários de baixa dureza, processo conhecido como calcinação. No entanto,
somente Joseph Aspdin 1824 designou o termo "Cimento Portland” quando calcinou
ao mesmo tempo rochas calcárias e argila, o que resultou em um pó fino, onde a
mistura seca, tornava-se tão rígida quanto as rochas empregadas nas construções. O
material recebeu esse nome devido a sua solidez, cor e propriedades de durabilidade
que se pareciam com as rochas encontradas na ilha britânica de Portland (ABCP,
2015).
Mas foi apenas em 1845 que o inglês Isaac Charles Johnson, realizou o feito
de aprimorar o Cimento Portland. Com resultados obtidos em diversas analises, Isaac
aumentou sua temperatura de queima para 1400ºC, e o produto originado dessa
queima, após a sua moedura, resultou em um material chamado de clínquer
(NEVILLE, 2013).
A indústria do mercado cimentício no Brasil começou a emergir nos meados
do século XIX. Suas atividades de produção primeiramente estavam centralizadas no
Nordeste e na região Sudeste (estado de São Paulo), onde Louis Felipe da Nóbrega
em princípio iniciou suas atividades no estado da Paraíba, região nordeste do Brasil.
Enquanto o comendador Antônio Pros Rodovalho focava seu trabalho pioneiro no
estado de São Paulo. Assim, Louis Nobrega foi o primeiro a produzir o cimento
16
Portland no Brasil, isto durou por um período curto (cerca de 3 meses) em 1892. A
usina Rodovalho, fabricante do cimento “Santo Antônio” teve seu funcionamento até
1904, retomando a produção de cimento em 1907, trazendo ao mercado diferentes
marcas, sendo elas: “Lage”, “Torquês” e “Meia Lua”, porém, o sucesso da usina
Rodovalho não foi tão grande e teve sua produção extinta em 1918 (SANTOS, 2011).
Após passar por vários altos e baixos o cimento teve seu fortalecimento na
década de 30. A partir dos anos 1930 a alta na indústria de cimento pode ser analisada
devido a quatro principais motivos, sendo eles: 1) Crescimento do mercado interno e
das cidades; 2) a chegada de investimentos e tecnologia; 3) outros ramos econômicos
presentes no país investiram na indústria cimentícia; 4) o estado ofereceu apoio à
essas indústrias (PELÁEZ M. C., 1972).
Há tempos existia no Brasil, praticamente, um único tipo de cimento Portland.
Com a evolução dos conhecimentos técnicos sobre o assunto, foram sendo fabricados
novos tipos. A maioria dos tipos de cimento Portland hoje existentes no mercado
podem ser utilizados para uso geral, mas alguns deles, tem certas características e
propriedades que os tornam mais adequados para determinados usos, permitindo que
se obtenha um concreto ou uma argamassa com a resistência e durabilidade
desejadas, de forma bem econômica. (ABCP, 2002).
Nos dias de hoje, a engenharia ganhou muito com os avanços tecnológicos,
tanto na qualidade dos materiais, quanto na alta tecnologia e precisão dos
instrumentos usados na construção civil, isso faz que a cada dia construções
arquitetônicas com variados designs sejam construídas. E o cimento de tal modo
acompanhou estes avanços (SANTOS L. B.,2005)
4.1.2. O cimento Portland
De acordo com a NBR 5732 (1991), o Cimento Portland (CP) comum é
definido como “um aglomerante hidráulico que é obtido pela moagem do clínquer no
qual se adiciona, durante a operação, a quantidade necessária de uma ou mais formas
de sulfato de cálcio”. Nos teores especificados, durante a etapa de moagem, é
permitido adicionar-se também materiais pozolânicos, escória granuladas de alto
forno e/ou materiais carbonáticos a essa mistura (ZHANG R., 2015).
O cimento Portland é caracterizado por Santos (2005) como um pó fino com
propriedades aglutinantes ou ligantes e aglomerantes onde o mesmo endurece sob
17
ação da água. Depois do início da pega onde ele se endurece, pode ser submetido
novamente à ação da água, de forma que o cimento Portland não se decompõe mais.
É considerado um aglomerante hidráulico devido sua propriedade em tornar se um
material com grande resistência a compressão e a determinados intempéries quando
o mesmo reage com a água. A Figura 1 demonstra este produto de fácil acesso no
mercado brasileiro.
Figura 1: Cimento Portland Comum.
Fonte: www.techne.pini.com.br (acesso em outubro 2018).
Atualmente a inserção de aditivos neste aglomerante contribuem para que
este material tenha diferentes utilizações no mercado da construção civil. Devido à
isso, além do cimento Portland comum, podemos ter de acordo com a Associação
Brasileira de Cimento Portland (ABCP, 2018): cimento Portland composto com fíler,
cimento Portland composto com pozolana, cimento Portland composto com escória
granulada de alto-forno, cimento Portland de alto forno, cimento Portland pozolânico,
cimento Portland de alta resistência inicial, cimento Portland resistente a sulfatos e
cimento Portland branco os quais estão descritos no quadro abaixo
18
Quadro 1: Nomenclatura dos Cimentos Portland
Fonte: (ABCP, 2018)
4.1.3. Composição e Fabricação do Cimento Portland
Segundo Araújo et.al., (2000), o cimento Portland tem em sua composição o
clínquer, com adições de algumas substâncias que interferem em suas propriedades
ou auxiliam na sua utilização. Na verdade, são essas adições que delineiam e definem
as diferentes variedades de cimento. O clínquer possui como matérias-primas a argila
e o calcário. A jazida calcária é inicialmente britada, depois passa por um processo de
moagem e em seguida é misturada, nas devidas proporções, com argila, também
moída. Essa mistura passa então por um forno giratório, cuja temperatura interior pode
chegar a 1450 °C, atingindo um grau de fusão incipiente. A alta temperatura do forno
transforma essa mistura no clínquer, apresentando-se este inicialmente em forma de
pelotas, em sua saída do forno, ainda incandescente. Os tipos de cimento Portland e
suas respectivas composições podem ser observadas no Quadro 2 abaixo:
19
Quadro 2: Composição do cimento Portland.
Fonte: ABCP, 2018.
As fábricas de cimento possuem grandes instalações, que são geralmente
construídas próximas as matérias-primas de forma que facilite o processo de
fabricação. A Figura 2 mostra o esquema de fabricação do cimento.
Figura 2: Fabricação do cimento Portland. (ABCP)
Fonte: Livro Materiais de Construção – Araújo, Rodrigues & Freitas, 2000.
Esse processo é composto por seis operações principais, que são definidas por
(ARAUJO, 2000), como:
20
1) Retirada da jazida.
2) Britagem: Fase na qual os materiais britados (calcário) são levados a depósitos
apropriados, onde são deixados em uma estufa para secagem.
3) Moedura e mistura: Secos, os materiais são divididos em proporções e conduzidos
aos moinhos e silos, onde são reduzidos a grãos de pequenas dimensões em uma
mistura homogênea de escória, pozolana e fíler.
4) Queima: Depois da mistura crua estar devidamente proporcionada, a mesma é
levada a um forno, passando por uma combustão controlada de carvão, gás ou óleo. A
temperatura é aumentada a níveis necessários para a transformação química que
conduz à fabricação do clínquer.
5) Moedura do clínquer: O clínquer deixa o forno em alta temperatura, incandescente,
e é resfriado por uma corrente de ar, onde espera o processo de moagem. Depois é
deixada no moinho de mistura com a gipsita, usada para controlar o tempo de pega do
cimento, e posteriormente armazenados nos silos de cimento.
6) Expedição: O produto final, o cimento Portland artificial, é então embalado
automaticamente em sacos de papel apropriados ou simplesmente enviado a granel
para veículos de transporte.
4.1.4 Propriedades do cimento Portland.
O cimento Portland possui diversas propriedades, destacando-se densidade,
finura, porosidade, resistência mecânica e permeabilidade.
4.1.4.1. Densidade.
A densidade absoluta do cimento Portland é usualmente considerada 3,15,
embora, na verdade possa variar para valores ligeiramente inferiores. Nas
compactações usuais de armazenamento e manuseio do produto, a densidade
aparente do mesmo é da ordem de 1,5 (BAUER, 1995).
Na pasta do cimento, a densidade é um valor variável com o tempo,
aumentando à medida que há progresso no processo de hidratação. Tal fenômeno é
21
conhecido como retração. Este ocorre nas pastas, argamassas e concretos (COSTA
J., 2010).
4.1.4.2. Finura.
A finura do cimento é a propriedade que está relacionada com a superfície
específica de contato direto com a água ou com o veículo de hidratação, local onde
mais rapidamente ocorrerá a hidratação do cimento, aumentando a resistência à
compressão gradativamente em relação ao tempo. Sabe-se também que quanto mais
fino o cimento, maior a dosagem de superplastificante necessária para alcançar a
mesma trabalhabilidade, ou seja, a eficiência do aditivo é influenciada diretamente
pela finura, dando a característica de cimento mais plástico e trabalhável a medida
que a finura do material aumenta (TIBONI, 2007).
A finura, mais precisamente a superfície específica do produto, é o fator que
governa sua velocidade da reação de hidratação e tem também sua influência
comprovada em muitas qualidades de pasta, de argamassas e concretos. O aumento
da finura melhora a resistência da primeira idade, diminui a exsudação e os tipos de
segregação, aumenta a impermeabilidade, a trabalhabilidade e a coesão dos
concretos, também diminui a expansão do material em autoclave (HELENE, 2005).
4.1.4.3. Resistência Mecânica
Segundo Costa (2010) a resistência mecânica dos cimentos é determinada pela
ruptura à compressão de corpos-de-prova realizados com argamassas. A forma do
corpo-de-prova, suas dimensões, traço da argamassa, sua consistência e o tipo de
areia empregada são definidos nas especificações correspondentes e constituem
características que variam de um país para outro. No Brasil o corpo de prova é descrito
pela NBR 5738/2015 - Procedimento para moldagem e cura de corpos de prova.
A lei de Abrams diz que a resistência mecânica de pastas de cimento Portland
trabalháveis será inversamente proporcional à relação água/cimento, seguindo uma
função logarítmica, (RECENA, 2002).
4.1.4.4. Porosidade
(CALISSTER, 2008) esclarece que: “Qualquer porosidade residual terá uma
influência negativa tanto sobre as propriedades elásticas quanto sobre a resistência”.
22
Esta porosidade está relacionada com a existência de vazios (ou poros) no interior do
material.
A porosidade de um material é a sua propriedade de apresentar poros ou
vazios. No que tange ao concreto, trata-se de uma das características físicas que mais
interfere em suas propriedades como: dureza, módulo de elasticidade, resistência à
compressão e permeabilidade.
A relação entre a resistência e o volume total de vazios, apresentada na Figura
3 não é uma propriedade exclusiva do concreto, sendo encontrada também em outros
materiais frágeis em que a água deixa vazios, como a pasta de cimento e o gesso por
exemplo. A resistência do gesso, também tem relação direta com seu teor de vazios.
Além do mais, se as resistências de diferentes materiais são expressas como uma
fração de suas respectivas resistências com porosidade igual a zero, uma grande
quantidade de matérias obedece à mesma relação entre resistência relativa e
porosidade. Esse comportamento geral é válido para a compreensão do papel dos
vazios na resistência do concreto e outros materiais como a pasta de cimento
(NEVILLE, 1997).
23
Figura 3: Influência da porosidade na resistência relativa de diversos materiais.
Fonte: Neville 2016
4.1.4.5. Permeabilidade.
Segundo Neville,1997 a permeabilidade se refere ao escoamento de um fluido
em meio poroso. No caso da pasta de cimento, o deslocamento dos fluidos ocorre não
só por escoamento, mas também por difusão o qual trata-se do movimento realizado
pelas partículas de acordo com a variação da temperatura e, ainda, pela adsorção,
que refere-se a interação das moléculas de água com a superfície sólida devido à
variação de densidade dos materiais em contato.
De acordo com Mehta e Monteiro (1994) a permeabilidade do concreto e da
argamassa é maior que a da pasta de cimento endurecida devido às microfissuras
que se formam entre o agregado e a pasta na zona de transição dos materiais, sendo
que quanto maior o tamanho do agregado adicionado à pasta de cimento, maior será
o coeficiente de permeabilidade, como podemos observar no Quadro 3:
24
Quadro 3: Porosidade da pasta de cimento endurecida.
Fonte: Mindess e Young (1981), p. 99.
Os poros responsáveis pela permeabilidade são os macroporos
interconectados, que formam uma rede de poros conhecida como porosidade aberta
do concreto. Como o transporte de água no concreto é determinado pelo tipo, tamanho
e distribuição dos poros e das fissuras presentes, o controle desses fatores é
fundamental para a durabilidade da estrutura (CAMPITELI, 1987).
Com a progressão da hidratação os poros são reduzidos a um tamanho menor
e perderão suas interconexões, diminuindo então a permeabilidade. O caminho que a
água percorre ao penetrar no concreto é dado pelos poros interconectados,
formadores da rede de poros ou porosidade aberta, representada na Figura 4.
25
Figura 4: Rede de poros de uma pasta de cimento.
Fonte: Figueiredo, 1994.
4.1.5. Reações de Hidratação do Cimento
Podemos dizer que o termo hidratação, por sua definição, remete à uma reação
química de um determinado produto com a água convertendo-se em um hidrato pela
introdução de água em sua molécula resultante. No âmbito mais restrito da química
do cimento, o termo hidratação refere-se ao conjunto de mudanças que ocorrem
quando o cimento anidro ou uma de suas fases constituintes é misturado com a água.
O fenômeno é complexo envolvendo reações químicas que superam a simples
conversão de espécies químicas anidras em hidratos correspondentes (TAYLOR,
1998).
26
Os compostos formados entre a reação água/cimento são: silicato de cálcio
hidratado, aluminato de cálcio hidratado, etringita, monosulfaluminato de cálcio
hidratado e do hidróxido de cálcio. Além desses produtos formados, pode ocorrer
outras reações quando há a adição de algum aditivo, que pode ser um material
pozolânico, material cerâmico, e até mesmo material reciclável (GONÇALVES et. al.,
2006).
Na presença de água, os silicatos e aluminatos presentes no cimento Portland
se hidratam formando compostos hidratados que dão origem à massa sólida que
confere as propriedades mecânicas importantes para o material, como representado
na Figura 5 (NEVILLE; BROOKS, 2013).
Figura 5: Processo de Hidratação do Cimento.
Fonte: Mehta & Monteiro,1994.
As equações a seguir descrevem aproximadamente as reações químicas que
acontecem com os silicatos na pasta cimento. Para abreviação da notação,
utilizaremos a seguinte correspondência: 𝐶𝑎𝑂 = 𝐶; 𝑆𝑖𝑂2 = 𝑆; 𝐴𝑙2𝑂3 = 𝐴; 𝐹ⅇ2𝑂3 = 𝐹; e
𝐻20 = 𝐻
27
2𝐶3𝑆 + 6𝐻 → 𝐶3𝑆2𝐻3 + 3𝐶𝑎(0𝐻)2
2𝐶2𝑠 + 4𝐻 → 𝐶𝑆2𝐻3 + 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2
Acredita-se que o produto proveniente da hidratação do 𝐶3𝑆, que é
desenvolvida com quantidade limitada de água, é o composto 𝐶3𝑆2𝐻3 com liberação
de cal na forma de 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2. Para fins de estudo dessa reação, considera-se que o
composto 𝐶3𝑆2𝐻3 também seja o produto da reação de hidratação do 𝐶2𝑆 e que o
comportamento do 𝐶2𝑆 é similar. Estes silicatos de cálcio hidratados são identificados
como 𝐶 − 𝑆 − 𝐻 (NEVILLE, 2016).
A equação a seguir descreve aproximadamente a reação química que ocorre
com o composto aluminato tricálcico em contato com a água:
𝐶3𝐴 + 6𝐻 → 𝐶3𝐴𝐻6
Sobre a reação descrita na equação acima, convém fazer alguns comentários
importantes sobre sua influência na aplicabilidade do cimento em obra. Apesar de
estar presente em pequena quantidade no cimento, o aluminato tricálcico sofre uma
reação violenta em contato com a água culminando em pega instantânea. Por este
motivo, são adicionadas proporções de sulfato de cálcio formando um composto
chamado sulfoaluminato de cálcio insolúvel (3𝐶𝑎𝑂 ⋅ 𝐴𝑙2𝑂3 ⋅ 3𝐶𝑎𝑆𝑂4 ⋅ 32𝐻20),
denominado também de etringita, impedindo a continuidade da reação (NEVILLE,
2016).
A reação de hidratação do ferroaluminato tetracálcico (𝐶4𝐴𝐹), descrita de forma
aproximada na equação a seguir, suscita compostos que tem pequena influência na
resistência. Considera-se que a reação final da hidratação do ferroaluminato
tetracálcico seja dada por:
𝐶4𝐴𝐹 + 2𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 + 10𝐻 → 𝐶3𝐴𝐻6 + 𝐶3𝐹𝐻6
Ao analisar as fases de hidratação do cimento podemos observar de acordo
com a Tabela 1 as variações e respectivas concentrações de sua composição.
28
Tabela 1: Compostos presentes no clínquer que se hidratam na presença da água.
FASE COMPOSIÇÃO
(%)
FÓRMULA ABREVIAÇÃO
Silicato Tricálcico (alita) 35 – 65 Ca3Si2O5 C3S
Silicato Dicálcico (belita) 10 – 40 Ca2SiO4 C2S
Aluminato de Cálcio 0 – 15 Ca3Al2O6 C3A
Ferro Aluminato Tetracálcico (ferrita) 5 – 15 Ca4Al2Fe2O10 C4AF
Sulfato de Cálcio (gipsita) 3 CaSO5H4 CSH2
Fonte: Oliveira, 2002.
Dando início a hidratação do grão de cimento, o Aluminato Tricálcico (𝐂𝟑𝐀), o
Sulfato de Cálcio (gipsita) e a água reagem entre si formando cristais os quais são
chamados de etringita. Sem a formação desses cristais a pega seria quase imediata,
tornando a trabalhabilidade do cimento quase nula. Então, adicionando a gipsita, a
reação de formação da etringita aumenta o tempo de pega. Após algum tempo,
dependendo da proporção entre os aluminatos e os sulfatos no cimento, a etringita se
torna instável, decompondo-se em monossulfato hidratado, que por sua vez é um
componente mais estável (OLIVEIRA, 2002).
O composto Ferro Aluminato Tetracálcico, em sua hidratação gera diferentes
compostos que são de difícil caracterização e tem pouca influência na resistência da
pasta endurecida. Seus compostos resultantes são bem parecidos estruturalmente com
os formados pela hidratação do Aluminato tricálcico. Os cristais de etringita e
monossulfato hidratados podem representar de 15% a 20% do volume dos sólidos na
pasta endurecida (MEHTA e MONTEIRO, 2006).
Os silicatos tricálcico (𝐶3𝑆) e dicálcico (𝐶2𝑆), entrando em contato com a água
reagem formando silicatos de cálcio hidratado (𝐶𝑎𝑂 ⋅ 𝑆𝑖𝑂2 ⋅ 𝐻2𝑂). O 𝐶2𝑆 reage mais
lentamente que o 𝐶3𝑆, nesse caso as partículas de 𝐶3𝑆 pouco antes de se cristalizarem,
passam por uma fase de gel que envolve a mesma. Conforme o processo vai dando
continuidade, a água que está presente no gel vai sendo consumida na hidratação dos
demais compostos bem como os citados acima, o que acaba diminuindo a quantidade
do gel assim formando os cristais de silicatos de cálcio hidratado. Os cristais de 𝐶3𝑆
formados são os principais responsáveis pelas propriedades mecânicas de resistência
nas primeiras idades do cimento, já os cristais de 𝐶2𝑆 só vão contribuir com a resistência
ao longo dos meses seguintes de hidratação (MEHTA, P. K.; MONTEIRO, 2006).
29
O hidróxido de cálcio (𝐶𝐻), que também é resultante da hidratação dos
silicatos, começa a surgir em gotas. Conforme o processo vai continuando a hidratação,
o 𝐶𝐻 se cristaliza em pequenos formatos prismáticos, onde os tamanhos destes cristais
estão diretamente ligados a relação de vazios no seu entorno, que limitam sua
expansão, sendo esse um fator dependente da relação água/cimento (NEVILLE, 1997).
4.2. Aditivos
De acordo com a NBR 11768 (1992), aditivos para concreto de cimento
Portland são definidos como produtos que, adicionados em pequena quantidade às
misturas, modificam algumas de suas propriedades, no sentido de melhor adequá-las
a determinadas condições. As substâncias químicas ativas das formulações dos
aditivos podem ser orgânicas ou inorgânicas, distribuídas num veículo líquido, pastoso
ou sólido, podendo interagir física, química e físico-quimicamente com as partículas
de cimento
4.2.1. Aditivos para o Cimento Portland
Os aditivos para o cimento Portland têm como finalidade aumentar a
trabalhabilidade ou plasticidade do concreto, reduzir o consumo de cimento e
consequentemente o custo da obra, alterar de forma direta, acelerando ou retardando
o tempo de pega, reduzir a retração, aumentar a durabilidade em concretos expostos
a meios agressivos, o que pode ajudar a inibir a corrosão das armaduras ou neutralizar
reações álcali-agregado, por exemplo reduzir o efeito do ataque por sulfatos
diminuindo sua permeabilidade por esses fenômenos (NBR 11768, 1992).
A NBR 11768 (1992) também classifica alguns dos tipos de aditivos como no
Quadro 4 apresentado abaixo:
30
Quadro 4: Aditivos para o cimento Portland.
Tipo Finalidade
P Plastificante ou redutor de água (mínimo 6% de redução);
A Acelerador do tempo de pega;
R Retardador do tempo de pega;
PR Plastificante e retardador do tempo de pega;
PA Plastificante e acelerador do tempo de pega;
IAR Incorporador de ar;
SP Superplastificante (mínimo 12% de redução de água);
SPR Superplastificante retardador;
SPA Superplastificante acelerador.
Fonte: NBR 11768, 1992.
4.2.2. Aditivos Incorporadores de ar
Como a resistência à movimentação de água através da pasta de cimento
endurecida não deve ser excessiva a ponto de impedir o fluxo de água, pode-se
concluir que a água deve estar suficientemente próxima a espaços com ar, ou seja,
às bolhas de ar incorporado. Assim, o principal requisito para a eficácia do aditivo
incorporador de ar trata-se do limite da distância máxima que a água deve percorrer.
O fator prático é o espaçamento entre as bolhas de ar, ou seja, a espessura da pasta
de cimento endurecida entre bolhas de ar adjacentes. Calcula-se que é necessário
um espaçamento médio de 250 μm entre os vazios para que haja uma proteção plena
contra a deterioração. Atualmente, em geral, é recomendado o valor de 200 μm
(NEVILLE, 1997). A Figura 6 apresenta esse o espaçamento entre bolhas e sua
relação com a durabilidade, como podemos observar abaixo:
31
Figura 6: Relação entre a durabilidade e o espaçamento entre bolhas de ar incorporado.
Fonte: A. M. Neville, 1997
Como o volume total de vazios em um determinado volume de concreto
influencia na resistência desse, conclui-se que, para um determinado espaçamento,
as bolhas de ar devem ter o menor tamanho possível. Suas dimensões dependem,
em grande parte, do processo utilizado para a formação de espuma. De fato, as bolhas
não são todas do mesmo tamanho, e é conveniente expressar suas dimensões em
termos de superfície específica (mm² / mm³), (MEHTA e MONTEIRO, 2013).
A nível molecular, podemos observar a disposição das partículas de ar em
acordo com as partículas de cimento na Figura 7.
32
Figura 7: Disposição das partículas de ar incorporadas as partículas de cimento
Fonte: MEHTA, P. K.; MONTEIRO, 2006.
A incorporação de ar também pode ser realizada através da formação de
bolhas por agentes que liberam gás (usualmente verificado apenas para produção de
materiais de isolamento térmico e blocos de baixo peso), como óxidos ou ácidos que
possam reagir com a mistura (POWERS,1968).
Outro aspecto que merece destaque, refere-se as variações que cada tipo de
material ou prática de produção acarreta na variação no teor de ar na pasta cimentícia,
o que pode ser observar na Tabela 2.
33
Tabela 2: Efeito do tipo de material ou práticas de produção em obra, no teor de ar em
materiais cimentícios
Fonte: ROMANO, 2013.
34
4.3. Peróxido de Hidrogênio.
Reativamente, o peróxido de hidrogênio é um composto instável, decompondo-
se com liberação de moléculas de gás oxigênio (𝑂2) à temperaturas ordinárias,
principalmente em meio básico. A solução é sempre comercializada em meio ácido
(geralmente acidulada com ácido fosfórico, 𝐻3𝑃𝑂4). Em presença de metais, carvão,
ou bióxido de manganês finamente pulverizado, ela se decompõe com facilidade e
com efervescência, em um processo bastante exotérmico (EPSTEIN, 2003).
O peróxido de hidrogênio é um óxido capaz de metabolizar naturalmente muitos
organismos, o qual, quando decomposto, resulta em oxigênio molecular e água. É
formado pela ação da luz solar na água (foto-reação) em presença de substâncias
húmicas como por exemplo, material orgânico dissolvido. Este produto é conhecido
como o oxidante mais eficiente na conversão de 𝑆𝑂2 em 𝑆𝑂42−, um dos maiores
responsáveis pela acidez das águas (PEÑA, 2001).
Estudos têm demonstrado que a formação de peróxido de hidrogênio na
natureza, pode estar relacionada com a presença de espécies químicas, tais como
𝑆𝑂42−, 𝑁𝑂3− e 𝐻+, nível de precipitação das chuvas, temperatura, direção do vento,
intensidade da radiação solar etc. Acredita-se também que as descargas elétricas e
raios, contribuem para incrementar a sua concentração. De fato, amostras de águas
de chuva coletadas antes e após temporal com raios e trovões apresentaram dados
de 𝐻2𝑂2 iguais a 3 e 15 µmol/L-1 respectivamente (MATTOS, 2003).
No mercado ele encontrado em concentrações variadas como: 50% (Figura 8),
60%, 29%, 19%.
35
Figura 8: Embalagem de Peróxido de Hidrogênio na concentração de 50%.
Fonte: Acervo Pessoal do Autor (2018).
4.3.1. Peróxido de Hidrogênio como aditivo incorporador de ar.
Os aditivos químicos utilizados para a formação de ar dentro da estrutura são
de amplo espectro. Hervé (2013), cita alguns como: pó de alumínio, peróxido de
hidrogênio, oxigênio e acetileno.
O peróxido de hidrogênio é um líquido misturável em água independente da
proporção, incolor e de sabor amargo. Sua aplicação é variada no âmbito
farmacêutico, mas voltado ao interesse químico, é uma fonte de hidrogênio e energia
para criação de materiais porosos devido à geração de oxigênio em sua
decomposição e oxidação, levando à expansão e formação dos poros no material
(HERVÉ, 2013).
Este composto químico é um material termodinamicamente instável, e se
decompõe produzindo oxigênio (𝑂2) como apresenta a equação a seguir:
2𝐻2𝑂2 → 2𝐻2𝑂 + 𝑂2
36
Estudos recorrentes sobre aditivos incorporadores de ar são comuns, porém
levando em consideração apenas os efeitos causados pelo ar na mistura, deixando
de lado o mecanismo de formação e estabilização dos poros. A quantidade de água,
temperatura, tempo de pega, concentração do aditivo, são fatores que dificultam o uso
em grande escala destes aditivos na construção civil (RESENDE, 2010 apud Romano,
2013).
4.4 Resistência Mecânica
A determinação da resistência mecânica é um dos principais requisitos para a
produção de argamassas e concretos, visto que estes materiais possuem grandes
solicitações aos esforços de compressão, fazendo-se necessário analisar a
capacidade desses materiais de suportar esse tipo de carga. (MARTINS, 2011). Com
o ensaio para determinar a resistência a compressão, pode-se também obter o módulo
de elasticidade longitudinal (E) do material. Para estimá-la em um lote de concreto,
são moldados e preparados corpos de prova de acordo com a NBR 5738 (2003) e
ensaiados de acordo com a NBR 5739 (2007). Após ensaiado uma amostra
representativa de corpos de prova, pode ser feito um gráfico com os valores obtidos
de resistência à compressão (Fc) versus a densidade de frequência (quantidade de
corpos de prova relativos a determinado valor de Fc). Como resultado teremos a Curva
Estatística de Gauss, usada para estimar a resistência do concreto à compressão
onde poderão ser encontrados a resistência média do concreto à compressão (Fcm),
a resistência característica do concreto à compressão (Fck) e o desvio padrão (s) da
curva (PINHEIRO, 2010).
A resistência mecânica à compressão do concreto tem seu valor característico
(Fck) calculado pelo engenheiro projetista com sua base de cálculo estipulada pela
norma e associada à um nível de confiança de 95%. Para que haja segurança do
ponto de vista estrutural, a resistência mecânica de projeto (Fcd) deve ser atingida
pelo concreto, e deve ser constantemente avaliada e testada durante seu processo
de produção (HELENE, 2007).
4.4.1. Resistência à compressão do concreto com ar incorporado.
A resistência mecânica à compressão, está relacionada à capacidade que o
material tem de resistir, ou seja, à parte sólida, sendo assim, os vazios devido à
37
incorporação de ar são prejudiciais à resistência segundo (MEHTA; MONTEIRO,
2006). Analisando-se a Figura 9, demonstrada abaixo, pode-se notar que ao
incorporar ar ao concreto, sem qualquer outra alteração nas proporções dos materiais
da mistura, há uma redução na resistência. Essa redução é diretamente proporcional
ao volume de ar presente. Isso vale tanto para vazios devido a incorporação de ar
quanto para vazios devido ao mau adensamento (MEHTA; MONTEIRO, 2006).
Figura 9: Efeito do ar incorporado e do ar acidental sobre a resistência do concreto.
Fonte: NEVILLE, 1982, p. 460.
38
5. MATERIAIS E MÉTODOS.
5.1 Materiais.
Para a preparação dos corpos de prova, foi utilizado cimento Portland CP II –
F da marca “Intercement – Cimento Goiás’’, que foi adquirido no comércio local da
cidade de Barra do Garças – MT. Como aditivo utilizou-se o Peróxido de Hidrogênio
da marca “Synth’’ na concentração de 29% cedido pelo Laboratório de Estudos de
Materiais (LEMat - UFMT - CUA), além de água destilada.
Para a execução do experimento de moldagem dos corpos de prova foram
usadas balança de alta precisão, formas em P.V.C. untadas com óleo hidráulico,
Becker, bastão de vidro e papel filme transparente.
Na execução do ensaio de compressão axial foi utilizada a prensa
computadorizada de testes universal WDW-30E da fabricante TIME Group Inc.
localizada no laboratório de Mecânica dos Solos da UFMT/CUA.
Quanto ao ensaio de absorção de água por capilaridade, foram utilizados fôrma
quadrada de inox, estufa, dessecador, peneira e balança de precisão.
5.2. Métodos.
5.2.1. Preparação das pastas de cimento e corpos de prova.
Inicialmente foram pesados em balança de precisão amostras de 100g de
cimento Portland CPII-F da marca Goiás Intercement e dispostas em Beckers.
Posteriormente foram preparadas misturas de água destilada com adição de peróxido
de hidrogênio nas proporções de 0%, 5%, 10% e 15% da parte líquida, resultando em
um traço de 100g/60g (cimento/água + aditivo) respectivamente. Em seguida foram
misturados manualmente os materiais a fim de confeccionar a pasta cimentícia. Após
a pasta pronta, tendo como base prescrições da NBR 5738 (2015), foram preparados
os corpos de prova. A pasta foi disposta em 15 moldes untados com óleo hidráulico,
sendo 12 deles usados para o experimento, e 3 como uma margem de segurança
caso algum corpo de prova fosse danificado no processo de desenformar. Os corpos
de prova foram divididos por grupos de concentração e colocados em uma bancada
para o endurecimento como mostra a Figura 10. A cura foi feita em meio submerso
com cal hidratada. Esse experimento foi feito em duas etapas, possibilitando uma cura
ideal de 28 dias e também outra remessa de 15 corpos de prova submetidas ao
mesmo procedimento, mas com 200 dias de cura, a título de comparação.
39
Figura 10: Corpos de prova moldados e em procedimento de cura.
Fonte: Acervo Pessoal do Autor (2018).
5.2.2. Ensaio de resistência à compressão axial.
Após a devida cura, os corpos de prova foram desenformados e ensaiados à
compressão axial com a utilização da prensa hidráulica com velocidade de 2 mm/s. O
ensaio foi repetido para todos os corpos de prova, com mesmas condições e mesma
velocidade, o procedimento foi realizado 2 vezes para todos os tipos de concentração
a primeira com 200 dias de cura, e a segunda com 28 dias de cura.
Para cada trio de corpo de prova foi feito uma média aritmética a fim de calcular
a resistência média em cada concentração de peróxido de hidrogênio. A área de
contato da superfície do corpo de prova é igual para todos os corpos de prova, sendo
de 49,08 mm², e o seu volume é de 245,4mm³.
40
Figura 11: Corpo de Prova submetido ao ensaio de compressão axial.
Fonte: Arquivo do Autor (2018).
5.2.3. Determinação de absorção de água por capilaridade.
Também foi realizado o ensaio de determinação de absorção de água por
capilaridade. Este procedimento é descrito pela norma NBR 97792 (2012). Para este,
foram utilizados outros 12 corpos de prova de dimensões médias 25mm de diâmetro
por 50mm de altura, e mesma relação água cimento 0,6 (60% de componente
hidratante para 100g de cimento). Também foram variadas as concentrações de
peróxido de hidrogênio nas mesmas proporções, 0%, 5%, 10% e 15%, estes foram
curados por 28 dias e desenformados.
O ensaio consiste em adicionar os corpos de prova em um recipiente com um
suporte que promova uma lâmina d’água de 5mm de altura em relação a face inferior
do corpo de prova, sem que o corpo de prova toque a superfície da forma. Os corpos
de prova, previamente, foram colocados em estufa a 100ºC por 24 horas com a
finalidade de tirar qualquer tipo de umidade. Em seguida estes corpos de prova foram
resfriados a 30°C em dessecador, posteriormente as massas dos corpos de provas
foram medidas com balança de precisão e o procedimento de pesagem foi realizado
41
às 6 horas, 24 horas, 48 horas e 72 horas contadas a partir do contato inicial dos
corpos de prova com a lamina d’agua, como mostra a figura abaixo:
Figura 12: Corpos de Prova em lâmina d’água, teste de capilaridade.
Fonte: Arquivo do Autor (2018).
42
Segundo prescrições estabelecidas na ABNT NBR 9779/2012 a absorção de
água por capilaridade, deve ser expressa em g/cm² e calculada dividindo o aumento
de massa pela área da seção transversal da superfície do corpo de prova em contato
com a água, de acordo com a seguinte equação:
C = 𝐴 − 𝐵
𝑆
Onde:
C = absorção de água por capilaridade, em g/cm².
A = massa do corpo de prova que permanece com uma das faces em contato
com a água durante um período de tempo especificado, em g.
B = massa do corpo de prova seco, assim que este atingir a temperatura de (23
± 2) ºC, em g.
S = área da seção transversal, em cm². (4,91cm²).
43
6. RESULTADOS E DISCUSSÕES.
6.1 Resistencia à compressão da pasta aos 28 dias.
As curvas tensão x deformação a seguir apresentam a média dos resultados da
análise dos ensaios de resistência à compressão axial dos corpos de provas a 28 dias
de cura em suas respectivas concentrações:
Figura 13: Tensão (Mpa) x deformação (mm) 0% de H2O2. (28 dias).
Fonte: Arquivo do Autor (2018).
Figura 14: Tensão (Mpa) x deformação (mm) 5% de H2O2. (28 dias).
Fonte: Arquivo do Autor (2018).
44
Figura 15: Tensão (Mpa) x deformação (mm) 10% de H2O2. (28 dias).
Fonte: Arquivo do Autor (2018).
Figura 16: Tensão (Mpa) x deformação (mm) 15% de H2O2. (28 dias).
Fonte: Arquivo do Autor (2018).
45
Analisando as curvas, observa-se que a presença de peróxido de hidrogênio
reduziu drasticamente e de forma gradativa a resistência à compressão quando
comparada à pasta com adição de apenas água como meio hidratante, o que era
esperado devido à formação de poros, pontua (CAMPITELI, 1987).
Tabela 3: Resistência à compressão aos 28 dias.
Concentrações de peróxido de
hidrogênio (H2O2)
Tensão máxima (MPa)
0% 9,46
5% 3,25
10% 2,73
15% 1,64
Fonte: Arquivo do autor (2018).
Em relação à tensão máxima (σmax.) da pasta de cimento hidratada apenas com
água destilada (0%), podemos observar uma perca de 65,65% na resistência à
compressão na concentração 1 (5%), 71,15% na concentração 2 (10%) e por último
uma perca de 82,66% da resistência na concentração 3 (15%) de peróxido de
hidrogênio, como demonstra a Figura 17.
Figura 17: Perca de resistência, após 28 dias.
Fonte: Arquivo do autor (2018).
65,65%
71,15%
82,66%
60.00% 65.00% 70.00% 75.00% 80.00% 85.00%
1
2
3
Perca de Resistência %
Co
nce
ntr
ação
%
Perca de Resistência aos 28 dias.
46
6.2. Resistencia à compressão da pasta aos 200 dias.
À título de comparação, outros 12 corpos de prova foram moldados com o
mesmo cimento Portland CPII-F, a mesma diversidade de concentração de peróxido
de hidrogênio na pasta, e também testados pelo mesmo equipamento à tensão axial,
mas agora com tempo de cura de 200 dias. O processo de confecção dos corpos de
prova foi o mesmo, a área da superfície das amostras também é de 49,08 mm² e o
seu volume é de 245,4 mm³. As figuras abaixo mostram as relações de Tensão x
deformação de acordo com as concentrações de Peróxido de Hidrogênio
Figura 18: Tensão (Mpa) x deformação (mm) 0% de H2O2. (200 dias).
Fonte: Arquivo do Autor (2018).
47
Figura 19: Tensão (Mpa) x deformação (mm) 5% de H2O2. (200 dias).
Fonte: Arquivo do Autor (2018).
Figura 20: Tensão (Mpa) x deformação (mm) 10% de H2O2. (200 dias).
Fonte: Arquivo do Autor (2018).
48
Figura 21: Tensão (Mpa) x deformação (mm) 15% de H2O2. (200 dias).
Fonte: Arquivo do Autor (2018).
Analisando os resultados obtidos para os testes de 200 dias podemos perceber
que a presença de peróxido de hidrogênio continua reduzindo consideravelmente e
de forma proporcional a resistência à compressão quando comparada à pasta sem
adição de Peróxido de Hidrogênio, sendo que este resultado era esperado, pois houve
formação de espaços vazios na mistura o que diminui a resistência mecânica da pasta
segundo (MONTEIRO,2006). Além disso, comparando com os resultados dos testes
a compressão axial realizados aos 28 dias, observa-se um ganho de resistência
significativo com o aumento do tempo de cura.
49
Tabela 4: Resistência média à compressão aos 200 dias.
Concentrações de peróxido de
hidrogênio (H2O2)
Tensão máxima (MPa)
0% 13,06
5% 4,32
10% 3,45
15% 2,40
Fonte: Arquivo do autor (2018).
Neste caso, em relação à tensão máxima (σmax) da pasta de cimento hidratada
apenas com água destilada (0%), podemos observar uma perca de 68,24% na
resistência à compressão na concentração 1 (5%), 73,58% de perca na concentração
2 (10%) e por último uma perca de 81,62% da resistência na concentração 3 (15%)
de peróxido de hidrogênio, como pode ser observado na Figura 22.
Esse melhor desenvolvimento da resistência mecânica à compressão axial
depois dos 28 dias se deve, provavelmente, à hidratação do 𝐶2𝑆 (Silicato bicálcico),
que, segundo Taylor (1997), contribui para resistência depois das primeiras quatro
semanas.
Figura 22: Perca de resistência, após 200 dias.
Fonte: Arquivo do autor (2018).
68.24%
73.58%
81.62%
60.00% 65.00% 70.00% 75.00% 80.00% 85.00%
1
2
3
Perca de Resistência %
Co
nce
ntr
ação
%
Perca de Resistência aos 200 dias.
50
Conhecido a resistência à compressão, pode-se realizar uma análise visual
observando na Figura 23 a disposição e variação dos espaços vazios entre as
variadas concentrações do aditivo.
Figura 23: Corpos de prova rompidos por compressão, evolução dos vazios aparentes.
Fonte: Arquivo do Autor (2018).
6.3 Absorção de água por capilaridade.
Após a completa secagem em estufa a 100ºC e posterior resfriamento em
dessecador à 26ºC, os corpos de prova foram pesados secos, 0 horas, e
posteriormente dispostos em uma forma sobre um aparato que garantiu uma lâmina
de 5mm de água, sendo novamente pesados nos devidos prazos sugeridos pela NBR
9779 (2012) sendo às 6 horas, 24 horas, 48 horas e 72 horas a partir do tempo inicial.
Como resultados, obtivemos as seguintes médias aritméticas (𝑋) da Tabela 5.
51
Tabela 5: Massas médias dos corpos de prova (g).
Horas Concentração de Peróxido de Hidrogênio
0% 5% 10% 15%
0 22,953g 22,088g 20,327g 22,632g
6 27,192g 23,420g 21,779g 23,254g
24 27,981g 24,043g 22,148g 23,608g
48 28,096g 24,217g 22,240g 23,709g
72 28,009g 24,269g 22,255g 23,752g
Fonte: Acervo pessoal do autor, (2018).
Podemos ver graficamente a variação da absorção da água nos corpos de
prova com a Figura 24:
Figura 24: Massas médias dos corpos de prova com a variação do tempo e das
concentrações de peróxido de hidrogênio.
Fonte: Acervo pessoal do autor, (2018).
22.9
53
27.1
92
27.9
81
28.0
96
28.0
09
22.0
88 23.4
2
24.0
43
24.2
17
24.2
69
20.3
27 21.7
79
22
.14
8
22.2
4
22.2
55
22.6
32
23.2
45
23.6
08
23
.70
9
23.
752
0 H O R A S 6 H O R A S 2 4 H O R A S 4 8 H O R A S 7 2 H O R A S
MASSAS MÉDIAS CPS
0% 5% 10% 15%
52
Portanto o índice de absorção de água por capilaridade nas respectivas
concentrações terá como resultado os valores apresentados na Tabela 6.
Tabela 6: Índices de absorção de água por capilaridade.
Horas Concentração de Peróxido de Hidrogênio
0% 5% 10% 15%
6 0,863 g/cm² 0,271 g/cm² 0,286 g/cm² 0,124 g/cm²
24 1,024 g/cm² 0,398 g/cm² 0,361 g/cm² 0,198 g/cm²
48 1,047 g/cm² 0,433 g/cm² 0,380 g/cm² 0,219 g/cm²
72 1,029 g/cm² 0,444 g/cm² 0,383 g/cm² 0,228 g/cm²
Fonte: Acervo pessoal do autor, (2018).
A Figura 25 retrata os valores das taxas de absorção de água por capilaridade:
Figura 25: Absorção de água por capilaridade (horas x g/cm²).
Fonte: Acervo pessoal do autor, (2018).
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
6 horas 24 horas 48 horas 72 horas
0%
5%
10%
15%
53
Nota-se que a absorção de água aumenta diretamente proporcional em relação ao
tempo de exposição à água, fica evidente também, que no devido experimento houve
relação contrária ao aumento do número de vazios com a absorção de água por
capilaridade, ou seja, quanto mais porosa a pasta de cimento estava, menos água ela
absorveu. Considera-se que isso ocorreu devido ao excesso de espaços vazios
interromperem os vasos comunicantes por onde a água percola, trata-se de uma via
de fluxo entre vasos comunicantes como mostrado na Figura 4 por (Mopt, apud
Figueiredo, 1994) e uma vez interrompido essa via, ocorre uma menor percolação do
fluido, diminuindo assim sua capacidade de absorção.
54
7. CONCLUSÃO
Percebeu-se que a concentração de determinado aditivo para a pasta de
cimento é fundamental para que suas propriedades físico-químicas sejam mantidas,
ou perdidas, e que em alguns casos o estudo dirigido à essa concentração é
fundamental, neste presente caso, talvez concentrações menores do peróxido de
hidrogênio sejam a solução para uma pasta mais resistente e também porosa.
No que se refere às propriedades físicas, houve dificuldades adicionais
relativas às amostras com peróxido de hidrogênio, devido à baixa densidade. Porém,
para as amostras testadas os resultados mostraram que a adição de 𝐻2𝑂2, resultou
no aumento do índice de vazios e na redução da densidade aparente
independentemente da idade de cura.
Para as propriedades mecânicas, os resultados confirmaram que o aumento
dos teores de H2O2, causou uma forte redução da referida propriedade de resistência
mecânica a compressão. Aos 28 dias de cura as resistências a compressão se
mostraram menores com relação à adição de 𝐻2𝑂2 e apresentaram ganho de
resistência aos 200 dias.
Quanto à absorção de água por capilaridade, conclui-se que o grande índice
de vazios, pode ser um empecilho para que o princípio do fluxo pelos vasos
comunicantes aconteça, diminuindo assim a percolação da água por capilaridade, por
isso pode-se concluir que a absorção de água aumentou diretamente proporcional em
relação ao tempo de exposição à água.
55
8. CONSIDERAÇÕES FINAIS
8.1. Possíveis Aplicações.
Dentre as aplicações de uma pasta de cimento com maior número de vazios, as
mais viáveis seriam: o isolamento térmico, favorecido por uma argamassa porosa e
também o isolamento acústico, demais utilidades necessitariam de um estudo mais
aprofundado sobre o determinado caso, como por exemplo, o comportamento do
material em incêndios, ou como revestimento de pisos permeáveis, nesse último seria
necessário estudar uma mistura de agregados a fim de aumentar a usabilidade e
resistência.
Portanto, existe a possibilidade de usar este material como um revestimento
em camada, estilo “drywall”, o que seria de bastante proveito para a construção civil.
8.2. Sugestões para trabalhos futuros.
Testar a resistência à compressão das pastas com concentrações diferentes:
1%, 2% e 4%;
Fazer análise mais aprofundada das propriedades químicas da mistura;
Realizar ensaios de caracterização para outros tipos de cimento Portland;
Testar a resistência dos corpos de prova ao fogo;
Estudar a percolação das ondas sonoras na mistura. (acústica).
56
9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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