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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 ( ). BARRA DO GARÇAS MT 2019

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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

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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

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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.

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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.

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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.

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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.

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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

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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

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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

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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

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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

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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).

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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.

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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.

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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).

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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

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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

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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

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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:

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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:

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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

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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”.

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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).

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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:

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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.

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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).

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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

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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.

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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).

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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:

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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:

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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.

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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.

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Tabela 2: Efeito do tipo de material ou práticas de produção em obra, no teor de ar em

materiais cimentícios

Fonte: ROMANO, 2013.

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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%.

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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

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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

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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.

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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.

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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.

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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

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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).

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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).

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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).

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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).

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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.

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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).

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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).

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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.

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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.

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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.

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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%

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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%

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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.

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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.

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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).

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9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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do cimento. Disponível em: < http://www.abcp.org.br/conteudo/basico-sobre-cimento/historia/uma-breve-historia-do-cimento-portland>. Acesso em 25/11/2015.

ANDRADE, Maria Lúcia Amarante de; CUNHA, Luiz Maurício da Silva; SILVA, Marcela do Carmo. Desenvolvimento e perspectivas da indústria de cimento. 2002.

ARAÚJO, R.C.L.; RODRIGUES, L.H.V.; FREITAS, E.G.A. Materiais de construção. Rio de janeiro, 2000.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CERÂMICA (ABCERAM). CERÂMICA NO BRASIL

- CONSIDERAÇÕES GERAIS. Disponível em: <http://abceram.org.br/consideracoes-gerais/>. Acesso em: 22/ Fev/2017.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND. Guia básico de utilização do cimento Portland. 7.ed. São Paulo, 2002. 28p. (BT-106)

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT) - NBR 11768: Aditivos para Concreto de Cimento Portland.

______NBR 11578: Cimento Portland composto. Rio de Janeiro, 1991. 5 p. ______NBR 13116: Cimento Portland de baixo calor de hidratação. Rio de Janeiro,

1994. 5 p. ______NBR 5732: Cimento Portland comum. Rio de Janeiro, 1991. 5 p.

______NBR 5735: Cimento Portland de alto-forno. Rio de Janeiro, 1991. 5 p.

______NBR 5736: Cimento Portland pozolânico. Rio de Janeiro, 1991. 5 p. ______NBR 5737: Cimentos Portland resistentes a sulfatos. Rio de Janeiro, 1992 p4

. ______NBR 5738: Concreto - Procedimento para moldagem e cura de corpos de prova. Rio de Janeiro, 2015. 9 p.

______NBR 5739: Concreto - Ensaios de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 2007. 9 p.

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______NBR 7215: Cimento Portland - Determinação da Resistência à Compressão. Rio de Janeiro, 1996. 8 p.

______NBR 9779: Argamassa e concreto endurecidos Determinação da absorção de água por capilaridade. Rio de Janeiro, 2012. 2 p.

______NBR-11768(1992): Aditivos para concreto de cimento Portland. AYRES, Mary Lessa Alvim; DAEMON, Ilka Gonçalves; FERNANDES, Paulo Cesar

Siruffo. A indústria de cimento. 1999.

BAUER, Luiz A. Falcão. Materiais de construção. Volumes 1 e 2. São Paulo: LTC,

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