Água quimicamente combinada

Água quimicamente combinada é a água que integra parte da nanoestrutura de vários produtos de hidratação do cimento. A quantidade de água combinada pode ser considerada como teor de água não evaporável e, em um cimento totalmente hidratado, representa cerca de 23% da massa de cimento anidro (NEVILLE;

BROOKS, 2013). Essa água não se perde na secagem, mas ela é liberada quando os hidratos se decompõem por aquecimento (MEHTA; MONTEIRO, 2014).

O ensaio de água quimicamente combinada é importante para verificações na microestrutura e no grau de hidratação do concreto, visto que a H2O combinada está

presente na estrutura dos compostos hidratados do cimento, sendo eles os silicatos de cálcio hidratado (C-SH), o hidróxido de cálcio (CH) e demais compostos endurecidos da pasta cimentícia provenientes das reações de hidratação.

Os valores de água quimicamente combinada (H2OQ.comb.) podem ser obtidos

através dos resultados da perda de massa do ensaio de TG/DTG citado anteriormente, pela equação (6) utilizada por Baert et al. (2008), na qual mass (loss %)1000ºC é a perda de massa total entre 0ºC e 1000ºC e mass (loss %)105ºC é a perda

de massa referente à água livre (entre 35ºC e 105ºC).

H2OQ.comb. = mass (loss %)1000ºC– mass (loss %)105ºC (6)

Outros autores utilizam secagem em fornos muflas para realizar as perdas de massa nas amostras e determinar os valores de água quimicamente combinada utilizando essa mesma equação, com variações pequenas nas temperaturas adotadas para as perdas de massa.

Com a adição de pozolanas, geralmente, cresce também o teor de água combinada em comparação com pastas de cimento puro. Schio e Sokolovicz (2014), ao estudarem a influência da substituição parcial de cimento por cinza de casca de arroz de elevada finura em concretos, com teores de substituição de 7,5%, 12,5% e 17,5% e uma única relação a/ag de 0.41, observaram que, para todos os concretos contendo adição, os valores de água quimicamente combinada foram maiores do que para o concreto de controle (100% CP V-ARI). Através da interdependência das variáveis estudadas, verificaram que, à medida que a resistência à compressão axial aumenta, aumentou também o teor de água combinada. Com isso, pode-se concluir que, quanto maior for o teor de água quimicamente combinada presente no concreto, maior será o grau de hidratação dos compostos cimentícios.

Duart (2008) estudou a microestrutura do concreto com adição de cinza de casca de arroz residual sem beneficiamento. Utilizou-se CCA produzida por queima sem controle de temperatura oriunda das indústrias de arroz da cidade de Santa Maria, RS, em substituição parcial de 15 e 25% ao cimento Portland CPII F-32 em

massa. A CCA foi preparada de duas maneiras: CCAN (95,04% de SiO2), cinza natural

moída na betoneira por 15 minutos com outros materiais secos; e CCAM (94,84% de SiO2), CCA moída em moinho de bolas metálicas durante 60 minutos. As relações

a/ag utilizadas foram de 0.45, 0.55 e 0.65. Os resultados de água quimicamente combinada aos 28 e 91 dias dos traços contendo cinza foram comparados com o traço de referência aos 28 dias. O teor de água quimicamente combinada foi crescente para todos os traços à medida que a relação a/ag aumentou. Este comportamento pode ser explicado pelo fato de que, em relações a/ag mais elevadas, o espaço livre entre as partículas é maior, visto que para a mesma quantidade de água existe menos aglomerante, resultando em maior porosidade e mais espaços a serem ocupados pelos produtos hidratados que geralmente são maiores, como é o caso do CH que tende a se formar em cristais de grandes dimensões ou em grandes aglomerados. Já para as relações a/ag menores existe mais aglomerante e os cristais se hidratam em tamanhos menores por haver menos espaço livre e o resultado é uma menor quantidade de água quimicamente combinada. Aos 91 dias, o teor de água quimicamente combinada foi maior para todos os traços, e para todas as relações a/ag, em relação aos 28 dias. Isto se explica pela continuidade das reações de hidratação ao longo do tempo, com a geração de maior quantidade de produtos de hidratação. Os traços com adição de CCA apresentaram valores de água combinada maiores que o traço de referência, tanto para os 28 quanto para os 91 dias, o que pode ser atribuído ao fato de que além das reações de hidratação do cimento, a reação pozolânica entre o CH e a sílica presente na CCA gera mais produtos hidratados como o C-S-Hsecundário, reduzindo a quantidade de água evaporável devido

ao aumento da água quimicamente combinada.

Sokolovicz (2013) e Chen e Wu (2013), descrevem que a atividade química oriunda da hidratação dos silicatos do cimento (C2S) em idades mais avançadas,

somado a maior disponibilidade de espaço para formação dos produtos hidratados, justificam o aumento do teor de água quimicamente combinada em idades posteriores com o aumento da relação a/ag.

Rahhal e Talero (2009) analisaram ao longo de 540 dias os efeitos do uso de três diferentes sílicas ativas como substituição parcial do cimento Portland. Até o período de cura de 180 dias, as misturas contendo sílica apresentaram maiores teores de água quimicamente combinada. No entanto, após 180 dias ocorreu uma inversão de comportamento, onde as amostras contendo sílica ativa apresentaram menores

teores de água quimicamente combinada em comparação à amostra de controle (100% cimento). Essa inversão dos valores está relacionada com a queda na permeabilidade das pastas com o passar do tempo, o que acaba por provocar a paralisação das reações de hidratação após determinada idade.

Isaia (1995) analisou o teor de água combinada em misturas binárias de cinza volante (25% e 50%), sílica ativa (10% e 20%), cinza de casca de arroz (10%, 20% e 30%) e misturas ternárias de cinza volante acrescida de sílica ativa (15+10% e 30+20%) e cinza volante acrescida de cinza de casca de arroz (15+10% e 30+20%), para relações a/ag de 0,30; 0,40 e 0,50. Os teores de água combinada encontrados foram maiores aos 91 dias do que aos 28 dias de cura, e cresceram com o aumento da relação a/ag . Também foi possível observar um aumento significativo de água combinada quando o teor de pozolana passou de normal para elevado, principalmente para as misturas de cinza volante com sílica ativa e cinza de casca de arroz.

Resultados contrários foram obtidos por Zhang, Lastra e Malhotra (1996) em um estudo experimental sobre os efeitos da incorporação de cinzas de arroz (CCA) na hidratação de pastas de cimento comum e na microestrutura da zona de transição entre o agregado e a pasta no concreto. A CCA utilizada era composta principalmente de SiO2 e continha um teor de carbono grafítico de 5,9%, apresentando coloração

preta. Foram analisadas três pastas a relação a/ag fixa de 0,30: uma de cimento puro (controle), uma contendo sílica ativa (93,60% de SiO2) no teor de substituição de 10%,

e outra contendo CCA também no teor de substituição de 10%. Os resultados mostraram que a pasta com CCA continha menos água não evaporável do que a pasta de controle, apesar da CCA ter se mostrado altamente reativa consumindo CH da pasta e apresentando menor quantidade de grãos de cimento não hidratados. Os autores atribuíram o ocorrido a diferentes estruturas de C-S-H formado com ou sem as pozolanas.

Antiohos et al (2013) utilizaram cinza de casca de arroz residual (sem moagem) em teores de substituição de 10% e 20% na fabricação de pastas de cimento. Naturalmente, o teor de água quimicamente combinada avaliado em 2, 7, 28 e 90 dias aumentou à medida que a hidratação avançou e mais produtos de hidratação foram formados. As pastas contendo cinzas de casca de arroz exibiram menores quantidades de água não evaporável em comparação com a amostra de referência (100% cimento), principalmente nas idades iniciais. A justificativa apresentada foi que devido à natureza grosseira das partículas de CCA ocorreu um lento desenvolvimento

da reação pozolânica, uma vez que, apesar de sua reatividade química muito alta (90% de SiO2 amorfa), a falta de superfície específica adequada diminuiu o

4.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS

A relação entre microestrutura e propriedades é o foco atual do estudo de concretos; contudo, pesquisas em nível da nanoestrutura já estão sendo feitas, sobretudo para o desenvolvimento de materiais mais duráveis.

O concreto possui uma microestrutura muito complexa e heterogênea, tornando difícil prever suas propriedades com um alto nível de confiabilidade. Entretanto, o conhecimento de sua microestrutura e das propriedades individuais de cada um de seus constituintes e a relação entre as mesmas permite auxiliar no controle das propriedades da pasta hidratada, e, ainda, alterar a microestrutura para obter uma determinada propriedade desejada (MEHTA; MONTEIRO, 2014).

A microestrutura, conforme será apresentado neste capítulo, terá grande influência em características e fenômenos importantes do concreto, como resistência, retração, fluência, fissuração e, acima de tudo, durabilidade.