Aditivos redutores de água

Os sais solúveis e os polímeros, agentes tensoativos ou outros, são adicionados ao concreto ou argamassa em quantidades muito pequenas, principalmente com o propósito de incorporar ar, tornar plástico o concreto fresco ou controlar o tempo de pega. Com o uso de aditivos plastificantes é possível aumentar

a fluidez sem aumentar o teor de água, ou reduzir o teor de água, mantendo uma mesma consistência do concreto fresco. Por esta razão, os plastificantes são chamados de aditivos redutores de água.

A ASTM 494, Standard Specification for Chemical Admixtures for Concrete, divide os produtos químicos redutores de água e modificadores de pega nos sete tipos seguintes: Tipo A, redutor de água; Tipo B, retardador; Tipo C, acelerador; Tipo D, redutor de água e retardador; Tipo E, redutor de água e acelerador; Tipo F, redutor de água de alta eficiência, e Tipo G, redutor de água de alta eficiência e retardador. A distinção entre os agentes redutores de água normais (Tipos A, D, E) e os de alta eficiência é que, comparados a uma mistura de concreto de referência com uma dada consistência, os primeiros devem ser capazes de reduzir o consumo de água pelo menos em 5% e o último em 12%.

Os produtos tensoativos englobam aditivos geralmente empregados para incorporação de ar ou redução de água em misturas de concreto. O aditivo

incorporador de ar é definido como um dos constituintes do concreto que é

empregado com a finalidade de incorporar ar; o redutor de água é um aditivo que reduz a quantidade de água de amassamento requerida para produzir um concreto com uma dada consistência.

As substâncias tensoativas consistem essencialmente em moléculas orgânicas de cadeia longa, com extremidade hidrófila (que atrai água) e uma hidrófoba (que repele a água). Em tecnologia de concreto, a maior parte dos aditivos aniônicos empregados contém tanto uma cadeia não-polar como uma cadeia com alguns grupos polares. O primeiro atua como incorporador de ar e o segundo como redutor de água. Os tensoativos são adsorvidos nas interfaces ar-água e cimento-água, com uma orientação da molécula que determina se o efeito predominante é de incorporação de ar ou de fluidificação do sistema água-cimento.

Os tensoativos empregados como aditivos incorporadores de ar geralmente consistem em sais de resinas de madeira, materiais proteicos e ácidos graxos e alguns detergentes sintéticos. Os tensoativos empregados como plastificantes são geralmente sais, modificações e derivados de ácidos lignossulfônicos, ácidos carboxílicos hidroxilados e polissacarídeos. Aditivos superplastificantes ou redutores

de água de alta eficiência consistem em sais sulfonados de melamina ou condensados de naftaleno-formaldeido.

O mecanismo pelo qual ar é incorporado e estabilizado quando um tensoativo é adicionado ao sistema água cimento é descrito por METHA & MONTEIRO (1994): na interface ar-água, os grupos polares estão orientados em direção à face aquosa, diminuindo a tensão superficial, promovendo a formação de bolhas e neutralizando a tendência das bolhas se juntarem. Na interface sólido-água, onde existem forças diretoras na superfície do cimento, os grupos polares ligam-se ao sólido, com os grupos não-polares orientados para a água, tornando a superfície do cimento hidrófoba, de modo que o ar pode deslocar a água e permanecer ligado às partículas sólidas na forma de bolhas.

Ao contrário dos tensoativos incorporadores de ar, no caso dos plastificantes, o grupo polar aniônico está ligado a uma cadeia de hidrocarboneto polar ou hidrófila. Quando uma pequena quantidade de água é adicionada ao cimento, sem a presença de tensoativos, não se obtém um sistema bem disperso. Primeiro, porque a água possui tensão superficial elevada (estrutura molecular com ligação tipo ponte de hidrogênio). Segundo, as partículas de cimento tendem a se aglomerar ou formar flocos (existem forças de atração entre as arestas, cantos e superfícies, carregados positiva e negativamente, quando os compostos ou minerais cristalinos são finamentes moídos). METHA & MONTEIRO (1994) descrevem o seu mecanismo de ação: quando um tensoativo com uma cadeia hidrófila é adicionado ao sistema água-cimento, a cadeia polar é adsorvida ao longo da superfície da partícula de cimento, ao invés de orientar uma extremidade não-polar em direção à água. Neste caso, o tensoativo orienta uma extremidade polar, diminuindo assim a tensão superficial da água e tornando hidrófila a partícula de cimento. Camadas de moléculas de água dipolares circundam as partículas hidrófilas de cimento e, como resultado, evitam a sua floculação, e um sistema com boa dispersão é obtido.

A aplicação mais importante de aditivos incorporadores de ar é em misturas de concretos leves, dosados para resistir a ciclos de congelamentos e descongelamentos. Um efeito colateral do ar incorporado é a melhoria da trabalhabilidade dos concretos, particularmente naqueles traços que contêm menos cimento e água, agregados de textura rugosa ou agregados leves. A incorporação de

ar é, por isso, normalmente empregada na produção de concretos-massa e de concretos leves. Pode-se observar que, uma vez que o aditivo incorporador de ar torna as partículas de cimento hidrófobas, um excesso de aditivo pode provocar um retardamento excessivo na hidratação do cimento. Grandes quantidades de ar incorporado são acompanhadas de uma correspondente perda de resistência.

Quantidades de aditivos redutores de água maiores do que o normalmente necessário para um efeito plastificante ou redutor de água podem retardar o tempo de pega, evitando a floculação dos produtos de hidratação. Assim, dependendo da dosagem, muitos tensoativos podem servir simultaneamente como redutores de água e retardadores de pega. Redutores de água comerciais podem conter agentes aceleradores para compensar a tendência retardante, quando ela não é desejada. METHA & MONTEIRO (1994) ressaltam que, exceto o possível retardamento do tempo de pega, as outras propriedades mecânicas do concreto não são afetadas pela presença de agentes redutores de água. As resistências iniciais podem ser aceleradas pela melhor dispersão das partículas de cimento na água.

Os superplastificantes, também chamados aditivos redutores de água de alta eficiência, por serem capazes de reduzir o teor de água de três a quatro vezes em dado traço de concreto, quando comparados a aditivos redutores de água normais, foram desenvolvidos nos anos 70 e têm grande aceitação na indústria da construção em concreto.

Comparados aos redutores de água normais, quantidades relativamente grandes de superplastificantes de até 1% em massa de cimento podem ser incorporados às misturas de concreto, sem causar exsudação excessiva nem retardamento do tempo de pega, apesar de a consistência ser da ordem de 200 a 250mm de abatimento.

Comparada à redução de água de 5 a 10%, conseguida com o emprego de plastificantes normais, a redução de água no intervalo de 20 a 25% pode ser frequentemente conseguida no concreto de referência, sem redução da consistência. O aumento das propriedades mecânicas é geralmente proporcional à diminuição da relação água-cimento. Frequentemente, por uma velocidade muito maior na hidratação do cimento em um sistema bem disperso, os concretos contendo superplastificante mostram resistências a 1, 3 e 7 dias superiores às dos concretos de

referência, com a mesma relação água-cimento. Isto tem importância especial na indústria de concreto pré-moldado, em que são requeridas resistências elevadas, para um ciclo mais rápido das fôrmas. Com maiores consumos de cimento e relações água-cimento muito menores do que 0,45, é possível atingir taxas ainda maiores de desenvolvimento da resistência.