Conceitos fundamentais

Concreto é uma mistura resultante entre cimento, britas, areia e água que em conjunto formam uma pasta resistente. A mistura desses componentes em suas diversas proporções recebe o nome de dosagem. A dosagem varia de acordo com a finalidade de uso e com as condições de aplicação. Portanto, o tipo de concreto a ser obtido (mais resistente, mais plástico) deriva da forma a qual será efetuada a mistura entre seus materiais. Um dos materiais mais importantes nessa mistura é o cimento.

4.1.1 Cimento Portland 4.1.1.1 Introdução

A Associação Brasileira de Cimento Portland define o cimento hidráulico como um pó fino, com propriedades aglomerantes, aglutinantes ou ligantes, que endurece sob a ação de água. Como concreto, torna-se uma pedra artificial, que pode ganhar formas e volumes, de acordo com as necessidades de cada obra.

A Associação Brasileira de Normas Técnicas (1991) – NBR 5732:91 classifica cimento Portland como o aglomerante hidráulico obtido pela moagem de clínquer ao qual se adiciona, durante a operação, a quantidade necessária de uma ou mais formas de sulfato de cálcio. O clínquer é obtido pela seguinte mistura:

 Fase silicato: silicatos tricálcico (C3S) e silicatos dicálcico (C2S);  Fase intersticial: fase aluminato (C3A) e fase ferrita (C4AF).

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Neville (1997) relata o processo de fabricação do cimento Portland que consiste, de maneira sucinta, em moer a matéria-prima, misturá-la em determinadas proporções e submetê-la à queima em forno rotativo a elevadas temperaturas. O produto obtido na queima é o clínquer que é finamente moído. Para controlar a pega e o endurecimento, é acrescentado o gesso. Esse material pode receber outras adições posteriormente, como a escória de alto forno, as cinzas volantes, as sílicas ativas, entre outros.

Os tipos de cimento Portland fabricados no Brasil, conforme a Associação Brasileira de Cimento Portland, são:

 CP I – cimento Portland comum;

 CP I-S – cimento Portland comum com adição;

 CP II-E – cimento Portland composto com escória de alto forno;  CP II-F – cimento Portland composto com fíler (calcário);  CP II-Z – cimento Portland composto com pozolana;  CP III – cimento Portland de alto forno;

 CP IV – cimento Portland pozolânico;

 CP V-ARI – cimento Portland de alta resistência inicial.

4.1.1.2 Características gerais de hidratação

O cimento ao entrar em contato com a água reage quimicamente passando por um processo de hidratação, o que proporciona ao concreto a passagem do estado pastoso a um material endurecido.

A água é retida nos pequenos vazios existentes na pasta de cimento e disposição de agregados e contribui diretamente para a retração por secagem. Os espaços não preenchidos pelo cimento ou produtos que proporcionam a hidratação são denominados vazios capilares e são relacionados à distância das partículas de cimento e o grau de hidratação.

Grande (2003) cita que o conhecimento dos produtos formados pela hidratação do cimento, bem como dos diversos fatores (calor liberado e velocidade) que constituem essa reação, é de grande importância para o uso prático do cimento Portland.

De fato, por se tratar de um componente do solo-cimento, é preciso compreender algumas características tecnológicas desse material.

As propriedades dos componentes principais do cimento em hidratação são as seguintes:

 C3A – reage nos primeiros minutos e ocasiona elevado calor de hidratação; propicia pouco desenvolvimento de resistência e forte retração;

 C3S – responsável pelo desenvolvimento de resistência nas idades iniciais e propicia alto desprendimento de calor, libera cerca de 40% em massa de hidróxido de cálcio (CH);

 C2S – proporciona o desenvolvimento de resistência em idades mais avançadas com baixa liberação de calor, produz cerca de 18% em massa de CH;

 C4AF – desenvolvimento lento e pequeno de resistência mecânica e boa resistência ao ataque por sulfatos.

Grande (2003) atenta ao processo de hidratação do cimento que é bastante complexo e representado por várias reações químicas simultâneas e que interferem umas nas outras. É fato ainda que o comportamento da hidratação (velocidade, distribuição e formação dos produtos hidratados) é função do tamanho dos grãos do cimento (área específica), da temperatura, da quantidade de água disponível e de procedimentos de mistura.

Apesar de várias reações ocorrerem simultaneamente não é possível dizer que elas se hidratam na mesma velocidade pelo fato de o cimento ser uma mistura heterogênea que contém vários componentes.

Fagury (2002) aponta as principais características que se observa na liberação do calor de hidratação do cimento como sendo:

 Período de pré-indução: hidratação do silicato tricálcico e molhagem das partículas finas - pequeno desenvolvimento de calor nos primeiros minutos;  Período de indução ou dormente: precedência da reação química de hidratação -

não há desenvolvimento de calor;

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 Difusão controlada da hidratação - desenvolvimento lento - durante semanas, meses e anos.

Giannotti (2006) afirma que o mecanismo de hidratação do cimento Portland pode ser entendido por dois mecanismos diferentes em estágios diferentes: dissolução-precipitação (em estágios iniciais) e topoquímico ou hidratação no estado sólido (em estágios posteriores).

 Dissolução-precipitação: consiste na dissolução de compostos anidros em seus constituintes iônicos, na formação de hidratos na solução e, devido a sua baixa solubilidade, numa eventual precipitação de hidratos provenientes da solução supersaturada. Corresponde a 30% da hidratação, entre 3 e 24 horas.

 Topoquímico: quando a mobilidade iônica na solução torna-se restrita, a hidratação da partícula residual de cimento ocorre por reação no estado sólido (difusão iônica). Essas reações ocorrem diretamente na superfície do cimento anidro sem entrarem em solução.

O processo de hidratação do cimento é importante e a cura deve ser feita de maneira adequada. Caso contrário pode haver a evaporação da água livre e a interrupção da hidratação, o que gera problemas de retração (gerando fissuras) e a perda da resistência mecânica.

4.2 Concreto