O estudo da hidratação do cimento e suas conseqüências para as características microestruturais do concreto são fundamentais para delinear as propriedades do material frente ao objeto de estudo desta pesquisa. Isso porque os mecanismos teóricos para o desenvolvimento da retração e da fluência se baseiam tanto nos modelos microestruturais da estrutura dos sólidos da pasta hidratada (C-S-H), como nas características da rede porosa e da água presente a nível microestrutural.
De modo geral, a hidratação do cimento Portland abrange um conjunto de reações interdependentes com cinéticas diferentes, ao curso das quais as partículas de cimento anidro vão sendo progressivamente dissolvidas dando origem a uma estrutura que incorpora as moléculas de água. Inicialmente, as reações se processam com a dissolução gradual das fases anidras, supersaturação da solução e precipitação dos hidratos sobre as partículas. Neste processo, o cimento anidro é gradativamente recoberto pela precipitação específica do silicato de cálcio hidratado (C-S-H), que forma uma fina camada sobre as partículas, restringindo a dissolução das fases anidras. O recobrimento total do cimento representa o início da hidratação topoquímica, segundo o qual a água se difunde pela camada de hidratos inicialmente precipitada, atingindo a fração residual anidra do cimento, dando prosseguimento à hidratação. Assim, durante as primeiras horas após a mistura, o concreto varia de um estado e comportamento próprios de suspensão para um comportamento de sólido, passando a apresentar retração, propriedades mecânicas e viscoelásticas.
Desta forma, as idades iniciais representam o período mais importante para a evolução das propriedades mecânicas do concreto através do desenvolvimento do esqueleto da pasta endurecida, como resultado do prosseguimento da hidratação do cimento. Além da evolução das propriedades mecânicas, durante este período, inicia-se a restrição à movimentação volumétrica do material e os fenômenos de retração (especialmente autógena e por secagem) que dizem respeito a um esqueleto sólido passam a ser considerados, pois existe a possibilidade de fissuração. Cabe salientar que a adoção de um momento específico a partir do qual o material adquire um comportamento sólido capaz de restringir a movimentação (estabelecimento do patamar de percolação) constitui um parâmetro primordial para mensuração das deformações nas idades iniciais do concreto, uma vez que, a partir deste momento, estas deformações se desenvolvem de forma bastante acelerada.
Quanto à microestrutura do material, sabe-se que a pasta de cimento Portland endurecida é composta pelos produtos de hidratação sólidos e pelos espaços que permitem a entrada e a saída de água. Conseqüentemente, para análise das deformações incidentes no concreto, deve- se considerar que, a nível microestrutural, a matriz cimentícia apresenta porosidade característica e que esses poros podem ficar mais ou menos cheios de água, dependendo da relação água/cimento da mistura e do ambiente no qual o material encontra-se inserido. Nesta esteira, os mecanismos teóricos de desenvolvimento da retração e da fluência incluem a movimentação da água na rede porosa do material e entre as camadas de C-S-H para explicar
o comportamento mecânico da pasta de cimento endurecida. Assim, a remoção da água existente nesses poros, pela secagem ou pela autodessecação (processos a serem definidos no Capítulo 3), pode ocasionar retração ou alterar o desenvolvimento das deformações por fluência. Cabe ressaltar que a intensidade com que as deformações irão se processar devido à saída de água do material depende, principalmente, da forma como a água está ligada à estrutura da pasta.
Finalmente, evidencia-se que as definições retro-mencionadas acerca da porosidade da pasta, dos tipos de água existentes na microestrutura do material e da estrutura do C-S-H são freqüentemente citadas para o estabelecimento de hipóteses referentes aos comportamentos observados pelos resultados dos ensaios. Isso porque os mecanismos de atuação e desenvolvimento da retração e da fluência se baseiam em fenômenos como o desenvolvimento de meniscos pela diferença de tensão superficial na interface líquido-gás dos poros, na interligação e diâmetro dos poros, no desenvolvimento da pressão capilar, movimentação de água na estrutura do C-S-H, condições de saída de água, dentre outros. Desta forma, uma revisão da literatura referente à hidratação do cimento importa por fornecer subsídios para a posterior análise dos resultados obtidos durante o programa experimental.
3 VARIAÇÕES DIMENSIONAIS NAS BAIXAS IDADES DO CONCRETO
Desde o início dos processos de mistura, lançamento, adensamento, cura e endurecimento do concreto, podem ocorrer variações volumétricas no material, como resposta às reações químicas de hidratação da pasta de cimento. As variações dimensionais podem ser ocasionadas ainda pela variação de temperatura, pela absorção ou perda de umidade com o meio externo, como conseqüência das reações álcali-agregado, pela ação de agentes deletérios tais como os íons sulfato ou como resultado da aplicação de carga. Neste último caso, deve-se ressaltar que o desenvolvimento tecnológico dos materiais e dos métodos de cálculo e a necessidade de minimizar custos alteraram os padrões construtivos e arquitetônicos, possibilitando a edificação de estruturas cada vez mais esbeltas, a adoção de vãos maiores e o uso de seções transversais dos elementos estruturais cada vez menores. Tais estruturas são visivelmente mais sensíveis ao desenvolvimento de deformações e à fissuração.
O fenômeno da fissuração ocorre quando as deformações provenientes dos esforços de tração, aos quais o concreto encontra-se submetido, excedem sua capacidade de deformação. Esta capacidade varia, entre outros fatores, com a idade do concreto e a velocidade de desenvolvimento da deformação. O desenvolvimento de deformações constitui um comportamento inerente ao concreto e não representa motivo de preocupação desde que a abertura, número e comprimento das fissuras originadas não afetem a capacidade portante e a durabilidade da estrutura. Assim, firma-se a importância da análise das estruturas de concreto com relação ao desenvolvimento de deformações.