Difratometria de raios-X (DRX)

A análise de difração de raios-x foi realizada no intuito de avaliar a evolução da hidratação das pastas cimentícias com e sem a utilização de adições de sílica ativa e nanossílica, nas idades de 1, 3, 7 e 63 dias. Os difratogramas das pastas de cimento Portland contendo o traço de referência (REF), e os traços com adições (SF, NS e SF-NS) são apresentados nas Figura 4.24, Figura 4.25, Figura 4.26 e Figura 4.27, respectivamente.

As principais fases cristalinas identificadas nesses difratogramas foram: etringita (Et), quartzo (Q), portlandita ou hidróxido de cálcio (P), silicato tricálcico ou alita (A), silicato dicálcico ou belita (B) e calcita (Cc). Durante a hidratação do cimento, outra fase formada a partir das reações da alita e belita é o silicato de cálcio hidratado (C-S-H) que não possui picos cristalinos, apresentando uma estrutura amorfa, que quando presente na evolução da hidratação do cimento é identificado através da formação de halo amorfo no difratograma de raios-X.

Figura 4.24 – Difratograma de raios-X da pasta cimentícia de referência nas idades de 1, 3, 7, 28 e 63 dias de cura. Et-etringita, P-portlandita, A-alita, B-belita, Cc-calcita e Q-quartzo.

Fonte: Elaboração própria.

Através dos difratogramas apresentados por meio da Figura 4.21, pode-se notar que ao longo da hidratação das pastas de referência, houve uma diminuição nos picos dos silicatos (alita-A e belita-B) para a formação dos picos de hidróxido de cálcio ou portlandita (P). Também percebe a presença de etringita (Et), com picos nos primeiros momentos da hidratação, consequência da combinação de sulfatos disponíveis em solução aquosa e das fases aluminatos (C3A e C4AF).

Figura 4.25 - Difratograma de raios-X da pasta cimentícia com adição de sílica ativa (SF) nas idades de 1, 3, 7, 28 e 63 dias de cura. Et-etringita, P-portlandita, A-alita, B-belita, Cc-calcita e Q-quartzo.

Fonte: Elaboração própria.

Assim como na pasta de referência analisada, a pasta com adição de sílica ativa (Figura 4.22), ao longo da hidratação, foi percebida diminuição nos picos de alita-A e belita-B e consequentemente formação de portlandita-P. É notável a presença de compostos como etringita (Et), calcita (Cc) e quartzo (Q) em todas as idades analisadas. Comparando-se o traço com sílica ativa e o traço de referência, demais traços de pastas analisadas, o traço com nota-se que no traço SF os picos de portlandita-P diminuíram a intensidade nas idades mais avançadas. No traço com SF observou-se a redução acentuada da quantidade de CH, como por exemplo na posição próxima a 18°, ocorrência atribuída ao efeito fíler e às reações pozolânicas da sílica ativa na matriz de cimento. O fato ocorre porque a sílica ativa reduz a quantidade de vazios da matriz de cimento, diminuindo e limitando, assim, a precipitação do hidróxido de cálcio em grandes cristais. As partículas de sílica ativa podem atuar ainda como pontos de nucleação que também provocam uma aceleração na hidratação do cimento e a reação pozolânica que se desenvolve pela reação entre a sílica ativa e o CH, é capaz reduzir o teor de hidróxido de cálcio. Tal comportamento também foi observado em estudos realizados por RÊGO et al. (2019) em materiais cimentícios com a adição de SF.

Nota-se que aos 7 dias a pasta com SF apresentou uma pequena redução na intensidade dos picos característicos do CH em relação à pasta REF devido ao início da reação pozolânica da SF nessa idade. O comportamento de redução, confirma o que foi reportado nos trabalhos de Li et al. (2017) e Andrade et al. (2019).

Figura 4.26 - Difratograma de raios-X da pasta cimentícia com nanossílica (NS) nas idades de 1, 3, 7, 28 e 63 dias de cura. Et-etringita, P-portlandita, A-alita, B-belita, Cc-calcita e Q-quartzo.

Fonte: Elaboração própria.

No traço com adição de 2% de nanossílica, observa-se a presença de um halo amorfo entre as posições 27 e 36°. Pela análise obtida, o traço com NS apresentou comportamento parecido com o traço de referência, nesse caso, a nanossílica atuou como pontos de nucleação. O material adicionado, foi responsável por intensificar a formação de C-S-H primário. Ressalta-se que o traço com NS apresentou as maiores intensidades para os picos de etringita.

No traço em que se trabalhou com adição de nanossílica, esperava-se que entre 1 e 3 dias de hidratação ocorresse uma redução na intensidade dos picos característicos do CH das pastas devido à reação pozolânica proporcionada pela NS nas idades iniciais, conforme estudado por Haruehansapong et al. (2014) e Khaloo et al. (2016).

Isfahani et al. (2016) estudaram a microestrutura de concretos com nanossílica por meio da técnica de DRX observaram uma diminuição considerável no pico do hidróxido de cálcio em amostras com 1,5% de nanossílica e relação a/c de 0,5. Ao contrário dos trabalhos citados que estudaram materiais cimentícios com adição de NS, não foi observado esse comportamento de diminuição dos picos de CH ao longo das reações de hidratação.

Observou-se que os picos correspondentes ao CH nos difratogramas, por volta das posições 18° e 35°, aumentaram consideravelmente aos 63 dias em relação às idades de 1,3 e 7 dias. Tal comportamento discrepante de outras pesquisas já realizadas, pode ter relação com algumas particularidades, como tipo, características e propriedades da nanossílica coloidal utilizada e/ou a relação a/c utilizada, que interfere diretamente no processo de hidratação.

Figura 4.27 - Difratograma de raios-X da pasta cimentícia com sílica ativa e nanossílica (SF-NS) nas idades de 1, 3, 7, 28 e 63 dias de cura. Et-etringita, P-portlandita, A-alita, B-belita, Cc-calcita e Q-quartzo.

Fonte: Elaboração própria.

Para a pasta com adição de sílica ativa e nanossílica (Figura 4.22) também foram identificados os mesmos compostos encontrados nos outros traços, como etringita (Et), quartzo (Q), portlandita ou hidróxido de cálcio (P), silicato tricálcico ou alita (A), silicato dicálcico ou belita (B) e calcita (Cc). A partir do difratograma observa-se que na posição entre 27 e 36° o halo amorfo é menos intenso que na pasta com adição apenas de nanossílica. Para a mistura SF-NS,

o C-S-H primário também é inferior ao que se observou na pasta NS. Além disso, os picos de portlandita-p são intensos, enquanto os picos referentes à etringita-e apresentam pequena intensidade.

Para a mistura analisada o esperado também é que ocorresse maior consumo de CH, uma vez que a nanossílica deveria proporcionar reação pozolânica intensa e alto grau de hidratação. Uma possível causa para a observação deste comportamento diferente do esperado, pode ser as propriedades intrínsecas da adição utilizada, que não apresentou grande intensificação na reação pozolânica nas idades iniciais.

Observando os resultados obtidos para a pasta com a mistura de sílica ativa e nanossílica, não foi perceptível diferenças acentuadas em relação ao traço de referência, por meio do ensaio de DRX. Por outro lado, o ensaio de termogravimetria deu indícios de um comportamento superior ao traço REF. O mesmo comportamento superior foi observado em relação ao número de vazios do concreto que possuía SF e NS, sendo o traço com o menor índice de vazios. O uso de ensaios para análise microestrutural em estudos não deve ser de maneira individual, por meio da realização de um único ensaio, pois as técnicas se complementam e sempre que possível devem ser realizadas em conjunto, ampliando assim as possibilidades de análise. Além disso, com o uso de sílica e nanossílica, ficou evidente que não basta apenas identificar e quantificar os produtos de hidratação, pois como tais adições tem atuação intensa na microestrutura é necessária uma análise ampla que considere a distribuição da porosidade no material, bem como a tortuosidade e conectividade dos poros.