O desenvolvimento de modelos que prevêem o comportamento da porosidade, que é um fator fundamental da relação vazios/cal na previsão do comportamento mecânico de misturas solo- cal, ao longo tempo de cura é de grande importância. Com o uso das técnicas para a quantificação da porosidade é possível desenvolver um modelo para prever a variação da porosidade dessas misturas.
Na falta de metodologias para a previsão da porosidade de misturas solo-cal, este item baseia- se no consagrado modelo de Powers, que é utilizado na previsão da porosidade de pastas de cimento.
Segundo Neville (1997), as reações que transformam o cimento Portland em um agente cimentante ocorrem quando o cimento entra em contato com água. A presença da água, os silicatos e aluminatos formam produtos de hidratação que, com o tempo, formam a pasta, firme e dura, de cimento
A evolução da hidratação do cimento determina-se através da quantidade de Ca (OH)2 na pasta, no calor desenvolvido na hidratação, na massa específica da pasta, na quantidade de água combinada quimicamente e na quantidade de cimento não-hidratado presente na pasta de cimento (NEVILLE, 1997).
Metodologias para a Previsão do Comportamento Mecânico e para a Análise da Variação da Porosidade de um Solo Siltoso Tratado com Cal em Diferentes Tempos de Cura
O produto formado pela hidratação do cimento, o silicato de cálcio hidratado (C-S-H), compõe de 50% a 60% o volume de sólidos em uma pasta de cimento completamente hidratada e é, portanto, a fase mais importante e determinante das suas propriedades. Em nível atômico o C-S-H é formado por camadas com cadeias de SiO4, com possíveis substituições do
Si por Al (PAULON & KIRCHHEIM, 2011).
Segundo Paulon & Kirchheim (2011), embora a estrutura exata do C-S-H não seja conhecida, vários modelos (Figuras 2.19 e 2.20) têm sido propostos para explicar as propriedades dos materiais. De acordo com o modelo de Powers (1958) e Brunauer (1962), o material tem uma estrutura em camadas com uma elevada área superficial. Essas distâncias sólido-sólido são chamadas de espaços interlamelares. O modelo de Feldman-Sereda (1970) representa a estrutura de C-S-H como arranjo irregular ou dobrado de camadas que são randomicamente dispostas, criando espaços interlamelares de diferentes formas e tamanhos (MEHTA & MONTEIRO, 2008). O modelo de Munich desenvolvido por Wittmann (1976) propõe uma estrutura do C-S-H em forma de uma rede tridimensional de gel amorfo formado por compostos chamados xerogel. O modelo de Jennings, apresentado em 2000, propõe que o C- S-H é uma agregação de precipitados coloidais que são modificados quimicamente durante a hidratação. As Figuras 2.19 e 2.20 apresentam esses modelos. Mehta & Monteiro (2008) apud Paulon & Kirchheim (2011), destacam que a morfologia do C-S-H varia desde fibras pouco cristalinas até redes reticulares.
Figura 2.19 – Nível meso do C-S-H, regiões nanocristalinas com escala característica de aproximadamente 5nm. Modelo do C-S-H: (a) Powers e (b) Feldman-Sereda (adaptada de PAULON & KIRCHHEIM, 2011)
Amanda Dalla Rosa Johann (amandadallarosa@yahoo.com.br) Tese de Doutorado: PPGEC/UFRGS, 2013
Figura 2.20 – Nível meso do C-S-H, regiões nanocristalinas com escala característica de aproximadamente 5nm. Modelo do C-S-H: (a) Munich e (b) Jennings (adaptada de PAULON & KIRCHHEIM, 2011)
Segundo Nambiar & Ramamurthy (2008), o modelo de Powers, apresenta um modelo representativo da composição física do concreto fresco e endurecido para concretos de referência. O autor destaca que os modelos são constituídos de 2 diagramas: um para o grau de hidratação de 100% e o outro para o grau de hidratação de 67%, aos 28 dias. Contudo, de acordo com os experimentos de Powers, o cimento utilizado por ele atingiu 67% do grau de hidratação aos 28 dias, sendo que o grau de hidratação, aos 28 dias, depende do tipo de cimento.
O modelo desenvolvido por Powers (1960) expressa a resistência do concreto em função de uma relação gel/vazios, definida como a razão entre o volume de hidratação do cimento e o volume de vazios. A resistência para a relação gel/vazios é dada por: Resistência = k (gel/vazios)n, em que "k" é a resistência intrínseca do gel de hidratação e "n" é uma constante empírica. A equação gel/vazios considera o grau de hidratação do cimento e assim o fator tempo de cura é incorporado na equação. O volume de cimento hidratado (gel de hidratação) é utilizado como 2,06αVc.
Metodologias para a Previsão do Comportamento Mecânico e para a Análise da Variação da Porosidade de um Solo Siltoso Tratado com Cal em Diferentes Tempos de Cura
(Equação 2.4)
(Equação 2.5)
Onde Vc é o volume de cimento, Vfl é o volume de materiais sólidos por m3 do concreto, α é o
grau de hidratação do cimento e 2,06 é o fator de hidratação para o cimento.
Nambiar & Ramamurthy (2008), que estudaram diferentes dosagens de concreto com cimento, areia e cinza volante, fizeram uso do modelo de Powers para a previsão da porosidade das dosagens estudadas. O autor conclui que as porosidades medidas (através da técnica de saturação à vácuo com base na ASTM C 1202/97) apresentaram valores que estão de acordo com a porosidade teórica prevista pelo modelo de Powers. Além disso, o autor enfatiza que relação gel/vazios para o concreto com cinza volante deve ser melhorada incorporando o efeito, em volume, dos produtos formados pela hidratação da cinza volante. Fonseca (2006) ao estudar dosagens de concreto (traços rico, normal e pobre) com agregado graúdo reciclado e natural, comparou os resultados das resistências à compressão obtidas experimentalmente, e os resultados das resistências à compressão pelo modelo de Powers (1960). De acordo com os resultados obtidos pelo autor, observa-se que as resistências obtidas experimentalmente para os concretos de referência apresentaram valores coerentes com os obtidos pelas equações de Powers. Para esses concretos valores de resistência experimental até 5% superior ao valor teórico, para o traço rico; para o traço normal foi 47% superior e para o traço pobre 61%.
Através do modelo, que expressa a formação do C-S-H, apresentado por Powers (Figura 19a), percebe-se que um processo semelhante ocorre nas misturas solo-cal, durante as reações de hidratação (Figura 2.2). Assim, o modelo de Powers apresenta grande potencial para a previsão da porosidade dessas misturas. Além disso, Nambiar & Ramamurthy (2008) e Fonseca (2006) obteram bons resultados em seus experimentos utilizando o modelo de Powers, onde os resultados experimentais foram coerentes com os teóricos.
Amanda Dalla Rosa Johann (amandadallarosa@yahoo.com.br) Tese de Doutorado: PPGEC/UFRGS, 2013