Misturas ternárias com cimento Portland e adições minerais

As adições minerais podem ser associadas em diversas combinações e teores variados, criando-se misturas de cimento com dois tipos de adição, as quais são denominadas ternárias, de maneira que estas adições podem ser incorporadas aos concretos por diferentes métodos, incluindo a substituição parcial em massa de cimento e a inclusão como um aumento da quantidade de aglomerante. As adições minerais altamente reativas, como a sílica ativa, o metacaulim e a cinza de casca de arroz, que são materiais pozolânicos de alta reatividade, quando usadas em substituição parcial ao cimento trazem aos concretos

benefícios tecnológicos, melhorando ainda mais as suas propriedades, quando comparadas com misturas binárias.

Concretos com misturas ternárias de aglomerantes bem proporcionadas têm suas reações conjuntas, resultando em uma microestrutura de pasta com menor porosidade e permeabilidade. Esta diminuição na permeabilidade do concreto é decorrente de ações físicas e pozolânicas, que ocorrem no processo de hidratação dos constituintes dos aglomerantes.

Hoppe Filho (2008) afirma que o concreto de alto desempenho composto por misturas ternárias, com cimento Portland e adições pozolânicas, é um material apropriado para produzir estruturas duráveis com menor custo, sendo possível produzir estruturas de concreto de alto desempenho, com boa durabilidade e com baixo consumo de cimento.

Metha e Monteiro (2014) comenta que há um crescimento no emprego das misturas ternárias com cinza volante, sílica ativa, metacaulim e cinza de casca de arroz, pois estas melhoram as propriedades do concreto no estado fresco e endurecido e também fornecem concretos mais econômicos.

Hussain e Sastry (2014) avaliaram a resistência à compressão aos 28 dias de concretos contendo sílica ativa (7,5%) e nanossílica (2%). Foram elaborados dois traços de concreto com resistências características de 40 MPa e 50 MPa. Para cada traço estudado variou-se o teor de sílica ativa (5%, 7,5%, 10% e 15%) e de nanossílica (1%, 1,5%, 2%, 2,5%), a fim de se estudar a influência de cada adição separadamente. Por último a combinação das duas adições foi analisada. A Tabela 2.8 apresenta os resultados obtidos por Hussain e Sastry (2014).

Tabela 2. 8 - Resistência característica à compressão dos concretos estudados por Hussain e Sastry (2014).

Nota- se que a combinação das duas adições gerou maiores resistências à compressão nos concretos. Além disso, também pode-se concluir que teores de adição de nanossílica acima de 2% e de sílica ativa acima de 10%, levam à uma redução da resistência à compressão dos concretos.

Garg et. al (2016) ao estudarem a carbonatação e a penetração de cloretos em misturas ternárias contendo nanossílica e sílica ativa em substituição parcial ao cimento perceberam que a combinação adequada de sílica ativa e nanossílica resultou em um melhor desempenho em relação à resistência mecânica e durabilidade em comparação com a mistura de referência e as misturas binárias, contendo cimento nanossílica ou sílica ativa.

Isaia e Gastaldini (2005) ressaltam que misturas cimentíceas com teores elevados de adições pozolânicas podem trazer inconvenientes como a maior vulnerabilidade à carbonatação. Estudos realizados pelo autor mostraram que misturas binárias e ternárias de cinza volante com cinza de casca de arroz, sílica ativa ou escória de alto-forno apresentam velocidade de carbonatação crescente com o aumento do teor das adições minerais, devido ao fato de as mesmas possuírem menores teores de cimento e menor teor de hidróxido de cálcio remanescente. Entretanto, as adições minerais influencia na porosidade, isto é, há um refinamento do tamanho e quantidade dos poros do concreto, o que diminui assim a permeabilidade à água e gases no interior da pasta.

Garg et al. (2016), ao investigarem misturas ternárias contendo cimento Portland, sílica ativa e nanossílica verificaram que a relação Ca / Si diminui em amostras contendo sílica ativa e / ou nanossílica. Além disso, os autores comentam que amostras com nanossílica em conjunto com sílica ativa apresentam relação Ca / Si menor em relação às misturas com estes materiais utilizados individualmente. Os autores atribuem esse comportamento ao maior conteúdo de C-S-H destas misturas, levando à densificação da matriz cimentícia. A Figura 2.36 uma micrografia obtida com MEV e microanálise de raio- X em argamassa com substituição parcial de cimento por nanossílica e sílica ativa.

Figura 2. 36 - Microscopia eletrônica de varredura em argamassa com nanossílica e sílica ativa com 28 dias de hidratação (GARG ET AL., 2016).

Gesoglu et al. (2016), ao estudarem a resistência à compressão de concretos com misturas cimentícias binárias e ternárias, com cimento Portland, nanossílica e sílica ativa observaram três comportamentos distintos: em primeiro lugar, a resistência à compressão dos concretos aumentou continuamente nas amostras com até 2% de nanossílica. Com 3% de nanossílica a resistência à compressão diminuiu, com ou sem sílica ativa.. Em segundo lugar, os concretos com a sílica ativa apresentaram menor resistência à compressão até os 7 dias, após esse período foi observado o aumento da resistência em relação às amostras sem sílica ativa, independentemente do conteúdo de nanossílica. A redução da resistência inicial do concreto com nanossílica foi observada especialmente entre 1 e 3 dias, o que pode ser atribuído à falta de hidróxido de cálcio em idades muito precoces. Da mesma forma, o efeito positivo da sílica ativa foi observado após 14 dias. Finalmente, a resistência inicial dos concretos com nanossílica e sílica ativa excedeu a resistência dos concretos com sílica ativa, e sem nanossílica, especialmente até os 7 dias devido ao fato de que o processo de hidratação do cimento em idades avançadas é significativamente aumentado pela nanossílica. No entanto, considerando a hidratação do cimento em idades posteriores, conforme controlado pela capacidade de difusão iónica, uma estrutura de gel compacta, proporcionada pelos produtos da atividade pozolânica da nanossílica pode resultar no bloqueio da difusão e, assim, dificultar a hidratação do cimento e consequentemente o ganho de resistência em idades posteriores. A Figura 2.37 mostra a resistência à compressão de concretos com misturas cimentícias binárias e ternárias estudadas por Gesoglu et al. (2016).

Figura 2. 37 - Resistência à compressão em diferentes idades de concretos com nanossílica (a) 0% de sílica ativa e (b) 10% de sílica ativa (GESOGLU, 2016).

A Figura 2.38 mostra o desenvolvimento da resistência à compressão nas idades de 1 dia, 3 dias e 7 dias de pastas binárias e ternárias com sílica ativa, cinza volante e nanossílica, estudadas por Chen et al. (2016). Como pode ser visto, a resistência à compressão das pastas contendo partículas sílica ativa ou nanossílica é maior que a referência, independentemente do teor utilizado (2,0%, 4,0% ou 6,0%) e, ao aumentar o teor destas adições a resistência à compressão também foi aumentada. Observa-se também que o efeito da nanossílica na resistência à compressão é superior ao efeito da sílica ativa. As misturas com 30% de cinza volante apresentaram resistência à compressão menor que a referência em todas as idades, porém quando utilizada em conjunto com sílica ativa ou nanossílica a redução da resistência é mitigada sendo que, este efeito é mais pronunciado quando utilizam-se cinza volante e nanossílica em conjunto.

Figura 2. 38 - Resistência à compressão de pastas cimento com sílica ativa, cinza volante e nanossílica com 1, 3 e 7 dias de cura (CHEN, et al., 2016).

POLOJU et al. (2017) perceberam uma aumento na resistência à compressão do concreto auto-adensável, com 75% de cinzas volantes, de cerca de 45% em amostras com a adição de 1,5% de nanossílica em relação à amostra de referência aos 28 dias. Os autores ainda comentam que as amostras com nanossílica tiveram uma redução acentuada na permeabilidade, observada por meio do ensaio de absorção capilar.

Abreu et al. (2017) produziram concretos de alta resistência com misturas cimentícias binárias e ternárias, contendo Cimento Portland CPV, nanossílica estabilizada e sílica ativa. Os autores observaram o melhor desempenho em relação à resistência à compressão na mistura com 0,5% de nanossílica estabilizada e 7% de sílica ativa, em comparação com uma mistura de referência e uma mistura contendo 7% de sílica ativa, sem nanossílica, aos 7 e 28 dias, como pode ser observado na Figura 2.39.

Figura 2. 39 – Resistência à compressão em concretos com nanossílica estabilizada e de sílica ativa (ABREU et al., 2017).

JANKOVIC et al. (2016), ao avaliares a resistência à compressão de concretos de alta resistência com 2% e 5% de nanossílica e 20% de sílica ativa, constataram um efeito positivo na resistência à compressão nas misturas com a adição de 2% de nanossílica. Os autores comentam que a combinação entre 20% de sílica ativa e 5% de nanossílica configuram uma super dosagem, diminuindo a resistência mecânica do concreto.

Li et al. (2015), também constataram o aumento da resistência à compressão em misturas com 1% e 3% de nanossílica, com a incorporação de 20% de sílica ativa e 10% de cinza volante, aos 28 dias de cura úmida (a) e cura quente (b), como mostra a Figura 2.40. Os autores atribuem esse comportamento à aceleração da hidratação e ao efeito pozolânico. O autores ainda comentam sobre as dificuldades de dispersão da nanossílica quando incorporada em quantidades acima de 3%, em relação a massa do cimento.

Figura 2. 40 – Resistência de misturas cimentícias com nanossílica, com 28 dias de cura úmida (a) e cura quente (b) (LI et al., 2015).

Li et al. (2015) comparam micrografias de misturas cimentíceas sem nanossílica e com 1% de nanossílica, contendo ainda sílica ativa e cinza volante (Figura 2.41). É possível perceber uma microestrutura mais densa na amostra com nanossílica. Os autores atribuem estas características ao efeito pozolânico e ao refinamento da estrutura porosa na amostra com nanossílica.

(a) (b)

Figura 2. 41 – Micrografias de misturas cimentícias: a) sem nanossílica e b) com 1% de nanossílica (LI et al., 2015).