Modificações físicas causadas pela SA

Estudos desenvolvidos por Hasparyk (1999) demonstram o efeito benéfico da sílica ativa através de ensaios de expansão (ASTM C–1260), seguidos por análises de MEV. As composições químicas dos géis encontradas foram alteradas, sendo a concentração de álcalis do gel reduzida na medida em que se aumentou o teor de sílica ativa.

Kurdwoski e Wczelik (1983) misturaram sílica ativa no estado amorfo com C3S

em uma relação molar de C3S/SiO2 de 0,5 a 3,33 e acompanharam a velocidade da hidratação

proporções de SiO2. Observa-se um pico de aumento com aproximadamente 8 horas na

mistura de C3S pura (sem adição de SiO2). Com o aumento de adição de SiO2, o primeiro pico

é intensificado e o período de indução diminui. Sendo que com baixas relações C3S/SiO2 o

segundo pico parece desaparecer.

Com os resultados obtidos com relações de C3S/SiO2 iguais a 1 e 0,4 é evidente

que a adição de SiO2 acelera o desaparecimento de C3S Figura 2.10.

Figura 2.9 - Evolução do calor em amostras de C3S contendo sílica (KURDWOSKI; WCZELIK ,

1983)

Figura 2.10 - Influência da sílica na hidratação do C3S. (KURDWOSKI; WCZELIK , 1983)

C3

S

%

Tempo (horas) Minutos (Tempo) horas

E v o lu çã o d o c al o r (u n id ad e ar b ri ta ri a)

Conclusões similares podem ser tiradas do trabalho de Ogawa et al. (1980), que utilizou uma sílica contendo 87,8% de SiO2 e com uma área superficial igual a 6,7x10³ m²/kg.

A análise da hidratação do C3S mostra que com 1 dia obteve-se uma hidratação do C3S

equivalente a 40%, sendo que na presença da sílica este valor alcançou 80% de hidratação do C3S.

A Figura 2.11, mostra as diferentes quantidades de hidróxido de cálcio (Ca(OH)2)

formadas em diferentes idades de hidratação. Apesar de que com um dia de idade a quantidade de Ca(OH)2 é maior na amostra com adição de sílica, aos 7 dias existe uma maior

quantidade de Ca(OH)2 na amostra com C3S puro. As baixas quantidades de Ca(OH)2 em

idades maiores de hidratação pode ser atribuída a reação entre o SiO2 e o Ca(OH)2. Sendo

assim, pode-se concluir que a quantidade de hidróxido de cálcio diminui com o aumento de SiO2 devido a reação entre eles durante a hidratação.

Figura 2.11 - Quantidade de Ca(OH)2, em pastas de C3S-silicoso (OGAWA et al., 1980)

Tempo (dias) C a( O H )2 %

Diversos pesquisadores, nacionais e internacionais, falam sobre a necessidade de se pesquisar a microestrutura do concreto e da argamassa, procurando, assim, produzir materiais de elevado desempenho, Bentur e Cohen (1987), Paulon (1996), e Aïtcin (2000b). Estes autores demonstraram que a zona de transição (interface entre o agregado e a pasta de cimento) é a região mais frágil do concreto e que as pozolanas diminuem a espessura desta zona de transição. Esta interface entre o agregado e a pasta de cimento é caracterizada como sendo a região mais frágil do concreto ou da argamassa devido a grande formação de grandes cristais de hidróxido de cálcio (Ca(OH)2), sendo este o material mais frágil formado na

hidratação do cimento Portland. Libório (2002) mostra que a zona de transição não é frágil somente devido a grande quantidade de Ca(OH)2, mas, também, devido a formação de poros

nesta região. Sendo assim, na interface entre o agregado e a pasta de cimento Portland, quando submetida a esforços de compressão, pode-se ter o início do processo de ruptura.

A sílica ativa possui duas maneiras de atuação na zona de transição. A primeira delas, como foi dito no início do Item 2.3, é o efeito químico, onde ocorre o consumo de hidróxido de cálcio e a formação de silicato de cálcio hidratado (C-S-H), ou seja, ocorre a reação pozolânica, sendo que o C-S-H é um produto mais estável e resistente que o CH.

A segunda maneira de atuação da sílica ativa na zona de transição é muito mais física do que química, ou seja, ocorre o efeito fíller, onde ocorre o preenchimento dos poros. A sílica ativa é capaz de fazer este preenchimento de vazios, devido a sua elevada área específica e pequeno diâmetro. Desta forma, os espaços vazios entre os grãos de cimento são ocupados, aumentando a coesão e a compacidade da pasta e diminuindo a espessura da interface entre o agregado e a pasta. Detwiler e Mehta (1989 apud LIBORIO, 2002) estudaram o efeito de preenchimento dos vazios com partículas de carbono em misturas de cimento com substituição de 10% em massa, e verificaram iguais resistências das misturas de referência (sem substituição) para as idades de 7dias e 28dias. Goldman e Bentur (1993) juntamente com os pesquisadores acima citados, também acreditam que qualquer pó extremamente fino provoca este efeito fíller de preenchimento dos vazios, trazendo benefícios ao concreto, por conta do preenchimento de vazios e do melhor empacotamento entre as partículas.

Bentur e Cohen (1987) estudaram o efeito da sílica ativa na microestrutura da zona de transição de argamassas com cimento Portland e verificaram a melhora desta região devido à reação pozolânica entre o hidróxido de cálcio e a sílica ativa. As Figuras 2.12 e 2.13 mostram a diferença entre as zonas de transição entre o agregado e a pasta de cimento e o

aspecto da compacidade da matriz em argamassas sem e com a adição de sílica, respectivamente.

Figura 2.12 - Microestrutura da zona de transição entre o agregado e a matriz de cimento (BENTUR; COHEN, 1987)

Figura 2.13 - Microestrutura da zona de transição entre o agregado e a matriz de cimento com adição de sílica (BENTUR; COHEN, 1987)

Na zona de transição entre um agregado e a pasta de cimento ocorre a formação de uma grande quantidade de hidróxido de cálcio, como produto de hidratação do cimento Portland. Este produto envolve totalmente o agregado como mostra a Figura 2.14, idealizada

Local onde existia um grão de areia

Local onde existia um grão de areia

por LIBÓRIO (2002), já a adição de sílica ativa minimiza ou até mesmo elimina a zona de transição, como mostra a Figura 2.15.

Figura 2.14 – Esquematização da zona de interface entre a matriz e o agregado (LIBÓRIO, 2002)

Figura 2.15 – Esquematização da melhoria da zona de interface entre agregado e pasta de cimento com a introdução da sílica ativa (LIBÓRIO, 2002)

Carette e Malhotra (apud PAULON, 1996) observaram que a adição de 10% de sílica ativa, em concretos com relação a/c de 0,40, aumentou a profundidade carbonatada em longas idades, porém, esse mesmo teor de adição provocou um aumento da resistividade elétrica do concreto para taxas capazes de prevenir a corrosão de armaduras mesmo despassivadas. Rasheeduzzafar (apud PAULON, 1996) estudou a ação da sílica ativa sobre a expansão do concreto devido à reação álcali-agregado e constatou que o teor de 10% em

Interface (espessura de 20µm a 50µm) em argamassa

Agregado

Pasta com

Sílica Ativa

Agregado

Pasta

substituição ao cimento foi o mais eficiente, comparado com teores de 20% de sílica ativa e cimentos com escória de alto forno.

Em seu estudo sobre os avanços tecnológicos em concreto estruturais, Libório, (2002) avaliou e discutiu a difusão de cloretos em pastas de cimento Portland com teores de substituição, em massa de cimento, de 5% e 10% de sílica ativa, 10% de cinza volante e concreto de referência (sem adição). A Figura 2.16 traz os resultados obtidos referentes a difusão de cloretos em pasta de cimento Portland.

0 10 20 30 40 50 60 CPI 10% CV 5% SA 10% SA