Porosidade do concreto

A porosidade é a relação expressa como a porcentagem do volume de vazios de um material com relação ao seu volume total.

A porosidade total do concreto está constituída tanto pelos poros fechados ou por uma rede de poros, cujos tamanhos variam entre poucos Å até em torno de 100 Å para os poros de gel, de aproximadamente 100 Å a 10⁵ Å para os poros capilares e de 10 Å até a ordem de mm para os chamados poros de ar ou grandes poros (Andrade, 1984).

Segundo Mehta & Monteiro (1994), a pasta de cimento contém diferentes tipos de vazios que têm uma influência importante em suas propriedades. Estes autores descrevem três tipos de vazios:

!"Espaço interlamelar no C-S-H: Powers apud Mehta & Monteiro (1994), assume

que a largura do espaço interlamelar na estrutura C-S-H é de 18 Å e determinou que ele é responsável por 28 % da porosidade capilar no C-S-H sólido. Para os autores, este tamanho de vazio é muito pequeno para ter um efeito desfavorável sobre a resistência e a permeabilidade da pasta.

!"Vazios capilares: os vazios capilares representam o espaço não preenchido pelos componentes sólidos da pasta. A hidratação do cimento deve ser considerada como um processo durante o qual o espaço inicialmente ocupado pelo cimento e a água vai sendo gradativamente substituído pelo espaço preenchido pelos produtos de hidratação. O espaço não ocupado pelo cimento ou pelos produtos de hidratação consiste de vazios capilares. Vazios capilares de uma pasta maiores que 50 nm (macroporos) são admitidos como prejudiciais à resistência e à impermeabilidade, enquanto que os vazios menores que 50 nm (microporos) são considerados como mais importantes para a retração por secagem e a fluência. Segundo Sato (1998), a quantidade de vazios é proporcional à relação a/c.

!"Ar incorporado: aditivos podem ser colocados no concreto propositadamente para incorporar poros muito pequenos na pasta de cimento. O ar pode ser aprisionado na pasta fresca de cimento durante a operação de mistura, sendo que seus vazios podem chegar a 3 nm, enquanto que os vazios de ar incorporado variam de 50 a 200 µm.

Assim, tanto os vazios de ar aprisionado como os de ar incorporado na pasta são

muito maiores do que os vazios capilares afetando negativamente a resistência e impermeabilidade.

Haynes (1973) apresenta três propriedades que são fundamentais para a descrição de materiais porosos, as quais são:

!"Porosidade: é a fração de volume total ocupada pelos poros.

!"Superfície específica: é a área ou superfície acessível contida em uma unidade de massa do volume do sólido. Esta é derivada, a princípio, da porosidade e da distribuição do tamanho de poros;

!"Distribuição de tamanho de poros: em termos da geometria do sistema de poros real, a distribuição de tamanhos de poros observada pode ser um produto bastante complexo de formas de poros e dos caminhos nos quais eles estão interconectados.

A característica da distribuição de tamanho de poros em pastas de cimento hidratada é importante porque ela influencia na resistência, permeabilidade e durabilidade do concreto (Diamond, 1971). Segundo Mehta & Monteiro (1994), a distribuição de tamanhos de poros, e não a porosidade total, é o melhor critério para a avaliação das características de vazios capilares.

Haynes (1973) classifica os métodos para a medição das propriedades estruturais dos poros como métodos diretos e indiretos. Os métodos diretos são aqueles que produzem uma imagem da microestrutura, revelando o tamanho e formas das fases (Pratt, 1988). Os métodos indiretos dão informações sobre frações de volume médio das fases presentes no material e pode dizer algo sobre o tamanho médio e a distribuição de tamanhos de algumas ou de todas as fases (Pratt, 1988).

Pode-se citar como métodos diretos a microscopia ótica, a microscopia eletrônica e todos os que produzem uma imagem física direta da amostra que está sendo examinada.

Detalhes da morfologia e do relacionamento espacial entre componentes podem ser vistos por estes métodos (Pratt, 1988).

Como métodos indiretos podem ser citados a difração de raio-X, a resistividade elétrica, a termogravimetria, a porosimetria por adsorção e por intrusão de mercúrio. Em

todos estes métodos um estímulo externo é aplicado e a reação é medida com um detector adequado (Pratt, 1988).

Um dos métodos mais utilizados para a caracterização da estrutura porosa de pastas de cimento, argamassas e de concretos é a porosimetria por intrusão de mercúrio e a microscopia eletrônica.

2.2.4.1. Microscopia eletrônica de varredura

O método consiste na obtenção de imagens de amostras com microscópio eletrônico de varredura e na posterior digitalização e tratamento destas imagens. Baseia-se no fato de que, em imagens obtidas com microscópio eletrônico de varredura por elétrons retroespelhados, as fases de maior número atômico presentes na amostra apresentam-se com brilho, enquanto que os poros ficam negros (Sato, 1998).

Para a obtenção de micrografias é necessário realizar um polimento cuidadoso da superfície das amostras, pois alterações no relevo fazem com que os pontos altos tornem-se também brilhantes, independentemente da massa atômica do elemento presente.

2.2.4.2. Adsorção de vapor de água

A porosidade pode ser determinada por meio do levantamento experimental de isotermas de adsorção e dessorção de vapor de água através do qual, a partir de modelos de adsorção física e condensação capilar, é estimada a distribuição do volume de poros em função da massa de umidade adsorvida. Esta técnica está aplicada a poros de pequenos diâmetros e sua aplicação está limitada a amostras totalmente hidratadas (Sato, 1998).

O fenômeno da adsorção física de vapor de água pela superfície dos poros ocorre devido às interações físicas que ocorrem entre as moléculas de gás e a superfície sólida. A água adsorvida consiste em camadas de moléculas que aderem sobre a superfície dos poros. O processo de adsorção continua até que se estabeleça o equilíbrio termodinâmico entre o meio gasoso e a camada adsorvida (Sato, 1998).

2.2.4.3. Porosimetria por intrusão de mercúrio

A porosimetria é um método bastante utilizado para a caracterização da distribuição de tamanhos de poros em materiais a base de cimento Portland, mas apesar disso ainda não existe uma especificação nem descrição do método normalizados.

Alguns autores como, Diamond (2000), Cook & Hover (1999) e Sato (1998), fazem a descrição do método. Segundo Diamond (2000), uma pequena amostra é primeiramente seca, para esvaziar os poros de algum fluido existente, então a mesma é pesada e transferida para uma câmara na qual é efetuado vácuo. O objetivo de se submeter a amostra à vácuo é de remover a maior parte de gases e vapores presentes na amostra antes de se injetar o mercúrio (Sato, 1998). Nessa câmara será introduzido o mercúrio em volta da amostra e como o mercúrio não “molha” os sólidos cimentíceos espontaneamente, é necessário que sejam aplicadas pressões para que o mercúrio penetre nos poros vazios da amostra. Incrementos progressivos de pressão são aplicados ao mercúrio e a intrusão é monitorada a cada passo. A série de passos de pressão e os volumes “intrudidos” correspondentes provêem os dados básicos para o cálculo da distribuição de tamanho de poros.

Para a aplicação do método supõe-se um modelo de que todos os poros são cilíndricos e que cada poro é igualmente e inteiramente acessível da superfície externa da amostra. Assim o diâmetro do poro cilíndrico é calculado pela equação de Washburn, Equação 2.1, a cada passo de pressão aplicada.

4 cos g

d P

− θ

=

Onde:

d = diâmetro do poro cilíndrico que está sendo intrudido;

g = tensão superficial do mercúrio;

θ = ângulo de contato entre o mercúrio e a parede do poro;

P = pressão que está sendo aplicada.

Com a suposição de que os poros sejam independentes assume-se que os poros menores vão sendo preenchidos à medida que se aumenta a pressão, independentemente de sua posição no espaço poroso (Sato, 1998). Não há distinção no modelo entre a intrusão de um longo cilindro contínuo ou a intrusão em vários pequenos cilindros de pequeno diâmetro, contanto que todos eles estejam abertos à superfície externa da amostra (Diamond, 2000).

Alguns autores, como Diamond (2000) e Cook & Hover (1999), citam críticas neste método quanto a determinação da verdadeira distribuição de tamanho de poros. Estes autores apresentam limitações na técnica como: a forma dos poros, pois todos são considerados cilíndricos; a acessibilidade dos poros e a possível quebra das paredes dos poros por causa das altas pressões aplicadas ao mercúrio. Entretanto, segundo Diamond (2000) e Winslow et al.

(1994), o conhecimento do diâmetro crítico e do volume de poros penetráveis, através da porosimetria por intrusão de mercúrio, pode constituir um índice comparativo útil das pastas de cimento ou poros de concreto e podem ser determinados sem referência de nenhuma distribuição de tamanho calculada.

2.2.4.4. Diâmetro crítico de poro

Segundo Sato (1998), o diâmetro crítico de poro pode ser definido como a menor dimensão de poro acima da qual se estabelece uma trajetória de poros conectados de uma extremidade a outra da amostra.

O diâmetro crítico pode ser um bom indicador de durabilidade do material, pois tem uma importante influência nas características de permeabilidade e difusão de pastas de cimento.

Cook & Hover (1999), mostram que o aumento do período de cura e o decréscimo da relação a/c resultam em uma menor porosidade total e valores pequenos para o diâmetro crítico.