Não há, na literatura, um consenso sobre os diversos termos utilizados para descrever os diferentes tipos de variações volumétricas que ocorrem nos materiais cimentícios. Muitos termos são usados para definir o mesmo tipo, e muitos tipos são definidos pelo mesmo termo. Neste trabalho, usa-se a terminologia proposta por Silva (2007), baseada em conceitos da termodinâmica. Nesta, o universo é dividido em duas partes: o sistema e sua vizinhança, separados por uma fronteira. Os sistemas podem ser classificados como aberto, fechado e isolado, conforme mostrado na Figura 2-5. No sistema aberto, matéria e energia são trocados entre sistema e vizinhança através da fronteira; no sistema fechado, há troca de energia, mas há conservação de matéria (massa); já no sistema isolado, não há nenhuma troca entre o sistema e a vizinhança, ou seja, há conservação de massa e energia.
Figura 2-5: Tipos de sistema propostos (SILVA, 2007).
Segundo a metodologia adotada por Silva (2007), nos sistemas abertos e fechados ocorrem deformações autógenas e não-autógenas, enquanto no sistema isolado, ocorrem somente deformações autógenas. A classificação proposta é mostrada na Figura 2-6 a seguir.
Figura 2-6: Organograma com a classificação das deformações volumétricas em meios cimentícios, onde: dm = variação de massa; dw = variação de trabalho; dq = variação de
temperatura. Adaptado, (SILVA, 2007).
2.2.1 Deformações não-autógenas
As deformações não-autógenas podem ser classificadas em função de três fatores: variação da massa (dm), variação de calor (dq) e variação de trabalho (dw). As deformações devido à variação de massa podem ser de três tipos: contração por secagem, retração por secagem ou expansivas de degradação, todas geradas por evaporação ou sucção de água (agente externo). Aquelas devido à variação de calor são chamadas deformações térmicas. Estas são consequência do aporte de calor externo e podem ocorrer durante todo o intervalo de hidratação. As que ocorrem devido à variação de trabalho podem ser viscoplásticas, quando em suspensão, ou elásticas, plásticas e por fluência, no estado sólido (SILVA, 2007).
2.2.2 Deformações autógenas
Segundo Silva (2007), as deformações autógenas podem ser térmicas, devido ao calor proveniente das reações de hidratação (aporte de calor interno); volumétricas químicas, devido à diferença de volume entre os reagentes e os hidratos; e expansivas de degradação, que ocorrem devido aos agentes internos (reação álcali-sílica, CaO e MgO livres, formação de etringita tardia etc.).
Este trabalho tem como objetivo principal estudar o efeito do PSA em mitigar a retração autógena, e por isso, apresenta um enfoque maior nas deformações volumétricas químicas, deformações estas que dependem do estado do material: em suspensão, ocorre a Contração de Le Chatelier, enquanto a expansão inicial e a retração autógena ocorrem no material endurecido.
2.2.2.1 Contração Le Chatelier
O primeiro estágio da variação volumétrica química é conhecido como Contração Le
Chatelier, devido ao nome do pesquisador que foi o primeiro a observar a redução de
volume das pastas devido à hidratação do cimento, em 1900 (SILVA, 2007). Este fenômeno ocorre com o material ainda em suspensão, após as primeiras horas de hidratação. A contração de Le Chatelier pode ser definida como um fenômeno físico- químico decorrente do balanço volumétrico das reações de hidratação, já que a soma dos volumes molares iniciais da água e do cimento anidro (volume inicial) é maior que o volume dos componentes hidratados (volume final). Como ocorre quando a pasta ainda está fluida, o material não se opõe às variações volumétricas impostas, de forma que não são geradas fissuras. Pode ser estimada por meio do balanço volumétrico dos principais compostos do cimento, lembrando que os valores calculados dependem do conhecimento acerca da estequiometria do C-S-H e sua massa específica (MANZANO, 2014). No balanço volumétrico apresentado por Silva (2007), observa-se um decréscimo de 16,5% no volume final, conforme Figura 2-7.
Neste trabalho, o termo contração é utilizado para denominar as variações volumétricas que não causam fissuração, enquanto o termo retração é empregado quando o material apresenta um esqueleto mineral suficientemente rígido para se opor as variações volumétricas, podendo gerar fissuras.
Figura 2-7: Balanço volumétrico dos reagentes e hidratos, no estado inicial (grau de hidratação 0) e após as reações de hidratação (grau de hidratação 1), onde nota-se o decréscimo de 16,5% do volume molar dos compostos (Adaptado, BOIVIN, 2001 apud
SILVA (2007)).
2.2.2.2 Expansão Inicial
Segundo Silva (2007), a expansão autógena inicial é a variação volumétrica macroscópica que pode ocorrer nos sistemas cimentícios, com tempo de duração de algumas horas (após a transição suspensão-sólido) até cerca de duas semanas após o contato com a água, dependendo da mistura. É possível que continue se desenvolvendo microscopicamente e de forma localizada por mais tempo, no entanto, sua magnitude é inferior à retração autógena, de modo que, no balanço geral, esta última predomina. Também, pode haver expansão com o material na fase fluida, porém estas deformações não recebem uma denominação especial por não serem relevantes ao estudo das deformações.
Alguns autores descrevem hipóteses como causas da expansão inicial, sendo que a primeira parece mais consistente, tais como:
• Segundo Baroguel-Bouny et al. (2004), o crescimento de grandes cristais de hidróxido de cálcio (CH) e talvez agulhas de etringita, gerando uma fase sólida que exerce pressão nas paredes do poro durante seu crescimento (pressão de cristalização ou pressão de crescimento);
• Formação de C-S-H interno, cujo volume é maior que o volume do grão anidro que lhe deu origem (BAROGUEL-BOUNY, MOUNANGA, et al., 2004).
• Redistribuição da água de exsudação abundante na superfície, que é redirecionada em direção ao interior do concreto; e pressão de disjunção, que faz os produtos de
hidratação emergirem, devido à maior superfície total, incrementando a região onde a absorção é impedida (LURA, 2003).