Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP Departamento de Engenharia de Construção Civil

Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP Departamento de Engenharia de Construção Civil

ISSN 0103-9830

BT/PCC/259

Cláudia T. A. Oliveira Vahan Agopyan

São Paulo – 2000

ESTUDO DA ÁGUA DO PORO DE PASTAS

DE CIMENTO DE ESCÓRIA PELO

MÉTODO DA ÁGUA DE EQUILÍBRIO

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia de Construção Civil Boletim Técnico - Série BT/PCC

Diretor: Prof. Dr. Antônio Marcos de Aguirra Massola Vice-Diretor: Prof. Dr. Vahan Agopyan

Chefe do Departamento: Prof. Dr. Alex Kenya Abiko

Suplente do Chefe do Departamento: Prof. Dr. João da Rocha Lima Junior

Conselho Editorial Prof. Dr. Alex Abiko Prof. Dr. Francisco Cardoso Prof. Dr. João da Rocha Lima Jr.

Prof. Dr. Orestes Marraccini Gonçalves Prof. Dr. Antônio Domingues de Figueiredo Prof. Dr. Cheng Liang Yee

Coordenador Técnico Prof. Dr. Alex Abiko

O Boletim Técnico é uma publicação da Escola Politécnica da USP/Departamento de Engenharia de Construção Civil, fruto de pesquisas realizadas por docentes e pesquisadores desta Universidade.

Este texto faz parte da tese de doutorado, de título” Água do poro de pastas de cimentos de escória”, que se encontra à disposição com os autores ou na biblioteca da Engenharia Civil.

FICHA CATALOGRÁFICA

Oliveira, Cláudia Terezinha de Andrade

Estudo da água do poro de pastas de cimento de escória pelo méto- do da água de equilíbrio / C.T.A. Oliveira, V. Agopyan. -- São Paulo : EPUSP, 2000.

12 p. -- (Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP, Departa- mento de Engenharia de Construção Civil, BT/PCC/259)

1. Cimento de alto-forno 2. Água do poro I. Agopyan, Vahan II. Uni- versidade de São Paulo. Escola Politécnica. Departamento de Enge- nharia de Construção Civil III. Título IV. Série

ISSN 0103-9830 CDU 666.943.3 666.942.3

ESTUDO DA ÁGUA DO PORO DE PASTAS DE CIMETO DE ESCÓRIA PELO MÉTODO DA ÁGUA DE EQUILÍBRIO

INVESTIGATION OF PORE WATER OF BLASTFURNACE SLAG CEMENT PASTES BY EQUILIBRIUM WATER METHOD

Claudia T. A. OLIVEIRA

; Vahan AGOPYAN

RESUMO

Foi adaptado um método de obtenção da água do poro de pastas de cimento de escória endurecidas, denominado água de equilíbrio. Foi analisado o efeito dos ativadores da escória de alto-forno e da temperatura de cura no pH e na composição química da água do poro de pastas endurecidas de cimentos de escória ativada.

Os ativadores empregados foram: silicato de sódio, cal hidratada, cal hidratada + gipsita e cimento Portland CP V (alta resistência inicial). A cura foi feita em temperatura ambiental (23±2°C) e em temperatura elevada, a 60°C ou 80°C dependendo do tipo de ativador. Os ensaios foram realizados 28 dias após a moldagem. O estudo demonstrou que na água do poro das pastas de cimento de escória as principais espécies químicas dissolvidas são hidroxila, sódio, potássio e cálcio e, em menor concentração, silício, alumínio e espécies contendo enxofre tais como sulfato, sulfeto, tiossulfato e sulfito.

A alcalinidade da água do poro, expressa pelo pH, foi determinada por titulação usando como indicador a fenolftaleina. Para a água de equilíbrio o pH variou entre 11,5 e 13,1. O pH da água do poro da pasta de cimento Portland, medido nas mesmas condições, foi de 12,7. Os íons alcalinos foram os que mais influenciaram o pH das soluções, com exceção da escória ativada com cal hidratada e gipsita, cujo pH da água do poro foi influenciado principalmente pela concentração de cálcio. A temperatura de cura não influenciou significativamente o pH e a composição das soluções.

PALAVRAS-CHAVE: escória de alto-forno; água do poro; durabilidade; alcalinidade

ABSTRACT

A new method for studying pore water of hardened slag cement paste, named as equilibrium water, was adapted. The effect of blastfurnace slag activators and cure

1 Engenheira civil, Doutora, pós-doutoranda do PCC/USP. E-mail coliveira@pcc.usp.br

2Engenheiro civil, PhD, Professor titular do PCC/USP. E-mail agopyan@pcc.usp.br

temperature on the chemical composition of pore water of blastfurnace slag cement paste was investigated.

The activators studied were sodium silicate, hydrated lime, hydrated lime plus dihydrated calcium sulphate and Brazilian class V Portland cement (high early strength). The curing was carried out in natural (ambient temperature of 25°C) and accelerated (60°C or 80°C depending on the activator) conditions. The tests were done 28 days after the castings. The study showed that the main chemical species dissolved in the pore water were hydroxyl, sodium, potassium, calcium and low contents of silicon, aluminum and sulfur compounds.

The alkalinity of pore water, expressed by its pH, was determined by titration using phenolphthalein as indicator. The pH ranged from 11,5 up to 13,1. Under identical conditions, the pore water pH of Portland cement paste was 12,7. The high pH was associated with the higher concentration of Na

and K

. The Ca

content affected the pH of slag cement activated with hydrated lime plus dihydrated calcium sulphate. The curing temperature did not affect significantly the pH and chemical composition of solutions.

KEY WORDS: blastfurnace slag; pore water; durability; alkalinity

1. introdução

Considera-se a água do poro como a água presente nos poros capilares da pasta de cimento endurecida, ou seja, a água livre e apta a reagir com os grãos anidros, com produtos hidratados e com espécies químicas externas que eventualmente penetram no interior da pasta. Na verdade, a água do poro é uma solução de ions cuja composição depende do cimento, da quantidade de água de amassamento, do grau de hidratação do cimento e da interação com o meio externo.

O teor de umidade do material é um fator crítico a ser considerado, uma vez que a água capilar é a água de interesse neste estudo na qual estão dissolvidas as espécies químicas do cimento. As pastas, argamassas e concretos quando expostos ao vapor de água à temperatura ambiente, ganham umidade até que seja estabelecido o equilíbrio entre a quantidade de água livre no interior do sólido e o vapor do ambiente. Como esse equilíbrio depende da porosidade do material para uma mesma pressão de vapor local, o teor de água evaporável e portanto, a quantidade de água do poro, depende da porosidade capilar da pasta de cimento e da umidade relativa do ambiente.

Nos estudos da água do poro a variável mais explorada é o pH. No cimento Portland e na maioria das misturas do cimento Portland com escória os íons alcalinos, predominantemente Na

e K

, são determinantes na alcalinidade do meio, porque em razão da sua elevada solubilidade, permanecem na solução em equilíbrio com os ions OH

.

Quando misturada ao cimento Portland a escória de alto-forno tende a reduzir a concentração de hidroxila na água do poro, para idades acima de 28 dias em cura ambiente.

A eficiência da redução do pH parece não ter relação direta com o teor de álcalis da escória;

parece estar ligada à capacidade de incorporação de íons alcalinos na estrutura dos

compostos hidratados lamelares, notadamente o C-S-H e AFm (TAYLOR, 1987). Segundo

alguns autores a menor relação C/S dos compostos hidratados nos cimentos com escória

pode justificar a facilidade da fixação dos íons alcalinos.

Nos resultados apresentados por SILSBEE et al (1986), CANHAM et al (1987), LONGUET (1976), a redução do pH da água do poro dos cimentos com escória não foi significativa quando comparado ao pH do cimento Portland. A máxima redução, em pastas com um ano de idade e com substituição de 60% do cimento Portland por escória, foi de 0,51 pontos conforme os dados de CANHAM et al (1987). No entanto, para todos os trabalhos analisados o valor do pH dos cimentos com escória permanece igual ou superior a 13,0.

Foi demonstrado no trabalho de SONG et al (1999) que o pH da água do poro das pastas (a/c 0,45) de escória ativada com NaOH aumenta com a concentração de sódio na água de amassamento, variando entre 12,2 e 13,5 para teores de sódio entre 57,7mmol/L e 575mmol/L, respectivamente. Os autores consideram que esses valores de pH permaneceram constantes ao longo de todo o experimento, ou seja, durante aproximadamente 41 dias. Para a pasta de escória (a/c 0,45) misturada apenas com água deionizada, o pH da solução aos 40 dias de idade foi 11,6. Os resultados ainda mostram que o pH da fase líquida da suspensão (a/c 3,0) é superior, atingindo valores entre 11,8 e 12,0.

Os dados de literatura sobre o efeito da escória na composição química da água do poro são conflitantes, em parte porque os métodos de obtenção da água do poro não são padronizados, e em parte, porque a maioria dos autores não consideram o grau de hidratação dos cimentos, comparando resultados de pastas, argamassas e concretos com a mesma idade, mas produzidos com cimentos com diferentes cinéticas de hidratação.

Com base no que foi visto na literatura, além do pH e da determinação dos íons Na

, K

e Ca

, é recomendável a análise das demais espécies químicas que, possivelmente, estão presentes na água do poro dos cimentos de escória em quantidades não desprezíveis tais como: silicatos, aluminatos e espécies químicas contendo enxofre.

3. procedimentos metodológicos

O método da água de equilíbrio foi adaptado para o estudo da água do poro de pastas endurecidas de cimento. Trata-se de um método mais simples e prático quando comparado ao método tradicional de obtenção da água do poro por extração sob pressão descrito por outros pesquisadores (LONGUET et al., 1973; BARNEYBACK; DIAMOND, 1981). De acordo com o método proposto, o equilíbrio se dá por difusão das espécies dissolvidas do interior da pasta para a água no entorno do corpo-de-prova submerso. No estudo da água de equilíbrio o contato do corpo-de-prova com a água deionizada de pH 6,5, dá origem a uma diferença de concentração iônica entre a água do poro, propriamente dita, e a água que envolve o corpo-de-prova. Este gradiente é o responsável pelo transporte das espécies químicas por difusão (FAUCON et al., 1998). Como o experimento foi feito em condições estáticas, a concentração final das espécies químicas na água de equilíbrio resultou da difusão dos íons do interior da pasta para a água em contato com o corpo-de-prova. O equilíbrio da solução foi estabelecido devido à diminuição da cinética da difusão, quando o equilíbrio local também foi atingido no interior da pasta.

A composição da água de equilíbrio foi estudada em discos de pasta de cimento com

diâmetro de 38 mm e espessura de 10±1 mm, e aproximadamente 3462 mm

de área

superficial e 20g de massa. Após o período de cura inicial esses corpos-de-prova foram imersos em água deionizada e previamente fervida (pH 6,5), em ambiente atmosfera de nitrogênio e em temperatura ambiente (22±2°C). A relação entre a massa do corpo-de- prova e o volume de água foi mantida constante e igual a 1 g para 5 ml. O pH da água foi medido semanalmente com papel indicador até que 3 medidas consecutivas fossem constantes. O tempo necessário para que o equilíbrio fosse atingido variou entre 28 e 35 dias. Foram coletas quatro amostras para cada composição estudada.

A concentração de OH- foi medida por meio de titulação com ácido clorídrico (0,02 M), usando como indicador uma solução alcóolica de fenolftaleína a 1% (em massa). A alcalinidade à fenolftaleína foi expressa em termos do pH. A concentração dos íons Na

, K

, Ca

, Al

e Si

foi feita por espectrofotometria de absorção atômica. O sulfato (SO

) foi determinado pelo método gravimétrico segundo a NBR 9917/87 (Agregados para concreto – Determinação de sais, cloretos e sulfatos solúveis). O sulfeto (S

), sulfito (SO

) e tiossulfato (S

O

) foram identificados qualitativamente com acetato de chumbo, conforme procedimentos descritos por OHLWEILER (1968). Os ensaios foram feitos em temperatura ambiente (23±2°C).

Para efeito de comparação, a água do poro de algumas misturas foi obtida também por extração sob pressão. A extração foi feita em um equipamento semelhante ao apresentado por LONGUE et al. (1973) com carregamento máximo de 400 kN e velocidade de carregamento de 3,33 kN/s; para os corpos-de-prova cilíndricos de 40x80 mm usados nesse ensaio, esses valores são correspondentes a 318 MPa e 2,6 MPa/s, respectivamente.

Para auxiliar a análise da composição química da água do poro foram investigados alguns aspectos da microestrutura das pastas como o teor de escória reagida, determinado segundo o método proposto por LUKE e GLASSER (1987) e a composição mineralógica dos produtos hidratados por difração de raios X. O detalhamento desses ensaios podem ser encontrados no trabalho de OLIVEIRA (2000).

4. Materiais

A escória granulada foi moída em moinho de bolas de laboratório até a finura de 500 m

/kg

medida pelo permeabilímetro Blaine segundo NBR 7224/84. A escória básica tem relação

CaO/SiO

de 1,3 (em massa), e apresenta teor de matéria vítrea de 99,5% determinado por

contagem ao microscópio óptico. O resultado da análise da escória consta na Tabela 1.

Tabela 1 Composição química da escória de alto-forno determinada por via úmida.

Determinação Teor em massa (%) Determinação Teor em massa (%)

PF 1,67 N

O 0,16

SiO

33,78 K

O 0,32

Al

O

13,11 S

1,14

Fe

O

0,51 CaO livre 0,1

CaO 42,47 RI 0,53

MgO 7,46 CO

1,18

SO

0,15

O teor de álcalis solúveis da escória, calculado segundo o método ASTM C-114, foi de 0,004% Na

e 0,001% K

. Como a escória de alto-forno tem menor concentração de cálcio em solução do que o cimento Portland, optou-se por não adicionar a solução de cloreto de cálcio à suspensão de cimento de escória.

A composição química da cal hidratada, comercial do tipo CHI, consta na Tabela 2.

Tabela 2 Composição provável da cal hidratada.

Componente (%) Componente (%)

Ca(OH)

91,00 SiO

1,50

Mg(OH)

0,56 Al

O

+Fe

O

0,89

CaSO

0,49 Água livre 0,36

CaCO

5,60 Óxidos totais na base não volátil 92,00

A composição do silicato de sódio e da soda cáustica são apresentados na Tabela 3. A soda cáustica foi usada para corrigir o módulo de sílica MS (SiO

/Na

O em massa) do silicato de sódio, cujo valor original é de 3,1.

Tabela 3 Composição química do silicato de sódio e da soda cáustica. Dados fornecidos pelos fabricantes.

Silicato de sódio (%) Soda cáustica (%)

Na

O 8,73 77,5

SiO

28,77 -

H

O 62,5 22,5

O cimento Portland comercial selecionado foi o CP V, com finura Blaine igual a 486

m

/kg. A composição química do cimento consta na Tabela 4.

Tabela 4 Composição química do cimento CP V (alta resistência inicial).

Determinação Teor (%) Determinação Teor (%)

SiO

19,2 SO

2,96

Al

O

4,98 Na

O 0,02

Fe

O

3,17 K

O 0,57

CaO 65,6 CO

1,76

MgO 0,36 Na

O

0,40

O teor de álcalis solúveis do cimento Portland, calculado segundo o método ASTM C-114, foi de 0,006% Na

e 0,303% K

.

A gipsita é originária da região de ARARIPINA/PE. A composição química provável da gipsita consta na Tabela 5.

Tabela 5 Composição provável da gipsita

Determinação Teor (%) Determinação Teor (%)

CaSO

.2H

O 88,9 MgCO

0,42

CaSO

7,12 MgO 0,16

CaCO

1,54 SiO

+Fe

O

+Al

O

0,84

A Tabela 6 mostra a composição dos cimentos estudados e indica a simbologia adotada neste trabalho.

Tabela 6 Composição dos cimentos estudados e simbologia adotada.

Ativador

Tipo Teor Módulo de

sílica (MS)

Cimento Simbologia

Cal hidratada+

gipsita

2%Ca(OH)

+ 6%CaSO

2H

O

- 2C6G

Cimento Portland

10% - 10 CPC

Silicato de sódio 2%Na

O+3,4%SiO

1,7 2N3,4S

Silicato de sódio 5%Na

O+7,5%SiO

1,5

Escória de alto-forno

5N7,5S

- - - Cimento

Portland

100 CPC

5. Resultados

Na Tabela 7 constam os valores médios das concentrações das espécies químicas medidas

na água de equilíbrio.

Tabela 7 Valores médios de pH e concentração das espécies químicas da água de equilíbrio.

Temperatura de 25°C.

Concentração (mmol/L) Cimento Cura

Na

K

Ca

SO

2-

Al

Si

OH

pH

100 CPC 1,05 17,28 17,78 - - - 54,00 12,7

10 CPC 0,95 2,43 3,27 - - - 9,33 12,0

2C6G 0,30 0,30 1,13 1,34 - - 3,00 11,5

2N3,4S 57,73 0,28 1,30 2,76 - - 60,67 12,8

5N7,5S CA

128,90 2,50 1,00 3,60 0,79 1,39 133,25 13,1

100 CPC 1,20 19,5 11,28 - - - 43,00 12,6

10 CPC 0,00 0,75 2,60 - - - 6,00 11,8

2C6G 1,00 0,50 2,68 0,87 - - 6,50 11,8

2N3,4S 31,95 0,95 1,00 1,36 0,52 1,08 34,75 12,5 5N7,5S

CT

99,63 1,80 0,87 2,91 - - 103,50 13,0

A análise dos resultados permite concluir, com 95% de certeza, que o ativador exerce influência significativa na concentração de todas as espécies dosadas na água de equilíbrio.

Porém, a temperatura influencia esses resultados de forma variável a concentração das espécies, não permitindo uma avaliação conclusiva do efeito da temperatura na composição das soluções.

A variação da concentração de cálcio nas soluções parece estar de acordo com os resultados experimentais da literatura. Para o cimento Portland (100 CPC) a concentração de Ca

é mais elevada, estando na faixa de equilíbrio com o C-S-H de maior relação C/S, enquanto que para os cimentos de escória que têm relação C-S-H de relação C/S menor, a est. Para os cimentos de escória, que apresentam menor relação C/S, a concentração de Ca

também é menor.

Na Tabela 8 estão apresentados os resultados do teste qualitativo para a detecção das

espécies químicas contendo enxofre na água de equilíbrio. A presença do sulfato foi

avaliada em função da intensidade relativa da turvação da solução sendo posteriormente

quantificada para as soluções com maior intensidade de turvação. Para os demais íons

sulfeto, tiossulfato e sulfito, foi avaliada apenas a sua presença ou ausência na solução, não

tendo sido registrada a intensidade relativa por turvação da solução ou por enegrecimento

do papel filtro.

Tabela 8 Resultados dos testes qualitativos para a detecção de sulfeto, sulfato, sulfito e tiossulfato na água de equilíbrio.

Cimento Cura Sulfeto (S

)

Tiossulfato (S

O

2-

)

Sulfito (SO

2-

)

Sulfato (SO

)

(2)

100 CPC Não

Não Sim Nula

10 CPC Sim

Sim Não Muito fraca

2C6G Não Não Sim Fraca

2N3,4S Sim Sim Não Média

5N7,5S

CA

Sim Sim Não Intensa

100 CPC Não Não Sim Nula

10 CPC Não Não Não Muito fraca

2C6G Sim Sim Não Fraca

2N3,4S Sim Sim Não Média

5N7,5S

CT

Sim Sim Não Intensa

Notas: ⁽¹⁾ Não: ausência da espécie química na solução; Sim: presença da espécie química na solução;

(2) Intensidade da turvação da solução.

Nas referências consultadas não há indicação da existência de sulfato na água do poro de cimentos de escória com ativação alcalina, ou seja, com hidróxidos ou silicatos alcalinos.

No entanto, dados da literatura (LONGUET, 1076) mostram que, na água do poro de pastas de cimento Portland com escória (76% de escória, 19,1% de clinquer e 4,5% de gesso) até 1 ano de idade a concentração de sulfato é inferior a 2 mmol/L, e aos 2 anos de idade foi detectada uma concentração de até 10 mmol/L de sulfato. Para este cimento, a concentração crescente de sulfato corresponde à diminuição da concentração de sulfeto, fato que pode estar associado à oxidação do sulfeto. Nas pastas do cimento 2C6G, independentemente do tipo de cura, a etringita está presente como uma fase predominante. Conforme referências da literatura, em temperatura ambiente, a etringita está em equilíbrio com o íon sulfato em concentração variando entre 0,06 a 15 mmol/L. Isto pode justificar a presença de sulfato nesse cimento. No cimento Portland (100 CPC) onde foi identificada a presença de monossulfoaluminato não houve detecção de sulfato em solução, fato que também está de acordo com dados da literatura.

Em ambos os cimentos de escória ativada com silicato de sódio foi detectada a presença de sulfato, tanto mais intensa quanto maior o teor de silicato e maior a temperatura de cura.

Em solução o sulfato deve estabelecer o equilíbrio com os álcalis, visto que, ao aumento da concentração do sulfato corresponde à diminuição da concentração de cálcio. A fonte de sulfato pode ser a própria escória, no entanto, é provável que a presença do sulfato seja resultado da oxidação do sulfeto.

Por meio de análises térmicas de pastas de escória e cimento Portland nas proporções em

massa de 1:1, 3:1 e 9:1, respectivamente, RICHARDSON e GROVES (1992) detectaram a

presença crescente de fases AF

até os 41 dias de idade, diminuindo com tempo após essa

idade. Essa diminuição foi acompanhada pelo aumento das fases AF

evidenciado pelo

surgimento de um ombro no pico de decomposição do C-S-H, em ensaio de calorimetria

exploratória diferencial. Aqueles autores sugerem que o aumento das fases AF

esteja

relacionado à liberação gradual de sulfeto durante a hidratação da escória. O papel do

sulfeto nas pastas de cimento de escória ainda é desconhecido e, por esta razão, deve ser

melhor detalhado o efeito do enxofre na água do poro em idades avançadas.

Nas Figuras 1 e 2 pode ser analisado o efeito do cimento e da cura na concentração dos íons sódio, potássio e cálcio.

0.1 1 10 100 1000 100CPC

10CPC 2C6G 2N3.4S 5N7.5S

Na

(mmol/L)

CA CT

0.1 1 10 100 1000 100CPC

10CPC 2C6G 2N3.4S 5N7.5S

K

(mmol/L)

CA CT

(a) (b)

Figura 1 Efeito do tipo de cimento e da cura na concentração de sódio (a) e de potássio (b) na água de equilíbrio. Na análise do cimento 10 CPC CT o sódio estava abaixo do limite de detecção.

0.1 1 10 100 1000 100CPC

10CPC 2C6G 2N3.4S 5N7.5S

Ca

(mmol/L)

CA CT

Figura 2 Efeito do tipo de cimento e da cura na concentração de cálcio na água de equilíbrio.

Na escória ativada com silicato de sódio nos teores estudados (2N3,4S e 5N7,5S), conforme o esperado, o íon sódio é o que mais influencia o pH das soluções; no cimento Portland (100 CPC) e na escória ativada com cimento Portland (10 CPC) o potássio seguido do cálcio parecem ser os íons que mais influenciam a alcalinidade das soluções; para o cimento de escória ativada com cal e gipsita, os teores de sódio e potássio são os mais baixos e o pH é influenciado predominantemente pelo íon cálcio.

Com o objetivo de compensar o efeito dos diferentes graus de hidratação dos cimentos, foi

calculada a concentração teórica de álcalis na água do poro, considerando o teor de escória

reagida em cada composição. O fato da concentração medida ser sempre inferior à teórica

na água de equilíbrio, na Figura 3, é uma evidência do efeito de fixação dos álcalis na

estrutura dos compostos hidratados.

0.1 1 10 100 1000 10000

0.1 1 10 100 1000 10000

Medido (mmol/L)

Teórico (mmol/L)

sódio potássio

Figura 3 Teor de íons sódio e potássio na água de equilíbrio. Relação entre a concentração medida e a concentração teórica dos íons alcalinos.

O equilíbrio entre as cargas elétricas constante na Tabela 9 e ilustrado na Figura 4, mostra que, de forma geral, as principais espécies químicas foram dosadas.

Tabela 9 Balanço de cargas elétricas da água de equilíbrio.

Concentração (N) Cimento Cura

Na

K

Ca

OH

Σ

+/-

(%)

100 CPC 0,0011 0,0173 0,0356 0,0540 -0,12

10 CPC 0,0010 0,0024 0,0050 0,0083 2,61

2C6G 0,0003 0,0003 0,0029 0,0060 -3,75

2N3,4S 0,0599 0,0003 0,0026 0,0628 -0,08

5N7,5S

CA

0,1289 0,0025 0,0020 0,1333 0,06

100 CPC 0,0012 0,0195 0,0226 0,0430 0,33

10 CPC 0,0003 0,0008 0,0052 0,0060 -0,41

2C6G 0,0008 0,0006 0,0054 0,0065 4,37

2N3,4S 0,0320 0,0010 0,0020 0,0348 0,18

5N7,5S

CT

0,0996 0,0018 0,0020 0,1035 0,01

0 0.05 0.1 0.15 0.2

0 0.05 0.1 0.15 0.2 ΣΣΣΣcargas + (N)

Σ Σ Σ Σ cargas - (N)

Figura 4 Equilíbrio entre cargas elétricas positivas e negativas das espécies químicas dosadas na água de equilíbrio.

Os dados da Tabela 10 permitem a análise comparativa das concentrações iônicas medidas na água do poro extraída sob pressão e na água de equilíbrio.

Tabela 10 Quadro comparativo da concentração das espécies químicas, força iônica e do pH da água extraída sob pressão e da água de equilíbrio.

10 CPC 2C6G 2N3,4S

Determinação Cura

extração equilíbrio extração equilíbrio extração equilíbrio

CA 47,68 0,95 6,57 0,30 452,20 57,73

Na

(mmol/L) CT 22,85 0,00 22,85 1,00 657,81 31,95

CA 34,60 2,43 2,12 0,30 14,21 0,28

K

(mmol/L) CT 27,60 0,75 24,50 0,50 12,24 0,95

CA 0,00 3,27 24,00 1,13 0,00 1,30

Ca

(mmol/L) CT 2,40 2,60 16,10 2,68 0,00 1,00

CA 35,11 8,25 5,03 3,00 269,22 60,67

OH

(mmol/L) CT 21,93 6,00 8,88 0,87 331,48 34,75

CA 0,0588 0,0102 0,0548 0,0031 0,3678 0,0471 Força iônica

(mol/L) CT 0,0409 0,0086 0,0636 0,0092 0,5008 0,0358

CA 12,5 12,0 11,7 11,5 13,4 12,8

pH (método

volumétrico) CT 12,3 11,8 11,9 11,8 13,5 12,5

Na água de equilíbrio as concentrações de sódio e potássio são inferiores para todos os cimentos em ambas as curas, quando comparadas às concentrações determinadas na água extraída sob pressão; a concentração de cálcio é menor apenas para o cimento 2C6G, também para as duas temperaturas de cura.

A análise estatística permite concluir que o método de obtenção da água do poro não afeta significativamente o pH das soluções dos cimentos 10 CPC na cura ambiente e 2C6G nos dois tipos de cura; para as demais pastas existe diferença significativa entre o pH da água extraída sob pressão e o da água de equilíbrio.

Ao contrário do que foi observado na água de equilíbrio, foi constatado um

desbalanceamento das cargas elétricas na água do poro extraída sob pressão, como pode ser

observado na Figura 5.

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

ΣΣΣΣcargas + (N)

Σ Σ Σ Σ cargas - (N)

Figura 5 Equilíbrio entre cargas elétricas positivas e negativas das espécies químicas dosadas na água extraída sob pressão.

O desequilíbrio entre cargas elétricas na água do poro extraída sob pressão é significativo;

revelando um excesso de carga positivas para todas as soluções analisadas. Há duas hipóteses não excludentes: a primeira é que ânions não dosados, como as espécies contendo enxofre, contribuam para o desequilíbrio; a segunda é que o excesso de cargas positivas seja resultante do desequilíbrio gerado pelas elevadas tensões atuantes no interior da pasta, deslocando íons que, originalmente, não faziam parte do equilíbrio elétrico da solução. A segunda hipótese também é discutida por outros autores (SAGÜÉS et al., 1997).

Além da hidroxila, resultados experimentais da literatura indicam que os ânions prováveis de serem encontrados na água do poro dos cimentos com escória são o sulfeto (S

) em concentrações de 4 mmol/L (TUTTI, 1982 apud GLASSER et al., 1988) e 9 mmol/L e tiossulfato (S

O

) em concentração de 3 mmol/L (GLASSER et al., 1988). Os resultados deste trabalho corroboram os dados da literatura, incluindo-se ainda o sulfato e o sulfito.

Porém, como a concentração desses íons contendo enxofre, bem como a concentração do silício e alumínio são baixas, acredita-se que não seriam suficientes para satisfazer o equilíbrio elétrico da solução, e isso reforça a segunda hipótese de que parte dos cátions não estava originalmente livre em solução e foi removida pela elevada tensão aplicada nos corpos-de-prova.

6. Considerações finais

A análise da água de equilíbrio mostrou-se adequada ao estudo comparativo da água do poro dos cimentos de escória e do cimento Portland, porque apresenta sensibilidade para evidenciar a diferença entre os cimentos, além de ser um método simples e prático.

As espécies químicas contendo enxofre parecem exercer influência no equilíbrio das soluções do cimento 2C6G curado termicamente, cujo equilíbrio elétrico mostra a carência de cargas elétricas negativas. A mesma tendência é mostrada para o 10 CPC curado em temperatura ambiente.

Na água de equilíbrio foram analisadas qualitativa ou quantitativamente outras espécies

químicas além dos metais alcalinos, alcalino-terrosos e hidroxila. Em razão da baixa

concentração do silício e alumínio, coincidentes às encontradas na literatura, não é provável que esses íons interfiram significativamente na composição da solução, afetando o pH e o equilíbrio de fases. No entanto, o efeito das espécies químicas contendo enxofre precisa ser melhor analisado.

A análise dos resultados obtidos não permite afirmar que a temperatura de cura interfere significativamente na concentração de espécies químicas nas soluções e no pH; no entanto, ficou demonstrado que o ativador exerce influência significativa na composição e no pH da água do poro dos cimentos estudados. O cimento 2C6G é o que apresentou o menor pH da água do poro, atingindo valores médios inferiores a 12,0 independente do tipo de cura e do método de obtenção da solução.

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BT/PCC/246 Tecnologia e Projeto de Revestimentos Cerâmicos de Fachadas de Edifícios. JONAS SILVESTRE MEDEIROS, FERNANDO HENRIQUE SABBATINI. 28p.

BT/PCC/247 Metodologia para a Implantação de Programa de Uso Racional da Água em Edifícios.

LÚCIA HELENA DE OLIVEIRA, ORESTES MARRACCINI GONÇALVES. 14p.

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BT/PCC/251 Emprego de Dispositivos Automáticos em Aparelhos Sanitários para Uso Racional da Água.

CYNTHIA DO CARMO ARANHA FREIRE, RACINE TADEU ARAÚJO PRADO. 14p.

BT/PCC/252 Qualidade no Projeto e na Execução de Alvenaria Estrutural e de Alvenarias de Vedação em Edifícios. ERCIO THOMAZ, , PAULO ROBERTO DO LAGO HELENE. 31 p.

BT/PCC/253 Avaliação de Áreas Urbanas através dos Usuários: O Caso do Centro de Guaratiguetá.

MAURICIO MONTEIRO VIEIRA, WITOLD ZMITROWICZ. 20p.

BT/PCC/254 O Conceito de Tempo Útil das Pastas de Gesso. RUBIANE PAZ DO NASCIMENTO ANTUNES, VANDERLEY MOACYR JOHN.15p.

BT/PCC/255 Impactos Ambientais Causados por Resíduos Sólidos Urbanos: O Caso de Maringá/PR.

GENEROSO DE ANGELIS NETO, WITOLD ZMITROWICZ. 24p.

BT/PCC/256 Produção e Obtenção de Barras de Fios de Aço para Concreto Armado. OSWALDO CASCUDO MATOS, PAULO ROBERTO DO LAGO HELENE. 16p.

BT/PCC/257 Influência do Tipo de Cal Hidratada na Reologia de Pastas. FABÍOLA RAGO, MARIA ALBA CINCOTTO. 25p.

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