Effects of the pozzolanic reactivity of nanoSiO2 on cement-based materials pt

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Efeitos da reatividade pozolânica do nanoSiO2 em materiais à base 
de cimento
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Faculdade de Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade de Chongqing, Chongqing 400045, China dDepartamento de 
Engenharia Civil e Ambiental, Northwestern University, Evanston, IL 60208, EUA
Laboratório Provincial Provincial de Shandong de Preparação e Medição de Materiais de Construção, Jinan, Shandong 250022, China
NanoSiO2
Compostos de Cimento e Concreto 55 (2015) 250–258
Disponível on-line em 6 de outubro de 2014
Palavras-chave:
Reatividade pozolânica
Endereço de e-mail: qianjueshi@126.com (J. Qian).
ÿ Autor correspondente. Tel.: +86 23 65126109.
Tratamento da superfície
http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2014.09.014 0958-9465/ 2014 
Elsevier Ltd. Todos os direitos reservados.
Historia do artigo:
Recebido em 7 de agosto de 2013
Escola de Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade de Jinan, Jinan, Shandong 250022, China
Recebido em formato revisado em 5 de maio de 2014
Aceito em 21 de setembro de 2014
abstratoinformações do artigo
Neste artigo será realizado um estudo sobre a reatividade pozolânica do 
nanoSiO2 e suas influências nas propriedades de materiais à base de cimento. Em 
seguida, serão mostradas as vantagens da utilização da reatividade pozolânica e 
da característica granulométrica do nanoSiO2 no tratamento superficial de 
argamassas de cimento endurecidas. Esperamos que um reconhecimento mais 
claro da reatividade pozolânica do nanoSiO2 e sua
1. Introdução Embora tenha sido bem documentado que o nanoSiO2 introduziu muitos 
benefícios aos materiais à base de cimento, algumas outras pesquisas demonstraram 
que as características de melhoria de propriedades do nanoSiO2 estavam 
correlacionadas com a idade de cura: a taxa de ganho de resistência do nanoSiO2 
O sistema modificado desacelerou em idades posteriores, tornando-se menor que 
o da amostra em branco três meses depois [13–17]. Existem muitos estudos 
mostrando uma menor resistência à compressão de materiais à base de cimento 
modificados com nanoSiO2, e quase todos os fenômenos foram atribuídos à má 
dispersão do nanoSiO2 nas misturas [18]. Mais recentemente, Nazari afirmou que 
a diminuição do teor de Ca (OH) 2 cristalino necessário para a formação do gel C 
– S – H poderia ser a razão [19]. Considerando que o nanoSiO2 tem maior 
reatividade que as pozolanas convencionais, suas características de hidratação e 
propriedades de gel podem ser responsáveis pelo ganho de propriedade dos 
materiais à base de cimento, o que ainda não foi investigado [20].
A aplicação da nanotecnologia em cimento e concreto tem atraído muita 
atenção nos últimos anos. Está sendo gradualmente aceito que adicionando uma 
porção de nanopartículas, mesmo em uma dosagem muito pequena, as propriedades 
do material à base de cimento podem ser melhoradas em grande medida no que 
diz respeito à trabalhabilidade, ganho de resistência e durabilidade [1–3]. E novas 
propriedades funcionais, como a propriedade de fotocatalicidade introduzida pelo 
nanoTiO2 e a piezoeletricidade pelo nanotubo, também podem ser obtidas [4–6]. 
Entre todos os nanopartículas, o nanoSiO2 foi o mais amplamente investigado. 
NanoSiO2 é frequentemente produzido pelo método sol-gel pelo processo de 
hidrólise de trimetiletoxissilano ou tetraetoxissilano, e seu tamanho de partícula é 
frequentemente menor que 100 nm. Devido à sua reatividade pozolânica e tamanho 
de partícula ultrafina, foi relatado que o nanoSiO2 melhorou significativamente a 
resistência à compressão de materiais à base de cimento e também tornou a 
microestrutura mais densa [7–10]. Foram feitas tentativas de usar nanoSiO2 para 
preparar HPC ou materiais cimentícios de baixo carbono [11,12].
Compostos de cimento e concreto
,Pengkun Hou a,b d Surendra P. ShahXin Cheng ,, Jueshi Qian um, bc,ÿ
2014 Elsevier Ltd. Todos os direitos reservados.
O objetivo deste trabalho é compreender as características da reatividade pozolânica do nanoSiO2 a partir de estudos da cinética de 
sua reação pozolânica, morfologia e estrutura dos hidratos e as influências dessas características nas propriedades de materiais à 
base de cimento, de modo a explorar uma forma mais direcionada de usar nanoSiO2 em cimento ou concreto. Ele revelou que a 
reação pozolânica do nanoSiO2 é de primeira ordem e a constante de taxa de reação aparente do nanoSiO2-4 nm é cerca de uma 
ordem de grandeza maior que a da sílica ativa, mas a constante de taxa de reação específica é cerca de metade disso. de sílica 
ativa. Também são encontradas uma estrutura de gel mais compacta e pior cristalinidade dos hidratos de nanoSiO2 em relação aos 
da sílica ativa. A taxa de hidratação do cimento em idades muito precoces é aumentada pelo nanoSiO2, mas a taxa diminui com o 
envelhecimento devido à estrutura compacta do gel. Para aproveitar a alta reatividade pozolânica e o tamanho de partícula ultrafino 
do nanoSiO2, bem como sua estrutura de gel compacta resultante, nanoSiO2 coloidal foi aplicado sobre a argamassa de cimento 
endurecido pela técnica de escovação e resultou em uma superfície menos permeável, o que mostra o potencial de usando nanoSiO2 
como material de tratamento de superfície para materiais à base de cimento.
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http://www.elsevier.com/locate/cemconcomp
http://www.sciencedirect.com/science/journal/09589465
http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2014.09.014
mailto:qianjueshi@126.com
http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2014.09.014
Al2O3
Fe2O3
e contato com água. A amostra foi então coberta e colocada no
porta-amostras para polimento. A amostra bem polida foi encharcada
Um Cimento Portland Tipo I com resistência à compressão de 28 dias
na Fig. 1, a partir da qual mostra que todos os CNSes exibem um único pico de 
dispersão, ilustrando uma boa dispersão dos materiais. Enquanto
2.3. Métodos de teste
100 g de cimento [21]. Após a mistura, as amostras foram seladas em plástico
observação. Análise de imagens de gráficos obtidos de retroespalhamento
(50 C por 4 h) as amostras foram misturadas com KBr a uma taxa amostra-para-KBr
o tamanho de partícula característico do SNC conforme mostrado no tamanho de partícula
A temperatura de hidratação foi medida por um semi-adiabático
e curado em solução saturada de cal a cerca de 23°C até o teste.
toda a água e CNSes mostraram viscosidade comparável de cerca de
misturas. As amostras foram aquecidas em atmosfera de nitrogênio a partir de 50 C
Hitachi S-4800 FE-SEM foi utilizado para analisar a morfologia de
conseguir uma dispersão homogênea na pasta de cimento. CNSes com
pozolana desempenha um papel importante em sua reatividade, técnica BET
menos carbonização e uma boa reprodutividade do teste. A menos que
CNS) a uma temperatura de cerca de 27 C. O cimento foi substituído por
o tamanho de partícula variou de 100 nm a 2.000 nm foi usado para
mostradona Fig. 3) indicam a baixa cristalinidade de ambas as pozolanas.
Ca(OH)2 (CH) de grau químico foram misturados com 5 g de CNS/SF a uma
e após tratamento do SNC aplicado pela técnica de escovação.
frascos e o conteúdo de CH em diferentes idades foram determinados pelo
de 45,1 MPa foi utilizado neste estudo. As composições a granel do
proporção de massa de 1/100 e comprimido para fornecer espessura fina e autossustentável
seco em estufa a vácuo a 105°C por quatro horas. O conteúdo CH foi
técnica de microscopia eletrônica (BSE, Hitachi S-3400) foi usada para
Salvo indicação em contrário, as pastas de cimento misturadas com e sem
o SF foi medido pela técnica BET e a superfície específica
Si5O4(OH)12 e finalmente SiO2 em ambiente ácido ou alcalino. Em
Argamassa de cimento simples com relação água/c de 0,6 e areia/cimento
10 Pa S. Considerando o teor de sódio introduzido no
influências sobre materiais à base de cimento podem ser feitas e suas vantagens 
podem ser melhor exploradas.
calorímetro, e a temperatura da amostra foi registrada
em acetona por 1 dia antes de ser seco em estufa a vácuo a 50 C por
para SF, observa-se uma curva de distribuição de pico duplo. Morfologia
2.3.1. Conteúdo CH
tamanhos médios de partículas de 4 nm, 10 nm e 20 nm produzidos por
foi usado para obter esse valor. No entanto, como o teste BET só pode ser
a 950 C a uma taxa de aquecimento de 15 C/min. A perda de peso entre
dito de outra forma, as misturas foram misturadas na velocidade mais alta do
curva de distribuição é igual ao valor fornecido pelo fornecedor
calorímetro para avaliar o efeito do SNC no calor de hidratação de
Uma largura total semelhante na metade do máximo indica que os dois
várias quantidades de SNC por massa. As mixagens foram lançadas
relação água-aglutinante (a/b) de 2,0 para simular um cimento-CNS/SF
2. Experimental
um estudo de comparação (as composições químicas do SF são mostradas em
2.3.4. Espectros de infravermelho
a pasta de cimento triturada após o processo de hidratação da amostra
calculado com base na amostra inflamada.
avaliar o grau de hidratação da pasta de cimento. Antes de testar, fino
Neste trabalho, a nanosílica utilizada foi sintetizada em ambiente alcalino conforme 
informado pelo fornecedor. A pureza dos CNSes foi
áreas é mostrado na Fig. 1, em que o valor da área superficial específica
5% de CNS/SF na relação aw/b de 0,4 foram preparados e investigados
a cada 3 minutos durante 20 horas.
1 dia. A amostra também foi tornada condutora com revestimento de ouro.
imagens do SNC e SF (como mostrado na Fig. 2) revelam que ambas as pozolanas 
têm formato redondo para partículas individuais, no entanto, algumas
Análise termogravimétrica (TGA, METTLER, TGA/sDTA 851)
Técnica TGA. Durante a amostragem, as partes principais da amostra foram
cimento são mostrados na Tabela 1. Coloidal disponível comercialmente
pastas de cimento. As amostras foram preparadas a uma relação w/b constante de
proporção de 3,0 foi usada para avaliar o efeito de vedação superficial do CNS
material à base de cimento é muito menor do que o sódio inerente
bem, área de superfície específica do CNS conforme fornecida pelo fornecedor
2.2. Preparação de amostra
Os experimentos espectroscópicos de IV foram conduzidos utilizando um 
espectrômetro (Thermo Nicolet, Nexus 870). O forno a vácuo seco
sistema. Foi assumido que 20 g de CH podem ser gerados por
foi prejudicado pela imersão em acetona. A amostra seca em estufa a vácuo foi 
revestida com 20 nm de ouro para torná-la condutiva antes
realizado em pó sólido, é impossível obter tal valor
440 C e 510 C foi considerada a decomposição do CH
misturador por cinco minutos para obter uma dispersão homogênea de
a técnica sol-gel e estabilizada por sódio foram utilizadas neste
ao longo deste estudo. As amostras foram desmoldadas 1 dia após a fundição
os materiais têm uma cristalinidade comparável.
Cilindros de plástico de £ 5 cm e 10 cm dentro de 3 minutos após a cimentação inicial
2.1. Materiais
Tabela 1). Distribuições de tamanho de partícula de CNSes e SF são representadas
selecionado e um rápido processo de amostragem foi conduzido para garantir uma
aglomerados foram vistos. Considerando a área superficial específica do
nanosílica (CNS), diferente do pó de nanosílica, foi usada para
Uma seção de amostra de aproximadamente 5 mm foi cortada da amostra moldada 
em molde de 2 cm 2 cm 8 cm e montada em um suporte de metal.
superior a 99%. A viscosidade medida pelo reômetro mostrou que
também são apresentados os CNSes fornecidos pelo fornecedor. Considerando
teor alcalino no cimento (o limite de álcalis no cimento é de cerca de 0,6%), a sua 
influência na hidratação do cimento foi ignorada. Uma sílica ativa (SF) com
foi usado durante as discussões seguintes. Padrões XRD (como
2.3.2. Taxa de hidratação
Para explorar a reatividade pozolânica das pozolanas, 20 g de
medindo a taxa de absorção de água das argamassas antes
foi realizado para medir o conteúdo de CH do CH-CNS/SF
2.3.3. Morfologia
em amostra de nanoSiO2 coloidal. Neste trabalho, a área superficial específica do
cristal em cal [22,23]. Antes da medição, amostras de pó foram
as partículas.
estudo [14]. Eq. (1) pode ser usado para resumir o processo de síntese da nanosílica, 
ou seja, a hidrólise do precursor do TEOS em
0,4, com 100 g de misturas (incluindo cimento, água de mistura e
ð1ÞnSiðOC2H5Þ4 þ 2nH2O ! nSiO2 + 4nC2H5OH
tabela 1
Composições físico-químicas do cimento e da sílica ativa.
Materiais
0,6
2,0
Cimento tipo I
CaO
P. Hou et al. / Compostos de cimento e concreto 55 (2015) 250–258
Sílica ativa
Total
251
MgO
LOI
Densidade, g/cm3
3.3
62,9
2.7
–
SiO2
Finura como área superficial, m2 /kg
0,5
1,1 
98,2 
3,1 
380
20,2 
4,7 
3,3
5.1
1,0
99,3
90,1
2.2
21.000
SO3
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100
1
SF
1000
10
CNS-4nm CNS-10nm CNS-20nm
S
uperfície 
específica/
m
2/
g
2.3.5. DRX
Argamassa de cimento simples foi moldada em moldes de dimensões 4 cm 
4 cm 16 cm e desmoldada um dia após a fundição. As amostras foram curadas 
a 20°C e 95% de umidade relativa por 27 dias antes de serem cortadas em 
pequenos pedaços de dimensões de cerca de 4 cm 4 cm 1 cm com uma serra 
resfriada com água e cuidadosamente limpas. Em seguida, as amostras foram 
secas a 60°C por 24 horas para evitar qualquer decomposição dos produtos 
antes do tratamento de superfície, escovando o CNS na superfície das fatias 
por 3 vezes em um intervalo de tempo de 20 minutos, e então as amostras 
revestidas com CNS foram selado com fita plástica transparente e curado a 
50°C por 7 dias. Depois disso, a fita adesiva da superfície da amostra foi 
removida e as amostras foram secas a 60°C por 48 horas antes de serem 
imersas em água. O peso da amostra sob uma condição seca de superfície 
saturada foi medido em uma balança com resolução de 0,01 ge a taxa de 
absorção de água em diferentes tempos de imersão foi calculadae os resultados 
de três amostras replicadas foram calculados e tomados como valor 
representativo.
3.1. Reatividade pozolânica do nanoSiO2
3. Resultados e discussões
pastas ou argamassas foram interrompidas por imersão em acetona por 1 dia.
Neste trabalho, testes de XRD foram realizados em um Rigaku DMAX. A 
tensão de aceleração e a corrente de aceleração foram de 40 kv e 40 mA, 
respectivamente. Um tamanho de passo e tempo de permanência de 0,05 e 2 s 
foram utilizados durante os testes.
camada. As amostras foram digitalizadas 64 vezes com resolução de 4,0 cm1
Em seguida, as amostras foram secas em estufa a vácuo a 50°C por três dias 
antes do teste.
2.3.6. Distribuição do tamanho 
dos poros A calorimetria de intrusão de mercúrio (MIP, Micromeritics, 
AutoPore 9500 IV) foi usada para estudar a distribuição do tamanho dos poros 
de pastas e argamassas de cimento endurecidas. O processo de hidratação do cimento
.
3.1.1. Cinética de hidratação 
Para avaliar as reatividades pozolânicas das pozolanas, suas taxas de 
consumo de CH foram determinadas pela técnica TGA. A taxa de consumo de 
sílica ativa também foi examinada para fazer uma
2.3.7. Sorvidade da água
Figura 1. Distribuição do tamanho das partículas e áreas superficiais específicas de nanoSiO2 e sílica ativa.
252
Figura 2. Imagens morfológicas do SNC e SF.
P. Hou et al. / Compostos de cimento e concreto 55 (2015) 250–258
Figura 3. Padrões de XRD do SNC e SF.
Do teste BETDo fornecedor
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Considerando que a área superficial específica afeta muito a taxa de reação, na 
Tabela 2 também são mostradas as constantes normalizadas da taxa de reação 
(normalizadas pela área superficial específica) de todas as pozolanas.
estudo comparativo. Como a reprodutividade do teste CH foi boa, apenas uma 
medição foi realizada em cada amostra. 4 (a) que o teor de CH nas misturas 
pozolana-CH diminui com a idade e atinge um valor constante que pode ser 
considerado como o ponto final da reação pozolânica. A diferença entre o teor 
final de CH nas misturas pode ser devida à diferença no grau de hidratação das 
pozolanas, o que pode ser atribuído à reatividade inerente e ao estado de 
dispersão do nano, às propriedades dos hidratos conforme discutido no seguinte 
-seções de fluxo, etc. Também é mostrado no gráfico inserido que quanto mais 
fina a pozolana, maior a diminuição do teor de CH em idade precoce, indicando 
uma maior taxa de reação pozolânica.
Foi relatado que a reação pozolânica de pozolanas, como cinzas volantes e 
sílica ativa, foi a reação química de primeira ordem, ou seja, a taxa de reação é 
controlada pela concentração do reagente [24]. A lei de velocidade para uma 
reação de primeira ordem em relação a um reagente A é dct(A)/ct(A) = kdt, onde 
k representa o coeficiente de taxa de reação. A lei de taxa integrada de primeira 
ordem é ln {ct(A)} = kt + {c0(A)}, e um gráfico de ln {ct(A)} vs. tempo t fornece uma 
linha reta com uma inclinação de k e uma interceptação de ln {c0(A)}. Para a 
reação líquido-sólido no sistema pozolana-CH, a variação do volume durante a 
reação pode ser considerada insignificante e, portanto, a variação da concentração 
do reagente, dct(A), é proporcional à variação da porcentagem de reagente que 
temporariamente não participa da reação, mas eventualmente participará da 
reação, no tempo t.
Assumindo que a hidratação do nanoSiO2 é de primeira ordem, a regressão 
linear do gráfico de dispersão logarítmica natural da porcentagem relevante de 
CH não consumido que eventualmente envolveria a reação pozolânica para a 
quantidade total de CH participando da a reação no tempo t é mostrada na Fig. 4 
(b). As inclinações das linhas de regressão, ou seja, as constantes da taxa de 
reação e os coeficientes de regressão, estão listadas na Tabela 2, a partir da qual 
é verificada a suposição do modo de reação de primeira ordem. As constantes de 
taxa de reação mostradas na Tabela 2 indicam que a constante de taxa do CNS-4 
nm é cerca de 7 a 9 vezes maior que outras pozolanas e as constantes de taxa 
do CNS-10 nm e CNS-20 nm são comparáveis às da sílica ativa.
Para avaliar quantitativamente as reatividades das pozolanas, os parâmetros 
cinéticos de hidratação dessas reações foram determinados a partir das curvas 
dependentes do tempo do teor de CH nas misturas, assumindo primeiro a ordem 
da reação química da reação pozolânica e depois verificando a suposição através 
do análise dos dados experimentais.
Os padrões de XRD dos produtos de hidratação pozolânica do SNC e da 
sílica ativa estão representados na Fig. 6. A intensidade de pico comparável de 
CH no ângulo 2 teta de ca. 28,5 implica uma quantidade semelhante de CH 
consumido pelas duas pozolanas. Ao comparar a intensidade e a largura dos 
picos difusos na faixa de ângulo 2 teta de ca. 29–30, pode-se deduzir que o gel C 
– S – H formado no sistema CNS – CH possui menor cristalinidade. Está bem 
documentado que a cristalinidade dos produtos de hidratação tem uma grande 
influência nas propriedades mecânicas dos materiais à base de cimento e uma 
proporção adequada dos cristais para os não-cristais é desejada para produzir 
uma propriedade mecânica mais elevada [27]. Diante disso, uma dosagem ideal 
de nanoSiO2 pode atingir uma proporção adequada de cristal para não cristal no 
cimento adicionado de nanoSiO2 , de modo a adquirir uma maior resistência à 
compressão, e isso pode ser atribuído ao fato de que uma alta dosagem de 
nanoSiO2 é prejudicial. ao ganho de resistência à compressão de materiais à 
base de cimento, como relataram muitos pesquisadores.
A imagem da morfologia dos produtos de hidratação pozolânica do nanoSiO2 
é mostrada na Fig. 5 e é comparada com a da sílica ativa. Mostra que os hidratos 
de nanoSiO2 são mais compactos e incaracterísticos, enquanto a microestrutura 
dos hidratos de SF é mais solta e porosa. A estrutura compacta dos hidratos de 
nanoSiO2 contribui para uma microestrutura densificada e maior durabilidade dos 
materiais à base de cimento [8].
Assim, pode-se deduzir deste estudo que tanto a composição química quanto 
o tamanho das partículas são fatores cruciais que governam as propriedades dos 
materiais suplementares com alto teor de Si.
3.1.2. Morfologia e mineralogia
Deve-se ter em mente que a área superficial específica da pozolana dispersa 
em pastas de cimento é apenas um valor estimado que se baseia na suposição 
de que as pozolanas estão bem dispersas, o que, no entanto, nem sempre é o 
caso. Assim, as constantes normalizadas da taxa de reação só podem atuar como 
um indicador que mostra a reatividade real das pozolanas. Isso mostra que o 
CNS-4 nm tem uma reatividade relativamente maior do que os do CNS-10 nm e 
do CNS-20 nm e os dois últimos têm uma constante de taxa de reação normalizada 
comparável. É interessante notar que asílica ativa tem a maior constante de 
taxa de reação normalizada, que é cerca de 2,4 vezes aquela do CNS-4 nm, e 
isso pode ser atribuído às diferenças no processo de formação das pozolanas. 
Para a sílica ativa, um resfriamento acentuado do fundido do subproduto contendo 
SiO2 da produção de ferrossilício e metais de silício pode introduzir uma maior 
reatividade, e esta também pode ser uma das razões pelas quais a sílica ativa 
tem um efeito de aceleração de hidratação maior do que o nanoSiO2 como muitos 
pesquisadores relataram [25,26].
0
600
4
500
100
1000
2
80
1500 800
6
10
60
100025002000
12
40
120
0 200
8
20
0 400
Hora/horasHora/horas
P. Hou et al. / Compostos de cimento e concreto 55 (2015) 250–258 253
Figura 4. Capacidade de consumo de CH (a) e regressão linear das funções de reação pozolânica (b) do SNC/SF.
(a) (b)
C
H
 
não 
consum
ido/
%
ln[P
orcentagem
(C
H
não 
reagido)
SNC-4nm
SF
SNC-10nm
SNC-20nm
40
110
80
20
60
90
10
50
70
1
30
100
100
0,1
SNC-4nm
SNC-10nm
SF
SNC-20nm
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Constantes de velocidade de reação pozolânica de nanoSiO2 e sílica ativa.
mesa 2
Imagens típicas de BSE de pastas de cimento endurecidas sem e com
1100 cm1 e 980 cm1 representam o silicato amorfo do
as duas pozolanas em idades mais avançadas, enquanto o grau de polimerização
As influências do nanoSiO2 nas propriedades do cimento foram
área, o grau de hidratação do cimento foi traçado na Ref. [31]. Considerando que 
áreas ocupadas por poros em imagens de EEB trariam erros
adicionado, e o aumento da dosagem ou da finura do nanoSiO2
5% de nanoSiO2-4 nm aos 8 meses são mostrados na Fig. 9 e o grau de hidratação 
do cimento, que é o valor médio de cinco BSE
a relação de intensidade de pico do silicato amorfo para o meio
extensões de hidratação do cimento em idades iniciais e posteriores.
pastas detectadas pelo MIP foram excluídas do cálculo. Isto
da curva temperatura-tempo da pasta com 5% de nanoSiO2 até aquele
efeito de semeadura, foi demonstrado pela temperatura de hidratação
e um contraste fraco na amostra de idade precoce devido a uma água menor
3.2.2. Grau de hidratação do cimento em idades posteriores
a maior imagem que o equipamento de teste poderia fornecer.
produtos de nanoSiO2. Os picos de absorvância característicos são ca.
das pozolanas, e quanto mais fina for a pozolana, menor será o valor,
quase o mesmo, indicando uma estrutura de ânion silicato semelhante de
3.1.3. Estrutura de ânion silicato
o grau de hidratação da idade posterior foi medido através desta técnica.
pozolanas e seus produtos de hidratação de grupos médios de silicatos
deles são ambos superiores aos da pasta de cimento simples
dosagens e tamanhos, conforme mostrado na Fig. 8. Isso mostra que uma solução mais rápida e
Molde automático de contraste número/composição foi utilizado para medir o grau 
de hidratação do cimento. Medindo a área de
determinado por avaliações da taxa de hidratação em idades e do
resulta em um maior efeito de aceleração da hidratação. Uma forma semelhante
ao cálculo, especialmente em idades precoces, volume/área de poros do
imagens, também está representado na Fig. 9. Para avaliar com precisão o grau 
de hidratação, a menor ampliação de 100 foi usada para obter
tetraedros, respectivamente [28]. Pode ser visto na Fig. 7 que aos 7 dias
grupo de tetraedros de silicato muda com o tamanho médio de partícula
[16,29,30].
de pasta com 1% implica que uma dosagem maior de CNS-10 nm do que
também deve ser notado que as imagens do BES refletem a média atômica
3.2.1. Taxa de hidratação em idade precoce
A técnica de espectroscopia no infravermelho foi utilizada para avaliar a
o que indica uma maior taxa de reação da pozolana. Aos 4 meses
evolução das pastas de cimento com adição de nanoSiO2 de diversos
O efeito de aceleração da hidratação do nanoSiO2 no cimento, ou seja, o
1% contribui pouco para a aceleração da hidratação do cimento.
o contraste numérico dos constituintes e a precisão do cálculo dependeriam da 
seleção do limite do valor de cinza
evolução da estrutura do ânion silicato da hidratação pozolânica
antiga, as configurações da curva IR de nanoSiO2 e sílica ativa são
3.2. Influências do nanoSiO2 nas propriedades do cimento
a formação de picos de temperatura mais alta ocorre quando o nanoSiO2 é
Técnica de microscopia eletrônica retroespalhada (BSE) sob o
unidratos (ponto brilhante nas imagens de BSE) ao da imagem inteira
inclusão nos hidratos traria erros maiores, portanto apenas
SNC-20 nm
6.3
SNC-4nm
0,99
Constante de taxa de reação aparente/k (103 )
254
0,315103 )
5. Morfologia dos produtos de hidratação pozolânica do CNS-4 nm e sílica ativa (CNS/SF:CH = 5:20; w/b = 2,0, 4 meses de idade).
P. Hou et al. / Compostos de cimento e concreto 55 (2015) 250–258
Coeficiente de regressão/R2
Constante de taxa de reação normalizada (g/m2 ,
73,0 
0,98 
0,162
SF:CH = 5:20; p/b = 2,0, 4 meses).
Pozolanas
7,6 
0,96 
0,038
Figura 6. Padrões de DRX de produtos de hidratação de sílica ativa e SNC (SNC/
8,0 
0,99 
0,059
Sílica ativaSNC-10 nm
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P. Hou et al. / Compostos de cimento e concreto 55 (2015) 250–258
Figura 8. Influências do nanoSiO2 na temperatura de hidratação de pastas de cimento.
255
7. Espectros de IV dos produtos de hidratação pozolânica de nanoSiO2 e sílica ativa (CNS/SF:CH = 5:20; w/b = 2,0).
3.2.3. Distribuição do tamanho 
dos poros A distribuição do tamanho dos poros das pastas antes e depois 
da adição de 5% de nanoSiO2-4 nm aos 3,5 e 9 meses foi estudada usando a 
técnica MIP e os resultados são mostrados na Fig . a pasta é densificada por 
nanoSiO2 aos 3,5 meses e isso está de acordo com outros estudos [35]. Ele 
também mostra que a curva de distribuição do tamanho dos poros da pasta 
modificada com nanoSiO2 é comparável à da pasta controle aos 9 meses de 
idade, e o volume de poros da pasta modificada com nanoSiO2 é ainda maior 
do que o da pasta controle na faixa de tamanho de poro menor que 10nm.
Isso mostra que os graus de hidratação da pasta de cimento modificada 
com nanoSiO2 são menores que os da pasta controle aos 8 meses, indicando 
um efeito dificultador do nanoSiO2 na hidratação do cimento em idades posteriores.
Aos 8 meses de idade, as estruturas dos poros da amostra adicionada ao SNC 
e da amostra controle são comparáveis e, portanto, o efeito de impedimento é 
muito evidente neste momento. Considerando que a hidratação do cimento em 
idades mais avançadas é controlada pela capacidade de difusão de íons 
através de hidratos [32], uma estrutura de gel compacta dos produtos de 
hidratação pozolânica do nanoSiO2 resultaria no bloqueio da difusão e, assim, 
diminuiria o grau de hidratação do cimento e, finalmente, a desaceleração do 
ganho de força [33–34].
Este resultado é consistente com os resultados relatados por Thomas e 
Jennings, que reivindicaram uma estrutura mais porosa da pasta C3Sadicionada 
de nanoSiO2 com 3 meses de idade [33]. E isso pode ser devido à estrutura 
compacta do gel dos produtos de hidratação do SNC, que bloqueia
Porém, na Figura 3 podemos ver que a reação pozolânica do CNS-4 nm cessa 
após cerca de 100 h de hidratação, portanto o efeito bloqueador da hidratação 
seria a principal causa.
difusão de não hidratados e resulta em uma estrutura mais porosa. Sabe-se 
também que poros menores que 10 nm também estão presentes no gel C – S 
– H e gel C – S – H adicional introduzido pela reação pozolânica de nanoSiO2 
pode resultar em mais poros de gel.
4. Aplicação da reatividade pozolânica do CNS no tratamento superficial de 
materiais à base de cimento endurecidos
A partir do trabalho mencionado acima, pode-se observar que o tamanho 
de partícula ultrafino, a alta reatividade pozolânica e a estrutura hidratada 
compacta do nanoSiO2 são as principais características que devem ser 
consideradas quando ele é aplicado em materiais à base de cimento. Considerando
As influências das pozolanas finas nas propriedades dos materiais à base 
de cimento têm sido intensamente investigadas e três efeitos, ou seja, a 
reatividade pozolânica, os efeitos de enchimento e sementeira, foram 
frequentemente referidos na interpretação dos seus efeitos. Uma investigação 
detalhada da reatividade pozolânica do nanoSiO2 revela uma taxa de hidratação 
mais rápida, uma maior reatividade aparente e uma microestrutura de hidratos 
mais amorfa e compacta do que a da sílica ativa. Embora essas características 
melhorem muito as propriedades mecânicas dos materiais cimentícios em 
idades precoces, elas também podem ser prejudiciais ao ganho de propriedades 
em idades posteriores devido ao bloqueio da difusão de íons através desses 
geles compactos.
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Á
rea 
cum
ulativa 
de 
poros 
(m
2/
g)
G
rau 
de 
hidratação
Á
rea 
cum
ulativa 
de 
poros 
(m
2/
g)
256
9. Influências do CNS-4 nm no grau de hidratação do cimento aos 8 meses (nota: o volume de poros das pastas de cimento sem e com 5% de CNS aos 9 meses de 23,6% e 24,4% foram 
utilizados no cálculo).
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10. Influência do nanoSiO2-4 nm na distribuição do tamanho dos poros das pastas de cimento aos 3,5 e 9 meses (a partir de testes MIP).
favorável para um concreto mais durável, foram investigadas as influências do 
nanoSiO2 no tratamento superficial de argamassas de cimento endurecidas. A 
Fig. 11 representa os efeitos do CNS-10 nm na absorvibilidade da água da 
argamassa de cimento endurecida após o procedimento de tratamento descrito na 
Seção 2.3.7. Mostra que após a aplicação do CNS na superfície da argamassa 
endurecida, as taxas de absorção de água da argamassa às 1,5 h e 22 h são 
reduzidas em 26% e 14,2%, respectivamente.
foi tratado com CNS através da técnica de escovação e curado a 50 C/95% UR por 
7 dias, foi cuidadosamente raspado e recolhido sem perturbar a argamassa de 
cimento endurecida. 12 que o grupo intermediário silicato tetraédrico, Q2 , embora 
muito pequeno, o que pode ser devido à pequena porcentagem de hidratos na 
amostra coletada ou a um pequeno grau de hidratação do SNC, aparece quando 
comparado com o SNC puro, indicando a ocorrência da reação pozolânica do 
nanoSiO2 na superfície da argamassa de cimento endurecida, e esta teoria também 
foi relatada por Cardenas [36] para mostrar a capacidade do uso de nanopartículas 
para selar a superfície de materiais à base de cimento. O efeito de vedação 
superficial do CNS também é demonstrado pela análise da distribuição do tamanho 
dos poros do cimento
uma estrutura superficial mais densa de material à base de cimento seria
A técnica de espectroscopia IR foi utilizada para verificar a presença dos 
produtos de hidratação do CNS na superfície da argamassa tratada com CNS. Pó 
(incluindo nanoSiO2 não hidratado e gel C–S–H recém-formado) na superfície da 
argamassa de cimento endurecida que
95,8%
85,9%
0% SNC 9 meses
5% SNC 9 meses
0% SNC 3,5 meses 
5% SNC 3,5 meses
80
60
90
20
50
110
70
0 SNC
40
5 SNC
100
30
Tamanho dos poros/nm Tamanho dos poros/nm
8
14
0 100 0 100
14
6 6
4
12
18
4
10
2
16
12
10
10
18
2
16
10
8
5CNS-8 meses0CNS-8 meses
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Tamanho dos poros/nm
100 10 0,11
Constr Build Mater 2012;36:749–57.
20
80
0
100
60
40
P
ercentagem
/
%
5. Conclusões
Resultados nas Figs. 11–13 mostram o potencial do uso de nanoSiO2 no 
tratamento de superfície de materiais à base de cimento, explorando sua 
reatividade pozolânica, através da qual a superfície se torna mais densa e menos 
permeável. Uma vez que a parte superficial do material à base de cimento está 
exposta a um ambiente diferente do betão subjacente, é necessário mais trabalho, 
incluindo a exploração de formas de melhorar o grau de reação de hidratação do 
SNC e de aumentar a penetração de nanoSiO2 no cimento/concreto. 
Recentemente, estudamos a eficácia do uso do precursor do nanoSiO2, o tetra-
etoxissilano, TEOS, no tratamento de pasta/argamassa/concreto de cimento 
endurecido, e aproveitando a fácil penetração do TEOS nos poros e a hidrólise in-
situ do TEOS em nanoSiO2, foi encontrada reação pozolânica óbvia, que provou 
ser mais
pacto do que os da sílica ativa.
Referências
Reconhecimentos
Neste trabalho foram feitas investigações sobre as características da 
reatividade pozolânica do nanoSiO2 e suas influências nas propriedades do 
cimento em idades iniciais e posteriores e a possibilidade de sua aplicação no 
tratamento superficial de materiais à base de cimento com base no 
reconhecimento de a reatividade pozolânica foi demonstrada. As seguintes 
conclusões podem ser feitas:
(3) Embora o processo de hidratação do cimento em idade precoce seja 
significativamente aumentado pelo nanoSiO2, sua taxa de hidratação em 
idades mais avançadas é retardada devido à estrutura compacta dos 
produtos de hidratação pozolânica do nanoSiO2.
(1) A reação pozolânica do micro/nanoSiO2 segue o molde da reação química 
de primeira ordem e sua constante de velocidade de reação está 
relacionada ao tamanho da partícula e à sua técnica de produção.
O trabalho é apoiado pela Equipe de Inovação do Programa de Pesquisa 
Científica em Faculdades e Universidades da Província de Shandong e pela 
Fundação de Ciências Naturais da China (Concessão No. 51302105), que é 
amplamente reconhecida.
(4) O NanoSiO2 pode tornar a argamassa de cimento endurecida menos 
absorvível em água, explorando sua alta reatividade pozolânica ou efeito 
de enchimento na superfície da argamassa, o que merece uma investigação 
mais aprofundada.
eficaz na utilização das características do nanoSiO2 no tratamento de superfície 
[38].
argamassas que são utilizadas no teste de sorvidade de água na Fig. 11. É 
mostrado na Fig. 13 que a porcentagem de poros grossos na superfície da 
argamassa de cimento endurecidadiminuiu com a escovação do CNS. 
Recentemente, estudamos detalhadamente o efeito de preenchimento de poros 
do CNS em pastas de cimento endurecidas e foi considerado eficaz na vedação 
de poros maiores que 50 nm [37].
(2) Os produtos da reação pozolânica do nanoSiO2 são mais
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Figura 11. Sorvidade de água da argamassa após tratamento superficial com nanoSiO2 (a/ c = 0,6).
13. Distribuição do tamanho dos poros da argamassa tratada com CNS ( foram utilizadas amostras após 
a medição da sorvidade da água na Fig. 10 ).
257
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idade, a amostra foi tratada com CNS por 3 vezes e depois curada a 50 C/95% de umidade relativa por 
7 dias) [38].
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Ao controle
SNC (escovação)
221:495–506.
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