Aula 3 Microestrutura da pasta de cimento e da zona de transição

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MICROESTRUTURA DA PASTA DE 
CIMENTO E DA ZONA DE 
TRANSIÇÃO
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INTRODUÇÃO
 Concreto → material heterogêneo
 As propriedades do concreto endurecido, em particular suas 
características mecânicas, elásticas, físicas e químicas, 
dependem de um número de fatores relativos à pasta em si, 
aos agregados utilizados e, da ligação entre esses dois 
elementos.
 O concreto pode ser estudado como um material constituído 
de partículas de agregado, englobados por uma matriz 
porosa de pasta de cimento, com uma zona de transição 
entre as duas fases, constituída de características próprias.
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INTRODUÇÃO
 A conexão dessas três fases tem importância significativa 
nas propriedades do concreto.
 Antigamente → duas fases → perfeita aderência entre os 
componentes → pesquisa sobre a matriz, facilidade de 
preencher e englobar
 Até pouco mais de 30 anos, os estudos de aderência não 
receberam a importância devida e se restringiram 
principalmente aos efeitos de rugosidade e a outras 
propriedades superficiais dos agregados.
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INTRODUÇÃO
 Sem negligenciar a forma e o tipo de superfície dos grãos de 
agregados e sua devida importância nas propriedades do 
concreto, os estudos de interface procuram levar em conta a 
natureza mineralógica tanto dos materiais englobados, como 
dos produtos de hidratação do cimento que se formam no 
contato entre ambos.
Nos estudos de microestrutura do concreto, a interface 
torna-se essencial, por distinguir a aderência de natureza 
química relativa às ligações cristalinas entre a pasta e o 
agregado e a aderência mecânica devida à rugosidade 
superficial dos agregados.
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INTRODUÇÃO
 A resistência e a durabilidade do concreto são de suma 
importância na sua utilização. O fato de que, na região de 
contato entre a pasta de cimento e o agregado, a resistência 
possa ser menor que a resistência do agregado ou da pasta 
fará com que esta transição se torne uma zona de fraqueza 
no desenvolvimento da resistência do concreto.
 Estudos da microestrutura do concreto têm sido realizados 
para conhecimento do grau de influência da zona de 
transição na resistência do concreto e do papel 
desempenhado pela aderência na ruptura do concreto sob 
tensão.
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de Transição
 A pasta de cimento hidratada é uma reunião relativamente 
heterogênea de partículas, filmes, microcristais e elementos 
sólidos, ligados entre si por uma massa porosa contendo 
espaços com soluções e alguns vazios (poros).
 A importância dos poros e sua estrutura são relevantes no 
estudo da microestrutura do concreto.
 O sistema de distribuição dos poros do concreto é 
fortemente influenciado por fatores como dosagem do 
concreto (principalmente a/c), cura, quantidade e tipo de 
adições (pozolanas e escórias ativas) e aditivos químicos.
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 Dois fatores são muito importantes no estudo da 
microestrutura da pasta do cimento: a quantidade de água e 
a idade.
 A pasta de cimento varia com a relação a/c utilizada e sua 
importância pode ser estabelecida tanto em termos de 
microestrutura, como em termos de efeitos produzidos 
sobre as propriedades do concreto (resistência mecânica, 
permeabilidade e durabilidade). 
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Microestrutura da Pasta de Cimento e da Zona 
de Transição
 Quanto à idade, as particularidades da microestrutura 
desenvolvem-se rapidamente desde o contato do cimento 
com a água.
 Nos primeiros minutos e nas primeiras horas, as mudanças 
são bastante rápidas; após a primeira semana, tornam-se 
mais lentas. Entretanto, o processo de hidratação continua 
durante meses e anos.
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Microestrutura da Pasta de Cimento e da Zona 
de Transição
 Em face das pequenas dimensões das características 
estruturais da pasta de cimento, são normalmente utilizados 
como técnica de estudo os microscópios eletrônicos.
 Atualmente se utiliza o microscópio eletrônico de varredura.
 As imagens possibilitam delinear áreas de cristais de 
hidróxido de cálcio, áreas de gel e C-S-H, ou áreas de 
produtos de hidratação de compostos de clínquer não 
hidratado.
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de Transição
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de Transição
HIDRATAÇÃO DA PASTA DE CIMENTO
 O cimento Portland, hidratado sob condições normais, 
permite o desenvolvimento de várias formas morfológicas 
de gel de silicato de cálcio hidratado (C-S-H); de hidróxido de 
cálcio (CH); de etringita; de monosulfoaluminato de cálcio 
hidratado.
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de Transição
HIDRATAÇÃO DA PASTA DE CIMENTO
 É geralmente considerado que o C-S-H constitui a maior 
proporção do sistema.
 Os compostos do cimento não hidratam com a mesma 
velocidade.
 Aluminatos hidratam com rapidez maior que os silicatos (C3A e C4AF).
 A perda de consistência e a pega da pasta de cimento estão 
diretamente ligadas as reações envolvendo os aluminatos.
 Silicatos têm um papel dominante nas características de 
endurecimento (C3S e C2S).
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de Transição
TEORIAS DA HIDRATAÇÃO
 O cimento Portland é constituído por quaro principais 
compostos: C3S, C2S, C3A, C4AF, os quais formam cerca de 
90% em massa. Em contato com a água, os compostos 
anidros de cimento formam compostos hidratados.
 Diferentes etapas dos processos de hidratação:
 1ª) após o contato do cimento anidro com a água
o dissolução do gesso
o início precoce de hidratação dos silicatos de cálcio e dos aluminatos de cálcio
 2ª) os primeiros cristais passíveis de serem detectados pela 
difratometria de raios X são os de etringita. Forma-se, igualmente, o 
monosulfoaluminato e, em seguida, os aluminatos hidratados
 3ª) por serem os íons silicatos pouco móveis, o crescimento do C-S-H 
fica limitado às vizinhanças do envelope inicial dos grãos anidros
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de Transição
HIDRATAÇÃO DA PASTA DE CIMENTO – maneira simplificada
Fase inicial – a pasta enrijece graças 
aos cristais de portlandita
(hidróxido de cálcio) – início de 
pega
Semanas após o início -
preenchimento pelos cristais 
de C-S-H (silicato de cálcio 
hidratado)
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 Após uma hora de hidratação, formam-se pequenos
bastões de etringita.
Microcopia eletrônica da matriz com formação
de cristais aciculares de etringita
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de Transição
 A morfologia do C-S-H é laminar, e o CH precipita-se nos
poros saturados como discos hexagonais.
Microcopia eletrônica mostrando poro preenchido
com cristal hexagonal de CH
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 Difratometria de raios X
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de Transição
A pasta de cimento na zona de transição
 A microestrutura da pasta de cimento merece especial 
atenção nas zonas de contato com os agregados graúdos e 
grãos de areia do concreto, e também no caso de armaduras
e fibras.
 Tanto a quantidade de hidróxido de cálcio, como a sua 
orientação preferencial diminuem com a distância em 
relação ao agregado.
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de Transição
A pasta de cimento na zona de transição
 Quanto maior for a tendência da água de acumular-se em 
filmes próximos às partículas, mais fraca será a pasta de 
cimento na região da interface.
 Esse fenômeno, também chamado de “exsudação interna”, é 
responsável pela microfissuração da pasta na região junto ao 
agregado.
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de Transição
A influência das adições na zona de transição
 A utilização de materiais cimentícios como substituição de 
parte do cimento Portlandconduzem a modificações na 
interface.
 Cinzas volantes absorvem suficiente água de amassamento 
para diminuir a fluidez da pasta próximo à superfície do 
agregado e reduzem, dessa forma, a espessura da zona de 
transição.
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de Transição
A influência das adições na zona de transição
 A sílica ativa, além desse efeito, também causa, com o 
tempo, a substituição progressiva de hidróxido de cálcio da 
zona interfacial por gel de C-S-H proveniente da reação 
pozolânica.
 Reação Pozolânica:
C3S + H2O → CSH + CH (hidratação do cimento portland)
CH + S + H2O → CSH (reação pozolânica)
onde: C = CaO S = SiO2 H = H2O
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de Transição
A influência das adições na zona de transição
 Paulon (1991), utilizando ensaios de difratometria de raios X e 
estudando agregados e materiais pozolânicos brasileiros, concluiu que:
a) a espessura da zona de transição, independentemente do tipo de 
agregado, aumenta com a idade no caso da pasta pura, e diminui com a 
idade no caso de utilização de materiais pozolânicos, indicando a reação 
com o CH e o efeito de filer;
b) a sílica ativa demonstrou-se o mais eficiente dos materiais 
pozolânicos, comparada com cinzas volantes e pozolana de argila 
calcinada, resultando na diminuição da espessura da zona de transição, 
em todas as idades e com todos os agregados;
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de Transição
A influência das adições na zona de transição
c) existe uma grande concentração de etringita na região próxima 
à superfície do agregado, devido a maior concentração de água 
nessa região (isso foi constatado para todos os materiais 
utilizados).
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de Transição
Relações entre a zona de transição e as propriedades do 
concreto
 A resistência às ações mecânicas de um material qualquer é 
diretamente proporcional à sua porosidade. Por 
consequência, a zona de transição, por ser mais porosa, 
torna-se mais fraca que a matriz de cimento hidratado.
 O início e a propagação da fissuração é mais fácil em cristais 
de tamanho grande do que em sistemas de cristais de 
pequena dimensão e emaranhados apertados.
 A zona de transição contém cristais maiores e em maior 
quantidade que aqueles encontrados na massa de cimento 
hidratado.
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Relações entre a zona de transição e as propriedades do 
concreto
 Os cristais da zona de transição mostram uma orientação 
preferencial, o que é um aspecto favorável à propagação de 
fissuras.
 Por essas razões, a zona de transição é a parte mais fraca do 
material granular coesivo que constitui o concreto 
endurecido.
 Os concretos sob a ação de forças externas, ocorre sempre 
uma concentração de tensões nos agregados e, como 
consequência, na zona de transição, a qual se torna mais 
tensionada, induzindo à fissuração.
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de Transição
Relações entre a zona de transição e as propriedades do 
concreto
 Dessa forma, na zona de transição as primeiras ações 
irreversíveis ocorrem, resultando em microfissuras e 
fechamento dos poros, quando houver compressão; e 
fissuração quando submetida à tração ou ao cisalhamento.
 Uma vez iniciada a fissuração, esta se propaga de uma zona 
de transição para outra, o que tem sido confirmado na 
observação de fraturas em concretos. Na maioria dos casos, 
a fratura segue o contorno dos agregados.
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de Transição
Relações entre a zona de transição e as propriedades do 
concreto
 No caso de ataque ao concreto pela ação corrosiva de 
agentes químicos, a intensidade deste dependerá não 
somente da natureza dos elementos em contato, mas 
também da superfície exposta.
 Se estiverem efetivamente ligadas por uma rede de capilares 
ou microfissuras, resultantes da retração ou de forças 
externas, as zonas de transição constituirão um caminho 
preferencial.
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