AULA 3 - Materiais de Construção ENG1213

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AULA 3 – MECANISMOS DE HIDRATAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND E DO CIMENTO ALUMINOSO 
 
A hidratação do cimento pode não acontecer por completo: podem ter grãos de cimento que não foram hidratados 
ou que foram parcialmente. Por causa disso que o cimento é moido na fabrica de cimento, pois, quanto menor o grão, 
mais rápido ele vai hidratar. Por isso que num reparo é melhor comprar um cimento fino. 
 
Com a formação de produtos o concreto perde a trabalhabilidade (facilidade que a gente tem de manusear o 
concreto no estado fresco). Quando mistura cimento, areia, brita com água ele se comporta como fluido ate o 
momento em que ele começa a se hidratar e se comportar como sólido. Depois ele ganha resistencia. Por isso ele tem 
duas fases: a fase em que ele se comporta como líquido (fluido) e a fase como sólido. 
 
MECANISMOS DE HIDRATAÇÃO DO CIMENTO: 
 
Topo-quimico: as reações ocorrem na superficie dos grãos entre os compostos do cimento que ainda não foram 
hidratados. Os produtos se formam “em cima” do grão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Através da solução: água + cimento numa solução iônica. Os compostos do cimento não hidratados são dissolvidos em 
íons formando os produtos de hidratação. 
 Dissolução dos grãos de cimento 
 Crescimento da concentração iônica na “água” (agora uma solução) 
 Formação de compostos 
 Após a saturação – formação de produtos hidratados 
 Em estágios mais avançados os produtos de hidratação se formam bem próximo 
a superfície do cimento não hidratado. 
 
De qualquer forma, sabe-se que quando o cimento entrar em contato com a 
água ele vai formar produtos de hidratação. 
 
 
 
A medida que o tempo passa, o grau de hidratação vai aumentando. 
Amarelo e vermelho: produtos de hidratação sendo formados. 
Azul: água qua ainda não foi combinada 
Cinza: grãos de cimento (que são grandes e podem nunca hidratar dependendo do 
tamanho, ou entao demorar anos: não contribuem para a resistência). 
Quanto mais cimento e quanto menor a relação entre água e cimento, mais 
resistente é o cimento. Como diminuir essa água? Colocando aditivo quimico. 
 
 
HIDRATAÇÃO DOS SILICATOS 
 
Os compostos do cimento são divididos entre silicatos e aluminatos. Os silicatos quando reagem com a água 
formam 2 produtos de hidratação: silicato de calcio hidratado e hidróxido de cálcio. Essas reações são exotermicas 
(liberam calor). As duas reações são iguais mas uma libera mais calor e produz mais CH. 
 
 
 
 
 
 Ambas as reações produzem silicato de calcio hidratado (C-S-H) e hidroxido de cálcio (CH). 
 O C3S hidrata mais rápido contribuindo pra resistencia em idades mais jovens (3-4h até 14 dias); 
 C2S hidrata mais devagar contribuindo pra resistencia após os 7 dias de idade; 
 A reação do C3S libera mais calor e a do C2S produz menos hidroxido de cálcio. 
 A primeira libera muito mais calor do que a segunda (ocorre de forma mais rapida). 
 O C2S só se iguala a resistencia do C3S após 1 ano mais ou menos, mesmo os dois produzindo os mesmos produtos 
de hidratação. 
 
HIDRATAÇÃO DOS SILICATOS 
 
SILICATO DE CÁLCIO HIDRATADO (C-S-H) 
 Ocupa 60% do volume de uma pasta de cimento hidratada; 
 Um concreto é formado por 20% dessa pasta (que possui até 60% de CSH) + 70/80% de areia + brita. 
 Tem uma resistência alta por causa das forças de hidratação covalentes/ionicas e van der walls. 
 Responsavel pela reistência: uma pasta é mais resistente ou menos resistente dependendo da quantidade de CSH. 
 Estrutura: laminas com água (presa ou livre entre as laminas). 
 Tem uma elevada área específica. 
 
CSH de Alta densidade: tem muitos CSH’s ocupando um mesmo lugar (bem próximos) gerando uma resistência mais 
alta 
 
HIDROXIDO DE CÁLCIO – (CH ou Ca(OH)2) 
 Não contribui TANTO pra resistencia, mas todos os produtos de hidratação contribuem pra resistencia da pasta de 
cimento; 
 Ocupa ate 25% do volume da pasta de cimento; 
 Contribui pro aumento do pH: Bom porque com o pH elevado evita corrosão. É preciso o CH por causa desse 
aumento de pH; 
 Morfologia variável: formato diagonal; 
 Estequiometria definida; 
 Superficie específica menor. 
 
HIDRATAÇÃO DOS ALUMINATOS 
 
 
 
 Reagem com a água e com o gesso (CSH2 ou Ca*SO4+•2H2O). 
 O gesso reage com a água e com o C3A formando ettringita C-AS-H. Essa reação tem uma liberação de calor MUITO 
alta. A ettringita formada pode voltar a reagir com o C3A e com a água formando outro material de composição 
parecida – o monossulfato C-ASH (Nem toda a ettringita vai virar monossulfato. Para que isso aconteça ela tem que 
estar próxima ao C3A que ainda não hidratou, ou seja, quanto maior a % de C3A, maior a probabilidade de formar 
monossulfato). 
 Ettringita: em torno de 5%. 
 
Se não tivesse o gesso na reação, a hidratação ia ser muito mais rápida. Percebe-se também, que, mesmo com o 
gesso, o calor liberado ainda é alto. 
Formação de etringitta tardia/ataque por sulfato: Ataque químico que só acontece quando tem monossulfato. O 
sulfato é um problema pro concreto porque o monossulfato reage com ele formando etringita de novo. Essa reação 
ocorre quando o concreto já esta sólido e por isso não tem espaço pra ettringita se desenvolver gerando fissuras no 
concreto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Pelo gráfico, vê-se que a ettringita é formada logo 
nos primeiros minutos. Em seguida forma-se o CH, 
CSH, e por ultimo o monossulfato (C-ASH). 
 
 
 
 
 
 
 
 
MECANISMOS DE HIDRATAÇÃO DO CIMENTO 
 
 
 
 Aft: etringita 
 Afm: monossulfato 
 A formação de CSH continua por muitos anos. 
Quanto tempo leva pra um cimento hidratar completamente? Depende do tamanho e da quantidade dos grãos, 
além da existência de aditivos químicos que podem influenciar na reação. 
 
Como o cimento hidrata? Através da combinação da água com cimento. Uma reação química (formam produtos de 
hidratação) que leva tempo e pode não ocorrer por completo em casos de grãos muito grandes (parte interior não é 
hidratada) ou então em casos onde tem mais cimento que água. 
Existem formulações em que essa hidratação não completa é feita de propósito: em casos de fissuras, se houverem 
cimentos que ainda não foram hidratados, quando eles entrarem em contato com água a fissura vai se auto-regenerar 
(selfhealing: grãos que não foram hidratados ainda, próximos a fissura que quando hidratam regeneram). 
 
Com a formação dos produtos de hidratação, o concreto perde a trabalhabilidade (fica mais viscoso, com o esqueleto 
granular sólido) e mais ganha resistência. 
 
REAÇÕES POZOLÂNICAS 
 
Materiais pozolânicos: são aditivos/materiais ricos em sílica. 
 
 
Quando a silica é amorfa, ela pode reagir de novo com hidroxido de calcio – que quando dissolvido na água tem 2 
íons que se combinam com a síllica resultando em C-S-H de novo. Essa reação é chamada de reação pozolânica. 
Ou seja, uma reação pozolânica é uma reação quimica de materiais pozolânicos (ricos em silica amorfa e finamente 
granulados que reagem com hidróxido de calcio formando C-S-H numa reação lenta). 
 
CIMENTO ALUMINOSO 
 
Cimento usado pra fazer concreto refratário: tem tolerância alta à temperaturas elevadas. Reage muito rápido com 
a água. Logo, tem uma resistencia inicial muito alta e resistência ao fogo. 
Mas não é usado pra estrutura porque a resistência dele pode diminuir com o tempo por causa da conversão de 
CAH10 em C3AH6, que diminui o volume de sólidos da pasta de cimento, resultando num aumento da porosidade e 
diminuição da resistência. 
 
 Elevada resistência inicial 
 Endurece até em temperaturas baixas 
 Durabilidade superior ao ataque por sulfatos 
 Principal composto: aluminato monocalcico 
(CA) 
 – Análise química: 40-80% de Alumina (Al2O3) 
 – O hidróxido de cálcio nãoé um dos produtos 
de hidratação 
 
 
 
 O CA (ou CAH – Aluminado de calcio hidratado) reagindo com a 
água forma produtos diferentes dependendo da temperatura. Quanto 
mais alta for a temperatura de reação, menos resistente vai ser o 
material. 
Quando tem-se uma temperatura de cura baixa, a resistência é 
menor, e quando a temperetura de cura é alta, maior. No entanto, a 
temperatura de cura é muito sensível então se a temperatura for 
MUITO alta, a resistencia vai voltar a diminuir.