AULA 5 - Materiais de Construção ENG1213

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AULA 5 - ADITIVOS QUÍMICOS E MINERAIS 
Material usado como ingrediente do concreto adicionado antes ou depois do processo de mistura. É possível modificar 
as propriedades do concreto apenas ao adicionar um aditivo químico nele. 
Esses aditivos não reagem com agregados, só com água e cimento. Por isso areia e brita são considerados inertes: 
não reagem com água nem aditivos químicos (a não ser se tenha sílica reativa). Só estão ali preenchendo um espaço pra 
diminuir a retração do concreto (dão estabilidade volumétrica ao concreto). 
 
Aditivos químicos: agem no sistema água-cimento instantâneamente influenciando na tensão superficial da água e sendo 
adsorvidas (molécula presa na superfície do material) na superfície do cimento. Afetam as reações químicas entre 
cimento e água. Esses aditivos só agem na pasta de cimento, não precisa adicionar brita nem areia. 
A quantidade de aditivos químicos que são colocados é MUITO pequena. E o tempo de duração do efeito é variado. 
 
Aditivos minerais: Materiais finamente granulados (moídos) usados como suplemento ou substituto parcial do cimento 
Portland, provenientes de recursos naturais ou de subprodutos da indústria. São eles o gesso, metacaulim, escória de alto 
forno (vem do aço), cinza volante (vem do carvão), etc. Eles modificam as propriedades do concreto. 
 
Por que usamos aditivos no concreto? 
 Pra compensar algumas deficiências (aumentar a trabalhabilidadade, retardar/aumentar as reações químicas – somente 
aditivos químicos). 
 Para melhorar ou modificar suas propriedades. 
 
Ás vezes pode-se substituir o cimento por um aditivo mineral que contenha sílica amorfa porque essa sílica vai reagir 
com hidróxido de cálcio formando CSH, dando resistência ao concreto (também podem ter materiais cimentícios 
formando CSH). Logo, os aditivos são bons porque podem formar mais CSH ou então refinar a estrutura porosa do 
concreto (diminui sua porosidade). 
A temperatura do ambiente influência nas reações de hidratação. Quando a temperatura ambiente é muito baixa, as 
reações acontecem de forma muito lenta, precisa-se de um acelerador de pega. 
O gesso não é considerado um aditivo químico e os aditivos minerais podem ser usados na fabricação do cimento pra 
deixar o cimento mais barato. 
 
ENERGIA DE SUPERFÍCIE OU TENSÃO INTERFACIAL 
 
Quando se tem uma superfície (uma gota de água, por exemplo) tem-se uma energia superficial. Essa superfície quebra a 
simetria das moléculas dentro do material porque as moléculas da superficie tem energia diferente das que estão dentro. 
A energia superficial é a diferença entre as energias na superficie e no interior. Pela derivada da equação dá pra calcular 
qual a pressão na superfície entre ar-água. No caso do concreto, a tensão entre a água-cimento-ar. 
 
Onde S é a área da interface e  a tensão superficial. 
De acordo com o principio da menor energia, a natureza tende sempre a um estado de minima energia. É por esta 
razão, por exemplo, que uma gota de água tende à forma esférica, pois esta é a forma geométrica de mesmo volume com 
a menor área superficial. Um decremento da superficie leva a uma contração da gota, incrementando a pressão interna. 
Um balanço de energia requer que a redução na energia de superficie (dS) seja igual ao trabalho feito pelas forças de 
superficie para reduzi-la. O trabalho realizado pode ser expressado como: 
 
 
 
ADITIVOS QUÍMICOS 
 
Classificação: 
 Sufactantes ou tensoativos: agem na superfície do líquido 
 Controladores de pega: controlam o tempo de pega do cimento 
 
 
 
Aditivos químicos surfactantes (tensoativos): são usados pra duas coisas: incorporar ar ou reduzir água nas misturas de 
concreto. Longas cadeias de moléculas orgânicas com uma extremidade hidrofílica (atraí a água) e a outra hidrofóbica 
(repele a água). 
 
Incorporação de ar nas misturas: o concreto fica mais fluído porque tem mais vazios, mas perde resistência depois – ou 
em lugares frios onde há gelo-degelo (teperaturas abaixo de zero) onde há uma fissura no concreto: pra água entrar nos 
vazios e virar gelo sem fissurar o concreto, são formadas bolhas de ar. (A formação desses poros reduz a resistência do 
concreto mas as vezes são necessários por causa desses lugares frios). 
 
Vantagens: 
 Melhora a trabalhabilidade; 
 Resiste a ciclos de gelo e degelo. 
 
Desvantagens: 
 Diminuição da resistência; 
 Aumento da permeabilidade; 
 Em caso de “overdose” pode-se acarretar um retardamento da hidratação do cimento. 
 
Aditivos plastificantes ou redutores de água: Servem pra diminuir a quantidade de água e aumentar a resistência. As 
vezes é necessário aumentar a trabalhabilidade (consistência) do concreto sem colocar mais água porque colocando água 
a resistência diminui, pois, quanto maior fator água-cimento, menor a resistência do concreto. Uma das formas de deixar 
o material mais fluido é colocar esse aditivo químico plastificante. 
São moléculas uma das extremidades laterais com cargas negativas e outra com postivas. Um dos lados adere aos 
grãos de cimento (superfície positiva), e outro lado com carga negativa fica exposto, ambos afastando a água. Depois que 
o efeito se perde, a hidratação acontece. 
Colocar um plastificante ajuda a economizar na quantidade de cimento. Em grandes volumes, qualquer economia é 
bem vinda. Por isso, quando se faz uma construção, é necessário pensar no projeto do material também. 
 
Para aumentar a resistência do material: deve-se diminuir o fator água-cimento. Mas como fica muito dificil de trabalhar 
com o concreto (mais dificil de misturar), coloca-se o aditivo. 
Superplastificantes: são plastificantes de 3 a 4 vezes mais eficientes porque ossuem cadeias poliméricas mais longas. Um 
concreto com pouca água e uma adição de superplastificante é mais trabalhável que um concreto com pouca água sem 
adição de palstificante. 
 
O superplastificante deixa um Concreto auto-adensável: o concreto espalha mais fácil/preenche melhor os espaços. 
Usado quando tem muitas armaduras pouco espaçadas. Super fluido, mais trabalhável. 
 
Aditivos redutores de retração: A pasta de cimento retrai porque perde água (a água que está entre os poros do concreto 
evapora além de os insumos – exceto areia e brita - ocuparem um volume menor quando misturados com a água). Existe 
um aditivo que reduz a tensão superficial do líquido (movimentação de água dentro dos poros) e consequentemente 
reduz a retração. 
Esse método altera a tensão superficial (diminui a movimentação da água e a retração) mas não reduz a saída dessa 
água. Logo, deve-se usar métodos de cura adequad0os pra evitar que essa água vá embora (a água sai pra reagir com o 
cimento, pra ficar presa ao CSH, ou então evapora), como colocar manta em cima do concreto e umedecer essa manta 
com água de tempos em tempos, por exemplo. 
Quanto menor a tensão superficial, menor a pressão dessa movimentação, menor a retração. A movimentação da 
água fica mais suave diminuindo a magnitude da retração. 
 
Quando retrai, o concreto fissura: tenta se mover e não consegue porque tem uma restrição a esse movimento (vigas, 
pilares, etc.). Daí usa-se o aditivo químico pra diminuir essa retração. 
 
“A água presente em pequenos poros (5 até 50 nm) exerce uma pressão hidrostatica e a sua remoção induz uma tensão 
de compressão nas paredes sólidas do poro, resultando em uma contração do sistema.” 
 
 
 
Aditivos controladores de pega: Podem ser de dois tipos: aceleradores ou retardadores. 
 
Aceleradores de pega: tem cloretos, como o cloreto de cálcio, CaCl2, que são os mais eficientes mas são nocivos às 
armaduras de aço pela ação potencializadora de corrosão do cloro. 
 facilitam a dissolução da cal e da sílica (silicatos) e da alumina (aluminatos). 
 aceleram fortemente as reações iniciais de hidratação e endurecimento, especialmente do C3S. 
a composição química e finura do cimento afetam a velocidade de aceleração. 
 Reduzem o tempo necessário para cura e proteção; 
 Aumentam a resistência inicial; 
 Provocam uma pega mais rápida e desenvolvimento mais rápido de resistência; 
 Permitem a moldagem do concreto em temperaturas mais baixas. 
 
Retardadores: retardam a osmose da água nos grãos de cimento, agindo por defloculação e adsorção. 
 Trazem flexibilidade no tempo de pega do concreto, aumentando o tempo de trabalhabilidade e acabamento do 
concreto, sendo adequados para aplicações mais complexas em condições de climas quentes. 
• Usado em concretagens longas. 
• Melhor distribuição do calor de hidratação. 
• Menos retração. 
 
ADITIVOS MINERAIS 
 
São materiais silicosos moídos adicionados ao concreto em elevadas quantidades, geralmente, entre 20 e 70%. 
 
Benefícios: 
 Maior resistência a fissuração de origem térmica devido ao baixo calor de hidratação; 
 Maior impermeabilidade; 
 Maior durabilidade ao ataque por sulfatos e reação álcali agregado 
 Diminuem a porosidade do concreto. 
 Diminuem o calor de hidratação; 
 São resíduos industriais que podem ser incorporados no concreto (menor custo); 
 A durabilidade é maior proque a porosidade é menor 
 numa idade mais avançada, a resistência à compressão aumenta. 
 
Pozolânicos: são materiais silicosos ou alumino-silicosos que, por si só, quase não tem ropriedades hidráulicas, 
entretanto, quando transformados em pó, na presença de umidade em temperatura ambiente reagem com hidróxido de 
cálcio formando silicato de cálcio hidratado. Podem ser naturais (de origem vulcânica) ou artificiais (subprodutos 
industriais ou provenientes de tratamento térmico). 
 Metacaulim: natural. Caulim queimado com sílica amorfa. 
 Casca do arroz: Subproduto. Na sua queima a lignina e a celulose são removidas. Possui mais sílica amorfa que 
cristalina porque sua queima é controlada. É porosa e retem água. Dificulta a trabalhabilidade. 
 
Cimentícios: materiais que reagem com água formando produtos de hidratação. 
 Escória de alto forno: Resíduo do alto-forno siderúrgico; 
 Presença de C2S e C3S 
 Resíduo industrial nocivo ao meio ambiente 
 Mais barato; 
 Nocivo ao meio ambiente; 
 Torna a pasta endurecida mais resistente ao ataque por sulfatos; 
 Deixa o concreto menos permeável (menos poroso). 
 
Pozolânicos e cimentícios = cinza volante: resíduo que vem da queima do carvão. Possui sílica amorfa e é classificada 
pelo seu teor de óxido de cálcio, que, quando alto, tem reação cimenticia (reage com a água formando produtos de 
hidratação). É o único material que tem essas 2 propriedades. É circular, o que deixa a mistura mais fluida, ajudando na 
trabalhabilidade. E isso permite que se faça a troca de um pouco de cimento por cinza voltante: vai aumentar a 
resistência (porque melhora a trabalhabilidade) e vai diminuir os poros. 
 Nas primeiras idades, a quantidade de calor liberado vai ser menor gerando uma resistência menor porque a reação é 
lenta.Mas em aproximadamente 60 dias essa resistencia vai igualar e até ultrapassar. 
 Retardam o ganho de resistência mecânica. 
 Calor de hidratação fica menor e melhor distribuído ao longo do tempo. 
 Melhoram a trabalhabilidade do concreto fresco porque o formato dos grãos favorece. 
 Minimiza a retração por refinar os poros. 
 Minimiza as fissuras por contração térmica 
 Diminuem a possibilidade da ocorrência das reações álcali-agregado; 
 Seu grau de reatividade (velocidade de ganho da resistência mecânica) varia com: 
 Granulometria; 
 Características da superfície; 
 Morfologia dos grãos 
 
Uso dos aditivos minerais que contém sílica amorfa/ativa: 
Qualquer material que possua sílica ativa (SiO2 não cristalina), alumina e oxido de ferro pode ser usado pra fazer 
concreto. 
Esse tipo de sílica é formado por partículas muito pequenas, solidificadas no estado amorfo (não cristalino), portanto, 
são extremamente reativas. 
A reação da sílica amorfa com o hidróxido de cálcio formando CHS é lenta. O calor liberado é menor que o da reação 
entre o C2S ou o C3S com a água. Essa baixa liberação de calor é negativa porque a resistência vai demorar em média 60 
dias pra igualar, mas também é positiva porque após esses 60 dias ela vai ultrapassar. 
vantagem do uso dos aditivos minerais que tem sílica amorfa: com um calor liberado menor, a resistência mecânica 
aumenta em idades avançadas, o que reduz porosidade e permeabilidade, aumentando a durabilidade do concreto (com 
uma menor quantidade de poros, menor vai ser a conectividade entre eles = maior a durabilidade). 
 
Outras características: 
• Reduz trabalhabilidade; 
• Melhora aderência; 
• Reduz reflexão em concreto projetado; 
• Reduz penetração de cloretos. 
 
ATENÇÃO: Essa reação é completamente diferente da reação álcali-agregado, a qual a sílica existente dentro do 
agregado vai reagir com a água que penetrar no concreto já endurecido e com os íons álcalis do cimento formando um 
gel expansivo que vai fissurar o concreto. 
 
CALOR DE HIDRATAÇÃO 
 
Outra forma de se evitar a formação de fissuras de origem térmica sem ser a adição de gelo na mistura – substitui 
água por gelo - é lançar concreto em temperaturas mais baixas ou modificar dosagem do concreto pra que ele libere 
menos calor (adicionando cinza volante, por exemplo).