MICROESTRUTURA DO CONCRETO

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MICROESTRUTURA DO 
CONCRETO 
PROPRIEDADES DO CONCRETO: FRESCO E ENDURECIDO
Definição
O tipo, a quantidade, o tamanho, a forma e a 
distribuição das fases presentes em um sólido constituem 
a sua microestrutura.
Refere-se quando é necessário usar um equipamento de 
microscopia para poder observar a textura e morfologia 
desejada de um material. Quando não é necessário o 
uso do referido equipamento, podemos mencionar que 
estamos frente a uma macroestrutura.
Importância
As propriedades de um material podem ser 
modificadas alterando sua microestrutura.
O concreto tem uma microestrutura heterogênea e 
complexa, a relação entre propriedade e 
microestrutura ainda não esta totalmente estudada, 
mais temos um avanço significativo de algumas 
interações que serão abordadas nesta aula.
Complexidade
O concreto na sua definição é um material poroso, heterogêneo 
e complexo. As matérias primas do concreto apresentam 
comportamentos distinto em uma mesma unidade de teste:
 Agregados de composição química e mineralógica diferente, fissuras, 
vazios etc;
 Graus de hidratação distintos do aglomerantes;
 Maior o menor absorção de água;
 Zona de transição de interface, região de 10 a 50 µm entre o agregado 
graúdo e pasta; (exerce um papel importante na resistência mecânica do 
concreto);
 A zona de transição de interface esta sujeita a alterações como tempo, 
umidade e temperatura ambiente.
Microestrutura da fase agregado
 A fase agregado é a principal responsável pela massa unitária, 
pelo modulo de elasticidade e pela estabilidade dimensional do 
concreto;
 Essas propriedade do concreto dependem, principalmente, da 
densidade e resistência do agregado, que, por sua vez, são 
determinadas mais por suas propriedades físicas (volume, 
tamanho e distribuição de poros) e químicas (composição 
química e mineralógica);
Microestrutura da fase agregado
 Além da porosidade, a forma e textura do agregado graúdo também afetam 
as propriedades do concreto;
 De maneira geral, rochas naturais são de forma esférica e textura lisa, agora, 
as rochas britadas, apresentam um forma angular e textura rugosa.
 Em uma proporção elevada de rochas achatadas e alongadas, afetam 
negativamente as propriedades mecânicas do concreto;
 Os agregados mesmo sendo mais resistentes que outras fases do concreto , a 
fase agregado normalmente não tem influencia direta na resistência do 
concreto normal, exceto no caso de alguns agregados altamente porosos ou 
quebradiços, como a pedra-pomes. 
Microestrutura da fase agregado
 A dimensão e a forma do agregado graúdo podem, entretanto, 
afetar a resistência do concreto de forma indireta. 
Quanto maior o tamanho do agregado no concreto e quanto 
mais alongada e achatadas, maior será a tendência de acumulo 
de filme de agua junto a superfície do agregado, 
enfraquecendo a zona de transição na interfase pasta-
agregado. Esse fenômeno é conhecido como Exsudação.
Microestrutura da pasta de cimento 
hidratada
 Quando o cimento quando é disperso na água, o sulfato de cálcio e os 
compostos de cálcio de alta temperatura começam a entrar em solução, e 
a fase liquida se torna rapidamente saturada com varias espécies de íons.
 Como resultado da interação entre cálcio, sulfato, aluminato e íons hidroxila, 
após poucos minutos da hidratação do cimento começa aparecer cristais 
aciculares de trissulfoaluminato de cálcio hidratado, conhecido como 
ETRINGITA.
 Poucas horas depois, grandes cristais prismáticos de hidróxido de cálcio e 
pequenos hidratos de silicato de cálcio fibrosos começam a preencher os 
espaços vazios antes ocupadas por água e partículas de cimento em 
dissolução. 
Microestrutura da pasta de cimento 
hidratada
 Depois de alguns dias, dependendo da relação de 
alumina-sulfato do cimento Portland, a etringita pode se 
tornar instável e se decompor para formar 
monossulfoaluminato hidratado, que tem a forma de 
placa hexagonal. 
SOLIDOS NA PASTA DE CIMENTO HIDRATADA
São quatro principais fases solidas:
Silicato de cálcio hidratado C-S-H
Hidroxido de cálcio
Sulfoaluminato de cálcio
Grãos de clínquer não hidratados
Silicato de cálcio hidratado (C-S-H)
 correspondo de 50% a 60% do volumen de sólidos em uma pasta 
de cimento, e favorece a maioria da resistência e durabilidade a 
longo prazo.
O C-S-H, não é um composto bem definido; a relação de C/S varia 
de 1,2 a 2,3, o conteúdo de agua estrutural varia ainda mais.
 A morfologia também varia desde fibras pouco cristalinas até 
redes reticulares.
 Devido ao pequeno tamanho de partícula, os C-S-H somente 
puderam ser analisados com o advento do microscópio eletrônico.
 Na literatura antiga o material era citado como gel de C-S-H.
 A estrutura cristalina é indefinida, confundida com o mineral 
natural tobermorita.
Silicato de cálcio hidratado (C-S-H)
Ainda que a estrutura do C-S-H não seja definida, vários 
modelos tem sido propostos para explicar as 
propriedades dos materiais.
De acordo com o modelo de Power-Brunawer, essa 
fase tem uma estrutura em camadas com uma 
elevada área superficial.
O modelo de Feldman–Sereda representa a estrutura 
do C-S-H como um arranjo irregular ou dobrado de 
camada, criando espaços interlamelares de diferentes 
formas e tamanhos (5 a 25 A°) 
Hidróxido de cálcio 
 Também chamado de portlandita, constituem de 20 a 25% do 
volume de sólidos na pasta de cimento hidratada.
O Ca(OH)2 apresenta uma estequiometria definida. Na 
hidratação é formado grandes cristais com uma morfologia 
prismática hexagonal distinta.
 A morfologia costuma variar de indefinível a pilhas de grandes 
placas e é afetada pela disponibilidade de espaços, 
temperatura de hidratação e impurezas presentes no sistema.
 A contribuição na resistência mecânica é menor a C-S-H devido 
ao ter uma menor área superficial.
Sulfoaluminatos de cálcio 
Ocupam de 15 a 20% do volume solido as pasta de cimento hidratada 
possuem, portanto, um papel secundário na relação microestrutura-
propriedades.
 No estagio de hidratação inicial, a relação iônica sulfato/alumina da 
solução geralmente favorece a formação de trissulfato hidratado, 
C6AS3H32, também chamado de etringita, que forma cristais de forma 
acicular.
 Nas pastas de cimento puro, a etringita eventualmente se transforma em 
monosulfato hidratado, C4ASH18, que forma cristais de placas hexagonais.
 A presença de C4ASH18, torna o concreto de cimento Portland vulnerável 
ao ataque por sulfatos. 
Grãos de clínquer não hidratados
 Dependendo da distribuição do tamanho das partículas do 
cimento anidro e do grau de hidratação, alguns grãos de clínquer 
não hidratados podem ser encontrados, na microestrutura da 
pasta de cimento hidratada, mesmo muito tempo após a 
hidratação.
Como os tamanhos de partícula do clínquer oscila entre 1 a 50 µm, 
as partículas de menor tamanho se dissolvem primeiro. A não 
hidratação do clínquer pode estar associado a precipitação de 
partículas saturadas na solução, que são depositadas na forma de 
um filme na superfície das partículas de clínquer, impossibilitando 
dessa forma, sua dissolução.
VAZIOS NA PASTA DE CIMENTO HIDRATADA
Os diferentes tipos de vazios são descritos a seguir:
Espaço interlamelar no C-S-H
Vazios capilares
Ar incorporado
Espaço interlamelar no C-S-H:
 Powers assumiu que a largura do espaço interlamelar na 
estrutura do C-S-H é de 18 A°, e estabeleceu que esse espaço é 
responsável por 28% da porosidade no C-S-H sólido.
 Feldman e Sereda sugerem que esse espaço varia de 5 a 25 A°, 
indicando que esse tamanho de vazio é muito pequeno para 
que tenha efeitos adversos na resistência e permeabilidade na 
pasta de cimento hidratada.
 Entretanto, as pontes de hidrogênio podemreter agua nesses 
pequenos vazios, e sua remoção, sob certas condições, pode 
contribuir para a retração por secagem e fluência.
Vazios capilares
representa os espaços vazios não preenchidos pelos 
componentes sólidos da pasta de cimento hidratada. O 
volume total característicos de uma mistura de cimento-
agua permanece essencialmente inalterada durante o 
processo de hidratação.
Um método de calculo de volume total de vazios 
capilares, conhecido como porosidade, nas pastas de 
cimento contendo diferentes relações de 
água/cimento, ou diferentes graus de hidratação.;
Vazios capilares
Em pastas de cimento bem hidratadas com baixa relação 
água/cimento, os vazios capilares podem varias entre 10 a 
50 nm. 
Em pastas com alta relação água/cimento, nas primeiras 
idades de hidratação, os espaços vazios podem ser 
maiores, entre 3 e 5 µm.
Pode se afirmas que tamanhos de poros menores a 50 nm é 
considerado de microporos e quando o tamanho dos poros 
são maiores a 50 nm é denominado como macroporos.
Ar incorporado
Devido a presença de poros na pasta de cimento, uma 
pequena parte de ar fica normalmente aprisionada na 
pasta de cimento durante a mistura do concreto.
Aditivos podem ser adicionados ao concreto para 
introduzir propositalmente, minúsculos vazios de ar. 
Vazios de ar podem chegar até 3mm; os vazios de ar 
incorporados normalmente variam entre 50 e 200 µm.
Quando os vazios e ar aprisionados são maiores do que 
os vazios capilares, podem afetar negativamente a 
resistência.
Intervalo dimensional de sólidos e 
poros na pasta de cimento hidratada
Volume de penetração (cm3/g) vs 
diâmetro do poro, A°
Volume de penetração (cm3/g) vs 
diâmetro do poro, A°
AGUA NA PASTA DE CIMENTO HIDRATADA
Os poros na pasta de cimento hidratada parecem estar vazios 
quando observados por microscópio eletrônico, por que técnica 
de preparação da amostra propicia a secagem a alto vácuo.
 Dependendo da umidade do ambiente de sua porosidade, a 
pasta de cimento não tratada é capaz de reter uma grande 
quantidade de água.
AGUA NA PASTA DE CIMENTO HIDRATADA
A água pode ser classificada segundo o grau de dificuldade ou 
facilidade que se tem para ser removida das pasta, na seguinte 
forma:
 Água capilar: é a água presente em vazios maiores que cerca de 50 
A°. Pode ser subdividida em: agua livre; água em grandes vazios, da 
ordem maior 50 nm, e água retida por tensão capilar em pequenos 
capilares (5 a 50 nm), cuja remoção pode causar retração do sistema. 
 Água adsorvida: é a água que se encontra próxima a superfície solida 
dos produtos de hidratação. Sob influencia das forças de atração, as 
moléculas de água são fisicamente adsorvidas na superfície dos sólidos 
na pasta de cimento hidratada. A captura da agua acontece pelas 
pontes de hidrogênio. A perda de agua adsorvida é responsável pela 
retração da pasta de cimento hidratada.
AGUA NA PASTA DE CIMENTO HIDRATADA
Água interlamelar: é a água associada com a estrutura 
do C-S-H. a água é fortemente retida pelas ligações de 
ponte hidrogênio. Água interlamelar é perdida só por 
forte secagem. A estrutura C-S-H retrai 
consideravelmente quando a água interlamelar é 
perdida. 
Água quimicamente combinada: é a água que integra 
parte da microestrutura de vários produtos de 
hidratação do cimento. Essa água não se perde na 
secagem.
Modelo esquemático dos tipos de água 
associados aos silicatos de cálcio hidratados
Relação de microestrutura e propriedades 
na pasta de cimento hidratada
As características de engenharia desejáveis no concreto 
endurecido, tais como: resistência, estabilidade 
dimensional e durabilidade, são influenciadas não 
apenas pelas proporções, mas também pelas 
propriedades da pasta de cimento hidratada, que , por 
sua vez, dependem das características microestruturais. 
Na sequencia serão mencionadas algumas dessas 
propriedades.
Microestrutura vs resistência 
 a principal fonte de resistência nos produtos sólidos da pasta de cimento 
hidratada é a existência das forças de atração de van der Waals. 
 A aderência entre duas superfícies solidas pode ser atribuída a essas forças 
físicas, sendo o grau da ação aderente dependente da extensão e da 
natureza das superfícies envolvidas.
 Os pequenos cristais de C-S-H, sulfoaluminatos de cálcio hidratado, aluminato 
de cálcio hidratado hexagonais possuem grandes áreas superficiais e 
capacidade de aderência. Esses produtos hidratados do cimento tendem a se 
aderir fortemente, não apenas entre si, como também aos sólidos de áreas 
superficiais reduzidas, como hidróxido de cálcio, grão de clínquer anidro e 
partículas de agregado miúdo e graúdo. 
 Sabe-se que há uma relação inversa entre resistência e porosidade, sendo 
assim os vazios prejudicais à resistência. A quantidade de vazios depende da 
quantidade de água adicionada no inicio da hidratação e do grau de 
hidratação do cimento.
Variação na porosidade capilar com diferentes 
relações de a/c e grau de hidratação
Variação na porosidade capilar com diferentes 
relações de a/c e grau de hidratação
ESTABILIDADE DIMENSIONAL
 (Resistência vs porosidade)
ESTABILIDADE DIMENSIONAL
 (Resistência vs porosidade)
a) Perda de água em função da umidade relativa, e 
b) Retração de uma argamassa em função da perda de 
água
DURABILIDADE DA PASTA DE CIMENTO 
HIDRATADA
 A pasta de cimento hidratado é alcalina, assim, a exposição às águas 
ácidas pode ser prejudicial ao material.
 Nesse sentido o teste de impermeabilidade ou estanqueidade torna-se um 
fator preponderante na durabilidade. 
 A impermeabilidade da pasta de cimento hidratada é uma característica 
altamente desejável, devido a que se considera que uma pasta 
impermeável se tornaria um concreto impermeável.
 O tamanho e quantidade de poros também determinam o grau de 
impermeabilidade.
 A resistência e impermeabilidade estão diretamente relacionadas, ao 
mesmo tempo a porosidade à relação sólido/espaço.
DURABILIDADE DA PASTA DE CIMENTO 
HIDRATADA
Curvas de pequenos poros em pastas de 
cimento com diferentes relações água 
/cimento.
Observa-se que uma única curva poderia 
se ajustar para diferentes relações de a/c 
com pequenos poros em pastas com 28 
dias.
Isso indica que o aumento da agua 
incremento os poros maiores e não 
significativamente os maiores.
Os poros maiores são os responsáveis da 
resistência mecânica e permeabilidade. 
Você já se perguntou por que?
O concreto é frágil na tração e relativamente dúctil na 
compressão?
Os componentes do concreto, quando ensaiados 
separadamente sob compressão uniaxial permanecem 
elásticos até a ruptura, enquanto o concreto apresenta um 
comportamento inelástico?
Á resistência à compressão de um concreto é de uma ordem 
de grandeza maior do que a sua resistência a tração?
 
Você já se perguntou por que?
Para um determinado consumo de cimento, relação água/cimento 
e idade de hidratação, a argamassa de cimento será sempre mais 
resistente do que seu concreto correspondente? E a resistência do 
concreto cairá com o aumento da dimensão do agregado graúdo?
A permeabilidade do concreto, mesmo contendo um agregado 
miúdo denso, será maior em um ordem de grandeza do que pasta 
de cimento correspondente? 
Na exposição ao fogo, o módulo de elasticidade de um concreto 
cai mais rapidamente do que a sua resistência à compressão.
ZONAS DE TRANSIÇÃO NO CONCRETO
Microestrutura na zona de transição
para um melhor estudo podemos seguir a seguinte 
sequencia:
Inicialmente, no concreto fresco recém-compactado , 
filmes de água se formam em torno das grandes 
partículas de agregado. Isso contribuirá para uma melhor 
relação água/cimento na região próxima ao maior 
agregado do que longedeles.
Microestrutura: na zona de transição
Na sequencia, como na matriz da pasta, ions de cálcio, 
sulfato, hidroxila e aluminatos, combinam-se para formar 
etringita e hidróxido de cálcio. Devido a relação 
água/cimento, esses produtos cristalinos, na proximidade do 
agregado graúdo, apresentam cristais relativamente maiores 
e formam, por tanto, uma estrutura mais porosa do que a 
matriz de pasta de cimento ou da argamassa. Os cristais de 
hidróxido de cálcio tendem a formar placas orientadas, 
como eixo c, perpendicular a superfície do agregado.
Microestrutura: na zona de transição
Finalmente, com o desenvolvimento da 
hidratação, C-S-H pouco cristalino e uma 
segunda geração de cristais menores de 
etringita e hidróxido de cálcio começam a 
preencher o espaço vazio que existe entre a 
estrutura criada pelos grandes cristais de 
etringita e de hidróxido de cálcio. 
RESISTÊNCIA
 No caso da pasta de cimento hidratada, as forças de atração de van der Waals são 
as responsáveis pela aderência entre os produtos de hidratação e as partículas de 
agregado.
 Portanto, a resistência na zona de transição na interface em qualquer região 
depende do volume e tamanho dos vazios existentes. 
 Mesmo para baixas relações de a/c, nas primeiras idades, o volume e tamanho dos 
vazios na zona de transição serão maiores do que na matriz de argamassa; 
consequentemente, a zona de transição possui menor resistência. 
 No entanto, com o aumento da idade a resistência da interface na zona de 
transição pode ser tornar igual o maior a da argamassa.
 o resultados de cristais novos a maiores idades, pode diminuir a presença de cristais 
de hidróxido de cálcio na zona de interface.
RESISTÊNCIA
Outro fator importante é a presença de fissuras, que 
dependem de muitos parâmetros, incluindo o tamanho 
do agregado e sua distribuição granulométrica, 
consumo de cimento, relação água/cimento, grau de 
adensamento do concreto no estado fresco, condições 
de cura, umidade ambiente e histórico térmico do 
concreto.
Cargas de impacto de curta duração, retração por 
secagem e cargas em altos níveis de tensão propiciaram 
aumento em numero e tamanho das microfissuras 
INFLUÊNCIA DA ZONA DE TRANSIÇAÕ 
NAS PROPRIEDADES DO CONCRETO
 A zona de transição, geralmente, é a fase limitante da 
resistência do concreto.
 É devido a zona de transição que a ruptura do 
concreto acontece a níveis de tensão menor ao de 
seus componentes individualmente.
 É por isso que o concreto apresenta um 
comportamento inelástico na ruptura e a argamassa e 
pasta não.
INFLUÊNCIA DA ZONA DE TRANSIÇAÕ 
NAS PROPRIEDADES DO CONCRETO
 É necessária maior energia para que as fissuras se propagem 
no eixo axial de compressão em comparação aos esforços por 
tração.
 A microestrutura da zona de transição na interface, 
especialmente o volume de vazios e microfissuras presentes, 
exerce grande influencia na rigidez ou no modulo de 
elasticidade do concreto.
 A rigidez do compósito é reduzida em função aos vazios e 
microfissuras na região de transição de interface, permitindo 
dessa forma a transferência de tensão.
INFLUÊNCIA DA ZONA DE TRANSIÇAÕ 
NAS PROPRIEDADES DO CONCRETO
 Assim, devido a micro fissuração por exposição ao fogo, o modulo de 
elasticidade do concreto cai mais rapidamente do que a resistência a 
compressão.
 A zona de transição também influencia a durabilidade do concreto, isso 
devido principalmente, aos processos de corrosão nos elementos de 
concreto pretendido o armado, devido a falta de permeabilidade.
 Em geral, mantendo-se os demais fatores constantes, quanto maior o 
tamanho de agregado , mais alta será a relação água/cimento localizada 
na zona de transição de interface, e consequentemente menor será a 
resistência e mais permeável será o concreto. 
	Slide 1
	Definição
	Importância
	Complexidade
	Microestrutura da fase agregado
	Microestrutura da fase agregado
	Microestrutura da fase agregado
	Microestrutura da pasta de cimento hidratada
	Microestrutura da pasta de cimento hidratada
	SOLIDOS NA PASTA DE CIMENTO HIDRATADA
	Silicato de cálcio hidratado (C-S-H)
	Silicato de cálcio hidratado (C-S-H)
	Hidróxido de cálcio
	Sulfoaluminatos de cálcio
	Grãos de clínquer não hidratados
	VAZIOS NA PASTA DE CIMENTO HIDRATADA
	Espaço interlamelar no C-S-H:
	Vazios capilares
	Vazios capilares
	Ar incorporado
	Slide 21
	Volume de penetração (cm3/g) vs diâmetro do poro, A°
	Volume de penetração (cm3/g) vs diâmetro do poro, A°
	AGUA NA PASTA DE CIMENTO HIDRATADA
	AGUA NA PASTA DE CIMENTO HIDRATADA
	AGUA NA PASTA DE CIMENTO HIDRATADA
	Slide 27
	Slide 28
	Microestrutura vs resistência
	Slide 30
	Slide 31
	ESTABILIDADE DIMENSIONAL (Resistência vs porosidade)
	ESTABILIDADE DIMENSIONAL (Resistência vs porosidade)
	Slide 34
	DURABILIDADE DA PASTA DE CIMENTO HIDRATADA
	DURABILIDADE DA PASTA DE CIMENTO HIDRATADA
	Você já se perguntou por que?
	Você já se perguntou por que?
	ZONAS DE TRANSIÇÃO NO CONCRETO
	Microestrutura: na zona de transição
	Microestrutura: na zona de transição
	RESISTÊNCIA
	RESISTÊNCIA
	INFLUÊNCIA DA ZONA DE TRANSIÇAÕ NAS PROPRIEDADES DO CONCRETO
	INFLUÊNCIA DA ZONA DE TRANSIÇAÕ NAS PROPRIEDADES DO CONCRETO
	INFLUÊNCIA DA ZONA DE TRANSIÇAÕ NAS PROPRIEDADES DO CONCRETO