Aditivos para materiais cimentícios

PCC 3222

Forças coesivas: aglomeração

Presença de finos e/ou ultrafinos resulta em forças superficiais de

atração eletrostáticas e secundárias (van der Waals)que conferem coesão e pontes de adesão com

superfícies

aglomerados de partículas

(YANG; JENNINGS, 1995)

Forças coesivas

repulsão

Camada de SternCamada Difusa

solução

Energia potencial

distância

Força resultante

Força de atração

Força de repulsão

Ep = Ep atrativa + Rp repulsiva

Forças coesivas

repulsão

Camada de SternCamada Difusa

solução

Energia potencial

distância

Força resultante

Força de atração

Força de repulsão

Reação do ligante (cimento) acentua as forças atrativas

(aumento área específica e da força iônica)

http://www.cementlab.com/cement-art.htm

Reação do ligante (cimento) acentua as forças atrativas

(aumento área específica e da força iônica)

Dispersante

Disperso Aglomerado

Dispersantes e fluidez

Disperso Aglomerado

São obtidos a partir do processo de extração de celulose das madeiras e são conhecidos como lignosulfonatos porque contém uma mistura complexa de produtos provenientes da lignina (20% a 30%), decomposição da celulose, carboidratos e ácidos sulfurosos livres ou sulfatos. São redutores normais de água. Pimeira Geração – Lignosulfonato

São produtos obtidos a partir de técnicas de polimerização a partir da mistura de moléculas de melamina com moléculas de formaldeído, seguida da sulfonatação a partir da adição de bissulfito de sódio no produto intermediário formado. As melaminas permitem a redução de aproximadamente 25% da água de amassamento dos concretos.

Segunda Geração – Melamina

Atualmente são os aditivos mais eficientes para redução da quantidade de água de amassamento dos concretos (cerca de 40%), mantendo a mesma trabalhabilidade. São aditivos que apresentam grandes variações da massa molecular e sua eficiência depende do comprimento das cadeias principais e das ramificações. Sua atuação é sensível ao tipo de cimento e ao tempo de utilização. Terceira Geração – Policarboxilato

HO

CH2

O

OH

HC C

H

SO3H

CH2OH

O

*

HN

N N

N

HN

SO3Na

HN O *

n

* CH2

C

C

O

C

O

C

C

O

O

H3C n CH2CH2(EO)12CH2CH2O

Dispersante

HO

CH2

O

OH

HC C

H

SO3H

CH2OH

O*

HN

N N

N

HN

SO3Na

HN O *

n

* CH2

C

C

O

C

O

C

C

O

O

H3C n CH2CH2(EO)12CH2CH2O

Dispersante repulsão eletrostática

Menos eficiente para cimento

9

Ex. lignosulfonado

Dispersante eletro-estérica

Ex. policarboxilato

Repulsão eletrostática

+

Efeito estérico

Mais eficiente em cimento

Comparação de Diferentes tipos de Dispersantes

Reduzir agua sem perder fluidez

Aumentar a fluidez sem uso de água

• Como o dispersante afeta distância de separação das partículas?

• E o comportamento reológico?

12

Distância de separação

entre partículas

−−=

ofs PVVSAIPS

1

112

Aplicável para a matriz (cimento, filer, água)

−−=

gofgsgPVVSA

MPT1

112

Aplicável para os agregados (areia e brita)

VSA – área superficial volumétrica (m2/cm³) = área superficial (m2/g) x densidade (g/cm³)Vs – fração volumétrica dos sólidosPof – fração de poros no sistema, quando as partículas se encontram acomodadas na condição de máximo empacotamento

Efeito no comportamento reológico

14Quanto adicionar?

Teor ótimo (saturação) de aditivo

• Ensaio de mini-slump

– Realizado em pasta

– Mede o espalhamento

15

0

50

100

150

200

250

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Esp

alh

am

ento

méd

io d

a p

ast

a(m

m)

Teor de aditivo (%, em relação a massa de cimento)

Teor ótimo (saturação) de aditivo

• Funil de Marsh

– Tempo de escoamento da pasta

16

Teor ótimo (saturação) de aditivo

17

A partir do ponto ótimo, não há efeito benéfico.

Só custos e efeitos colaterais.....

Por ensaio reológico (mais preciso)

Excesso de dispersante• Pode ocasionar exsudação

– A água separa dos finos, agregados.

• Outros efeitos colaterais

– Alterar o tempo de endurecimento

– Incorporar mais ar na mistura

– ....

18http://dx.doi.org/10.1590/s1983-41952016000600008

Aditivos são produtos químicos adicionados

ao cimento, à argamassa ou ao concreto,

para modificar uma ou mais propriedades

das misturas cimentícias

As doses de aditivos químicos normalmente variam entre 0,05% e

5% da massa de materiais cimentícios.

Quais outros

aditivos existem

para materiais

cimentícios?

Tipos de Aditivos

• Dispersantes ou redutores de água

• Modificadores de pega

• Incorporadores de Ar

• Modificadores Reológicos ou Espessantes

• Controladores de retração

• Etc.

Cinética hidratação cimento Portland

10 minutos

gelAft

grão

anidro

C3A

C3S

C4AF

“outer”

C-S-H

10 horas

Aft

18 horas

Afm

1-3 dias

“inner”

C-S-H

-14 dias

Scrivener (1989)

Modificadores de Pega

acelerador

retardador

Como se avalia a pega da

pasta de cimento?

Agulha de Le Chatelier. Ensaio impreciso e limitado

para avaliar reação química.

Como avaliar a reação

da pasta de cimento?

Calorímetro de condução isotérmica

Notas de aula PCC 6000. Dr. César Romano

Curva de liberação de calor

cimento

Tempo

Flu

xo

de

calo

rI II III IV Estágio I = em minutos

Estágio II = de minutos à horas (INDUÇÃO

Estágio III = em horas (ACELERAÇÃO)

Estágio IV = em dias

CH

CSH

AFt

AFm

CH→ hidróxido de cálcio = portlandita

CSH→ silicato de cálcio hidratado

AFt → trissulfoaluminato de calcio hidratado =

etringita

AFm → monossulfoaluminato de cálcio hidratado

t2 t3t0

t0 = início da reação de hidratação

t2 = início do período de indução = fim do período de dissolução/precipitação iniciais

t3 = final do período de indução = início da aceleração das reações

t3 - t2 = período de indução

I II III

c1

c1 = máximo calor liberado na etapa de molhagem

t1

t1 = tempo do pico de molhagem, início da dissolução/precipitação

t4

t3 = final do período de aceleração das reações

Cinética hidratação cimento Portland

Modificadores de Pega

0.000

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Flu

xo

de

calo

r (W

/g)

Tempo (h)

Variação do teor de policarboxilato0.00

0.15%

0.35%

0.45%

0.65%

1.00%

Teor de policarboxilato

Tempo de início da indução

Final do período de indução

Tempo no período de indução

Calor total acumulado após

48 horas (%-p) (h:min) (h:min) (h:min) (J/g)

0,00

1:00

2:10 1:10 281 0,15 4:00 3:00 278 0,35 7:05 6:05 272 0,45 8:40 7:40 268 0,65 11:00 10:00 259 1,00 12:30 11:30 246

retardador

Modificadores de Pega

• Aceleradores• Cloreto de Cálcio

(CaCl2.2H2O)• Formiato de cálcio• Trietalonamina• Silicato de sódio• Aluminato de

potássio• Carbonato de Sódio• CSH (seeds)• .....

• Retardadores• Fosfatos

• Açúcares

• Celulósicos

28

Aplicações

• Aceleradores

– Concreto projetado

– Concretagens em clima muito frio

– Necessidade de desmoldagem rápida (pré-fabricação)

• Retardadores

– Concretagens em clima quente

– Grande distância ou tempo entre mistura e aplicação

– .....

29

Mecanismo Químico de Incorporação

Pó de alumínio

http://www.alvarogoulartatelier.kit.net/concreto/concreto.html#

Peça em concreto aerado autoclavado.

Bloco de concreto composto de água,

areia, cimento e pó de alumínio

http://www.cement.org/basics/concreteproducts_acc.asp

22 H2

11AlOOHOH2Al +→+

Incorporadores de Ar

Incorporadores de ArTensoativos

Gerador de espuma

Incorporadores de ArTensoativos

CH3H3C

CH3

H3C

CH3O

O OH

n

Não-iônico - Alquil Fenol Etoxilado

H3C O

SO3-

Aniônico - Lauril sulfato

H3C

N+

Catiônico - Sal de Diamina

NH3+

H

H

N+

CH2COO-

CH3

Anfótero - AmidobetaínaH3C

C

H2N O

ar

ar

arar

ar

ar

cimento

águaAIA

ar

ar

arar

ar

ar

cimento

águaAIA

Incorporadores de ArTensoativos

Bolhas de ar devem ancorar nos grãos

de cimento e estabilizar o conjunto

Ar incorporado sob agitação mecânica

Incorporadores de ArTensoativos

Ar incorporado sob agitação mecânica

sem ar incorporado com ar incorporado

35

Éteres de celulose

plasticidade, coesão,

capacidade lubrificante, retenção de água,

segregação.

a viscosidade da água (formando um gel)

Espessantes

Polímero semissintético solúvel em água

Éteres de celulose

Espessantes

http://www.nneximhouse.com/images/products/cgel.jpg

Gel aquoso

http://momentivefracline.com/assets/images/Fall%202012/Crosslinked%20Gel.jpg

Espessantes

1 (estável) 2 (estável) 3 (instável) 4 (instável)

Imagem

Classificação

Minimizam risco de segregação

Controladores de retraçãoCompensam a retração inevitável do concreto

• Produzindo etringita (sulfato)

• Incorporando ar (agente espumante)

• Gerando gases (pó de alumínio)

• Modificando tensão superficial da água

• Óxido de cálcio transformaem hidróxido de cálcio – CaO - Ca(OH)2

EXPA

NSÃ

OR

ETR

AÇ

ÃO

Aditivos

• Como se comportam as misturas de aditivos?

– Efeitos combinados, imprevisibilidade...

• Eficiência é igual para todos os tipos de cimento?

– Não, adições (teor de fases aluminatos) interferem

– Pode não ter o desempenho esperado....

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