POLÍMEROS SUPERABSORVENTES PARA CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO E SUA INFLUÊNCIA NA DURABILIDADE – ESTADO DA ARTE

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2.2 A retração autógena

A ocorrência de fissuras nas primeiras idades está relacionada com variações volumétricas oriundas do gradiente térmico das reações de hidratação, da retração autógena e da retração por secagem, e constituem um sério problema para estruturas de concreto [7]. A retração autógena pode ser definida como a redução macroscópica dos materiais cimentícios após o início da pega, em condições de isolamento específicas, sem que ocorra mudança de volume devido à perda ou ao ingresso de substâncias, variação da temperatura ou aplicações de forças externas [8].

A partir de certo grau de hidratação (patamar de percolação) o concreto torna-se rígido, restringindo as variações volumétricas e tornando-as incompatíveis com as deformações admissíveis no esqueleto mineral recém-formado. O volume de ar presente no interior dos poros aumenta devido ao fato do volume dos materiais reagentes ser maior que o volume dos produtos de hidratação, e também pelo consumo da água para a formação dos hidratos. Isto induz o aparecimento de tensão capilar no interior destes poros, parcialmente saturados, causando o estreitamento do mesmo, de forma a aproximar as partículas de cimento. Este fenômeno é chamado de retração autógena e é provocado pela autodessecação e retração química.

Holt e Leivo [9] observaram que os processos de autodessecação e retração química atuam de forma diferente: autodessecação causa (longo prazo) retração autógena devido a reduções na umidade relativa interna durante a hidratação, já a retração química é devido aos produtos de hidratação tem volume menor do que os produtos iniciais. Rojas [10] coloca que a autodessecação refere-se ao mecanismo da variação da depressão capilar promovido entre as superfícies de água e ar no interior dos poros, onde se estabelece um gradiente de pressão, formando um menisco. Uma vez formado o menisco, uma pressão negativa é induzida sobre as paredes dos capilares tendendo a aproximá-las.

Segundo Silva [11], nos concretos de baixa relação água/cimento o fenômeno é mais pronunciado, pois a quantidade de água é insuficiente para completar os processos de hidratação. Isto gera uma queda considerável na umidade dos poros da pasta de cimento, o que diminui o raio dos meniscos provocados pela interação sólido/água/ar nos poros. Quanto menor o raio, maior serão as forças de tração exercidas na água e, consequentemente, têm-se o aumento das forças de compressão no esqueleto sólido recém-formado, para compensar as forças de tração na fase fluida, o que resulta na redução de volume de todo sistema. Rojas [10] completa que, como as estruturas têm uma ou mais formas de restrição, o risco de fissuração no CAD é maior, sobretudo nas idades iniciais, podendo comprometer sua resistência, durabilidade e estética.

Os métodos convencionais podem não contribuir substancialmente para mitigação da retração autógena do concreto com uma baixa relação água/cimento, mesmo se aplicada cura úmida intensiva. Em contraste com a retração por secagem, que ocorre devido à perda de água na superfície dos elementos, a retração autógena ocorre sobre o todo o volume de concreto, não bastando um tratamento superficial. Além disso, a microestrutura do concreto de alta resistência é muito densa mesmo em idades precoces, o que dificulta o transporte eficiente e rápido da água de cura para o seu interior. Assim, tem sido proposta a utilização de materiais com alta capacidade de armazenamento de água como agentes de cura interna, de forma a fornecer a água necessária para a matriz circundante, evitando a autodessecação [12].

Segundo Soliman e Nehdi [13] o agregado leve saturado e o Polímero Superabsorvente (PSA) são agentes de mitigação da retração autógena similares, porém o PSA têm se mostrado um dos mais eficientes na redução ou até eliminação da retração autógena, o que em muito contribui para a durabilidade do concreto.

2.3 O polímero superabsorvente

Os Polímeros Superabsorventes (PSA) são classificados como hidrogéis com capacidade de absorver grandes quantidades de água sem se dissolver, com ampla utilização em materiais à base de cimento [14].

Estes polímeros podem absorver líquidos, geralmente em quantidade maior que seu próprio peso, através da formação de um gel onde o liquido absorvido não é liberado mesmo sob pressão, mas sim conforme a umidade relativa do ambiente onde ele se encontra. A absorção de um PSA pode chegar a 5000 vezes o seu próprio peso. No entanto, em soluções salinas diluídas, a capacidade de absorção destes produzidos comercialmente é cerca de 50 g/g. A água migra para o interior do PSA por pressão osmótica, pois a concentração de íons dentro dele é maior do que fora, e à medida que, externamente, o número de íons aumenta há uma redução da pressão interna e, consequente, redução do inchaço do gel [15].

A figura 1 mostra a cinética de hidratação do PSA em função do tempo. Ao absorver a água de mistura, o polímero aumenta seu volume e forma vazios esféricos cheios de água, ligados por forças de van-der-Waals. Posteriormente, a água é liberada para a matriz de concreto e as cavidades permanecem como vazios. A distribuição do tamanho das partículas e a absorção de água dos polímeros determinam a porosidade, a conectividade e a durabilidade de concretos com PSA [16].

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Figura 1: Representação esquemática da evolução do PSA em meio cimentício em função do tempo; na esquerda, a condição inicial de dispersão homogênea de partículas de PSA, cimento, agregado e água; no centro, a partícula de PSA alcança sua absorção máxima; à direita, a água é cedida para a matriz de cimento e o PSA reduz de tamanho, tornando o poro vazio [adaptado, 17].

Para Wyrzykowski e Lura [18], o PSA tem sido aplicado na tecnologia do concreto, por exemplo, para melhorar a resistência ao gelo-degelo, modificação de reologia, controle de fissuras, na cura interna do concreto e para reduzir o coeficiente de expansão térmica. Segundo Rojas [10], entre as várias aplicações do PSA como fabricação de produtos de higiene, tratamento de solo, fabricação de produtos ornamentais, e embalagem de alimentos, este também tem sua utilização na engenharia civil. Seu uso se dá em materiais cimentícios, agindo na cura interna do concreto, evitando a retração autógena e promovendo a redistribuição da água capilar através de inclusões artificiais de macroporos cheios de água a fim