Materiais de Construção

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- Cimento Portland

Descoberto no ano de 1756 por John Smeaton foi fruto de uma investigação para encontrar um material mais resistente à ação agressiva da água do mar, mas somente em 1824 sua patente foi outorgada por Joseph Aspdin, e assim a utilização das argamassas e dos concretos sofreu um grande impulso, marcando o inicio de uma nova era.

Composto principalmente pelo clínquer que é o resultado da calcinação a 1450 ºC de uma mistura de calcário e argila e ocasionais corretivos químicos de natureza silicosa, aluminosa ou ferrífera, sendo que essa mistura deve ser preparada de forma homogênea antes deste tratamento térmico, afim de que os compostos desejados no clínquer sejam facilmente formados.

Dentre os compostos principais do clínquer, pode-se listar a cal livre (CaO), a sílica (SiO2), a alumina (Al2O3), a hematita (Fe2O3) e, em proporções menores, a magnésia (MgO), o anidrido sulfúrico (SO3), o óxido de sódio (Na2O), o óxido de potássio (K2O) e o óxido de titânio (TiO2).

Após estes minerais serem triturados finamente e misturados de forma homogênea, são levados até a temperatura de fusão inicial onde acontecem combinações químicas que geram compostos importantes sendo eles:

- silicato tricálcico (3CaO · SiO2 = C3S), responsável pelo endurecimento nas idades iniciais;

- silicato bicálcico (2CaO · SiO2 = C2S), responsável pelo endurecimento em idades mais avançadas;

- aluminato tricálcico (C3A), principal responsável pelo calor de hidratação principalmente no inicio da cura;

- ferro-aluminato tetracálcico (4CaO · Al2O3 · Fe2O3 = C4AF).

- Concreto, conceituação e características.

O concreto também conhecido como betão, pode ser conceituado como uma mistura homogênea de cimento com agregados miúdos e graúdos com ou sem a adição de aditivos químicos que desenvolve suas propriedades pelo endurecimento da pasta de cimento.

A hidratação do cimento portland é uma fase muito importante para um bom desempenho de um concreto, é durante este processo que ocorre a estabilização dos minerais do clínquer pela ação da água. É durante a hidratação que deve ocorrer a cura do concreto, quando bem realizada gera as características apetecíveis como maior durabilidade, maior impermeabilidade, maior resistência a agentes agressivos, sendo que o período de cura recomendado deve ser de no mínimo 7 dias.

Outro componente importante para o cimento é a gipsita (gesso), pois a reação do aluminato tricálcico (C3A) com a água é imediata, com grande liberação de calor de hidratação, se não fosse à inserção da gipsita a reação seria muito rápida e assim o cimento não teria utilidade para a construção.

Durante a hidratação do cimento surgem poros na estrutura com tamanhos e origens diferenciados, sendo classificados como:

- Macroporos: na faixa de acima de 10 ‾ ⁷m, ocorrem quando à problemas de adensamento ou uso de incorporadores de ar;

- Poros capilares: na faixa entre 10 ‾ ⁸m à 10 ‾ ⁷m, principais responsáveis pela permeabilidade da pasta endurecida e pela vulnerabilidade à percolação de águas agressivas e carbonatação;

- Poros de gel: com dimensões inferiores a 10 ‾ ⁸m dependem do grau de cristalização dos produtos de hidratação, especialmente o C-S-H.

A porosidade do concreto é algo que ocorre com grande frequência, sendo até certo ponto inevitável, trazendo consigo vários problemas para as estruturas de concreto armado, sendo que o grau de porosidade e permeabilidade é relacionado essencialmente ao uso excessivo de água durante a fase de hidratação.

Está porosidade e permeabilidade está diretamente ligada à resistência do concreto, geralmente se verifica que quanto maior a porosidade, maior é sua permeabilidade e a sua resistência a compressão reduz consideravelmente.

- Nanotubos de carbono e sua aplicação no concreto

Grande parte da porosidade do concreto, onde se enquadram os macroporos e os poros capilares, podem ser evitadas principalmente se utilizando de boas técnicas construtivas, onde deve se dar devida atenção as misturas do concreto, tanto na dosagem do cimento e seus agregados mas principalmente na dosagem da água, utilizada para a hidratação do betão.

Já os poros de gel, como o nome já diz são poros formados no gel, que é uma massa gelatinosa, finamente cristalina formada através da hidratação do cimento portland com água, que após um processo continuo de cristalização, endurece, oferecendo elevada resistência mecânica.

Estes poros são espaços intersticiais interconectados, situados entre as partículas de gel que tem a forma de agulhas, placas e laminas, sendo muito menores que os poros capilares, com diâmetro nominal menor do que 2 a 3 nm (nanômetro), sendo apenas uma ordem de grandeza maior que a dimensão das moléculas da água. Por isso a pressão do vapor e a mobilidade da água são diferentes das propriedades correspondentes da água livre.

Ocupando cerca de 28% do volume total do gel considerado como sólido, sendo o valor real uma característica de determinado cimento, mas é muito dependente da relação água/cimento da mistura e da evolução da hidratação.

Uma alternativa inovadora para resolver o problema dos poros de gel é a inclusão dos nanotubos de carbono ao cimento portland, além de reduzir a porosidade atua também no refinamento dos poros, o que aumenta a capacidade dos compósitos.

A aplicação de nanotubos ao concreto, conforme varias experiências pode trazer um aumento considerável à resistência à compressão e à flexão do mesmo, sendo que a resistência a compressão ficou em torno de 19% e a resistência a flexão em torno de 25%.

Além da redução da porosidade, outros dois fatores relacionados a aplicação de nanotubos de carbono colaboraram para tal desempenho, sendo eles:

- Ocorrência da interação interfacial entre os nanotubos tratados e o cimento:

Devido à presença de grupos de ácidos carboxílicos nas superfícies dos nanotubos, reações químicas podem acontecer entre ácido carboxílico e o silicato de cálcio hidratado (C – S – H) ou Ca(OH)2.

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