·
Engenharia Civil ·
Materiais de Construção Civil 1
· 2023/2
Envie sua pergunta para a IA e receba a resposta na hora
Recomendado para você
3
Lista P2-2032-2
Materiais de Construção Civil 1
UFPR
143
Estrutura Atômica da Matéria Ligações Químicas e Propriedades Físico-químicas da Água-2023-2
Materiais de Construção Civil 1
UFPR
75
Aglomerantes-2023-2
Materiais de Construção Civil 1
UFPR
11
2546 Materiais de Construção I - 2ª Avaliação Bimestral 2020
Materiais de Construção Civil 1
UEM
45
Composição e Funções das Tintas: Vernizes, Lacas e Esmaltes
Materiais de Construção Civil 1
UNOESC
38
Propriedades do Concreto no Estado Endurecido
Materiais de Construção Civil 1
UNOESC
16
Fundações Rasas: Características e Tipos de Sapatas
Materiais de Construção Civil 1
UNICSUL
1
Características e Estimativa de Resíduos na Construção e Demolição
Materiais de Construção Civil 1
UNINOVE
13
Comportamento dos Materiais: Propriedades e Testes
Materiais de Construção Civil 1
UNIFACEAR
122
Materiais de Construção para Concreto e Argamassa
Materiais de Construção Civil 1
UNINASSAU
Texto de pré-visualização
1 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Materiais de Construção ( TC- 030) Ministério da Educação Universidade Federal do Paraná Setor de Tecnologia Departamento de Construção Civil Prof. José de Almendra Freitas Jr. freitasjose@terra.com.br A ESTRUTURA DO CONCRETO Versão 2022 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Estrutura Heterogênea Complexa Composição depende de inúmeros fatores Concreto Agregados Pasta Macro Estrutura Micro Estrutura Agregados Pasta Vazios + Água Zona de Transição A ESTRUTURA DO CONCRETO 1 2 2 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna A ESTRUTURA DO CONCRETO Concreto - estrutura heterogênea e complexa Macroestrutura: • Agregados • Pasta de cimento • Interface agregados/pasta = zona de transição Estrutura macroscópica do concreto - são bem visíveis os agregados e a pasta. ZT = +-1/ 20 mm José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Microestrutura Estudo através de microscopia ótica e eletrônica (Leica) Microscópio Eletrônico de Varredura MEV A ESTRUTURA DO CONCRETO - Microestrutura A ESTRUTURA DO CONCRETO - Microestrutura 3 4 3 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Microscópio Eletrônico de Varredura MEV EDS - Espetroscopia por Energia Dispersiva por feixes de raios X, permite identificar qualitativa e quantitativamente a composição de uma região da amostra A ESTRUTURA DO CONCRETO Aumentos de até 900.000 x Imagens tridimensionais José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Microscópio Eletrônico de Varredura MEV 5 6 4 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Importância do Estudo: • O estudo da Microestrutura permite entender o comportamento do concreto; • Ferramenta para análise de patologias do concreto e análise de durabilidade; • Desenvolvimento de novos aditivos e suas conseqüências; • Ensaio não-destrutivo e eficiente. A ESTRUTURA DO CONCRETO José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna FASE “AGREGADO” • Características físicas: Agregados representam 80 a 90 % do volume do concreto Determinam: ➢ Massa Específica (ME) do concreto; ➢ E - Módulo de elasticidade; ➢ Condutibilidade térmica. Agregados miúdos e graúdos 7 8 5 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna FASE “AGREGADO” • Efeitos da geometria dos grãos: ➢Porosidade: Grão do agregado absorve água, pode faltar água na região de aderência do agregado com a pasta; ➢ Agregados leves - argila expandida, ... Agregados naturais como a areia e os seixos tem superfície polida com pouca porosidade. José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna FASE “AGREGADO” • Efeitos da geometria dos grãos: ➢Rugosidade: Aumenta superfície específica (SE) e aderência c/ pasta, altera a trabalhabilidade do concreto Britas tem superfície mais rugosa Superfícies de agregados naturais como a areia e os seixos são menos rugosas. 9 10 6 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna FASE “AGREGADO” • Efeitos da geometria dos grãos: ➢Forma dos grãos: Grãos lamelares ou em formato de agulha prejudicam a trabalhabilidade do concreto. Alongados ou lamelares Formato de agulha José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Grãos lamelares Maior quantidade de vazios Maior consumo de pasta de cimento Aumenta retração Aumenta calor .... Agregados mais rugosos tem maior SE Maior aderência c/ pasta Dificulta trabalhabilidade Maior consumo de cimento p/ manter a/c Exige mais água Concreto com maior custo FASE “AGREGADO” 11 12 7 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna FASE “PASTA MATRIZ” Estagio I: Em contato com a água ocorre uma rápida dissolução dos grãos do cimento. Sobem as concentrações de álcalis solúveis, Ca2+, SO4 2- e íons OH em solução, resultando em um pH de 12 a 13. Estagio II: Os íons Ca2+, SO4 2- e íons OH reagem com os silicatos e aluminatos para formar gel de C-S-H e etringita, formando uma barreira em torno dos grãos de cimento não hidratados, retardando novas hidratações, permitindo um período de trabalhabilidade durante o qual o concreto deve ser lançado e assentado. Estágios da hidratação do cimento: ( K. Luke) José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna FASE “PASTA MATRIZ” Estagio III: Durante o Estágio II a concentração de íons Ca2+ continua a aumentar, reiniciando lentamente a hidratação dos grãos de cimento atrás da barreira. Com a supersaturação de Ca2+, seguida da precipitação de Ca(OH)2 ocorre uma rápida hidratação dos grãos de cimento gerando gel de C-S-H e etringita. A formação de gel de C-S-H e o intertravamento das partículas promovem a pega e o endurecimento. ( K. Luke) Estágios da hidratação do cimento: 13 14 8 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna •Estruturas Fibrilares: C-S-H •Estruturas Prismáticas: C-H •Etringita: C6AS3H32 FASE “PASTA MATRIZ” Diversos cristais são observados na pasta de cimento Portland hidratada: (Jim Margeson, NRC-IRC) •Monossulfato: C4ASH18 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna FASE “PASTA MATRIZ” a = agregado, c = cimento residual, ch = hidróxido de cálcio, ip = C-S-H dentro do gel , e op = C-S-H, externo ao gel 15 16 9 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Estruturas Fibrilares: C-S-H Cristais de C3S e C2S hidratados 50 % a 60% do volume da pasta São as estruturas C-S-H - C=CaO, S=SiO2, H=HO Estruturas unidas através de ligações de van der Waals Excelente resistência mecânica e química 2C3S + 6H C3S2H3 + 3CH + 120 cal/g 2C2S + 4H C3S2H3 + CH + 62 cal/g FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Estruturas Fibrilares: C-S-H FASE “PASTA MATRIZ” Estruturas C-S-H (C3S e C2S hidratados) Agregado 17 18 10 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Estruturas Fibrilares: C-S-H Cristais de C-S-H crescendo depois de duas semanas de hidratação (A/C=0.8). A morfologia dos cristais depende das condições de cura. www.cementlab.com FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Estruturas Prismáticas: C-H • Cristais de grande tamanho • Cristais com formas hexagonais; • Formados p/ hidróxido de cálcio - Ca(OH)2; • 20 a 25% do volume de sólidos; • Formam estruturas C-H; • Responsáveis pH elevado da pasta (pH 13); • Ca(OH)2 é muito solúvel em água; • Ca(OH)2 é quimicamente muito reativo; • Cristais porosos com baixa resistência mecânica. FASE “PASTA MATRIZ” (Portlandita) 19 20 11 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Estruturas Prismáticas: C-H Cristais hexagonais de hidróxido de cálcio - Ca(OH)2 Etringita FASE “PASTA MATRIZ” (Portlandita) José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Estruturas Prismáticas: C-H Cristais hexagonais de hidróxido de cálcio - Ca(OH)2 Pequenos cristais de formato hexagonal (100 nm) de Ca(OH)2 na superfície de C3S depois de 2,5 horas de hidratação (a/c=0,8). FASE “PASTA MATRIZ” (Portlandita) 21 22 12 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Estruturas Prismáticas: C-H 1: C-S-H 2: Ca(OH)2 ou (C-H) 3: Vazio Capilar (Moranville, 1992) C-S-H C-H Vazio FASE “PASTA MATRIZ” (Portlandita) José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Estruturas Prismáticas: C-H Micrografias (MEV) (Silva , F.J. da, IME) C-H Etringita C-H C-S-H FASE “PASTA MATRIZ” (Portlandita) 23 24 13 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna C3A +3CSHx + 32H C3A . 3CSH32 Etringita primária C3A + CSHx + 12H C3A . CS.H18 Monossulfato Cristais grandes e volumosos Formados por CA + gesso hidratados • Cristais muito porosos com baixa resistência mecânica; • São os primeiros cristais da pasta a se formar; • Podem causar falsa pega; • Representam 15 a 20 % do volume de sólidos. Com a redução na concentração de sulfato, a etringita se decompõe, formando monossulfato: Etringita: Produto da hidratação dos Aluminatos FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Etringita: Etringita Monossulfato hidratado (Mehta e Monteiro, 1984) C3A . 3CSH32 C3A . CS.H18 C-S-H FASE “PASTA MATRIZ” 25 26 14 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Etringita: Produto da hidratação dos Aluminatos Hidróxido de cálcio Ca(OH)2 Etringita C3A . 3CSH32 FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Etringita: Reação do C3A em solução de gesso. Concrete.cee.hiroshima-u.ac.ip/research e.html C3A +3CSHx + 32H C3A . 3CSH32 Etringita primária CA + gesso hidratados FASE “PASTA MATRIZ” 27 28 15 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Etringita: • Formam-se nas primeiras horas de hidratação; • Cristais em formato de agulhas; • Agulhas se intertravam e prendem muita água; • Prejudicam a trabalhabilidade – causam falsa pega. C6AS3H32 Etringita, Aft _ FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Etringita: (Griesser, A.;Swiss Federal Institute of Tecnology, 2002) (Stark, J.; Bollmann, K., Bauhaus-University Weimar Germany,) Cristais em formato de agulhas; Prejudicam a trabalhabilidade – causam falsa pega. FASE “PASTA MATRIZ” 29 30 16 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Etringita secundária em vazio de ar Na presença de umidade no concreto já endurecido, a etringita recristaliza em cristais maiores dentro dos vazios. Etringita secundária em microfissuras (Stark, J.; Bollmann, K., Bauhaus-University Weimar Germany,) Etringita secundária: FASE “PASTA MATRIZ” (Maria Virginia Heumann e Fabiana Moares) José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Etringita secundária em vazio de ar Na presença de umidade no concreto já endurecido, a etringita recristaliza em cristais maiores dentro dos vazios. Etringita secundária: Depósitos secundários em um vazio de ar: Pequenas agulhas de etringita secundária. FASE “PASTA MATRIZ” (Stark, J.; Bollmann, K., Bauhaus-University Weimar Germany,) 31 32 17 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Monossulfato: A etringita é instável e se transforma em cristais de monossulfato. (Griesser, A.;Swiss Federal Institute of Tecnology, 2002) •Cristais hexagonais organizados em forma de “rosas” •Vulnerável ao ataque de sulfatos Monossulfato Afm C4AS.H18 _ FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Monossulfato: A etringita é instável e se transforma em cristais de monossulfato. Com a redução na concentração de sulfato, a etringita se decompõe, em monossulfato. Se o sulfato volta a estar disponível, forma-se novamente a etringita. C4AS.H18 _ Monossulfato Afm FASE “PASTA MATRIZ” 33 34 18 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Grãos de clinquer não hidratados: Grãos de clinquer não hidratados FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Grãos de clinquer não hidratados: Resíduos de grãos de clinquer não hidratado dentro de um anel de compostos hidratados. www.cmc-concrete.com FASE “PASTA MATRIZ” 35 36 19 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Volumes Relativos x Grau de hidratação em pasta com a/c=0,5 (Weiss, J.; 2005) FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna (Weiss, J.; 2005) FASE “PASTA MATRIZ” 37 38 20 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Desenvolvimento microestrutural, durante a hidratação, de um grão de cimento. (Scrivener, 1989) FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna FASE “PASTA MATRIZ” - CALOR DE HIDRATAÇÃO (Domone, 1994) Tempo de dormência depende da quantidade de gesso 39 40 21 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna FASE “PASTA MATRIZ” CALOR DE HIDRATAÇÃO (Weiss, J.; 2005) Comportamento dos compostos Contribuição para o cimento Composto Velocidade da reação Calor liberado Resistência Mecânica Liberação de calor C3S Moderada Moderado Alta Alta C2S Lenta Baixo Inicial baixa, final alta Baixa C3A + CSH2 Rápida Muito alto Baixa Muito alta C4AF + CSH2 Moderada Moderado Baixa Moderada José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Vazios na pasta endurecida: São de extrema importância Maior quantidade de vazios e maiores diâmetros médios: ▪ Maior porosidade; ▪ Maior permeabilidade; ▪ Menor resistências mecânica; ▪ Menor resistência química; ▪ Maior retração; ▪ Maior fluência. FASE “PASTA MATRIZ” 41 42 22 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Vazios - Espaço interlamelar das estruturas C-S-H: Poros muito pequenos para afetar a resistência mecânica ou a permeabilidade. Estruturas C-S-H formam lamelas muito próximas 5 a 25Å (1 Å= 10-10m) Quando a água sai destes espaços a retração é significativa. FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Vazios Capilares: Poros onde a água de amassamento fica aprisionada. 20 a 22% peso de CP em água reage quimicamente “água estequeométrica” Toda água além, sobra e fica dentro dos poros capilares Concretos comuns: a/c entre 0,40 a 0,65 para um concreto trabalhável (boa plasticidade). Sobra 50 a 70% da água utilizada FASE “PASTA MATRIZ” 43 44 23 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Vazios Capilares: FASE “PASTA MATRIZ” 100 cm3 de cimento, a/c constante=0,63 grau de hidratação varia como mostrado: (Mehta e Monteiro, 2006) José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Vazios Capilares: FASE “PASTA MATRIZ” (Mehta e Monteiro, 2006) 100 cm3 de cimento, com 100% de hidratação, variando o a/c conforme mostrado: 45 46 24 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Vazios Capilares: (Mehta e Monteiro, 2006) FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Vazios Capilares: (Mehta e Monteiro, 2006) FASE “PASTA MATRIZ” 47 48 25 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Vazios Capilares: (Mehta e Monteiro, 2006) Poros com diâmetros de 0,01 µm a 1,0 µm. (1Å=10-10m; 1µm=10-6m) Os diâmetros são relativos ao afastamento inicial dos grãos de cimento. Quanto maior a relação a/c, maior a quantidade de poros capilares e maiores os seus diâmetros. Poros com Ø inferiores a 500Å não afetam a resistência mecânica mas provocam forte retração com a saída da água. Poros com Ø superiores a 500Å prejudicam a resistência mecânica mas não causam muita retração com a saída da água. FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Vazios Capilares: Micrografias eletrônicas (MEV) mostrando vazios capilares com alguns cristais de etringita secundária crescendo no seu interior. (Mehta e Monteiro, 2006) www.cement.org FASE “PASTA MATRIZ” 49 50 26 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Vazios Capilares: Fotomicrografia de cristais de etringita secundária, (formato de agulhas), crescendo dentro de um vazio de ar. No mesmo vazio estão se formando cristais hexagonais secundários de hidróxido de cálcio. www.cmc-concrete.com FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Vazios Capilares: Fotografia ampliada de uma seção de concreto mostrando os poros provocados pela água que “sobra” da relação a/c. (Hervé Neto, E.; 2008) FASE “PASTA MATRIZ” 51 52 27 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Representa (1 a 2%) do volume total do concreto Ar aprisionado: Pequenas bolhas de ar (+- 5mm) ficam aprisionadas durante a mistura na betoneira. Ar incorporado: Bolhas de 50 a 200m (1m=10-6m), favorecem a trabalhabilidade, aumentam o abatimento sem água (não altera a relação a/c). Incorporadas através de aditivos IAR (incorporadores de ar). Incorporação de ar também é utilizada para melhorar a resistência do concreto ao fenômeno gelo-degelo. Ar incorporado: FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Ar aprisionado: Bolhas de ar (+- 5mm) aprisionadas durante a mistura na betoneira. Ar incorporado: FASE “PASTA MATRIZ” 53 54 28 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Intervalos dimensionais dos sólidos e poros na pasta endurecida (Mehta e Monteiro, 2006) FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Micrografia MEV mostrando uma bolha de ar incorporado de 1 mm. (Mehta e Monteiro, 2006) FASE “PASTA MATRIZ” Ar incorporado: 55 56 29 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Fotomicrografia de um concreto, mostrando pequenas esferas de ar incorporado na pasta, preenchendo os intervalos entre os grãos angulares dos agregados. Os vazios de ar estão coloridos artificialmente. www.cmc-concrete.com FASE “PASTA MATRIZ” Ar incorporado: José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Na pasta recém endurecida existe muita água, tanto livre (líquida) ou quimicamente combinada. Estes tipos de água são mais ou menos fáceis de sair do concreto, a pasta que é inicialmente saturada sofre uma perda contínua da água até o equilíbrio com a umidade do meio ambiente. Sob calor, 100 % da água pode sair. A ÁGUA NA PASTA ENDURECIDA: 57 58 30 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Água capilar – no interior dos poros capilares. •Poros diâmetro superior a 500Å, saída causa pouca retração •Poros diâmetro inferiores a 500Å, saída causa retração Água adsorvida - aderida às superfícies sólidas, sob atração elétrica (pontes de hidrogênio). A sua saída é a principal causa da retração. Água interlamelar - presa entre as lâminas das estruturas C-S-H. Saída causa forte retração, mas sob umidade do ar inferior a 11%. Água quimicamente combinada - moléculas de H2O combinadas aos silicatos e aluminatos do cimento formando cristais sólidos. 500ºC inicia a saída da água nos cristais Ca(OH)2 900ºC sai a água das estruturas C-S-H A ÁGUA NA PASTA ENDURECIDA: José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna (Mehta e Monteiro, 2006) A ÁGUA NA PASTA ENDURECIDA: 59 60 31 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna (José Freitas Jr.) A ÁGUA NA PASTA ENDURECIDA: Só 20 a 22 % do peso do cimento em água reagem com os silicatos e aluminatos do cimento. P/ uma relação a/c= 0,40 sobra ≈ 50 % da água na forma líquida P/ uma relação a/c= 0,60 sobra ≈ 60 % da água na forma líquida José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna A ÁGUA NA PASTA ENDURECIDA: www.concrete.org Fissuras decorrentes da retração do concreto no estado plástico. 61 62 32 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna A ÁGUA NA PASTA ENDURECIDA: Fissuras decorrentes da retração do concreto no estado endurecido. www.concrete.org José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna A ZT é a interface entre o agregado e a pasta, tem espessura de aproximadamente 1/20 mm. É o “elo” mais frágil do concreto. As rupturas em concretos comuns iniciam na zona de transição. Baixa resistência mecânica da ZT: Concentração de “etringita” - cristais grandes, porosos c/ baixa resistência mecânica. Filme de água - aumenta a/c (exsudação interna). Os cristais de hidróxido de cálcio se posicionam paralelamente à superfície do agregado, favorecendo a existência de planos de clivagem. (Paulon, V.; 1991) A ZONA DE TRANSIÇÃO: 63 64 33 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna A ZONA DE TRANSIÇÃO: (Mehta e Monteiro, 1994) José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna A ZONA DE TRANSIÇÃO: Representação esquemática da zona de transição entre a pasta e o agregado. (MONTEIRO, 1995) 65 66 34 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Zona de Transição (Mehta e Monteiro,2006) A ZONA DE TRANSIÇÃO: José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Corante azul indicando a maior porosidade da zona de transição no entorno dos grãos dos agregados graúdos. www.cmc-concrete.com A ZONA DE TRANSIÇÃO: 67 68 35 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Exsudação é a tendência da água de amassamento vir à superfície do concreto recém lançado, devido ao sua densidade (1g/cm3) ser menor que a dos agregados (≈2,4g/cm3) e a do cimento (≈ 3,1g/cm3). Fenômeno faz com que a relação a/c da superfície fique enorme, reduzindo a resistência mecânica na região. A ZONA DE TRANSIÇÃO: Exsudação interna (Granato, Basf) José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna (Mehta e Monteiro,2006) A ZONA DE TRANSIÇÃO: Exsudação interna Exsudação interna é a não visível. É a água que ao subir fica presa sob os agregados e vergalhões de aço. A exsudação interna prejudica a aderência da pasta de cimento aos agregados e vergalhões de aço. 69 70 36 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna (José Freitas Jr.) Exsudação interna A ZONA DE TRANSIÇÃO: José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Silia Fume Association Exsudação interna A ZONA DE TRANSIÇÃO: 71 72 37 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Concreto convencional Concreto de alta resistência - CAR A ZONA DE TRANSIÇÃO: José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna ZT “perfeita” (Aïtcin, 2000) CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO - CAD MICROESTRUTURA FASE AGREGADO Rocha c/ alta resistência Lamelaridade prejudica FASE PASTA MATRIZ Baixas relações Água/Aglomerante minimizam vazios Sílica ativa, mais C-S-H e efeito microfiler ZONA DE TRANSIÇÃO Baixas relações A/A e a Sílica Ativa melhoram ZT 73 74 38 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Enquanto isso, na obra, no intervalo do almoço..... José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Materiais de Construção I A ESTRUTURA DO CONCRETO REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS: •CONCRETO: Estrutura, Propriedades e Materiais, P. Kumar Mehta e Paulo J. M. Monteiro, São Paulo: Pini, 1994. •CONCRETE, Microstucture,Properties and Materials, P. Kumar Mehta e Paulo J. M. Monteiro, McGraw-Hill, 2006 •Aulas Prof. José Marques Filho •A microestrutura do concreto convencional – Concreto Ensino, Pesquisa e Realizações – IBRACON, Capítulo 19, Vladimir A. Paulon. •Considerações sobre a microestrutura do concreto, Luis Fernando Kaefer 75 76
Envie sua pergunta para a IA e receba a resposta na hora
Recomendado para você
3
Lista P2-2032-2
Materiais de Construção Civil 1
UFPR
143
Estrutura Atômica da Matéria Ligações Químicas e Propriedades Físico-químicas da Água-2023-2
Materiais de Construção Civil 1
UFPR
75
Aglomerantes-2023-2
Materiais de Construção Civil 1
UFPR
11
2546 Materiais de Construção I - 2ª Avaliação Bimestral 2020
Materiais de Construção Civil 1
UEM
45
Composição e Funções das Tintas: Vernizes, Lacas e Esmaltes
Materiais de Construção Civil 1
UNOESC
38
Propriedades do Concreto no Estado Endurecido
Materiais de Construção Civil 1
UNOESC
16
Fundações Rasas: Características e Tipos de Sapatas
Materiais de Construção Civil 1
UNICSUL
1
Características e Estimativa de Resíduos na Construção e Demolição
Materiais de Construção Civil 1
UNINOVE
13
Comportamento dos Materiais: Propriedades e Testes
Materiais de Construção Civil 1
UNIFACEAR
122
Materiais de Construção para Concreto e Argamassa
Materiais de Construção Civil 1
UNINASSAU
Texto de pré-visualização
1 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Materiais de Construção ( TC- 030) Ministério da Educação Universidade Federal do Paraná Setor de Tecnologia Departamento de Construção Civil Prof. José de Almendra Freitas Jr. freitasjose@terra.com.br A ESTRUTURA DO CONCRETO Versão 2022 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Estrutura Heterogênea Complexa Composição depende de inúmeros fatores Concreto Agregados Pasta Macro Estrutura Micro Estrutura Agregados Pasta Vazios + Água Zona de Transição A ESTRUTURA DO CONCRETO 1 2 2 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna A ESTRUTURA DO CONCRETO Concreto - estrutura heterogênea e complexa Macroestrutura: • Agregados • Pasta de cimento • Interface agregados/pasta = zona de transição Estrutura macroscópica do concreto - são bem visíveis os agregados e a pasta. ZT = +-1/ 20 mm José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Microestrutura Estudo através de microscopia ótica e eletrônica (Leica) Microscópio Eletrônico de Varredura MEV A ESTRUTURA DO CONCRETO - Microestrutura A ESTRUTURA DO CONCRETO - Microestrutura 3 4 3 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Microscópio Eletrônico de Varredura MEV EDS - Espetroscopia por Energia Dispersiva por feixes de raios X, permite identificar qualitativa e quantitativamente a composição de uma região da amostra A ESTRUTURA DO CONCRETO Aumentos de até 900.000 x Imagens tridimensionais José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Microscópio Eletrônico de Varredura MEV 5 6 4 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Importância do Estudo: • O estudo da Microestrutura permite entender o comportamento do concreto; • Ferramenta para análise de patologias do concreto e análise de durabilidade; • Desenvolvimento de novos aditivos e suas conseqüências; • Ensaio não-destrutivo e eficiente. A ESTRUTURA DO CONCRETO José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna FASE “AGREGADO” • Características físicas: Agregados representam 80 a 90 % do volume do concreto Determinam: ➢ Massa Específica (ME) do concreto; ➢ E - Módulo de elasticidade; ➢ Condutibilidade térmica. Agregados miúdos e graúdos 7 8 5 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna FASE “AGREGADO” • Efeitos da geometria dos grãos: ➢Porosidade: Grão do agregado absorve água, pode faltar água na região de aderência do agregado com a pasta; ➢ Agregados leves - argila expandida, ... Agregados naturais como a areia e os seixos tem superfície polida com pouca porosidade. José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna FASE “AGREGADO” • Efeitos da geometria dos grãos: ➢Rugosidade: Aumenta superfície específica (SE) e aderência c/ pasta, altera a trabalhabilidade do concreto Britas tem superfície mais rugosa Superfícies de agregados naturais como a areia e os seixos são menos rugosas. 9 10 6 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna FASE “AGREGADO” • Efeitos da geometria dos grãos: ➢Forma dos grãos: Grãos lamelares ou em formato de agulha prejudicam a trabalhabilidade do concreto. Alongados ou lamelares Formato de agulha José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Grãos lamelares Maior quantidade de vazios Maior consumo de pasta de cimento Aumenta retração Aumenta calor .... Agregados mais rugosos tem maior SE Maior aderência c/ pasta Dificulta trabalhabilidade Maior consumo de cimento p/ manter a/c Exige mais água Concreto com maior custo FASE “AGREGADO” 11 12 7 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna FASE “PASTA MATRIZ” Estagio I: Em contato com a água ocorre uma rápida dissolução dos grãos do cimento. Sobem as concentrações de álcalis solúveis, Ca2+, SO4 2- e íons OH em solução, resultando em um pH de 12 a 13. Estagio II: Os íons Ca2+, SO4 2- e íons OH reagem com os silicatos e aluminatos para formar gel de C-S-H e etringita, formando uma barreira em torno dos grãos de cimento não hidratados, retardando novas hidratações, permitindo um período de trabalhabilidade durante o qual o concreto deve ser lançado e assentado. Estágios da hidratação do cimento: ( K. Luke) José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna FASE “PASTA MATRIZ” Estagio III: Durante o Estágio II a concentração de íons Ca2+ continua a aumentar, reiniciando lentamente a hidratação dos grãos de cimento atrás da barreira. Com a supersaturação de Ca2+, seguida da precipitação de Ca(OH)2 ocorre uma rápida hidratação dos grãos de cimento gerando gel de C-S-H e etringita. A formação de gel de C-S-H e o intertravamento das partículas promovem a pega e o endurecimento. ( K. Luke) Estágios da hidratação do cimento: 13 14 8 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna •Estruturas Fibrilares: C-S-H •Estruturas Prismáticas: C-H •Etringita: C6AS3H32 FASE “PASTA MATRIZ” Diversos cristais são observados na pasta de cimento Portland hidratada: (Jim Margeson, NRC-IRC) •Monossulfato: C4ASH18 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna FASE “PASTA MATRIZ” a = agregado, c = cimento residual, ch = hidróxido de cálcio, ip = C-S-H dentro do gel , e op = C-S-H, externo ao gel 15 16 9 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Estruturas Fibrilares: C-S-H Cristais de C3S e C2S hidratados 50 % a 60% do volume da pasta São as estruturas C-S-H - C=CaO, S=SiO2, H=HO Estruturas unidas através de ligações de van der Waals Excelente resistência mecânica e química 2C3S + 6H C3S2H3 + 3CH + 120 cal/g 2C2S + 4H C3S2H3 + CH + 62 cal/g FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Estruturas Fibrilares: C-S-H FASE “PASTA MATRIZ” Estruturas C-S-H (C3S e C2S hidratados) Agregado 17 18 10 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Estruturas Fibrilares: C-S-H Cristais de C-S-H crescendo depois de duas semanas de hidratação (A/C=0.8). A morfologia dos cristais depende das condições de cura. www.cementlab.com FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Estruturas Prismáticas: C-H • Cristais de grande tamanho • Cristais com formas hexagonais; • Formados p/ hidróxido de cálcio - Ca(OH)2; • 20 a 25% do volume de sólidos; • Formam estruturas C-H; • Responsáveis pH elevado da pasta (pH 13); • Ca(OH)2 é muito solúvel em água; • Ca(OH)2 é quimicamente muito reativo; • Cristais porosos com baixa resistência mecânica. FASE “PASTA MATRIZ” (Portlandita) 19 20 11 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Estruturas Prismáticas: C-H Cristais hexagonais de hidróxido de cálcio - Ca(OH)2 Etringita FASE “PASTA MATRIZ” (Portlandita) José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Estruturas Prismáticas: C-H Cristais hexagonais de hidróxido de cálcio - Ca(OH)2 Pequenos cristais de formato hexagonal (100 nm) de Ca(OH)2 na superfície de C3S depois de 2,5 horas de hidratação (a/c=0,8). FASE “PASTA MATRIZ” (Portlandita) 21 22 12 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Estruturas Prismáticas: C-H 1: C-S-H 2: Ca(OH)2 ou (C-H) 3: Vazio Capilar (Moranville, 1992) C-S-H C-H Vazio FASE “PASTA MATRIZ” (Portlandita) José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Estruturas Prismáticas: C-H Micrografias (MEV) (Silva , F.J. da, IME) C-H Etringita C-H C-S-H FASE “PASTA MATRIZ” (Portlandita) 23 24 13 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna C3A +3CSHx + 32H C3A . 3CSH32 Etringita primária C3A + CSHx + 12H C3A . CS.H18 Monossulfato Cristais grandes e volumosos Formados por CA + gesso hidratados • Cristais muito porosos com baixa resistência mecânica; • São os primeiros cristais da pasta a se formar; • Podem causar falsa pega; • Representam 15 a 20 % do volume de sólidos. Com a redução na concentração de sulfato, a etringita se decompõe, formando monossulfato: Etringita: Produto da hidratação dos Aluminatos FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Etringita: Etringita Monossulfato hidratado (Mehta e Monteiro, 1984) C3A . 3CSH32 C3A . CS.H18 C-S-H FASE “PASTA MATRIZ” 25 26 14 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Etringita: Produto da hidratação dos Aluminatos Hidróxido de cálcio Ca(OH)2 Etringita C3A . 3CSH32 FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Etringita: Reação do C3A em solução de gesso. Concrete.cee.hiroshima-u.ac.ip/research e.html C3A +3CSHx + 32H C3A . 3CSH32 Etringita primária CA + gesso hidratados FASE “PASTA MATRIZ” 27 28 15 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Etringita: • Formam-se nas primeiras horas de hidratação; • Cristais em formato de agulhas; • Agulhas se intertravam e prendem muita água; • Prejudicam a trabalhabilidade – causam falsa pega. C6AS3H32 Etringita, Aft _ FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Etringita: (Griesser, A.;Swiss Federal Institute of Tecnology, 2002) (Stark, J.; Bollmann, K., Bauhaus-University Weimar Germany,) Cristais em formato de agulhas; Prejudicam a trabalhabilidade – causam falsa pega. FASE “PASTA MATRIZ” 29 30 16 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Etringita secundária em vazio de ar Na presença de umidade no concreto já endurecido, a etringita recristaliza em cristais maiores dentro dos vazios. Etringita secundária em microfissuras (Stark, J.; Bollmann, K., Bauhaus-University Weimar Germany,) Etringita secundária: FASE “PASTA MATRIZ” (Maria Virginia Heumann e Fabiana Moares) José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Etringita secundária em vazio de ar Na presença de umidade no concreto já endurecido, a etringita recristaliza em cristais maiores dentro dos vazios. Etringita secundária: Depósitos secundários em um vazio de ar: Pequenas agulhas de etringita secundária. FASE “PASTA MATRIZ” (Stark, J.; Bollmann, K., Bauhaus-University Weimar Germany,) 31 32 17 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Monossulfato: A etringita é instável e se transforma em cristais de monossulfato. (Griesser, A.;Swiss Federal Institute of Tecnology, 2002) •Cristais hexagonais organizados em forma de “rosas” •Vulnerável ao ataque de sulfatos Monossulfato Afm C4AS.H18 _ FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Monossulfato: A etringita é instável e se transforma em cristais de monossulfato. Com a redução na concentração de sulfato, a etringita se decompõe, em monossulfato. Se o sulfato volta a estar disponível, forma-se novamente a etringita. C4AS.H18 _ Monossulfato Afm FASE “PASTA MATRIZ” 33 34 18 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Grãos de clinquer não hidratados: Grãos de clinquer não hidratados FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Grãos de clinquer não hidratados: Resíduos de grãos de clinquer não hidratado dentro de um anel de compostos hidratados. www.cmc-concrete.com FASE “PASTA MATRIZ” 35 36 19 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Volumes Relativos x Grau de hidratação em pasta com a/c=0,5 (Weiss, J.; 2005) FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna (Weiss, J.; 2005) FASE “PASTA MATRIZ” 37 38 20 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Desenvolvimento microestrutural, durante a hidratação, de um grão de cimento. (Scrivener, 1989) FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna FASE “PASTA MATRIZ” - CALOR DE HIDRATAÇÃO (Domone, 1994) Tempo de dormência depende da quantidade de gesso 39 40 21 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna FASE “PASTA MATRIZ” CALOR DE HIDRATAÇÃO (Weiss, J.; 2005) Comportamento dos compostos Contribuição para o cimento Composto Velocidade da reação Calor liberado Resistência Mecânica Liberação de calor C3S Moderada Moderado Alta Alta C2S Lenta Baixo Inicial baixa, final alta Baixa C3A + CSH2 Rápida Muito alto Baixa Muito alta C4AF + CSH2 Moderada Moderado Baixa Moderada José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Vazios na pasta endurecida: São de extrema importância Maior quantidade de vazios e maiores diâmetros médios: ▪ Maior porosidade; ▪ Maior permeabilidade; ▪ Menor resistências mecânica; ▪ Menor resistência química; ▪ Maior retração; ▪ Maior fluência. FASE “PASTA MATRIZ” 41 42 22 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Vazios - Espaço interlamelar das estruturas C-S-H: Poros muito pequenos para afetar a resistência mecânica ou a permeabilidade. Estruturas C-S-H formam lamelas muito próximas 5 a 25Å (1 Å= 10-10m) Quando a água sai destes espaços a retração é significativa. FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Vazios Capilares: Poros onde a água de amassamento fica aprisionada. 20 a 22% peso de CP em água reage quimicamente “água estequeométrica” Toda água além, sobra e fica dentro dos poros capilares Concretos comuns: a/c entre 0,40 a 0,65 para um concreto trabalhável (boa plasticidade). Sobra 50 a 70% da água utilizada FASE “PASTA MATRIZ” 43 44 23 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Vazios Capilares: FASE “PASTA MATRIZ” 100 cm3 de cimento, a/c constante=0,63 grau de hidratação varia como mostrado: (Mehta e Monteiro, 2006) José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Vazios Capilares: FASE “PASTA MATRIZ” (Mehta e Monteiro, 2006) 100 cm3 de cimento, com 100% de hidratação, variando o a/c conforme mostrado: 45 46 24 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Vazios Capilares: (Mehta e Monteiro, 2006) FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Vazios Capilares: (Mehta e Monteiro, 2006) FASE “PASTA MATRIZ” 47 48 25 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Vazios Capilares: (Mehta e Monteiro, 2006) Poros com diâmetros de 0,01 µm a 1,0 µm. (1Å=10-10m; 1µm=10-6m) Os diâmetros são relativos ao afastamento inicial dos grãos de cimento. Quanto maior a relação a/c, maior a quantidade de poros capilares e maiores os seus diâmetros. Poros com Ø inferiores a 500Å não afetam a resistência mecânica mas provocam forte retração com a saída da água. Poros com Ø superiores a 500Å prejudicam a resistência mecânica mas não causam muita retração com a saída da água. FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Vazios Capilares: Micrografias eletrônicas (MEV) mostrando vazios capilares com alguns cristais de etringita secundária crescendo no seu interior. (Mehta e Monteiro, 2006) www.cement.org FASE “PASTA MATRIZ” 49 50 26 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Vazios Capilares: Fotomicrografia de cristais de etringita secundária, (formato de agulhas), crescendo dentro de um vazio de ar. No mesmo vazio estão se formando cristais hexagonais secundários de hidróxido de cálcio. www.cmc-concrete.com FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Vazios Capilares: Fotografia ampliada de uma seção de concreto mostrando os poros provocados pela água que “sobra” da relação a/c. (Hervé Neto, E.; 2008) FASE “PASTA MATRIZ” 51 52 27 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Representa (1 a 2%) do volume total do concreto Ar aprisionado: Pequenas bolhas de ar (+- 5mm) ficam aprisionadas durante a mistura na betoneira. Ar incorporado: Bolhas de 50 a 200m (1m=10-6m), favorecem a trabalhabilidade, aumentam o abatimento sem água (não altera a relação a/c). Incorporadas através de aditivos IAR (incorporadores de ar). Incorporação de ar também é utilizada para melhorar a resistência do concreto ao fenômeno gelo-degelo. Ar incorporado: FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Ar aprisionado: Bolhas de ar (+- 5mm) aprisionadas durante a mistura na betoneira. Ar incorporado: FASE “PASTA MATRIZ” 53 54 28 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Intervalos dimensionais dos sólidos e poros na pasta endurecida (Mehta e Monteiro, 2006) FASE “PASTA MATRIZ” José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Micrografia MEV mostrando uma bolha de ar incorporado de 1 mm. (Mehta e Monteiro, 2006) FASE “PASTA MATRIZ” Ar incorporado: 55 56 29 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Fotomicrografia de um concreto, mostrando pequenas esferas de ar incorporado na pasta, preenchendo os intervalos entre os grãos angulares dos agregados. Os vazios de ar estão coloridos artificialmente. www.cmc-concrete.com FASE “PASTA MATRIZ” Ar incorporado: José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Na pasta recém endurecida existe muita água, tanto livre (líquida) ou quimicamente combinada. Estes tipos de água são mais ou menos fáceis de sair do concreto, a pasta que é inicialmente saturada sofre uma perda contínua da água até o equilíbrio com a umidade do meio ambiente. Sob calor, 100 % da água pode sair. A ÁGUA NA PASTA ENDURECIDA: 57 58 30 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Água capilar – no interior dos poros capilares. •Poros diâmetro superior a 500Å, saída causa pouca retração •Poros diâmetro inferiores a 500Å, saída causa retração Água adsorvida - aderida às superfícies sólidas, sob atração elétrica (pontes de hidrogênio). A sua saída é a principal causa da retração. Água interlamelar - presa entre as lâminas das estruturas C-S-H. Saída causa forte retração, mas sob umidade do ar inferior a 11%. Água quimicamente combinada - moléculas de H2O combinadas aos silicatos e aluminatos do cimento formando cristais sólidos. 500ºC inicia a saída da água nos cristais Ca(OH)2 900ºC sai a água das estruturas C-S-H A ÁGUA NA PASTA ENDURECIDA: José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna (Mehta e Monteiro, 2006) A ÁGUA NA PASTA ENDURECIDA: 59 60 31 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna (José Freitas Jr.) A ÁGUA NA PASTA ENDURECIDA: Só 20 a 22 % do peso do cimento em água reagem com os silicatos e aluminatos do cimento. P/ uma relação a/c= 0,40 sobra ≈ 50 % da água na forma líquida P/ uma relação a/c= 0,60 sobra ≈ 60 % da água na forma líquida José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna A ÁGUA NA PASTA ENDURECIDA: www.concrete.org Fissuras decorrentes da retração do concreto no estado plástico. 61 62 32 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna A ÁGUA NA PASTA ENDURECIDA: Fissuras decorrentes da retração do concreto no estado endurecido. www.concrete.org José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna A ZT é a interface entre o agregado e a pasta, tem espessura de aproximadamente 1/20 mm. É o “elo” mais frágil do concreto. As rupturas em concretos comuns iniciam na zona de transição. Baixa resistência mecânica da ZT: Concentração de “etringita” - cristais grandes, porosos c/ baixa resistência mecânica. Filme de água - aumenta a/c (exsudação interna). Os cristais de hidróxido de cálcio se posicionam paralelamente à superfície do agregado, favorecendo a existência de planos de clivagem. (Paulon, V.; 1991) A ZONA DE TRANSIÇÃO: 63 64 33 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna A ZONA DE TRANSIÇÃO: (Mehta e Monteiro, 1994) José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna A ZONA DE TRANSIÇÃO: Representação esquemática da zona de transição entre a pasta e o agregado. (MONTEIRO, 1995) 65 66 34 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Zona de Transição (Mehta e Monteiro,2006) A ZONA DE TRANSIÇÃO: José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Corante azul indicando a maior porosidade da zona de transição no entorno dos grãos dos agregados graúdos. www.cmc-concrete.com A ZONA DE TRANSIÇÃO: 67 68 35 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Exsudação é a tendência da água de amassamento vir à superfície do concreto recém lançado, devido ao sua densidade (1g/cm3) ser menor que a dos agregados (≈2,4g/cm3) e a do cimento (≈ 3,1g/cm3). Fenômeno faz com que a relação a/c da superfície fique enorme, reduzindo a resistência mecânica na região. A ZONA DE TRANSIÇÃO: Exsudação interna (Granato, Basf) José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna (Mehta e Monteiro,2006) A ZONA DE TRANSIÇÃO: Exsudação interna Exsudação interna é a não visível. É a água que ao subir fica presa sob os agregados e vergalhões de aço. A exsudação interna prejudica a aderência da pasta de cimento aos agregados e vergalhões de aço. 69 70 36 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna (José Freitas Jr.) Exsudação interna A ZONA DE TRANSIÇÃO: José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Silia Fume Association Exsudação interna A ZONA DE TRANSIÇÃO: 71 72 37 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Concreto convencional Concreto de alta resistência - CAR A ZONA DE TRANSIÇÃO: José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna ZT “perfeita” (Aïtcin, 2000) CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO - CAD MICROESTRUTURA FASE AGREGADO Rocha c/ alta resistência Lamelaridade prejudica FASE PASTA MATRIZ Baixas relações Água/Aglomerante minimizam vazios Sílica ativa, mais C-S-H e efeito microfiler ZONA DE TRANSIÇÃO Baixas relações A/A e a Sílica Ativa melhoram ZT 73 74 38 José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Enquanto isso, na obra, no intervalo do almoço..... José de A. Freitas Jr. | Materiais de Construção I Estrutura Interna Materiais de Construção I A ESTRUTURA DO CONCRETO REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS: •CONCRETO: Estrutura, Propriedades e Materiais, P. Kumar Mehta e Paulo J. M. Monteiro, São Paulo: Pini, 1994. •CONCRETE, Microstucture,Properties and Materials, P. Kumar Mehta e Paulo J. M. Monteiro, McGraw-Hill, 2006 •Aulas Prof. José Marques Filho •A microestrutura do concreto convencional – Concreto Ensino, Pesquisa e Realizações – IBRACON, Capítulo 19, Vladimir A. Paulon. •Considerações sobre a microestrutura do concreto, Luis Fernando Kaefer 75 76