Álcalis incorporados ao aluminato tricálcico: efeitos na hidratação

Kirchheim, Ana Paula; Souza, Rui Barbosa de; Dal Molin, Denise Carpena Coitinho; Monteiro, Paulo José Melaragno

doi:10.1590/S1678-86212010000100011

Resumos

O aluminato tricálcico (C3A) é a fase que reage mais rápido na hidratação do cimento quando em contato com a água. Geralmente, a forma cristalina sintetizada durante o processo de clinquerização é cúbica. No entanto, o íon Na+ pode ser incorporado na estrutura cristalina do C3A, em substituição ao Ca2+, levando à modificação da forma cristalina cúbica, para a ortorrômbica (Na- C3A). Embora alguns estudos tenham investigado a interferência desta fase modificada na hidratação do cimento, algumas lacunas de conhecimento ainda existem. O presente estudo utiliza fases puras sintetizadas em laboratório, para, desta forma, examinar as reações isoladamente. A hidratação destes aluminatos na presença de gipsita foi estudada utilizando calorimetria isotérmica, microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (DRX) e ensaio de reologia de modo dinâmico, para comprovar e observar o comportamento diferenciado de cada aluminato. Os resultados mostraram que existem grandes diferenças na hidratação de cada aluminato, sendo o C3A ortorrômbico mais reativo nas primeiras idades quando em presença de gipsita, consumindo-a totalmente em poucos minutos. As pastas com C3A ortorrômbico na presença de gipsita apresentaram um calor total liberado no mínimo 10 vezes maior quando comparado às pastas com C3A cúbico. As imagens de MEV e os difratogramas demonstraram que as pastas contendo C3A ortorrômbico reagiram mais rápidas formando cristais maiores de etringita.

Aluminato tricálcico cúbico e ortorrômbico; Etringita; Hidratação

Tricalcium aluminate (C3A) is the phase that reacts more quickly in the cement hydration when in contact with water. Generally, the crystalline form of C3A synthesized during clinkerization is cubic. However, Na+ can be incorporated into the crystalline lattice of C3A, replacing the Ca2+, leading to the formation of orthorhombic C3A (Na-C3A). Although some studies have investigated the influence of this polymorphous on cement hydration, some knowledge gaps still exist. This study uses pure phases synthesized in laboratory to analyze the reactions independently, isolating the reactions from the others phases. Hydration reactions of C3A in presence of gypsum were investigated by isothermal calorimetry, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), and dynamic mode rheology. The results showed differences in the hydration of each aluminate, indicating that the orthorhombic phase is more reactive at early ages in the presence of gypsum, consuming them very quickly. The pastes mixed with orthorhombic C3A and gypsum presented a total heat released at least 10 times greater than the ones made with cubic C3A. The SEM images and the XRD patterns demonstrate that the pastes containing orthorhombic C3A reacted at a faster rate, and the ettringite crystals formed were also longer.

Cubic and orthorhombictricalcium aluminate; Ettringite; Hydration

ARTIGOS

Álcalis incorporados ao aluminato tricálcico: efeitos na hidratação

Alkalis incorporated into tricalcium aluminate: effects in hydration

Ana Paula Kirchheim^I; Rui Barbosa de Souza^II; Denise Carpena Coitinho Dal Molin^III; Paulo José Melaragno Monteiro^IV

^INorie, Núcleo Orientado para a Inovação da Edificação, Escola de Engenharia. Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Av. Osvaldo Aranha, 99, 3º andar. Porto Alegre - RS - Brasil. CEP 90035-190. Tel.: (51) 3308-3518. E-mail: anapaula.k@gmail.com

^IIPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil. Universidade de São Paulo. Edifício da Engenharia Civil - Sala 25, Av. Prof. Almeida Prado, trav. 2, n.83. Cidade Universitária São Paulo - SP -Brasil. CEP 05508-900. Tel.: (11) 3091-977. E-mail: rui.souza@poli.usp.br

^IIINorie, Núcleo Orientado para a Inovação da Edificação, Escola de Engenharia. Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Tel.: (51) 3308-3321. E-mail: dmolin@ufrgs.br

^IVUniversity of California. 721 Davis Hall. Berkeley - CA - Estados Unidos. 94720. Tel.: 5106438251. E-mail: monteiro@ce.berkeley.edu

RESUMO

O aluminato tricálcico (C₃A) é a fase que reage mais rápido na hidratação do cimento quando em contato com a água. Geralmente, a forma cristalina sintetizada durante o processo de clinquerização é cúbica. No entanto, o íon Na⁺ pode ser incorporado na estrutura cristalina do C₃A, em substituição ao Ca²⁺, levando à modificação da forma cristalina cúbica, para a ortorrômbica (Na- C₃A). Embora alguns estudos tenham investigado a interferência desta fase modificada na hidratação do cimento, algumas lacunas de conhecimento ainda existem. O presente estudo utiliza fases puras sintetizadas em laboratório, para, desta forma, examinar as reações isoladamente. A hidratação destes aluminatos na presença de gipsita foi estudada utilizando calorimetria isotérmica, microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (DRX) e ensaio de reologia de modo dinâmico, para comprovar e observar o comportamento diferenciado de cada aluminato. Os resultados mostraram que existem grandes diferenças na hidratação de cada aluminato, sendo o C₃A ortorrômbico mais reativo nas primeiras idades quando em presença de gipsita, consumindo-a totalmente em poucos minutos. As pastas com C₃A ortorrômbico na presença de gipsita apresentaram um calor total liberado no mínimo 10 vezes maior quando comparado às pastas com C₃A cúbico. As imagens de MEV e os difratogramas demonstraram que as pastas contendo C₃A ortorrômbico reagiram mais rápidas formando cristais maiores de etringita.

Palavras-chave: Aluminato tricálcico cúbico e ortorrômbico. Etringita. Hidratação.

ABSTRACT

Tricalcium aluminate (C₃A) is the phase that reacts more quickly in the cement hydration when in contact with water. Generally, the crystalline form of C₃A synthesized during clinkerization is cubic. However, Na⁺ can be incorporated into the crystalline lattice of C₃A, replacing the Ca²⁺, leading to the formation of orthorhombic C₃A (Na-C₃A). Although some studies have investigated the influence of this polymorphous on cement hydration, some knowledge gaps still exist. This study uses pure phases synthesized in laboratory to analyze the reactions independently, isolating the reactions from the others phases. Hydration reactions of C₃A in presence of gypsum were investigated by isothermal calorimetry, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), and dynamic mode rheology. The results showed differences in the hydration of each aluminate, indicating that the orthorhombic phase is more reactive at early ages in the presence of gypsum, consuming them very quickly. The pastes mixed with orthorhombic C₃A and gypsum presented a total heat released at least 10 times greater than the ones made with cubic C₃A. The SEM images and the XRD patterns demonstrate that the pastes containing orthorhombic C₃A reacted at a faster rate, and the ettringite crystals formed were also longer.

Keywords: Cubic and orthorhombictricalcium aluminate. Ettringite. Hydration.

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Agradecimentos

Ana Paula Kirchheim agradece à Capes e ao CNPq. Os autores também agradecem a valorosa colaboração de Antônio Takimi e de Victor Fernàndez-Altable, na realização dos ensaios, e a orientação da professora Maria Alba Cincotto, na análise dos resultados de calorimetria.

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Recebido em 10/12/09

Aceito em 03/03/10

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Datas de Publicação

Publicação nesta coleção
05 Set 2013
Data do Fascículo
Mar 2010

Histórico

Aceito
03 Mar 2010
Recebido
10 Dez 2009

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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