17.5.2 Hidratação e microestrutura

Adição do SAP tem grandes efeitos no processo de hidratação e no desenvolvimento da microestrutura do concreto. Isto ocorre devido a uma série de razões. Em primeiro lugar, a absorção inicial de SAP pode alterar a relação w/b efetiva e as características de hidratação precoce. Em segundo lugar, a subsequente libertação de água do SAP promove uma maior hidratação do cimento, produzindo produtos de hidratação adicionais, e refinamento dos poros. Em terceiro lugar, o SAP seco e colapsado deixa macro vazios dispersos pela pasta de cimento endurecido e isso altera a porosidade total e a distribuição do tamanho, dependendo da dosagem do SAP. Também induz uma interface entre o SAP e a matriz de pasta de cimento com características únicas de microestrutura que podem ter consequências importantes.

Mechtcherine et al. (2014) e Justs et al. (2014) observaram que o SAP causou um ligeiro atraso na hidratação precoce, enquanto Hasholt e Jensen (2015) reportaram um ligeiro efeito acelerador. Nesses casos, foi adicionada água extra para compensar a absorção de SAP na mistura fresca. No entanto, a maioria dos estudos concorda que o SAP aumenta o grau de hidratação em idades posteriores, particularmente a partir dos 14 dias, devido à água adicional disponibilizada para reagir com cimento (por exemplo, Igarashi e Watanabe, 2006; Lura et al., 2006; Justs et al., 2014). Além disso, a hidratação a longo prazo parece ser controlada pela relação total w/b em vez da relação w/b efectiva inicial (Justs et al., 2014; Reinhardt e Assmann, 2014; Hasholt e Jensen, 2015). Em outras palavras, o grau final de hidratação depende do total de água disponível no sistema, independentemente do fato de uma porção dela ter sido introduzida no SAP em idades iniciais.

A melhora da hidratação em sistemas contendo SAP deve levar a uma redução na porosidade capilar e refinamento na distribuição do tamanho dos poros, particularmente em idades posteriores. Entretanto, os resultados dos estudos disponíveis não estão em total concordância. Isto porque o efeito líquido na estrutura dos poros depende de vários factores, incluindo a dosagem de SAP e a capacidade de absorção, a relação w/b, e se foi ou não adicionada água extra durante o lote para compensar a absorção de SAP. A redução na porosidade capilar como resultado de uma melhor hidratação (cura interna) ou diminuição da relação w/b efetiva devido à absorção de SAP pode ou não ser suficiente para neutralizar o aumento na porosidade devido à formação de macro vazios. O efeito líquido também depende da relação w/b porque a cura interna só é benéfica para sistemas com relação w/b muito baixa. Isso destaca os efeitos contrários do SAP na microestrutura. As incertezas na estimativa da absorção de SAP em materiais cimentícios como discutido na Seção 17.4.3 complica ainda mais esta questão.

Por exemplo, alguns estudos usando porosimetria de intrusão de mercúrio encontraram maior porosidade total em argamassas e concretos contendo SAP e água arrastada. Isto foi atribuído aos macro vazios que se formam quando o SAP seca (Mönnig, 2005; Mechtcherine et al., 2009). No entanto, foi observada uma porosidade total mais baixa em sistemas sem água arrastada (Mönnig, 2005; Igarashi e Watanabe, 2006), presumivelmente porque a relação efetivo c/b foi diminuída pela absorção de SAP. Usando a tomografia de raios X, Lura et al. (2008) observaram uma redução em pequenos poros capilares devido aos produtos de hidratação adicional da cura interna e uma redução da microcrachadura causada pela retração autógena. Usando sorção de vapor de água, Snoeck et al. (2015) observaram que as pastas de cimento com SAP e sem água arrastada mostraram uma leve diminuição na faixa de micro (<2 nm) e mesoporos (2-50 nm). Pastas de cimento com SAP e água arrastada não mostraram alteração significativa na faixa de microporos, mas um ligeiro aumento na faixa maior dos mesoporos. Beushausen et al. (2014) também não encontraram um efeito significativo do SAP na porosidade, o que sugere que o maior vazio inicial criado pelo SAP é compensado por uma microestrutura melhorada da cura interna.

Fig. 17.4 mostra alguns exemplos de imagens de elétrons retrocaturados de pastas, argamassas e concretos contendo SAP. Pode-se ver que as partículas e macro vazios de SAP são isoladas e bem distribuídas na pasta de cimento endurecido. Os macro vácuos variam de ~10 a mais de 500 μm, dependendo do tamanho inicial do SAP seco e inchaço (Lam, 2005; Lee et al., 2010a,b,c, 2016). Os limites dos macro vazios tendem a seguir a forma original do PA seco, como também observado com a tomografia de raios X (Lura et al., 2008). A partícula de PA em colapso pode aparecer como partícula sólida, porosa/celular ou estreita em forma de anéis. Algumas amostras apresentam um intervalo entre a pasta e o PA devido à retração (Lam, 2005), enquanto uma boa ligação é retida em amostras contendo PA em suspensão polimerizada com textura rugosa e maior área de superfície (Lee et al., 2010a,b,c), como visto, por exemplo, na Fig. 17.4F. Ocasionalmente, os macro vazios contêm precipitados de hidróxido de cálcio ou pequenos grãos de cimento que posteriormente reagiram para formar produtos de hidratação dentro do reservatório de água, preenchendo o espaço originalmente ocupado pelo SAP inchado (Fig. 17.4D-F).

A pasta de cimento ao redor do SAP exibe uma microestrutura altamente variável e compartilha características similares à “zona de transição interfacial” de pasta de agregados e à interface ar vazio-pasta (Scrivener et al.., 2004; Wong e Buenfeld, 2006; Wong et al., 2011). A interface contém menos cimento em comparação com a pasta a granel mais distante, devido à ruptura do empacotamento das partículas. Ela também tende a ser muito porosa e ocasionalmente contém grandes depósitos de hidróxido de cálcio (Fig. 17.4C,D). Estas características podem ser atribuídas ao alto conteúdo de água na superfície do SAP inchado, ou possivelmente à liberação precoce de água absorvida na pasta ao redor, causando precipitação preferencial. O encolhimento do SAP quando seca pode levar à microcrachadura da pasta de cimento circundante (Lee et al., 2010a,b,c), mas espera-se que a humidade libertada pelo SAP promova maior hidratação e desenvolvimento da microestrutura na pasta circundante. Em argamassas e betões, os vazios do SAP são do tamanho de grãos de areia e podem se estender entre partículas agregadas (Lee et al., 2016), por exemplo, Fig. 17.4B.