Influência da temperatura e pressão na hidratação e desempenho mecânico de pastas para concreto de ultra-alto desempenho

Abstract

Em uma realidade de demanda por concretos com melhores propriedades, novas tecnologias surgem continuamente a partir do aprimoramento de técnicas consagradas. Um exemplo é o concreto de ultra-alto desempenho (CUAD). Em meados de 1970, sabia-se que a resistência era melhorada promovendo a cura térmica sob pressão em condições extremas (temperaturas entre 100 a 400°C e a pressão na ordem de 800 MPa). Com a evolução do conhecimento, verificou-se a necessidade de adotar temperaturas inferiores para não comprometer a durabilidade. Além disso, as dificuldades de implementação de elevada pressão, tornou restrita a pressurização do concreto no estado fresco. Esta tese desenvolveu-se, portanto, em um contexto de adaptação destes parâmetros de cura. Foi elaborado um equipamento exclusivo para aplicação simultânea de pressão de até 10 MPa e temperatura máxima de 60°C, segundo diferentes tempos de espera para a cura térmica. Foram avaliadas as propriedades de massa específica, módulo de elasticidade dinâmico e resistência à compressão, com 1, 7 e 28 dias; além de verificadas alterações na cinética das reações a partir de ensaios de calorimetria. O grau de hidratação e o teor de portlandita, como indicadores da evolução das reações, foram quantificados por termogravimetria, e apresentaram valores na faixa de 40% a 60% e 10% a 16%, respectivamente. Adicionalmente, amostras foram submetidas à análise de porosidade, microscopia eletrônica de varredura e cristalografia por difração de raios X. Foi comprovado o efeito positivo da aplicação de pressão no desempenho das pastas, tanto em temperatura ambiente quanto em 40°C ou 60°C, sendo que quando combinado com cura térmica, a pressão compensou perdas de resistência observadas nas pastas aquecidas e não compactadas. Analisando os resultados aos 28 dias, tem-se que a combinação de pressão igual a 5 MPa, temperatura de 60°C e tempo de espera igual a 4h apresentou excelentes resultados de resistência (177 MPa) e módulo (42 GPa); similares à combinação entre 10 MPa de pressão, 40°C de temperatura e 0h de tempo de espera, cujos resultados foram de 174 MPa e 44 GPa, respectivamente. Sendo assim, verifica-se que embora seja positiva a combinação entre pressão e temperatura, é possível ajustar os parâmetros de cura segundo as necessidades de desempenho e condições de implementação de um sistema de cura térmica sob pressão.

Abstract: In a reality of a demand for concrete with better properties, new technologies are continually emerging from the improvement of established techniques. An example of this tendency is the ultra-high performance concrete (UHPC), able to develop strength above 150 MPa under conventional curing conditions. By the mid-1970s, it was known that strength was improved by hot pressing under extreme conditions (temperatures between 100°C to 400°C, and compaction pressure around 800 MPa). By the knowledge evolution, it was verified the need of lower temperature in order not to compromise durability. In addition, the difficulties of implementing high pressure systems, has restricted pressurization of concrete in fresh state. This thesis was developed in a context of adaptation of these curing parameters. It was designed an exclusive equipment for simultaneous application of pressure up to 10 MPa and maximum temperature up to 60°C, according different delay time prior to heating. It was prepared cylinder specimens, submitted to combinations of curing regimes. The effects were evaluated on properties as density, dynamic modulus of elasticity and compressive strength, at 1, 7 and 28 days. Changes in kinetics reactions were observed in isothermal calorimetry. Degree of hydration and portlandite content, as indicators of reaction evolution, was quantified by thermogravimetric techniques. Values were obtained in the range of 40% to 60% and 10% to 16%, respectively. Additionally, samples were submitted to porosity analysis, scanning electron microscopy and crystallography by X ray diffraction. The positive effect of pressure on pastes performance was desmontrated, both at room temperature and at 40°C or 60°C. When combined with thermal curing, the pressure compensated loss of strength observed in hot and unpressed samples. Analyzing results at 28 days, the combination of 5 MPa of pressure, 60°C of temperature and 4h of holding time had excellent compressive strength (177 MPa) and dynamic modulus of elasticity (42 GPa), similar to the combination of 10 MPa, 40°C and 0h, which results were 174 MPa and 44 GPa. Therefore, it is found that while the combination of pressure and temperature is favorable to mechanical development, it is possible to fit the curing parameters to the performance requirements and conditions of implementation of a thermal curing system under pressure.