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QUARCIONI, Valdecir Angelo. Influência da cal hidratada nas idades iniciais da hidratação do cimento portland: estudo em pasta. 188pTese (Pós-Graduação em Engenharia Civil) - Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, 2008.
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Resumo

O progresso científico e tecnológico das últimas décadas registra um avanço significativo no processo de obtenção da cal, porém, há uma lacuna de conhecimento de base referente à sua ação quando empregada em conjunto com o cimento Portland. O uso da cal nas argamassas mistas de acabamento tem sido associado positivamente apenas à plasticidade no estado fresco e à sua deformabilidade no estado endurecido. Maiores informações são necessárias sobre a ação da cal na evolução das propriedades da argamassa no estado fresco, vinculadas à hidratação do cimento. Este conhecimento é importante para o desenvolvimento de formulações que atendam ao desempenho desejado em diferentes aplicações. O entendimento do mecanismo de hidratação do cimento em presença da cal constitui uma plataforma para estudos de adições minerais ativas ao clínquer, com adição de cal hidratada como fonte externa de cálcio, na produção de novos materiais cimentícios sustentáveis. O estudo em pasta realizado teve como foco a interação cimento-cal visando identificar os fenômenos químicos e físicos relevantes que se sucedem à adição de água ao sistema. Foram caracterizadas as idades iniciais de hidratação do cimento por meio de ensaios de calorimetria de condução, termogravimetria (TG/DTG) e difratometria de raios X em material no estado fluido e em regime consecutivo de coleta de dados. Os experimentos envolveram as proporções 1:1 e 1:2 de cimento portland tipo CP II E com cales hidratadas tipos CH I e CH III. A cal CH I incorpora à mistura elevado teor de hidróxido de cálcio com imediata saturação do meio por íons hidroxila e íons cálcio; a cal CH III incorpora também, em maior quantidade, filler carbonático. Por efeito químico, devido à presença da cal, há alteração da cinética de hidratação, mas com formação dos produtos de reação característicos da hidratação do cimento. Por efeito físico, o filler carbonático e a fração insolúvel do hidróxido de cálcio da cal, presente no meio saturado, atuam como nucleador para precipitação de fases hidratadas. O efeito combinado desses fenômenos promoveu aceleração da hidratação do cimento portland, principalmente no período de indução, quando prevalecem as reações de formação de etringita e de aluminato de cálcio hidratado.

Abstract

In the last decades, scientific and technological progress has shown a significant advance in the process of obtaining lime; however, there is gap knowledge with relation to its action when employed together with Portland cement. The use of lime in finishing mix mortars has only been positively associated to the fresh state plasticity and ability to deformation in the hardened state. It is necessary to collect data about the role of lime in the gradual development of the properties of mortars in the fresh state, linked to cement hydration. Such knowledge is important to develop formulas which can meet the required performance in different uses. The current demand of sustainable materials has favored the addition of minerals to the composition of Portland cement, and hydrated lime as an extern source of calcium, is a feasible alternative to the composition of byproducts and mixtures to be used as alternative binders. This research focused the cement-lime interaction aiming at identifying relevant chemical and physical phenomena which succeed the addition of water to the system. The paste study characterized the early ages of hydration by means of isothermal calorimetric, thermogravimetric, X-ray diffraction in material in the fluid state analysis collecting data in a consecutive basis. The experiments were carried out by using two proportions of Portland cement type CP II E with hydrated lime types CH I and CH III. By adding lime CH I to the cement-water system, calcium hydroxide is abundantly incorporated, with immediate saturation by means of hydroxide ions and calcium ions. The addition of lime CH III, also incorporates, in greater amount, finely ground limestone. Due to chemical effect because of the presence of lime, there is alteration in the kinetic of hydration, forming products characteristics to the cement hydration process. Due to physical effect, the filler and the lime insoluble fraction of calcium hydroxide, present in the saturated environment, work as facilitators to the precipitation of the hydrated phases. The combined effect of these two phenomena accelerated hydration of Portland cement, mainly in the induction period, when ettringite and hydrated calcium aluminate formation reactions prevail. The advancement made in terms of knowledge permits to broaden comprehension on the behavior of mixtures in early stages, when hardening and consolidation processes are applied to mortars and help rheologic studies which involve their application. The understanding of the hydration mechanism in the presence of lime sets a base to study additions of active minerals to the clinker and produce new sustainable cementious compounds.
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