Cimento
Os cimentos são produtos que, quando misturados com água, pegam e endurecem, formando novos compostos resultantes de reações de hidratação que são estáveis tanto ao ar quanto submersos em água.[32].
Existem vários tipos de cimentos. As propriedades de cada um deles estão intimamente associadas à composição química de seus componentes iniciais, que se expressa na forma de seus óxidos, e dependendo de quais sejam, formarão diferentes compostos resultantes nas reações de hidratação.[32].
Cada tipo de cimento é indicado para determinados usos; As condições ambientais também determinam o tipo e a classe do cimento, afetando a durabilidade do concreto. Os tipos e nomes dos cimentos e seus componentes são padronizados e sujeitos a condições rigorosas. A norma espanhola estabelece os seguintes tipos: cimentos comuns, aqueles resistentes aos sulfatos, aqueles resistentes à água do mar, aqueles com baixo calor de hidratação, cimentos brancos, aqueles para usos especiais e aqueles feitos de aluminato de cálcio. Os cimentos comuns são o grupo mais importante e entre eles o Portland é o habitual. Em Espanha, apenas os cimentos comercializados legalmente na União Europeia podem ser utilizados e estão sujeitos às disposições de leis específicas.[33].
Além do tipo de cimento, o segundo fator que determina a qualidade do cimento é a sua classe ou resistência à compressão aos 28 dias. Esta é determinada em argamassa padronizada e expressa a resistência mínima, que deve ser sempre ultrapassada na fabricação do cimento. Não é a mesma coisa, nem se deve confundir a resistência do cimento com a do betão, pois a do cimento corresponde a componentes normalizados e a do betão dependerá de cada um dos seus componentes. Mas se o concreto for bem dosado, quanto maior a resistência do cimento, maior será a resistência do concreto.[32] A norma espanhola estabelece as seguintes classes de resistência:[33].
O cimento apresenta-se em pó e a finura da sua moagem é decisiva nas suas propriedades de ligação, influenciando decisivamente a velocidade das reações químicas da sua pega e primeiro endurecimento. Quando misturados com água, os grãos de cimento são hidratados apenas até uma profundidade de 0,01 mm, portanto, se os grãos fossem muito grossos, o desempenho de hidratação seria pequeno, pois um núcleo inerte permaneceria no seu interior. Entretanto, a finura excessiva causa alto encolhimento e calor de hidratação. Além disso, uma vez que a resistência aumenta com a finura, deve ser alcançada uma solução de compromisso; o cimento deve ser finamente moído, mas não excessivamente.[32].
O armazenamento do cimento a granel é realizado em silos estanques que não permitem a contaminação do cimento e devem ser protegidos da umidade. Para os cimentos fornecidos em sacos, o armazenamento deve ser realizado em locais cobertos, ventilados, protegidos da chuva e do sol.[33] O armazenamento prolongado pode causar a hidratação das partículas mais finas devido ao intemperismo, perdendo seu valor hidráulico e resultando em atraso na pega e diminuição da resistência.[34].
O cimento Portland é obtido pela calcinação de misturas de calcário e argila preparadas artificialmente a cerca de 1500 °C. O produto resultante, denominado clínquer, é moído pela adição de uma quantidade adequada de regulador de presa, que geralmente é pedra de gesso natural.[35].
A composição química média de um portland, segundo Calleja, é composta por 62,5% de CaO (cal combinada), 21% de SiO (sílica), 6,5% de AlO (alumina), 2,5% de FeO (ferro) e outras minorias. Esses quatro componentes são os principais do cimento, a cal é básica e os outros três são ácidos. Esses componentes não estão livres no cimento, mas combinados formando silicatos, aluminatos e ferritas de cálcio, que são seus componentes hidráulicos ou componentes potenciais. Um clínquer de cimento Portland de tipo médio contém:[35].
As duas principais reações de hidratação que causam o processo de pega e endurecimento são:
O silicato tricálcico é o composto ativo por excelência do cimento, pois desenvolve uma elevada resistência inicial e um elevado calor de hidratação. Ele endurece lentamente e endurece rapidamente. Em cimentos de endurecimento rápido e de alta resistência aparece em maior proporção do que o habitual.[35].
O silicato dicálcico é o que desenvolve resistência a longo prazo no cimento, é lento na pega e no endurecimento. Sua estabilidade química é maior que a do silicato tricálcico, razão pela qual os cimentos resistentes ao sulfato apresentam alto teor de silicato dicálcico.[35].
O aluminato tricálcico é o composto que rege a presa e a resistência a curto prazo. Sua estabilidade química é boa contra água do mar, mas muito fraca contra sulfatos. Para interromper a rápida reação do aluminato tricálcico com a água e regular o tempo de pega do cimento, adiciona-se pedra de gesso ao clínquer.[35].
Aluminatoferrita tetracálcica") não participa da resistência mecânica, sua presença é necessária devido à contribuição dos fluxos de ferro na fabricação do clínquer.[35].
Em Espanha existem os chamados "cimentos Portland com adições ativas" que, além dos componentes principais do clínquer e da pedra de gesso, contêm um destes componentes adicionais até 35% do peso do cimento: escória de aço "Escória (metalurgia)"), sílica ativa, pozolana natural, pozolana natural calcinada, cinza volante siliciosa, cinza volante calcária, xisto calcinado ou calcário.[33].
Cimentos de alta resistência inicial, aqueles resistentes a sulfatos, aqueles com baixo calor de hidratação ou brancos são geralmente cimentos Portland especiais e para eles alguns dos quatro componentes básicos do clínquer são limitados ou melhorados.[36].
O cimento de aço é obtido pela moagem conjunta de clínquer Portland e ajuste do regulador na proporção de 5-64% com escória de aço na proporção de 36-95%.[33] Constitui a família dos cimentos frios. A escória é obtida pelo resfriamento repentino da ganga fundida dos processos de fabricação de aço em água; Neste resfriamento a escória vitrifica e torna-se hidraulicamente ativa devido ao seu teor combinado de cal. A escória por si só endurece e endurece lentamente, então o clínquer Portland é adicionado para acelerá-la.[36].
O cimento pozolânico é uma mistura de clínquer Portland e regulador de pega na proporção de 45-89% com pozolana na proporção de 11-55%.[33] A pozolana natural tem origem vulcânica e embora não possua propriedades ligantes, contém sílica e alumina capazes de fixar cal na presença de água, formando compostos com propriedades hidráulicas. A pozolana artificial tem propriedades análogas e é encontrada em cinzas volantes, terra diatomácea ou argilas ativas.[36].
O cimento aluminoso é obtido pela fusão de calcário e bauxita. O principal constituinte deste cimento é o aluminato monocálcico.[36].
Árido
Os agregados devem ter pelo menos a mesma resistência e durabilidade exigidas para o concreto. Não devem ser utilizados calcários moles, feldspatos, gesso, piritas ou rochas friáveis ou porosas. Para durabilidade em ambientes agressivos, agregados siliciosos, provenientes da trituração de rochas vulcânicas ou calcários densos e saudáveis, serão melhores.[37].
O agregado que tem maior responsabilidade no todo é a areia. Segundo Jiménez Montoya, não é possível fazer um bom concreto sem uma boa areia. As melhores areias são as de rio, que normalmente são quartzo puro, o que garante sua resistência e durabilidade.[37].
Com agregados laminados naturais, o betão é mais trabalhável e necessita de menos água de mistura do que os agregados britados, tendo ainda a garantia de serem pedras duras e limpas. Os agregados britados por britagem, com mais faces de fratura, custam mais para serem colocados em uso, mas travam melhor e isso se reflete em maior resistência.[37].
Se os agregados laminados estiverem contaminados ou misturados com argila, é imprescindível lavá-los para retirar a camisa que envolve os grãos e que reduziria sua aderência à pasta de concreto. Da mesma forma, os agregados de britagem geralmente são cercados por pó de britagem, o que aumenta os finos do concreto, requer mais água de mistura e dará menor resistência, por isso geralmente são lavados.[37].
Os agregados utilizados no concreto são obtidos pela mistura de três ou quatro grupos de tamanhos diferentes para obter uma granulometria ideal. Três fatores intervêm numa granulometria adequada: o tamanho máximo do agregado, a compactação e o teor de grãos finos. Quanto maior o tamanho máximo do agregado, menores serão as necessidades de cimento e água, mas o tamanho máximo é limitado pelas dimensões mínimas do elemento a construir ou pela separação entre armaduras, uma vez que estas lacunas devem ser preenchidas por betão e, portanto, por agregados maiores. Numa mistura de agregados, uma elevada compactação é aquela que deixa poucos vazios; Consegue-se com misturas com baixo teor de areia e grande proporção de agregados graúdos, necessitando de pouca água de mistura; Sua grande dificuldade é compactar o concreto, mas se houver meios suficientes para isso, o resultado é um concreto muito resistente. Quanto ao teor de grãos finos, estes tornam a mistura mais trabalhável, mas requerem mais água de mistura e cimento. Em cada caso, deverá ser encontrada uma fórmula de compromisso tendo em conta os diferentes factores. As parábolas de Fuller e Bolomey fornecem duas famílias de curvas granulométricas amplamente utilizadas para obter dosagens adequadas de agregados.[37].
Água
A água de mistura intervém nas reações de hidratação do cimento. A quantidade deve ser estritamente necessária, pois o excesso que não intervém na hidratação do cimento irá evaporar e criar vazios no concreto, reduzindo sua resistência. Pode-se estimar que cada litro de água de amassamento em excesso significa a anulação de dois quilos de cimento na mistura. No entanto, uma redução excessiva de água causaria uma mistura seca, pesada e muito difícil de colocar no local. Portanto, é muito importante definir corretamente a quantidade de água.[38].
As características da água para concreto devem ser avaliadas para que não produza reações adversas na mistura, por isso devem ser realizadas análises físico-químicas para garantir sua qualidade. Na prática, um indicador simples é a potabilidade da água, com isso podemos determinar se a água é adequada para uso na mistura ou não.
Durante a presa e primeiro endurecimento do concreto, é adicionada água de cura para evitar a dessecação e melhorar a hidratação do cimento.[38].
Tanto a água destinada à amassadura como a destinada à cura devem ser adequadas para cumprir a sua função. É muito importante que a água de cura seja adequada, pois pode afetar mais negativamente as reações químicas durante o endurecimento do concreto. Normalmente, a água adequada costuma coincidir com a água potável e uma série de parâmetros que devem ser atendidos são padronizados. Assim, os regulamentos limitam o pH, o conteúdo de sulfatos, íons cloro e carboidratos.[38].
Quando uma massa é excessivamente fluida ou muito seca, existe o perigo de ocorrer o fenómeno de segregação (separação do betão nos seus componentes: agregados, cimento e água). Geralmente ocorre quando o concreto é vazado com quedas de material superiores a 2 metros.[28].
Outros componentes minoritários
Os componentes básicos do concreto são cimento, água e agregados; Outros componentes menores que podem ser incorporados são: adições, aditivos, fibras, cargas e pigmentos.
Aditivos e adições podem ser utilizados como componentes do concreto, desde que através dos ensaios apropriados, se justifique que a substância adicionada nas proporções e condições previstas produz o efeito desejado sem perturbar excessivamente as características remanescentes do concreto ou representar perigo à durabilidade do concreto ou à corrosão da armadura.[39].
As adições são materiais hidráulicos inorgânicos, pozolânicos ou latentes que, finamente moídos, podem ser adicionados ao concreto no momento de sua fabricação, a fim de melhorar algumas de suas propriedades ou conferir-lhe propriedades especiais. O EHE inclui apenas a utilização de cinzas volantes e sílica ativa, determinando suas limitações. É composto por calcário triturado em pedaços muito pequenos, como pó, e outros materiais, como produtos químicos HQR (herqiros), entre outros.
Os aditivos são substâncias ou produtos que se incorporam ao betão, antes ou durante a mistura, produzindo a modificação de algumas das suas características, das suas propriedades habituais ou do seu comportamento. A EHE estabelece proporção não superior a 5% do peso do cimento e dá outras condições.