Desenvolvimento de pastas cimentícias contendo hidrogel: uma opção sustentável para uso na Engenharia Civil

Abstract

O cimento é um dos materiais mais utilizados na construção civil ao redor do mundo, desde a Roma Antiga, por sua durabilidade e resistência a compressão. Contudo, para que tais características se tornem adequadas, a cura do cimento deve ser eficiente. Uma cura eficiente, com frequência, necessita de uma quantidade exacerbada de água. Desta forma, para minimizar essas desvantagens, aposta-se na cura interna em detrimento da cura externa, que é a mais usual. A cura interna necessita de um agente de cura interna, um aditivo. Assim, o presente estudo dedicou-se a entender como o hidrogel constituído por poliacrilamida, carboximetilcelulose e nanoargila cloisita-Na+, adicionado à pasta de cimento na proporção de 0,5% em relação à massa de cimento e razão água/cimento igual a 0,35, altera as propriedades da pasta cimentícia de Cimento Portland CPV ARI, favorecendo o processo de cura interna. O hidrogel analisado foi escolhido pela sua capacidade de absorção de água e sua posterior liberação. Os resultados mostraram que o uso do hidrogel foi capaz de reduzir a porcentagem de ar incorporado, a absorção de água e o índice de consistência, além de apresentar uma menor taxa de exsudação. Não foi observada alteração significativa na resistência à compressão. A retração da matriz contendo o hidrogel apresentou uma diminuição e estabilidade logo nas primeiras 24h de cura. Tais resultados apontam para a capacidade de absorção de água e liberação, a posteriori, do referido hidrogel, além da capacidade do mesmo em ocupar vazios, obstruindo a saída da água da pasta de cimento. Foi possível identificar, a partir da técnica de microscopia eletrônica de varredura, as estruturas referentes as fases do cimento e indícios da presença do hidrogel na matriz cimentícia. A análise de TG indica que entre as idades de cura de 56 e 112 dias há uma possível liberação da água de intumescimento do hidrogel, com um discreto aumento do grau de hidratação para a cura de 112 dias. Isso demonstra que essa pequena quantidade de aditivo polimérico é capaz de trazer mudanças significativas mesmo em longas idades, indicando sua ação como agente de cura interna, incentivando futuros estudos.

Cement is one of the most widely used materials in civil construction worldwide, dating back to Ancient Rome, due to its durability and compressive strength. However, to ensure that such properties develop properly, an efficient curing process is required. Efficient curing often demands an excessive amount of water. Therefore, to minimize these disadvantages, internal curing is considered as an alternative to conventional external curing. Internal curing requires a specific curing agent, an additive. This study aimed to investigate how a hydrogel composed of polyacrylamide, carboxymethylcellulose, and cloisite-Na+ nanoclay, when added to cement paste at a proportion of 0.5% relative to cement mass and water/cement ratio of 0.35, influences the properties of Portland cement paste (CPV ARI), favoring the internal curing process. The hydrogel was selected due to its water absorption capacity and subsequent release. The results demonstrated that the incorporation of the hydrogel reduced the percentage of entrained air, water absorption, and consistency index, as well as leading to a lower bleeding rate. No significant change in compressive strength was observed. The shrinkage of the matrix containing hydrogel exhibited a decrease and stabilization within the first 24 hours of curing. These findings suggest that the hydrogel’s ability to absorb and subsequently release water, as well as to occupy voids and obstruct water migration from the cement paste, were decisive factors. Scanning electron microscopy (SEM) enabled the identification of cement hydration phases and indications of hydrogel presence within the cementitious matrix. Thermogravimetric analysis (TG) indicated that, between 56 and 112 days of curing, there was a possible release of swelling water retained in the hydrogel, with a slight increase in the degree of hydration at 112 days. This demonstrates that even a small amount of polymeric additive is capable of producing significant changes at extended curing ages, reinforcing its potential for promoting internal curing and encouraging further research.