Propriedades mecânicas de pastas de cimento: microestrutura, variabilidade e análises probabilísticas. - Oliveira, Fábio Cabral de (2020)
A pasta de cimento hidratada é um material frágil e, portanto, o desempenho mecânico é governado por defeitos pré-existentes na microestrutura. Durante a produção e moldagem, defeitos críticos (poros largos, trincas e fissuras) podem ser introduzidos causando drástica redução da resistência mecânica. Tais defeitos ocorrem e se distribuem aleatoriamente, o que intensifica a dispersão das propriedades mecânicas. Conhecer a variabilidade é importante para determinar valores característicos, que acabam por definir a confiabilidade estrutural do concreto. Neste contexto, o presente trabalho avalia a variabilidade da resistência à tração e do módulo de elasticidade de pastas de cimento, correlacionando-a à ocorrência de defeitos críticos. Dentre as variáveis investigadas estão a relação água/sólidos, o teor de fíler calcário (em substituição e em adição ao cimento) e o teor de superplastificante. Para cada composição, pelo menos 40 pequenas amostras cúbicas (~10 mm) foram moldadas para garantir representatividade estatística. As propriedades mecânicas foram determinadas através de um ensaio simples, baseado no ensaio de carga pontual e na teoria de contato elástico de Hertz. O comportamento da resistência à tração e do módulo elástico foi avaliado a partir de análises probabilísticas utilizando as distribuições de Weibull e lognormal, respectivamente. Ensaios de Porosimetria por Intrusão de Mercúrio (MIP) e Microtomografia de Raios-X foram realizados para correlacionar a dispersão dos resultados mecânicos com a microestrutura das amostras. O fíler calcário aumenta a porosidade aberta quando usado em substituição ao cimento (a/s constante); por outro lado, em adição ao cimento (a/c constante), a porosidade diminui. A magnitude do módulo elástico só foi afetada pela porosidade total, de maneira inversa, e a variabilidade das observações é pequena, independente da composição da pasta. A variabilidade da resistência à tração é relativamente alta devido à distribuição aleatória dos defeitos críticos; entretanto, pode ser substancialmente reduzida com a inclusão de fíler calcário e com o aumento da porosidade, devido ao mecanismo de tenacificação na zona de propagação da fratura. A ocorrência de exsudação/segregação após a moldagem das amostras aumentou significativamente a variabilidade dos resultados mecânicos. O diâmetro crítico determinado pela MIP apresentou correlação negativa com a resistência mecânica, e a relação a/c parece ser o principal fator que afeta sua dimensão.