O cimento expansivo pode se expandir até um volume específico durante o processo de hidratação, enquanto o cimento de silicato geralmente encolhe durante o processo de endurecimento, causando rachaduras e permeabilidade à água nos componentes de cimento. Assim, o cimento expansivo supera as deficiências mencionadas acima do cimento de silicato e melhora a compactação e a integridade dos componentes de concreto de cimento.
Quando o cimento expansivo é usado em concreto reforçado, a expansão do concreto causará uma tensão de tração específica nas barras de aço, e o concreto será submetido à tensão compressiva correspondente. Essa tensão compressiva pode evitar que o concreto produza microfissuras internas. Quando seu valor é significativo, ela também pode compensar parte da tensão de tração causada por fatores externos, melhorando, assim, o defeito de baixa resistência à tração do concreto. Essa tensão compressiva pré-existente vem da hidratação do próprio cimento, que é chamada de autoestresse, e o “valor de autoestresse” (MPa) é usado para representar a magnitude da tensão compressiva gerada no concreto.
O cimento expansivo com diferentes valores de expansão pode ser obtido ajustando-se a proporção de vários componentes. O cimento expansivo pode ser dividido em duas categorias de acordo com o tamanho da autoestresse. Quando o valor da autoestresse é ≥2MPa, ele é chamado de cimento autoestressante; quando o valor da autoestresse é <2MPa (geralmente em torno de 0,5MPa), ele é chamado de cimento expansivo.
O cimento expansivo, um material versátil, pode ser dividido em quatro categorias de acordo com seus principais componentes: silicato, aluminato, sulfoaluminato e aluminoferrato de cálcio. Seu mecanismo de expansão é a expansão do sulfonato de cálcio formado na pasta de cimento. O cimento expansivo do tipo silicato endurece lentamente, enquanto o cimento expansivo do tipo aluminato endurece rapidamente.
O cimento expansivo do tipo silicato é feito de cimento de silicato como componente principal, com adição de cimento de aluminato e gesso. Seu valor de expansão é ajustado alterando-se o teor de cimento de aluminato e gesso. Se o cimento de aluminato no cimento expansivo de silicato for substituído por alumita, ele será chamado de cimento expansivo de alumita. O principal componente da alumita é [K₂SO₄-Al₂(SO₄)₃-4Al(OH)₃], que pode gerar sulfonato de cálcio e é atualmente o melhor cimento expansivo. Se o agente expansivo de aluminato e o agente expansivo de aluminato forem adicionados ao cimento de silicato, o efeito do cimento expansivo também poderá ser obtido.
O cimento expansivo de aluminato é produzido pela mistura de clínquer de cimento de aluminato e gesso di-hidratado ou pela moagem separada e posterior mistura. Ele tem as vantagens do alto valor de autotensão, boa impermeabilidade e estanqueidade ao ar. O cimento expansivo de sulfoaluminato é feito de sulfoaluminato anidro e silicato dicálcico como componentes principais, além de gesso.
O cimento expansivo de ferroaluminato de cálcio consiste em uma fase de ferro, sulfoaluminato de cálcio anidro, silicato dicálcico e gesso como componentes principais.
Os seguintes tipos de cimento expansivo, cada um com suas propriedades exclusivas e aplicações práticas, são comumente usados atualmente.
1. Cimento expansivo de alumita
Qualquer material cimentício hidráulico com propriedades expansivas produzido pela moagem de aluminato natural, gesso e escória granulada de alto-forno (ou cinzas volantes) em proporções adequadas com clínquer de cimento silicatado como material principal é chamado de cimento expansivo de aluminato.
O cimento expansivo de alumita é dividido em três graus: 425, 525 e 625. Seus requisitos técnicos de desempenho são os seguintes.
(1) Trióxido de enxofre
O teor de trióxido de enxofre no cimento não deve exceder 8,0%.
(2) Área de superfície específica
A área de superfície específica do cimento não deve ser inferior a 420m²/kg.
(3) Tempo de endurecimento
O endurecimento inicial não deve ser anterior a 45 minutos, e o endurecimento final não deve ser posterior a 6 horas.
(4) Resistência
A resistência do cimento de cada classe em cada idade deve ser igual ao valor da Tabela 2-19.
(5) Taxa de expansão
A taxa de expansão livre dos espécimes de pasta de cimento curados em água em várias idades deve atender aos seguintes requisitos: 1d não deve ser menor que 0,15%; 28d não deve ser menor que 0,35%, mas não maior que 1,20%.
(6) Impermeabilidade
1:3 Depois que a amostra de argamassa macia for curada em água por 3 dias, ela deverá ser impermeável sob pressão constante de 1,0 MPa por 8h (Observação: indicador opcional, aplicável a projetos anti-infiltração. Se o cimento não for usado em projetos anti-infiltração, o teste de permeabilidade à água não poderá ser realizado).
2. Cimento de microexpansão de baixo calor
Qualquer material de cimentação hidráulica com baixo calor de hidratação e desempenho de microexpansão feito pela adição da quantidade adequada de clínquer de cimento de silicato e gesso à escória granulada de alto-forno como componente principal é chamado de cimento de microexpansão de baixo calor, codinome LHEC.
3. Cimento de ferroaluminato de autoestresse
O cimento de ferroaluminato de autoestresse é um material de cimentação hidráulica forte e expansivo feito com a adição de uma quantidade adequada de gesso ao clínquer obtido pela calcinação de matérias-primas com uma composição adequada, sulfoaluminato de cálcio anidro, fase de ferro e silicato dicálcico como os principais componentes minerais, e o código denominado SFAC. O produto é dividido em três classes, de acordo com o valor de autoestresse 28d: 30, 40 e 50.
4. Cimento de silicato autotensionado
O cimento de silicato autotensionado, ou cimento de expansão de silicato, é um material cimentício hidráulico expansivo feito pela moagem de cimento de silicato comum, cimento de alumina e gesso de água natural em proporções adequadas.
O concreto de cimento de silicato autoestressado encolhe quando colocado ao ar, mas a taxa de encolhimento é de apenas 0,03% a 0,06%. Após o reumedecimento e a cura, os valores de expansão e autoestresse perdidos pela retração podem ser restaurados. O cimento de silicato autoestressado tem boa resistência ao congelamento. Depois de 150 ciclos de congelamento e descongelamento, o grau de expansão da argamassa de cimento autoestressada 1:1 é o mesmo da cura de longo prazo em água em temperatura normal, mas a resistência pode ser continuamente aprimorada durante o processo de congelamento e descongelamento.