A composição do clínquer controla a cinética da hidratação do cimento, devido às fases potencialmente mais reativas. O aluminato tricálcico (C3A) é a fase que reage mais rápido quando em contato com a água, formando rapidamente os aluminatos de cálcio hidratado (C3AH6, C4AH19 e C2AH8), com a liberação de elevada quantidade de calor. Para casos práticos, o sulfato de cálcio é adicionado ao clínquer para retardar esta reação. Na presença do sulfato de cálcio, o produto formado da reação com o C3A é o trissulfoaluminato de cálcio hidratado (etringita). Geralmente, a forma cristalina do C3A sintetizado durante o processo de clinquerização é cúbica. No entanto, o íon Na+, pode ser incorporado na estrutura cristalina do C3A, em substituição ao Ca2+, levando à modificação da forma cristalina de cúbica para ortorrômbica. Alguns estudos realizados apresentam interessantes resultados sobre a interferência desta fase modificada na hidratação do cimento, afetando o início de pega e a trabalhabilidade da matriz cimentícia. Os maiores problemas são observados em cimentos Portland branco onde, em função da necessidade de redução da quantidade de ferroaluminato tetracálcico (C4AF), ocorre um incremento na quantidade de C3A. Existe uma grande lacuna referente às características específicas de cada aluminato na ausência e na presença de gipsita e hidróxido de cálcio. Desta forma, mostra-se interessante a observação das características das fases do clínquer, principalmente quando se trata dos aluminatos, visto que este seria um passo importante no entendimento dos problemas de início de pega. O presente estudo utiliza fases puras (C3A cúbico e ortorrômbico) sintetizadas em laboratório, para, desta forma, focar as reações independentemente, isolando-as das demais. A associação de diferentes técnicas que possibilitam avaliar a hidratação in situ, com dois métodos originais de análise, utilizando radiações síncrotron, bem como análise de características reológicas e utilização de técnicas clássicas possibilitaram traçar algumas contribuições. Os resultados mostraram que existem grandes diferenças na hidratação de cada aluminato, sendo o ortorrômbico mais reativo nas primeiras idades quando em presença de gipsita, formando primeiramente a etringita. Na ausência de gipsita, o C3A cúbico se mostrou mais reativo, formando primeiro os aluminatos de cálcio hidratados e com maior liberação de calor. O hidróxido de cálcio, saturando a água da mistura, retardou as reações iniciais do C3A ortorrômbico na ausência de gipsita e, em maiores idades, retardou a formação de etringita em pastas de C3A com gipsita e 10% de hidróxido de cálcio. / The clinker composition controls the kinetics of cement hydration mainly due to the presence of potentially more reactive phases. The reaction of tricalcium aluminate C3A with water is almost immediate. Crystalline hydrates, such as C3AH6, C4AH19 and C2AH8 are quickly formed with generation of a large amount of heat. In presence of calcium sulfate, the product formed from the C3A reaction is ettringite or high-sulfate calcium aluminate. The alkalis can be incorporated into a number of phases in the clinker and often Na2O is taken up by the C3A. When C3A is synthesized in the presence of these elements, it changes its crystal lattice and the formation of the orthorhombic phases occurs. Earlier studies have already shown interesting interference from this phase on the cement hydration. Significant problems are found in white Portland cement, where the necessity of reducing the amount of tetracalcium ferroaluminate (C4AF) leads to an increase of the C3A content. There is a large gap in understanding the specific characteristics of each crystalline form of C3A in presence and absence of gypsum and calcium hydroxide. Therefore, characterization of the cement phases is important, especially when it is related to the aluminates (cubic and orthorhombic), since this would be a step to further understand the setting problems. The present study uses pure phases (cubic and orthorhombic C3A) synthesized in laboratory, to focus on the reactions independently, isolating the reactions of the others phases. The experimental research integrated two different synchrotron radiation techniques that enable the study of the hydration in situ with rheological analysis and classical techniques allowing to obtain contributions in the hydration of each C3A. The results showed that there are significant differences in the hydration of each aluminate, and the orthorhombic C3A is more reactive in early ages when in presence of gypsum, by forming ettringite first. In absence of gypsum the cubic C3A was more reactive, forming first calcium aluminates hydrates and generating a higher amount of heat. The ettringite formation and the heat evolution of pastes in presence and absence of gypsum were delayed when calcium hydroxide was present in the mixture.

A composição do clínquer controla a cinética da hidratação do cimento, devido às fases potencialmente mais reativas. O aluminato tricálcico (C3A) é a fase que reage mais rápido quando em contato com a água, formando rapidamente os aluminatos de cálcio hidratado (C3AH6, C4AH19 e C2AH8), com a liberação de elevada quantidade de calor. Para casos práticos, o sulfato de cálcio é adicionado ao clínquer para retardar esta reação. Na presença do sulfato de cálcio, o produto formado da reação com o C3A é o trissulfoaluminato de cálcio hidratado (etringita). Geralmente, a forma cristalina do C3A sintetizado durante o processo de clinquerização é cúbica. No entanto, o íon Na+, pode ser incorporado na estrutura cristalina do C3A, em substituição ao Ca2+, levando à modificação da forma cristalina de cúbica para ortorrômbica. Alguns estudos realizados apresentam interessantes resultados sobre a interferência desta fase modificada na hidratação do cimento, afetando o início de pega e a trabalhabilidade da matriz cimentícia. Os maiores problemas são observados em cimentos Portland branco onde, em função da necessidade de redução da quantidade de ferroaluminato tetracálcico (C4AF), ocorre um incremento na quantidade de C3A. Existe uma grande lacuna referente às características específicas de cada aluminato na ausência e na presença de gipsita e hidróxido de cálcio. Desta forma, mostra-se interessante a observação das características das fases do clínquer, principalmente quando se trata dos aluminatos, visto que este seria um passo importante no entendimento dos problemas de início de pega. O presente estudo utiliza fases puras (C3A cúbico e ortorrômbico) sintetizadas em laboratório, para, desta forma, focar as reações independentemente, isolando-as das demais. A associação de diferentes técnicas que possibilitam avaliar a hidratação in situ, com dois métodos originais de análise, utilizando radiações síncrotron, bem como análise de características reológicas e utilização de técnicas clássicas possibilitaram traçar algumas contribuições. Os resultados mostraram que existem grandes diferenças na hidratação de cada aluminato, sendo o ortorrômbico mais reativo nas primeiras idades quando em presença de gipsita, formando primeiramente a etringita. Na ausência de gipsita, o C3A cúbico se mostrou mais reativo, formando primeiro os aluminatos de cálcio hidratados e com maior liberação de calor. O hidróxido de cálcio, saturando a água da mistura, retardou as reações iniciais do C3A ortorrômbico na ausência de gipsita e, em maiores idades, retardou a formação de etringita em pastas de C3A com gipsita e 10% de hidróxido de cálcio. / The clinker composition controls the kinetics of cement hydration mainly due to the presence of potentially more reactive phases. The reaction of tricalcium aluminate C3A with water is almost immediate. Crystalline hydrates, such as C3AH6, C4AH19 and C2AH8 are quickly formed with generation of a large amount of heat. In presence of calcium sulfate, the product formed from the C3A reaction is ettringite or high-sulfate calcium aluminate. The alkalis can be incorporated into a number of phases in the clinker and often Na2O is taken up by the C3A. When C3A is synthesized in the presence of these elements, it changes its crystal lattice and the formation of the orthorhombic phases occurs. Earlier studies have already shown interesting interference from this phase on the cement hydration. Significant problems are found in white Portland cement, where the necessity of reducing the amount of tetracalcium ferroaluminate (C4AF) leads to an increase of the C3A content. There is a large gap in understanding the specific characteristics of each crystalline form of C3A in presence and absence of gypsum and calcium hydroxide. Therefore, characterization of the cement phases is important, especially when it is related to the aluminates (cubic and orthorhombic), since this would be a step to further understand the setting problems. The present study uses pure phases (cubic and orthorhombic C3A) synthesized in laboratory, to focus on the reactions independently, isolating the reactions of the others phases. The experimental research integrated two different synchrotron radiation techniques that enable the study of the hydration in situ with rheological analysis and classical techniques allowing to obtain contributions in the hydration of each C3A. The results showed that there are significant differences in the hydration of each aluminate, and the orthorhombic C3A is more reactive in early ages when in presence of gypsum, by forming ettringite first. In absence of gypsum the cubic C3A was more reactive, forming first calcium aluminates hydrates and generating a higher amount of heat. The ettringite formation and the heat evolution of pastes in presence and absence of gypsum were delayed when calcium hydroxide was present in the mixture.

A composição do clínquer controla a cinética da hidratação do cimento, devido às fases potencialmente mais reativas. O aluminato tricálcico (C3A) é a fase que reage mais rápido quando em contato com a água, formando rapidamente os aluminatos de cálcio hidratado (C3AH6, C4AH19 e C2AH8), com a liberação de elevada quantidade de calor. Para casos práticos, o sulfato de cálcio é adicionado ao clínquer para retardar esta reação. Na presença do sulfato de cálcio, o produto formado da reação com o C3A é o trissulfoaluminato de cálcio hidratado (etringita). Geralmente, a forma cristalina do C3A sintetizado durante o processo de clinquerização é cúbica. No entanto, o íon Na+, pode ser incorporado na estrutura cristalina do C3A, em substituição ao Ca2+, levando à modificação da forma cristalina de cúbica para ortorrômbica. Alguns estudos realizados apresentam interessantes resultados sobre a interferência desta fase modificada na hidratação do cimento, afetando o início de pega e a trabalhabilidade da matriz cimentícia. Os maiores problemas são observados em cimentos Portland branco onde, em função da necessidade de redução da quantidade de ferroaluminato tetracálcico (C4AF), ocorre um incremento na quantidade de C3A. Existe uma grande lacuna referente às características específicas de cada aluminato na ausência e na presença de gipsita e hidróxido de cálcio. Desta forma, mostra-se interessante a observação das características das fases do clínquer, principalmente quando se trata dos aluminatos, visto que este seria um passo importante no entendimento dos problemas de início de pega. O presente estudo utiliza fases puras (C3A cúbico e ortorrômbico) sintetizadas em laboratório, para, desta forma, focar as reações independentemente, isolando-as das demais. A associação de diferentes técnicas que possibilitam avaliar a hidratação in situ, com dois métodos originais de análise, utilizando radiações síncrotron, bem como análise de características reológicas e utilização de técnicas clássicas possibilitaram traçar algumas contribuições. Os resultados mostraram que existem grandes diferenças na hidratação de cada aluminato, sendo o ortorrômbico mais reativo nas primeiras idades quando em presença de gipsita, formando primeiramente a etringita. Na ausência de gipsita, o C3A cúbico se mostrou mais reativo, formando primeiro os aluminatos de cálcio hidratados e com maior liberação de calor. O hidróxido de cálcio, saturando a água da mistura, retardou as reações iniciais do C3A ortorrômbico na ausência de gipsita e, em maiores idades, retardou a formação de etringita em pastas de C3A com gipsita e 10% de hidróxido de cálcio. / The clinker composition controls the kinetics of cement hydration mainly due to the presence of potentially more reactive phases. The reaction of tricalcium aluminate C3A with water is almost immediate. Crystalline hydrates, such as C3AH6, C4AH19 and C2AH8 are quickly formed with generation of a large amount of heat. In presence of calcium sulfate, the product formed from the C3A reaction is ettringite or high-sulfate calcium aluminate. The alkalis can be incorporated into a number of phases in the clinker and often Na2O is taken up by the C3A. When C3A is synthesized in the presence of these elements, it changes its crystal lattice and the formation of the orthorhombic phases occurs. Earlier studies have already shown interesting interference from this phase on the cement hydration. Significant problems are found in white Portland cement, where the necessity of reducing the amount of tetracalcium ferroaluminate (C4AF) leads to an increase of the C3A content. There is a large gap in understanding the specific characteristics of each crystalline form of C3A in presence and absence of gypsum and calcium hydroxide. Therefore, characterization of the cement phases is important, especially when it is related to the aluminates (cubic and orthorhombic), since this would be a step to further understand the setting problems. The present study uses pure phases (cubic and orthorhombic C3A) synthesized in laboratory, to focus on the reactions independently, isolating the reactions of the others phases. The experimental research integrated two different synchrotron radiation techniques that enable the study of the hydration in situ with rheological analysis and classical techniques allowing to obtain contributions in the hydration of each C3A. The results showed that there are significant differences in the hydration of each aluminate, and the orthorhombic C3A is more reactive in early ages when in presence of gypsum, by forming ettringite first. In absence of gypsum the cubic C3A was more reactive, forming first calcium aluminates hydrates and generating a higher amount of heat. The ettringite formation and the heat evolution of pastes in presence and absence of gypsum were delayed when calcium hydroxide was present in the mixture.

The hydration behavior of the calcium aluminates as a function of the glass content, the curing temperature, and the water-solid ratio was investigated. In order to keep them from influencing the results, the free-lime content and the surface area of all samples were kept constant, whenever possible. Samples were hydrated with a water-solid ratio of 10/1 for periods of 1 to 90 days. Three curing temperatures were studied; 2°C, 25°C, and 50°C. Samples were hydrated in tightly sealed polyethylene containers to prevent reactions with atmospheric carbon dioxide. The hydration was followed by X-ray diffraction and thermal analysis. Only two samples, Hexacalcium Tetra-alumino Magnesium Silicate and Tricalcium Magnesium Dialuminate, were successfully prepared in an amorphous form. These compounds were used to investigate the effect of glass content on the hydration behavior. Results indicate that when the glass content is increased a corresponding increase is found in the percent combined water. Samples hydrated at 25°C were influenced by changes in the glass content to a greater degree than were those hydrated at either 2°C or 50°C. The effect of the water-solid ratio on the hydration behavior of the calcium aluminates was studied using the compounds; Hexacalcium Tetra-Alumino Magnesium Silicate/ and Dodecacalcium Hepta-Aluminate. In general, samples that were hydrated with large water-solid ratios reacted more completely than did those hydrated with small water-solid ratios. The presence of sufficient water to theoretically hydrate the samples to completion did not guarantee that the sample would do so. The curing temperature influenced the hydration behavior to a greater degree than did the glass content or the water-solid ratio. Increasing the curing temperature not only increased the rate of hydration, but, in some cases, also changed the hydration products.

O aumento da longevidade da população mundial e dos acidentes com consequências traumáticas nas últimas décadas provocaram um incremento na demanda de materiais e tecnologias destinados à substituição de alguma função ou porção do organismo humano para assegurar a qualidade de vida do ser humano. Neste contexto, o desenvolvimento de novos biomateriais para a ortopedia e odontologia baseados nos fosfatos de cálcio é relevante, uma vez que estes apresentam composição química semelhante à fase mineral de ossos e dentes. Os cimentos de fosfatos de cálcio (CPC) possuem composição de fases cristalinas e resposta biológica similares às biocerâmicas de fosfato de cálcio utilizadas como material de implante por excelência devido à sua alta biocompatibilidade e excelente bioatividade; mas com a diferença de que estes podem ser facilmente moldados e adaptados ao local de implantação, injetados através de vias minimamente invasivas, ou misturados com diversos fármacos para obter uma ação terapêutica determinada e localizada no local de implantação. Em geral, tanto as biocerâmicas como os CPC apresentam baixas resistências mecânicas, pelo qual o objetivo principal deste trabalho foi a obtenção de novas formulações de CPC com propriedades mecânicas melhoradas mediante a adição de componentes de cimento Portland tradicional ou de cimento de aluminato de cálcio. Outras propriedades que se pretende melhorar com a adição de compostos portadores de silício são a bioatividade e osteogenicidade dos materiais resultantes, uma vez que os cimentos baseados em silicato de cálcio são altamente osteogênicos. Para isto, foi escolhido o sistema baseado em a-Ca3(PO4)2 e foram desenhadas diferentes formulações através da introdução de Ca3SiO5 (C3S) ou CaAl2O4 (CA), fases majoritárias dos cimentos Portland e cimentos de aluminato de cálcio que apresentam uma excelente resistência mecânica, além de ser biocompatíveis e bioativas. Do estudo realizado verificou-se que a adição de um 5% de C3S ao cimento baseado em a- Ca3(PO4)2 produz um incremento das propriedades mecânicas em longo prazo (14d) e melhora a bioatividade e citotoxicidade dos CPC tradicionais; no entanto, retarda a pega do cimento e a hidrólise do a-Ca3(PO4)2 e aumenta a o grau de degradação dos materiais. A introdução de SiO2 como modificação de esta formulação, embora diminuiu o pH resultante, retardou a pega do cimento provocando uma perda notável da resistência mecânica durante os primeiros estágios da reação. Por outro lado, a introdução de CA provocou uma diminuição da resistência à compressão dos cimentos, independente do teor adicionado, e não se observou a melhoria desta propriedade com o aumento do tempo. Contudo, a presença de CA permitiu a obtenção de materiais menos citotóxicos, e por consiguiente mais biocompatíves, assim como o aumento da bioatividade em relação aos CPC tradicionais. / The increased longevity of the world population and the growth of traumatic accidents in last decades, led to an increase in demand of materials and technologies for replacement of any portion or function of the human body to ensure the quality of human life. In this context, the development of new biomaterials for orthopedics and dentistry based on calcium phosphates is relevant, since they have similar chemical composition to the mineral phase of bones and teeth. The calcium phosphate cements (CPC) have composition of crystalline phases and biological response similar to calcium phosphate bioceramics used as implant material par excellence due to its high biocompatibility and excellent bioactivity; but with the difference that these can be easily shaped and adapted to the site, injected through minimally invasive means, or mixed with various drugs for a specific therapeutic action at the site of implantation. In general, both bioceramics such as CPC have low mechanical strength; whereby, the main objective of this study was to obtain new formulations of CPC with improved mechanical properties by adding components of traditional Portland cement or calcium aluminate cement. Other properties that are intended to improve with the addition of silicon compounds, are the bioactivity and osteogenic potential of the resulting materials, as it cements based on calcium silicate are highly osteogenic. For this, we chose a system based a-Ca3(PO4)2 and different formulations were designed by introducing Ca3SiO5 (C3S) or CaAl2O4 (CA), majority phases of Portland cement and calcium aluminate cements that have an excellent mechanical strength, and are biocompatible and bioactive. From the study it was found that the adittion of a 5% C3S to the a-Ca3(PO4)2 based cement, produces an increase in the mechanical properties in the long term (14d) and enhances bioactivity and cytotoxicity; however, enlarge the setting times and the degree of degradation ofaand hydrolysis of materials. The introduction of SiO2 as a modification of this formulation, resulted in a pH decreased, but in the increased of the setting times causing a noticeable loss of strength during the early stages of the reaction. Moreover, the introduction of CA reduced the compressive strength of cements, regardless of content added, and there was no improvement of this property with increasing time. However, the presence of CA allowed the production of materials less cytotoxic, and thereby to more biocompatible, as well as the increase in bioactivity relative to traditional CPC.

O aumento da longevidade da população mundial e dos acidentes com consequências traumáticas nas últimas décadas provocaram um incremento na demanda de materiais e tecnologias destinados à substituição de alguma função ou porção do organismo humano para assegurar a qualidade de vida do ser humano. Neste contexto, o desenvolvimento de novos biomateriais para a ortopedia e odontologia baseados nos fosfatos de cálcio é relevante, uma vez que estes apresentam composição química semelhante à fase mineral de ossos e dentes. Os cimentos de fosfatos de cálcio (CPC) possuem composição de fases cristalinas e resposta biológica similares às biocerâmicas de fosfato de cálcio utilizadas como material de implante por excelência devido à sua alta biocompatibilidade e excelente bioatividade; mas com a diferença de que estes podem ser facilmente moldados e adaptados ao local de implantação, injetados através de vias minimamente invasivas, ou misturados com diversos fármacos para obter uma ação terapêutica determinada e localizada no local de implantação. Em geral, tanto as biocerâmicas como os CPC apresentam baixas resistências mecânicas, pelo qual o objetivo principal deste trabalho foi a obtenção de novas formulações de CPC com propriedades mecânicas melhoradas mediante a adição de componentes de cimento Portland tradicional ou de cimento de aluminato de cálcio. Outras propriedades que se pretende melhorar com a adição de compostos portadores de silício são a bioatividade e osteogenicidade dos materiais resultantes, uma vez que os cimentos baseados em silicato de cálcio são altamente osteogênicos. Para isto, foi escolhido o sistema baseado em a-Ca3(PO4)2 e foram desenhadas diferentes formulações através da introdução de Ca3SiO5 (C3S) ou CaAl2O4 (CA), fases majoritárias dos cimentos Portland e cimentos de aluminato de cálcio que apresentam uma excelente resistência mecânica, além de ser biocompatíveis e bioativas. Do estudo realizado verificou-se que a adição de um 5% de C3S ao cimento baseado em a- Ca3(PO4)2 produz um incremento das propriedades mecânicas em longo prazo (14d) e melhora a bioatividade e citotoxicidade dos CPC tradicionais; no entanto, retarda a pega do cimento e a hidrólise do a-Ca3(PO4)2 e aumenta a o grau de degradação dos materiais. A introdução de SiO2 como modificação de esta formulação, embora diminuiu o pH resultante, retardou a pega do cimento provocando uma perda notável da resistência mecânica durante os primeiros estágios da reação. Por outro lado, a introdução de CA provocou uma diminuição da resistência à compressão dos cimentos, independente do teor adicionado, e não se observou a melhoria desta propriedade com o aumento do tempo. Contudo, a presença de CA permitiu a obtenção de materiais menos citotóxicos, e por consiguiente mais biocompatíves, assim como o aumento da bioatividade em relação aos CPC tradicionais. / The increased longevity of the world population and the growth of traumatic accidents in last decades, led to an increase in demand of materials and technologies for replacement of any portion or function of the human body to ensure the quality of human life. In this context, the development of new biomaterials for orthopedics and dentistry based on calcium phosphates is relevant, since they have similar chemical composition to the mineral phase of bones and teeth. The calcium phosphate cements (CPC) have composition of crystalline phases and biological response similar to calcium phosphate bioceramics used as implant material par excellence due to its high biocompatibility and excellent bioactivity; but with the difference that these can be easily shaped and adapted to the site, injected through minimally invasive means, or mixed with various drugs for a specific therapeutic action at the site of implantation. In general, both bioceramics such as CPC have low mechanical strength; whereby, the main objective of this study was to obtain new formulations of CPC with improved mechanical properties by adding components of traditional Portland cement or calcium aluminate cement. Other properties that are intended to improve with the addition of silicon compounds, are the bioactivity and osteogenic potential of the resulting materials, as it cements based on calcium silicate are highly osteogenic. For this, we chose a system based a-Ca3(PO4)2 and different formulations were designed by introducing Ca3SiO5 (C3S) or CaAl2O4 (CA), majority phases of Portland cement and calcium aluminate cements that have an excellent mechanical strength, and are biocompatible and bioactive. From the study it was found that the adittion of a 5% C3S to the a-Ca3(PO4)2 based cement, produces an increase in the mechanical properties in the long term (14d) and enhances bioactivity and cytotoxicity; however, enlarge the setting times and the degree of degradation ofaand hydrolysis of materials. The introduction of SiO2 as a modification of this formulation, resulted in a pH decreased, but in the increased of the setting times causing a noticeable loss of strength during the early stages of the reaction. Moreover, the introduction of CA reduced the compressive strength of cements, regardless of content added, and there was no improvement of this property with increasing time. However, the presence of CA allowed the production of materials less cytotoxic, and thereby to more biocompatible, as well as the increase in bioactivity relative to traditional CPC.

O aumento da longevidade da população mundial e dos acidentes com consequências traumáticas nas últimas décadas provocaram um incremento na demanda de materiais e tecnologias destinados à substituição de alguma função ou porção do organismo humano para assegurar a qualidade de vida do ser humano. Neste contexto, o desenvolvimento de novos biomateriais para a ortopedia e odontologia baseados nos fosfatos de cálcio é relevante, uma vez que estes apresentam composição química semelhante à fase mineral de ossos e dentes. Os cimentos de fosfatos de cálcio (CPC) possuem composição de fases cristalinas e resposta biológica similares às biocerâmicas de fosfato de cálcio utilizadas como material de implante por excelência devido à sua alta biocompatibilidade e excelente bioatividade; mas com a diferença de que estes podem ser facilmente moldados e adaptados ao local de implantação, injetados através de vias minimamente invasivas, ou misturados com diversos fármacos para obter uma ação terapêutica determinada e localizada no local de implantação. Em geral, tanto as biocerâmicas como os CPC apresentam baixas resistências mecânicas, pelo qual o objetivo principal deste trabalho foi a obtenção de novas formulações de CPC com propriedades mecânicas melhoradas mediante a adição de componentes de cimento Portland tradicional ou de cimento de aluminato de cálcio. Outras propriedades que se pretende melhorar com a adição de compostos portadores de silício são a bioatividade e osteogenicidade dos materiais resultantes, uma vez que os cimentos baseados em silicato de cálcio são altamente osteogênicos. Para isto, foi escolhido o sistema baseado em a-Ca3(PO4)2 e foram desenhadas diferentes formulações através da introdução de Ca3SiO5 (C3S) ou CaAl2O4 (CA), fases majoritárias dos cimentos Portland e cimentos de aluminato de cálcio que apresentam uma excelente resistência mecânica, além de ser biocompatíveis e bioativas. Do estudo realizado verificou-se que a adição de um 5% de C3S ao cimento baseado em a- Ca3(PO4)2 produz um incremento das propriedades mecânicas em longo prazo (14d) e melhora a bioatividade e citotoxicidade dos CPC tradicionais; no entanto, retarda a pega do cimento e a hidrólise do a-Ca3(PO4)2 e aumenta a o grau de degradação dos materiais. A introdução de SiO2 como modificação de esta formulação, embora diminuiu o pH resultante, retardou a pega do cimento provocando uma perda notável da resistência mecânica durante os primeiros estágios da reação. Por outro lado, a introdução de CA provocou uma diminuição da resistência à compressão dos cimentos, independente do teor adicionado, e não se observou a melhoria desta propriedade com o aumento do tempo. Contudo, a presença de CA permitiu a obtenção de materiais menos citotóxicos, e por consiguiente mais biocompatíves, assim como o aumento da bioatividade em relação aos CPC tradicionais. / The increased longevity of the world population and the growth of traumatic accidents in last decades, led to an increase in demand of materials and technologies for replacement of any portion or function of the human body to ensure the quality of human life. In this context, the development of new biomaterials for orthopedics and dentistry based on calcium phosphates is relevant, since they have similar chemical composition to the mineral phase of bones and teeth. The calcium phosphate cements (CPC) have composition of crystalline phases and biological response similar to calcium phosphate bioceramics used as implant material par excellence due to its high biocompatibility and excellent bioactivity; but with the difference that these can be easily shaped and adapted to the site, injected through minimally invasive means, or mixed with various drugs for a specific therapeutic action at the site of implantation. In general, both bioceramics such as CPC have low mechanical strength; whereby, the main objective of this study was to obtain new formulations of CPC with improved mechanical properties by adding components of traditional Portland cement or calcium aluminate cement. Other properties that are intended to improve with the addition of silicon compounds, are the bioactivity and osteogenic potential of the resulting materials, as it cements based on calcium silicate are highly osteogenic. For this, we chose a system based a-Ca3(PO4)2 and different formulations were designed by introducing Ca3SiO5 (C3S) or CaAl2O4 (CA), majority phases of Portland cement and calcium aluminate cements that have an excellent mechanical strength, and are biocompatible and bioactive. From the study it was found that the adittion of a 5% C3S to the a-Ca3(PO4)2 based cement, produces an increase in the mechanical properties in the long term (14d) and enhances bioactivity and cytotoxicity; however, enlarge the setting times and the degree of degradation ofaand hydrolysis of materials. The introduction of SiO2 as a modification of this formulation, resulted in a pH decreased, but in the increased of the setting times causing a noticeable loss of strength during the early stages of the reaction. Moreover, the introduction of CA reduced the compressive strength of cements, regardless of content added, and there was no improvement of this property with increasing time. However, the presence of CA allowed the production of materials less cytotoxic, and thereby to more biocompatible, as well as the increase in bioactivity relative to traditional CPC.

This work focuses on the hydration of four calcium aluminate phases – C3A, C12A7, CA and CA2. Above all, the influence of particle size and method of preparation on hydration behaviour were studied. Influence of these factors on hydration products were also investigated. Calcium aluminates were prepared by solid state synthesis and amorphous citrate method. Both methods were described in detail. The particle size was determined by laser diffraction. Isothermic calorimetry was used to investigate the process of hydration. Hydration products were identified by X-ray diffraction analysis and simultaneous thermogravimetric and differential thermal analysis.

In order to improve the purity of steel castings, the use of special reactive coatings on carbon-bonded ceramic foam filters was explored. Carbon nanotubes were dispersed in water by means of ultrasonic treatment, using xanthan gum to stabilize the nanotubes in suspension and control the rheological behavior. The coatings were applied by cold spraying and binding was achieved during heat treatment in reducing atmosphere, thanks to an artificial pitch added to the slurry. The coated filters were successfully immersed in molten steel for different times. The thickness of the first alumina layer generated at the interface was independent of the immersion time: concentration gradients through its thickness suggested that the formation of this structure is limited by diffusion. Investigation of the steel after solidification by means of ASPEX showed that the presence of the coating influenced the size as well as the chemical composition of the remaining inclusions. Nano-coated filters had the best filtration efficiency (up to 95% for alumina inclusions after 10 s), but longer tests resulted in worse performance. In addition, coatings based on calcium aluminates in combination with carbon showed an efficiency greater than 97% for steel samples taken directly from the melt.

In order to improve the purity of steel castings, the use of special reactive coatings on carbon-bonded ceramic foam filters was explored. Carbon nanotubes were dispersed in water by means of ultrasonic treatment, using xanthan gum to stabilize the nanotubes in suspension and control the rheological behavior. The coatings were applied by cold spraying and binding was achieved during heat treatment in reducing atmosphere, thanks to an artificial pitch added to the slurry. The coated filters were successfully immersed in molten steel for different times. The thickness of the first alumina layer generated at the interface was independent of the immersion time: concentration gradients through its thickness suggested that the formation of this structure is limited by diffusion. Investigation of the steel after solidification by means of ASPEX showed that the presence of the coating influenced the size as well as the chemical composition of the remaining inclusions. Nano-coated filters had the best filtration efficiency (up to 95% for alumina inclusions after 10 s), but longer tests resulted in worse performance. In addition, coatings based on calcium aluminates in combination with carbon showed an efficiency greater than 97% for steel samples taken directly from the melt.