ANAIS DO 54 CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 55CBC 1

Ao da Pozolana Metacaulim em Matriz Cimentcia Pozzolan metakaolin action in cement matrix

Francimar Jos da Silva (1); Joo Manoel de Freitas Mota (2); Simone Perruci Galvo (3).

(1) Engenhario Civil pela Faculdade do Vale do Ipojuca, FAVIP (2) Professor Coordenador do Departamento de Engenharia Civil da FAVIP e Doutorando do Departamento

de Engenharia Civil, UFPE (3) Professora de Engenharia Civil da FAVIP e Doutorado em Cincias de Materiais pela Universidade

Federal de Pernambuco, UFPE Travessa Jos Rodrigues de Paula, 38, Centro, Tacaimb-PE, CEP 55140-000.

Resumo

Nos ltimos anos o concreto se tornou o segundo produto mais consumido do mundo, como resultado, excessivos problemas tem surgido em estruturas de concreto. Com a utilizao de tcnicas e materiais inadequados, assim como construes em ambientes cada vez mais hostis, demasiadas patologias tm ocorrido nas estruturas provocando a necessidade de alternativas para aumentar sua durabilidade e vida til. Uma das principais alternativas, sendo bastante disseminada no meio acadmico, a utilizao de sistemas binrios com cimento Portland e pozolana metacaulim que pode viabilizar tcnica e economicamente a produo de concreto, garantindo o aumento na vida til das peas estruturais contribuindo de forma eficiente na produo de concretos mais resistentes e duradouros. Desse modo pesquisa tem como objetivo a realizao de uma reviso bibliogrfica acerca da influncia da pozolana metacaulim em matriz cimentcia. O trabalho busca descrever desde o processo de obteno da matria-prima para produo do metacaulim, at as contribuies evidenciadas em misturas que contm esta adio mineral. Os resultados do estudo permitem concluir que o emprego do metacaulim na produo de concretos e argamassas tecnicamente vivel. Este fato corroborado pelo desempenho das misturas com metacaulim que apresentaram melhor trabalhabilidade; maior resistncia mecnica; menor exsudao, tempo de pega, calor de hidratao, absoro e ndice de vazios. Alm de reduzir as manifestaes patolgicas nas edificaes e proporcionar maior durabilidade e vida til. Palavra-Chave: metacaulim, pozolana, cimento Portland, concreto, caulim.

Abstract

In the last years concrete has become the second most consumed product in the world, as a result, excessive problems have arisen in concrete structures. With the use of inappropriate materials and techniques, as well as buildings in increasingly hostile environments, too many diseases have occurred in the structures causing the need for alternatives to increase its durability and service life. One of the main alternatives are quite widespread in the academic field is the use of binary systems with Portland cement and pozzolan metakaolin that can technically and economically facilitate to produce concrete, ensuring an increase in the useful life of structural components contributing efficiently to produce concrete more resistant and durable. So the study aims to conduct a literature review on the influence of pozzolan metakaolin in cement matrix. The paper aims to describe since the process of obtaining the raw material for production of metakaolin until the contributions evidenced in mixtures containing mineral this addition. The results of the study show that the use of metakaolin in the production of concrete and mortar is technically feasible. This is corroborated by the performance of mixtures with metakaolin that showed better workability, higher mechanical strength; less bleeding, setting time, heat of hydration, absorption and voids. Besides reducing the pathological manifestations in buildings and provide greater durability and service life. Keywords: metakaolin, pozzolan, Portland cement, concrete, kaolin.

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1 Introduo

1.1 Consideraes iniciais sobre o metacaulim O metacaulim um material amorfo, de estrutura cristalina desordenada, obtido por processo industrial de ativao trmica entre 600 e 850C de argilas caulinticas e caulins (MEDINA, 2011). Nessa temperatura ocorre desidroxilao, ou seja, a remoo dos ons de hidroxilas (OH-) da estrutura cristalina, ocasionando a destruio do arranjo atmico resultando num material de elevada desordem cristalina com alta instabilidade qumica (BARATA, 1998). O metacaulim constitudo basicamente de slica (SiO2) e alumina (Al2O3) na fase amorfa, e durante o processo de hidratao do cimento Portland capaz de reagir com o hidrxido de clcio, Ca(OH)2, para formar produtos hidratados similares aos decorrentes da hidratao do cimento Portland. Essa interao fsica com o cimento modifica a reologia dos compsitos (concretos e argamassas) no estado fresco e confere propriedades especiais relacionadas durabilidade e ao desempenho mecnico no estado endurecido, quando comparadas s propriedades desses compsitos sem a sua presena (MEDINA, 2011). Sua produo denota baixo impacto ambiental, pois, o beneficiamento do caulim gera areia quartzosa que pode ser facilmente aproveitada como agregado mido na indstria da construo civil; no processo de calcinao so emitidos vapor de gua para a atmosfera; diferentemente do cimento Portland, que gera diversos problemas ambientais, notadamente quanto elevao de dixido de carbono na atmosfera durante sua fabricao (ROCHA, 2005). 1.2 Processo de obteno e produo A produo do metacaulim consiste basicamente em obter um material com propriedades elevadas de reatividade. Inicialmente so realizadas avaliaes e sondagens de depsitos de argilas caulinticas para posterior extrao da matria prima, nesta etapa de trabalho que so coletadas as amostras para execuo de ensaios qumicos, fsicos e morfolgicos para conhecimento e avaliao da potencialidade do material, assim como a partir da prospeco (sondagens) elaborado o planejamento, explorao, medies, estocagem e controle de qualidade do caulim disponvel na jazida (FARIAS, 2009). Uma vez que a avaliao do mineral foi determinada iniciado o processo de lavra, que na maioria das minas de caulim do mundo realizado a cu aberto j que os custos de produo das minas de caulim por meio de mtodos de lavra subterrneos so economicamente inviveis (MURRAY, 2007). No Brasil, a entidade responsvel pela elaborao das normas para extrao mineral o departamento nacional de produo mineral e a norma regulamentadora para lavras a cu aberto a NRM 02.

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O processo de extrao do minrio poder ser realizado de diferentes maneiras a depender da localizao e forma da jazida, no entanto, a maioria das operaes para explorao da matria prima do metacaulim realizada por meio de desmonte hidrulico.

O beneficiamento do caulim consiste na realizao da separao fsica dos minerais de modo a eliminar determinadas impurezas. Esse processo depende do uso a que se destina o caulim e poder ser via seco ou mido (LUZ; ALMEIDA, 2004). O beneficiamento a seco um mtodo mais simples, realizado quando o caulim j apresenta alvura e distribuio granulomtrica adequada, assim como baixo teor de impurezas. J o beneficiamento do caulim via mido, segundo Luz et al. (2005), consiste nas etapas de disperso, desareamento, fracionamento, separao magntica, alvejamento qumico, separao slido/lquido e secagem. Durante o beneficiamento via mido pode ser necessrio o uso de processos especiais para obteno de um produto de caulim de melhor qualidade e compatvel com as caractersticas exigidas pelo mercado, como a delaminao, flotao e floculao seletiva (SILVA, 2007). Segundo Rocha (2005), aps todos esses processos a composio qumica da argila caulintica e do caulim ideal para utilizao como pozolana metacaulim ou MCAR, dever apresentar os seguintes percentuais para cada composto (Tabela 1).

Tabela 1 Composio qumica da argila caulintica e do caulim (Rocha, 2005). Composio Argila Caulintica Caulim Terico

SiO2 > 40,0% e < 60,0% 46,54 % Al2O3 > 25,0% e < 45,0% 39,50% Fe2O3 < 8,0% - Na2O < 0,1% - K2O < 3,0% - TiO2 < 1,0% - CaO < 1,0% -

H2O (PF) > 8,0% e < 18,0% 13,96% Outros < 1,0% -

Relao Al2O3 / SiO2 - 0,85

Aps as etapas descritas anteriormente realizado o tratamento trmico para que as argilas caulinticas e os caulins apresentem a forma de metacaulim e MCAR. O desempenho e qualidade das adies so afetados pelas condies de calcinao, tais como: temperatura, tempo e equipamento. A temperatura tima de calcinao, na qual se obtm melhor desempenho das matrias primas, encontra-se entre 650 a 850C (BARATA, 1998). Para o tempo de calcinao, segundo Cook (1986) apud Barata (1998), a exposio prolongada a temperaturas acima do perodo de desidroxilao (500-550C) causa a recristalizao, e por seguinte a reduo das propriedades pozolnicas. E, quanto aos equipamentos utilizados para calcinao, o mtodo mais empregado atravs da calcinao em fornos rotativos (BARATA, 1998). Com a finalizao do processo de calcinao, iniciada a moagem mecnica onde atuam foras de presso, arraste, impacto e choque, sendo a combinao destas foras que

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produz a quebra das partculas e o efeito mecnico-qumico (PALANIANDY et al., 2006 apud FLORES, 2010). Para realizao do processo de moagem fina, granulometria menor que 100 m, e ultrafina menor que 10 m, so usados diferentes tipos de moinhos, no entanto, estes equipamentos so classificados de acordo com o mecanismo de fragmentao, que depende da resistncia do material a ser processado ou do ambiente de moagem seco ou mido (WELLENKAMP, 1999). Embora exista uma grande variedade de moinhos para a produo da matria prima do metacaulim, normalmente so utilizados moinhos de bola ou do tipo martelo (BARATA, 1998). 1.3 Composio qumica Quanto aos aspectos qumicos, tanto para o metacaulim quanto para o MCAR, deve-se focalizar dois pontos importantes: a composio qumica e a sua estrutura interna (CARMO, 2006). A composio qumica est baseada no tipo de mineral ao qual o metacaulim se originou, sendo seu desempenho diretamente relacionado aos tipos e quantidades de elementos que constituem o mineral (SOUZA, 2003). Segundo Santos (1992) e Zampieri (1989) apud Souza (2003) a composio qumica de uma pozolana no se apresenta como sendo um parmetro adequado para avaliao da atividade pozolnica, pois no h como diferenciar a slica ativa cristalina da no cristalina, mas, pode ser utilizada para controle de produo ou de recepo de uma argila com relao sua origem ou procedncia. Porm, para que seja garantida a eficincia deste controle devem-se ter valores mnimos de compostos, para que se vise a garantia da atividade pozolnica, sobretudo no que tange aos teores de slica (SiO2) e alumina (Al2O3). A tabela 2 apresenta os requisitos qumicos de materiais pozolnicos do tipo metacaulim por diferentes normas tcnicas.

Tabela 2 Exigncias qumicas pelas normas de materiais pozolnicos do tipo MC (MEDINA, 2011). Propriedades ABNT NBR

12653 ASTM C 618 IS 1344 DMS 4635 NF 18-513

SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 > 70 > 70 > 70 > 85 - SiO2 + Al2O3 - - - - > 90

SiO2 - - > 40 - - CaO - - < 10 - -

CaO livre - - - - < 1 MgO - - 3 - < 4 SO3 < 4 < 4 < 3 - < 1

Cloreto - - - - < 0,1 Na2O + K2O - - < 3 - -

Teor de umidade < 3 < 3 - - - Perda ao fogo < 10 < 10 < 5 < 3 < 4

lcalis disponveis em Na2O

< 1,5 < 1,5 - < 1,0 -

lcalis solveis em gua - - < 0,1 - -

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De acordo com Souza (2003) algumas ressalvas devem ser consideradas quanto s exigncias qumicas requeridas pelas normas citadas na tabela 6 quando se visa utilizao do MCAR. Esse autor relata que o percentual de SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 deva se elevar a 90% e a perda de fogo deva ser reduzida para 3%. A definio desses valores tem como base a literatura referente ao assunto e objetiva assegurar uma maior atividade pozolnica do MCAR.

Para se compreender melhor a estrutura interna do metacaulim e do MCAR necessrio compreender o comportamento da estrutura cristalina de suas matrias prima. Segundo Monte, Paiva e Trigueiro, (2003) os caulins so silicatos aluminosos hidratados, formados pelo argilomineral caulinita e outras substncias sob forma de impurezas como ferro, titnio, mangans, magnsio, potssio e sdio. Sua composio qumica terica aproxima-se de [Al2.Si2.O5.(OH)4], que corresponde cerca de 46,54% de (SiO2), 39,50% de (Al2O3), 13,96% de (H2O). Os caulins podem ser de origem primria ou secundria, sendo que o primeiro tipo aquele proveniente da alterao de rochas in situ, devido principalmente circulao de fluidos quentes provenientes do interior da crosta, da ao de vulces ou da hidratao de um silicato anidro de alumnio, seguido pela remoo de lcalis. Os secundrios so formados pela deposio de sedimentos em ambientes lacustres, lagunares ou deltaicos, e normalmente apresentam menores teores de quartzo e mica, porm, maiores teores de contaminao de xidos de ferro e titnio (LUZ et al., 2005). Os argilominerais do grupo da caulinita, que apresenta outra forma de obteno do metacaulim, so formados a partir do processo de decomposio de rochas feldspticas, cujos minerais so os mais atacados pela natureza (PINTO, 2006). Os depsitos formados pela decomposio desses minerais podem conter caulinita, haloisita ou endelita (10), haloisita ou metahaloisita (7), diquita e nacrita; esses minerais apresentam composio qumica muito similar, porm, com diferenas estruturais importantes (LUZ et al., 2005). Os minerais nacrita, diquita, caulinita e haloisita (7) tem sua formulao qumica prximas de [Al2Si2O5(OH)4], e ocorrem na forma de cristais tabulares; j a haloisita (10) com formulao qumica [Al2Si2O5(OH)4.2H2O] na forma de tubos ou cilindros, ocorre pelo enrolamento das lamelas da caulinita (GARDOLINSKI; MARTINS FILHO; WYPYCH, 2003). As argilas caulinticas apresentam suas estruturas cristalinas constitudas por unidades lamelares, sendo cada unidade formada por uma camada tetradrica de silicato (SiO4) e uma camada octadrica de gibsita, cujas unidades [Al(OH)3] esto ligadas entre si pelos tomos de oxignio em comum (GRIM, 1962 apud CARMO; PORTELLA, 2008). As cargas dentro da estrutura esto balanceadas, de modo que no h cargas na rede em funo de substituio dentro da mesma (BERNARDIN, 2006). A figura 1 apresenta a estrutura cristalina da caulinita, e estrutura de uma camada da caulinita.

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Figura 1: Estrutura cristalina da caulinita (a) e estrutura de uma camada da caulinita (b) (BARAK; NATER, 2003 apud BERNARDIN).

A rede atmica da caulinita formada por uma camada de slica tetradrica (quatro tomos de oxignios ligados a um tomo de silcio), ligada a uma camada de alumina octadrica (oito tomos de oxignio ligados a um tomo de alumnio) (MONTE; PAIVA; TRIGUEIRO, 2003), podendo sua formulao ser descrita como resultado da decomposio de 2 moles de gibsita, cuja ordem estrutural dos tomos de alumnio est posicionada no centro dos octaedros e, nos vrtices esto posicionados os grupamentos hidroxila; entretanto, somente 2/3 dos octaedros so ocupados e ligados pelas arestas, o que caracteriza a caulinita como dioctadrica. Na estrutura da slica os tomos de silcio esto posicionados no centro dos tetraedros, sendo os vrtices ocupados por tomos de oxignio. Devido forma com que os tetraedros so coordenados uns aos outros, cria-se um buraco na lamela que expe a hidroxila interna para eventuais reaes (GARDOLINSKI; MARTINS FILHO; WYPYCH, 2003). Os argilominerais caulinticos consistem de folhas contnuas em um plano, e empilhadas na direo perpendicular a este, cujas espessuras das unidades so de aproximadamente 7,2 , e devido superposio de planos de oxignio e hidroxilas em unidades adjacentes, as unidades so mantidas unidas por pontes de hidrognio entre as camadas, de modo que o mineral no disperso em gua. Suas partculas so extremamente pequenas, com dimenses mximas laterais entre 0,3 m e 4,0 m e espessura entre 0,05 m e 2 m (BERNARDIN, 2006).

Quanto ao processo qumico de formao do metacaulim, as argilas caulinticas e o caulim quando submetidos a tratamento trmicos seu arranjo atmico destrudo, pela retirada dos ons de hidroxilas; e a desidroxilao destes minerais formam o metacaulim, (Al2O3.2SiO2); cujo processo de composio qumica pode ser representado da seguinte maneira: (CHRISTFOLLI, 2010).

[Al2Si2O5(OH)4] 600 a 850C [Al2O3.2SiO2] + [2H2O] (Equao 1)

Segundo Bernardin (2006) a cintica de desidroxilao, sendo de primeira ordem, resulta em uma taxa de desidroxilao proporcional rea superficial do caulim, cujo processo endotrmico, de modo que ocorre uma reorganizao da coordenao octadrica do alumnio na caulinita para uma coordenao tetradrica deste no metacaulim. Quando o processo de calcinao continua, o aumento de temperatura entre 950C a 1.000C

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provoca a transformao do metacaulim em uma estrutura tipo espinlio e em slica livre amorfa.

1.4 Composio fsica A caracterstica fsica das pozolanas como tamanho das partculas e rea especfica so um dos principais fatores que podem garantir a alta atividade pozolnica (MALHOTRA; MEHTA, 1996). Em concretos e argamassas no estado fresco verifica-se que a consumo de gua e a trabalhabilidade so diretamente controladas pelas caractersticas fsicas das partculas; no estado endurecido, propriedades como resistncia mecnica e permeabilidade tambm esto relacionadas a estas caractersticas (CARMO, 2006). A produo do metacaulim e/ou do MCAR deve ter processo criterioso com relao finura do produto final, j que suas partculas tm como principal funo no concreto a reduo da porosidade da matriz e as reaes com o hidrxido de clcio livre para formao de compostos de origens secundrias. Para que o efeito do metacaulim seja maximizado na matriz, o seu dimetro mdio deve ser inferior ao dimetro mdio do cimento, assim a reatividade do metacaulim elevada. No entanto, devem-se estabelecer alguns limites a esta finura, pois, seu excesso poder acarretar alguns problemas como o aumento da viscosidade ou at mesmo provocar a perda de plasticidade, j que a partir de certa finura no se nota grandes vantagens ao concreto (ROCHA, 2005). A distribuio granulomtrica dos gros, de acordo com a norma americana ASTM C 618, dever apresentar um limite no tamanho mximo das partculas de adies pozolnicas, sendo este restringido a 34% das partculas retidas na peneira n 325, ou, maior que 45 m. A norma tcnica brasileira NBR 12653 (1992) tambm especifica o tamanho das partculas de materiais pozolnicos aos mesmos valores da ASTM C 618. J a norma atual e vigente NBR 15894 (2010) referente metacaulim, fixa o valor mximo de 10% para os resduos retidos na peneira com abertura de malha de 45 m (MEDINA, 2011). Outro ponto importante com relao as caractersticas fsicas, a rea especfica das partculas, pois quanto maior a rea especfica superficial do material maior ser a capacidade deste reagir com o hidrxido de clcio, devido a uma disponibilidade de rea de contato entre os reagentes (NITA; JOHN, 2007); alm de conceder maior estabilidade e coeso ao concreto, especialmente aqueles propensos exsudao e segregao (MEDINA, 2011). Para o metacaulim de alta reatividade, dentro das exigncias fsicas de uso, segundo Carmo (2006), acredita-se que uma menor quantidade de material retido na peneira 45 m, e uma maior superficie especfica possam assegurar o desempenho especificado dessa pozolana. No metacaulim, o tamanho de suas partculas variam de 0,2 a 15 m (DOMONE, 2001 apud NITA, 2006) e sua are especfica encontra-se em valores superiores a 12.000 m/Kg. J o MCAR apresenta rea especfica com valores em torno de 60.000 m/kg e suas partculas so lamelares (CARMO; PORTELLA, 2008).

A superfcie especfica est diretamente relacionada com a atividade pozolnica nas primeiras idades de hidratao do cimento, sendo que em idades mais avanadas essa atividade est relacionada quantidade de slica e alumina reativa, e isso confirma a

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influncia da moagem, principalmente nas primeiras idades, na acelerao da atividade pozolnica e, consequentemente, no desenvolvimento das resistncias (MASSAZZA; COSTA, 1979 apud MEDINA, 2011). 1.5 Composio morfolgica O metacaulim e o metacaulim de alta reatividade so obtidos de argilas, sendo assim classificados, segundo a NBR 12653 (1992), como uma pozolana do tipo N. Entretanto, cabe salientar que alguns tipos de argilas apresentam determinados tipos de minerais, e isso pode proporcionar aos materiais um melhor desempenho, tanto no aspecto referente sua produo quanto no aspecto referente ao seu uso no concreto (CARMO, 2006). Ambroise et al. (1995) apud Barata (1998) resalta que as argilas caulinticas mais puras e com pior grau de cristalizao so as que apresentam melhor desempenho para produo de adies minerais. Carmo (2006) explica que a forma amorfa da slica ativa decorre, principalmente, da desordem da estrutura dos silicatos que se origina na condensao do material submetido fuso.

Segundo Zampieri (1989) apud Souza (2003), os menores graus de cristalizao existentes nas argilas caulinticas promovem uma maior taxa de desidroxilao durante o processo de ativao trmica, o que garante uma maior atividade pozolnica do metacaulim obtido destas argilas, por consequncia, a definio do tipo de argila utilizado para a produo do metacaulim ou MCAR est diretamente relacionada atividade pozolnica desenvolvida pelo material.

Barata (1998) explica que composio mineralgica, ou o teor de slica amorfa presente no metacaulim influencia diretamente na atividade pozolnica deste material. Nas argilas termicamente ativas esse componente est associado porcentagem de argilominerais presente em sua composio. Para produo de pozolanas altamente reativas (MCAR) o teor mnimo de caulinita dever ser de 90%; no entanto, comum encontrar nas argilas teores de slica cristalina. Para percentuais de at 10% de fases inertes sobre a massa de metacaulim no ocorre reduo significativa na melhoria das propriedades mecnicas (resistncia compresso e trao) das misturas com metacaulim (AMBROISE et al., 1993 apud BARATA, 1998). 2 Propriedades de concretos e argamassas com metacaulim

2.1 Tempo de pega BROOKS et al. (2000) apud Oliveira (2007) constataram que a utilizao do metacaulim em concretos de alto desempenho tende a retardar seu tempo de pega, sendo este retardamento tanto maior quanto maior o nvel de substituio. Os autores observaram ainda que em teores acima de 10% h um ligeiro aumento no tempo inicial e final de pega dos concretos. No entanto, para teores maiores que 15% de metacaulim os pesquisadores observaram uma diminuio no tempo de pega. Para os pesquisadores este comportamento pode ter ocorrido devido o aumento na demanda de gua e os altos

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nveis de substituio de metacaulim, que pode ter contribudo para a formao de uma fase ligante mais densa, e para a acelerao da pega dos concretos.

O Metacaulim de alta reatividade apresenta rea especfica de aproximadamente 60.000 m/kg (CARMO; PORTELLA, 2008). De acordo com Taylor (1990) apud Vieira (2005), quanto mais elevada a superficie especfica de uma pozolana, maior ser a cintica das reaes de hidratao do cimento, e isto resulta numa maior possibilidade de precipitao dos produtos oriundos destas reaes, como o caso do C-S-H, do CH e dos aluminatos de clcio, que so responsveis pelo tempo de pega.

2.2 Exsudao Metha e Monteiro (2008) relatam que as causas principais de segregao e exsudao esto associadas a uma combinao de consistncia inadequada, quantidade excessiva de partculas do agregado grado com densidade muito alta ou muito baixa, pouca quantidade de partculas finas e mtodos imprprios de lanamento e adensamento.

A utilizao do metacaulim assim como outras adies como a slica ativa e a cinza de casca de arroz, produz uma reduo nas taxas de exsudao quando comparadas com o concreto sem adio (CHRISTFOLLI, 2010). Barata (1998) associa este comportamento s partculas extremamente finas da pozolana, que consegue promover um melhor empacotamento dos gros de cimento, de modo que os canais ascendentes de gua so reduzidos. Esta constatao foi verificada no trabalho de Saad et al. (1982) apud Souza (2003) que na ocasio estudou o comportamento do concreto com o uso de metacaulim com teores de substituio de at 50% na massa de cimento, e foi constatado que a exsudao reduzida metade, quando comparada com as amostras de referncia. Outras pesquisas como as realizadas por Zhang e Malhotra (1995), Caldarone et al. (1994), utilizando misturas com o MCAR tambm constataram que a exsudao das misturas com essa adio mineral foi bastante reduzida (SOUZA, 2003). 2.3 Calor de hidratao Segundo Mehta e Monteiro (1994) apud Souza (2003), a utilizao de pozolanas em matriz de cimento diminui o calor de hidratao das misturas, sendo que essa reduo ocorre quase que diretamente proporcional quantidade de cimento substitudo pela adio, alm disso, no concreto a reduo no calor de hidratao pode chegar metade, quando comparado com concretos sem adio mineral. No entanto, para pozolanas de alta reatividade esse comportamento no se mantm. Segundo Souza (2003) este fato ocorre devido s caractersticas qumicas e fsicas, como a elevada superfcie especfica que tem influncia direta na cintica de hidratao do cimento, onde ocorre a acelerao deste processo.

Em estudo realizado por Saad et al. (1982) apud Oliveira (2007), o qual utilizou um metacaulim com superfcie especfica de 850 m/kg para produo de concreto massa, constatou-se uma reduo no calor de hidratao nas primeiras idades. Os pesquisadores apresentaram como justificativa os altos teores de substituio de cimento por metacaulim

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(entre 30% a 50%). No trabalho realizado por Rabello et al. (2003) apud Lidurio (2006), diversos ensaios foram realizados com metacaulim em substituio parcial massa de cimento no teor de 7%, e com cimento de baixo calor de hidratao. No ensaio referente ao calor de hidratao as amostras com adio apresentaram menor temperatura de hidratao, sobretudo, para as idades de 3, 5 e 7 dias.

J em estudos realizados por Ambroise et al. (1994) apud Oliveira (2007) com MCAR, ocorreu um aumento de 1, 6 e 8C no calor de hidratao das amostras com 10, 20 e 30% de metacaulim com alta superfcie especfica, respectivamente, em relao as amostras de referncia, sem a utilizao de adio mineral. Esses valores confirmam o efeito acelerador desta pozolana sobre a cintica de hidratao de cimento. Comportamento semelhante foi constatado na pesquisa realizada por BAI e WILD (2002), quando utilizaram metacaulim de alta reatividade em teores de 10% e 15% em argamassas (OLIVEIRA, 2007). 2.4 Trabalhabilidade

Segundo Castro (2007) a trabalhabilidade de um concreto fresco influenciada por diversos fatores, tais como: o tempo decorrido desde a mistura; as propriedades e as caractersticas dos cimentos e agregados; a presena de qualquer adio mineral em substituio ao cimento; a presena de qualquer adio qumica; e as propores relativas dos materiais constituintes da mistura.

Basheer et al. (1999) apud Souza (2003) avaliando o desempenho de concretos com metacaulim de alta reatividade, constataram que esta adio influencia diretamente na trabalhabilidade desse material. Nesta pesquisa, os autores verificaram que os concretos com pozolana, mesmo apresentando menores valores de abatimento, garantiram uma maior facilidade de lanamento, adensamento e acabamento a mistura. Para os autores, esse fato decorre da distribuio granulomtrica do MCAR, e como sua distribuio pode ocorrer de forma controlada durante sua produo, a utilizao desta adio torna-se vantajosa, quando comparada a outras pozolanas de alta reatividade, como a slica ativa que no possui este controle.

Em outro trabalho, realizado por Lacerda e Helene (2005), utilizando misturas com metacaulim e slica ativa foi constatado que os concretos com adio mineral apresentam melhor trabalhabilidade, quando comparados ao concreto de referncia sem adio. Essa melhora, segundo os pesquisadores, ocorreu devido incluso da adio que apresenta partculas muito finas. Alm, dos mecanismos intrnsecos do metacaulim, que dado seu formato em camadas superpostas, cuja microestrutura herdada da sua matria prima, a argila caulintica, apresenta estrutura lamelar estratificada e causa o efeito de deslizamento, onde as minsculas placas deslizam umas sobre as outras. Isso porque o MC como em outros materiais com estruturas lamelares, apesar de existir uma forte ligao ao longo das camadas, esto fracamente ligadas entre si. Logo, as tenses de cisalhamento adequadamente alinhadas provocam o escorregamento entre as camadas.

2.5 Resistncia compresso

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A resistncia varia com o inverso da relao gua/cimento; o ar incorporado, devido ao adensamento inadequado, aumenta a porosidade e reduz a resistncia do concreto (MEHTA; MONTEIRO, 1994 apud GABRICH, 2008). O tipo de cimento, o fator gua/cimento a hidratao do cimento determinam a porosidade da pasta de cimento endurecida. Nos agregados o tamanho, forma, textura da superfcie, granulometria e mineralogia, influenciam diretamente na resistncia mecnica do concreto (GABRICH, 2008). Outro importante fator que produz a melhoria da resistncia compresso dos concretos e argamassas a ao fsica e qumica das pozolanas de alta reatividade (CARMO, 2006). Segundo Dal Molin (1995) apud Carmo (2006) a melhoria da estrutura interna do concreto proporciona uma estimativa do seu desempenho tanto em termos mecnicos, como indiretamente da sua durabilidade. Mehta e Monteiro (1994) apud Carmo (2006) creditam esta melhoria na resistncia ao processo de refinamento dos poros e dos cristais presentes na pasta de cimento hidratada, pois estes provocam um aumento da resistncia da matriz na zona de transio.

A resistncia mecnica compresso de concretos contendo adio de metacaulim tem apresentado algumas variaes devido a suas prprias caractersticas; para altas quantidades de metacaulim com fases inertes, como o quartzo e a mica, e caractersticas fsicas pouco apropriadas como baixa finura, as reaes pozolnicas ocorrem lentamente, o que provoca a reduo das resistncias obtidas no concreto, tendo em contrapartida baixas taxas de liberao de calor de hidratao (SOUZA, 2003). Observa-se nestes casos que baixas taxas de liberao de calor so adequadas para situaes em que se deseje empregar estruturas de concreto massa. No entanto, quando so utilizadas pozolanas de alta reatividade e elevada finura, a exemplo do MCAR, o desenvolvimento da resistncia no concreto ocorre nas primeiras idades, acompanhado por uma elevada liberao de calor decorrente da alta reatividade desta pozolana (BARATA, 1998). No estudo realizado por Wild et al. (1996) apud Barata (1998), foi constatado que o metacaulim de alta reatividade quando empregado como substituio parcial a massa de cimento, desenvolve trs fatores que contribuem para a influncia sobre a resistncia compresso do concreto: o efeito fsico filler (preenchimento), a acelerao da hidratao do cimento, e a reao pozolnica com o CH. O efeito filler imediato, a acelerao da hidratao do cimento atinge o mximo dentro das primeiras 24 horas, e o efeito mximo da reao pozolnica ocorre entre o 7 e o 14 dia. A partir da no so observados acrscimos na resistncia em relao ao proporcionado pelas misturas de cimento Portland comum.

Verificando a resistncia relativa de argamassas e pastas com substituio parcial de MCAR, Wild e Khatib (1997) apud Souza (2003) constataram em sua pesquisa que os melhores resultados na resistncia compresso das amostras com adio ocorreram no 14 dia, sendo esta melhoria da ordem de 40%. Para demais idades tambm houve melhoria, no entanto, no foram to significantes. Barata (1998) atribuiu essa restrio ao aumento da resistncia compresso somente at o 14 dia em virtude dos seguintes fenmenos: i) formao de uma camada inibidora, composta de produtos da hidratao, que envolve as partculas do metacaulim impendido s reaes pozolnicas com o hidrxido de clcio; ii) formao de grandes poros conectados, a partir da dissoluo dos

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cristais de CH que no podem ser totalmente preenchidos com produtos da hidratao posterior (BENTZ; STUTZMAN, 1994 apud BARATA, 1998); iii) transformao do C2ASH8 e C4AH13, produtos de menor densidade, em produtos de maior densidade como a hidrogranada, o que ocasiona a reduo do volume de slidos, aumentando a porosidade e reduzindo a resistncia da matriz (SILVA; GLASSER, 1990 apud BARATA, 1998). Rocha (2005) explana que a utilizao do metacaulim em matriz cimentcia contribui para o aumento da resistncia mecnica das misturas que utilizam desta pozolana, e que a dosagem ideal situa-se entre 6% e 15% em relao a massa de cimento, e em alguns casos especiais, dependendo da aplicao e demais materiais na mistura, pode chegar at 20%. Este autor ainda comenta que o acrscimo na resistncia compresso pode chegar a at 50% quando utilizado como adio suplementar ao cimento Portland.

2.6 Resistncia trao Segundo LOPES (1999) apud CARMO (2006), o conhecimento desta propriedade mecnica de suma importncia, haja vista que, por meio dela podemos estimar a carga para a qual ocorre a fissurao, e deste modo prever a durabilidade do concreto.

Assim como na resistncia a compresso, a resistncia trao cresce com o passar do tempo em funo da ocorrncia das reaes qumicas de hidratao e das reaes pozolnicas (GABRICH, 2008). Em estudo realizado por CALDARONE et al. (1994) apud Oliveira (2007), utilizou-se vigas de 15 cm x 15 cm x 51 cm para avaliao da resistncia trao na flexo. Neste trabalho foi comparado o desempenho entre amostras contendo 10% de MCAR, amostra com 10% de slica ativa, e amostras de referncia (sem adio mineral).

Figura 2: Comportamento da resistncia trao em concretos com MCAR e com slica ativa (CALDARONE et al. 1994 apud OLIVEIRA 2007).

Os resultados obtidos por CALDARONE et al. (1994) apud Oliveira (2007), mostram um melhor desempenho das amostras com slica ativa e metacaulim, quando comparadas as de referncia. Na comparao entre a slica ativa e o MCAR, verifica-se que as amostras apresentam valores semelhantes, principalmente nas idades de 28 e 90 dias.

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2.7 Absoro e ndice de vazios A absoro capilar nos materiais de base cimentcia ocorre principalmente pela ascenso da gua pelos poros capilares, este fato decorrente da diferena de presso gerada entre a superfcie livre da gua e a superfcie da gua no capilar (PINA, 2009). A fora capilar num poro inversamente proporcional ao dimetro dos poros, com os poros menores a exercer uma maior fora capilar, apesar da velocidade de ingresso nos poros menores ser inferir aos dos poros maiores (FERREIRA, 2000). Barata e Dal Molin (2002) constataram no seu estudo que a modificao do concreto com 10% de metacaulim reduziu significativamente o coeficiente de absoro, se comparadas s amostras de referncia, sendo que para as amostras com slica ativa este coeficiente foi ligeiramente superior. Os autores justificam o comportamento dos concretos com slica ativa ao fato desta adio possuir maior finura, o que proporcionou um empacotamento mais pronunciado do que as partculas do MC. Os pesquisadores ainda afirmam que a incorporao de metacaulim em pastas de cimento promove a formao de uma estrutura de poros de tamanhos reduzida.

Os vazios presentes nos concretos so originados devido a vrios fatores, a saber: excesso de gua de mistura necessria obteno de trabalhabilidade conveniente; diminuio do volume absoluto que acompanha a hidratao dos constituintes do cimento; ar eventualmente ou, propositadamente arrastado durante a operao de mistura; e fissuras de origens, trmicas, de retrao, mecnica, de m elaborao e dosagem do material (GABRICH, 2008). medida que se reduz esses vazios, as misturas tornam-se mais resistente a ambientes agressivos (BARATA, 1998). Uma forma eficiente de promover essa reduo atravs da incorporao de adies minerais.

No trabalho realizado por Helene e Medeiros (2004), avaliando as amostras com adio de pozolana metacaulim, contatou-se que todas as amostras com adio apresentaram menor ndice de vazios, quando comparadas as de referncia (sem adio). Comportamento semelhante foi observado na pesquisa de Lacerda e Helene (2004), que avaliou a durabilidade de concretos de alto desempenho com metacaulim. Na avaliao, os pesquisadores observaram que os concretos com adio apresentaram em todas as idades ndices de vazios abaixo das amostras de referncia, sem uso de metacaulim.

2.8 Consideraes finais

A adio de metacaulim age no sentido de retardar o tempo de pega de concretos e argamassas, bem como na reduo do calor de hidratao e exsudao; nota-se tambm maior facilidade no lanamento, adensamento e acabamento de misturas com essa adio. O estudo revela que os materiais com metacaulim apresentam maior resistncia compresso, sendo este fator creditado ao efeito fsico filer, a acelerao da hidratao do cimento, e as reaes pozolnicas; enquanto que a melhoria da resistncia trao justificada pela reduo da porosidade da matriz na zona de transio. Observa-se ainda a reduo da absoro e do ndice de vazios presentes em amostras com metacaulim, em decorrncia do aumento de finos presentes na mistura.

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