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AVALIAÇÃO DAS CONDIÇÕES IDEAIS PARA A PRODUÇÃO DE METACAULINITA ATRAVÉS DA ANÁLISE DA SUA ATIVIDADE POZOLÂNICA LEONARDO PAES MOTHÉ UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE - UENF CAMPOS DOS GOYTACAZES – RJ SETEMBRO - 2004
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AVALIAÇÃO DAS CONDIÇÕES IDEAIS PARA A PRODUÇÃO DE METACAULINITA ATRAVÉS DA ANÁLISE
DA SUA ATIVIDADE POZOLÂNICA
LEONARDO PAES MOTHÉ
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE - UENF CAMPOS DOS GOYTACAZES – RJ
SETEMBRO - 2004
AVALIAÇÃO DAS CONDIÇÕES IDEAIS PARA A PRODUÇÃO DE METACAULINITA ATRAVÉS DA ANÁLISE
DA SUA ATIVIDADE POZOLÂNICA
LEONARDO PAES MOTHÉ “Dissertação de mestrado apresentada ao centro de Ciência e Tecnologia, da
Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, como parte dos
requisitos para obtenção do titulo de mestre em Engenharia Civil”.
Orientador: Jonas Alexandre Coorientador: Jean Marie Désir
CAMPOS DOS GOYTACAZES – RJ SETEMBRO - 2004
FICHA CATALOGRÁFICA Preparada pela Biblioteca do CCT / UENF 21/2004
Mothé, Leonardo Paes Avaliação das condições ideais para a produção de metacaulinita através da análise da sua atividade pozolânica / Leonardo Paes Mothé. – Campos dos Goytacazes, 2004. 86 f. : il. Orientador: Jonas Alexandre Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) -- Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro. Centro de Ciência e Tecnologia. Laboratório de Engenharia Civil. Campos dos Goytacazes, 2004. Área de concentração: Estruturas Bibliografia: f. 77-86 1. Metacaulinita 2. Atividade Pozolânica 3. Chapelle I. Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro. Centro de Ciência e Tecnologia. Laboratório de Engenharia Civil II. Título
CDD 666.94
AVALIAÇÃO DAS CONDIÇÕES IDEIAS PARA A PRODUÇÃO DE METACAULINITA ATRAVÉS DA ANÁLISE DA SUA ATIVIDADE
POZOLÂNICA
LEONARDO PAES MOTHÉ
“Dissertação de mestrado apresentada ao centro de Ciência e Tecnologia, da
Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, como parte dos
requisitos para obtenção do titulo de mestre em Engenharia Civil.”
Aprovada em 29 de Setembro de 2004.
Comissão Examinadora:
____________________________________________________________
Profa. Helena Polivanove (D.Sc.) - UFRJ
____________________________________________________________
Profa. Rosane da Silva Toledo Manhães (D.Sc.) – UENF
____________________________________________________________
Prof. Jean Marie Désir (D.Sc.) - UENF
____________________________________________________________
Prof. Jonas Alexandre (D. Sc.) – UENF
Orientador
Aos meus pais Carlos Roberto
e Janilce, e ao meu irmão Alex
(pilares da minha existência)
Agradecimentos
- A Deus, por mais um grande salto em minha vida.
- Ao Prof. Jonas Alexandre, pela aplicada orientação e pelo apoio e incentivo
sempre presentes durante a elaboração desta dissertação.
- Ao Prof. Jean Marie Désir, pelo incentivo dado na realização do projeto.
- Ao Prof. Dylmar Penteado Dias, pelo apoio na redação desta dissertação.
- Ao Prof. Luiz Telmo Auler e a Profa. Rosane Toledo Manhães, do Setor de
Difração de Raios-X do Laboratório de Ciências Físicas (LCFIS) do Centro de
Ciência e Tecnologia (CCT), pelo apoio na realização das Difrações de Raios X.
- Ao Prof. Ruben Sanchez, do Setor de Polímeros do Laboratório de Materiais
Avançados (LAMAV) do Centro de Ciência e Tecnologia (CCT) da Universidade
Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, pelo apoio na execução dos
ensaios térmicos.
- A Profa. Maria Cristina Canela Gazotti, do Laboratório de Química (LCQUI) do
Centro de Ciência e Tecnologia (CCT) da Universidade Estadual do Norte
Fluminense Darcy Ribeiro, pelo dedicado apoio prestado na execução dos
ensaios químicos (NBR 5753) e no empréstimo de material.
- Ao Prof. Ruben Rosental, do Setor de Metalurgia Física do Laboratório de
Materiais Avançados (LAMAV) do Centro de Ciência e Tecnologia (CCT) da
Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, pelo apoio na
execução das microscopias eletrônicas de varredura (MEV).
- Ao Prof. Ary Veloso e aos técnicos do Laboratório de Solos do Centro de
Ciências e Tecnologias Agropecuárias (CCTA) da Universidade Estadual do
Norte Fluminense Darcy Ribeiro, pelo apoio na realização dos ensaios de
capacidade de troca de cátions e acidez trocável.
- Ao Prof. Alexandre Moura Stumb do Setor de Cromatografia do Laboratório de
Química (LCQUI) do Centro de Ciência e Tecnologia (CCT) da Universidade
Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, pelo dedicado apoio prestado na
execução dos ensaios de superfície específica (BET).
- A Milton Pereira Soares Junior e Vanúzia Almeida dos Santos Ferreira do
Laboratório de Mecânica dos Solos do Centro de Ciência e Tecnologia (CCT) da
Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, pelo apoio recebido
na execução dos ensaios de solo.
- Ao Químico Valdecir Ângelo Quarcioni, responsável pelo Laboratório de
Química de Materiais - Divisão de Engenharia Civil do IPT - Instituto de
Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S/A, pelo apoio dado na
execução do ensaio Chapelle.
- Ao Químico Assistente Daniel Martins Aleixo do Laboratório de Química de
Materiais - Divisão de Engenharia Civil do IPT - Instituto de Pesquisas
Tecnológicas do Estado de São Paulo S/A, pelo apoio na execução do ensaio
Chapelle e pela dedicada atenção no fornecimento de informações.
- Ao IPT - Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S/A, pelo
apoio e incentivo dados na realização do ensaio Chapelle.
- Aos amigos Victor, Ricardo, Wllises, Bruno, Elaine, Gustavo, Marcos e Adriano
do Laboratório de Engenharia Civil (LECIV) do Centro de Ciência e Tecnologia
(CCT) da Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, pelo apoio
dado durante a execução da pesquisa.
- Aos demais colegas, professores e funcionários da Universidade Estadual do
Norte Fluminense Darcy Ribeiro.
- A toda minha família (avôs, tios, primos, padrinho e madrinha)
- Ao meu irmão Rodrigo;
- A todos aqueles que contribuíram direta ou indiretamente para realização deste
trabalho.
Sumário _________________________________________________
Lista de Figuras i Lista de Tabelas ii Lista de Equações iii Lista de Abreviaturas e Símbolos iv Resumo vi Abstract vii Capítulo 1 1. Introdução 1
1.2. Objetivos 5
1.3. Justificativa 6
Capítulo 2
2. Revisão Bibliográfica 8
2.1. Aditivos Minerais 8
2.2. Argilas 13
2.3. Caulinita 16
2.4. Argila Calcinada 19
2.4.1. Metacaulinita 21
Capitulo 3
3. Programa Experimental 25
3.1. Escolha da matéria prima (material bruto) 25
3.2. Coleta da matéria-prima 26
3.3. Caracterização da matéria-prima 27
3.4. Separação da fração argila 29
3.4.1. Caracterização da fração argila (caulinita) 32
3.5. Determinação das condições de produção da metacaulinita 35
3.5.1. Determinação da faixa de temperatura e o tempo de
calcinação 36
3.5.2. Calcinação da caulinita 36
3.5.3. Caracterização da metacaulinita produzida 37
Capitulo 4
4. Resultados e Análises 52
4.1 Escolha e caracterização da matéria-prima bruta 52
4.2. Separação da fração argila 55
4.3. Identificação dos minerais cristalinos (XRD) 56
4.4. Determinação das condições de produção da metacaulinita 57
4.4.1. Determinação da faixa de temperatura e tempo de
calcinação 57
4.4.2. Calcinação da caulinita 59
4.5. Caracterização da metacaulinita produzida 60
Capítulo 5
5. Considerações Finais 74
5.1. Conclusões 74
5.2. Sugestões para futuros trabalhos 76
Referências Bibliográficas 77
i
Lista de Figuras _________________________________________________________________________ Figura 1.1 Consumo de cimento Portland nos últimos 50 anos 3
Figura 2.1 Esquema da estrutura em camadas da caulinita 17
Figura 2.2 Estrutura básica do argilomineral caulinita 18
Figura 2.3 Configuração das camadas da caulinita quanto aos eixos
cristalográficos 19
Figura 3.1 Provetas contendo sílte e areia sedimentados e fração argila
em suspensão 30
Figura 3.2 Rampa de aquecimento do forno 37
Figura 4.1 Matéria-prima bruta 52
Figura 4.2 Resultado da Análise Granulométrica da matéria-prima bruta 54
Figura 4.3 Difratograma da fração argila 57
Figura 4.4 Análise térmica diferencial e termogravimétrica 58
Figura 4.5 Metacaulinita 59
Figura 4.6 Gráfico da atividade pozolânica x temperatura 62
Figura 4.7 Gráfico do resultado do ensaio da NBR 5753 64
Figura 4.8 Difratograma das metacaulinitas 65
Figura 4.9 Resultado do ensaio BET em forma gráfica 68
Figura 4.10 Imagens obtidas pelo MEV 68
Figura 4.11 Gráfico da CTC 72
Figura 4.12 Gráfico da Acidez Trocável 73
ii
Lista de Tabelas _________________________________________________________________________ Tabela 1.1 Principais componentes do cimento Portland 2
Tabela 2.1 Classificação dos aditivos minerais segundo NBR 12653 9
Tabela 2.2 Dados gerais de barragens construídas no Brasil 21
Tabela 3.1 Configuração das amostras de matéria-prima para EDXRF 28
Tabela 3.2 Configuração das amostras de caulinita para EDXRF 33
Tabela 4.1 Resultado do EDX para o material bruto 53
Tabela 4.2 Características apresentadas 54
Tabela 4.3 Massa Especifica da matéria-prima 55
Tabela 4.4 Massa Especifica da caulinita 55
Tabela 4.5 Resultado do EDX para a caulinita 56
Tabela 4.6 Processo de Calcinação da Caulinita 60
Tabela 4.7 Resultados do Ensaio Chapelle 61
Tabela 4.8 Resultados do ensaio da NBR 5753 63
Tabela 4.9 Massa Especifica das metacaulinitas 66
Tabela 4.10 Resultados dos Ensaios BET 67
Tabela 4.11 Resultados dos ensaios de CTC 71
Tabela 4.12 Resultados dos ensaios de acidez trocável 73
iii
Lista de Equações _________________________________________________________________________
Equação 2.1 Reação de hidratação dos componentes do CP 10
Equação 2.2 Reação pozolânica 11
Equação 2.3 Transformação do feldspato em caulinita 17
Equação 2.4 Transformação da caulinita em metacaulinita 22
Equação 2.5 Principais produtos hidratados formados pelas reações
pozolânicas da metacaulinita 23
Equação 3.1 Equação de Stokes 31
Equação 3.2 Transformação da caulinita em metacaulinita 35
Equação 3.3 Transformação da metacaulinita em mulita 35
Equação 3.4 Calculo da acidez trocável 41
Equação 3.5 Reação pozolânica 42
Equação 3.6 Calculo da normalidade e do fator da solução de HCl 47
Equação 3.7 Calculo da atividade pozolânica (Chapelle) 49
Equação 3.8 Calculo da alcalinidade total e do teor de oxido de cálcio
(NBR 5753) 51
iv
Lista de Abreviaturas e Símbolos _________________________________________________________________________ ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
BET Brunauer, Emmett e Teller
CBB Centro de Biociência e Biotecnologia
CCT Centro de Ciência e Tecnologia da UENF
CCTA Centro de Ciência e Tecnologia Agronômica da UENF
CH Hidróxido de Cálcio, Ca(OH)2
CO2 Dióxido de Carbono
COPPE Coordenação dos Programas de Pós-graduação de Engenharia
da Universidade Federal do Rio de Janeiro
CP Cimento Portland
C-S-H Silicato de Cálcio Hidratado
CTC Capacidade de Troca de Cátions
DEC Divisão de Engenharia Civil do IPT
DTA Análise térmica diferencial
DTA Análise térmica diferencial
DTG Termogravimetria derivada
EDXRF Fluorescência de raios X de energia dispersiva
IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo
JCPDS Joint Committe on Powder Diffraction Standards
LAMAV Laboratório de Materiais Avançados
LBCT Laboratório de Biologia Celular Tecidual
LCFIS Laboratório de Ciências Físicas do CCT
LCQUI Laboratório de Ciências Químicas do CCT
LECIV Laboratório de Engenharia Civil da UENF
LQFPP Laboratório de Química de Função de Proteínas e Peptídeos do
CBB
LQM Laboratório de Química dos Materiais do DEC do IPT
M.I.T. Massachusetts Institute of Technology
v
MEV Microscopia Eletrônica de Varredura
NaOH Hidróxido de Sódio
NBR Norma Brasileira Registrada
PBC Produtos à base de cimento
pH Potencial hidrogeniônico
PROCAD Programa de cooperação acadêmica
rpm Rotações por minuto
SEPOL Setor de Polímeros
TG Termogravimetria
TGA Análise Termogravimétrica
UENF Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro
XRD Difração de raios X
vi
AVALIAÇÃO DAS CONDIÇÕES IDEAIS PARA A PRODUÇÃO DE METACAULINITA ATRAVÉS DA ANÁLISE DA SUA ATIVIDADE
POZOLÂNICA
Leonardo Paes Mothé
Resumo
Durante o processo de hidratação do Cimento Portland ocorrem
reações que produzem hidróxido de cálcio (CH), produto solúvel, suscetível ao
ataque de diversos agentes externos agressivos tais como: sulfatos e ácidos. Por
ser solúvel, o CH pode ser lixiviado, resultando eflorescências na superfície da
matriz à base de cimento ao longo de sua vida útil. Portanto é importante reduzir
na medida do possível a sua porcentagem no volume , porcentagem estimada em
torno de 20% em massa no concreto convencional. Essa redução pode ser feita
por meio da adição de argilas calcinadas em substituição de parte do cimento
Portland. A argila calcinada reage com o CH, consumindo-o e formando silicatos
hidratados (C-S-H) com propriedades cimentícias menos suscetíveis a ataques de
agentes externos. Nesta dissertação pretendeu-se estudar a atividade pozolânica
da metacaulinita produzida com a argila obtida nas jazidas de Campos dos
Goytacazes sob diversas condições de temperatura, visando o estabelecimento do
processo ideal para a produção da mesma, de maneira a garantir a maior
atividade pozolânica para condições de produção tecnicamente e
economicamente viáveis. Foi verificado quantitativa e qualitativamente o
desempenho (eficiência) por meio da determinação do consumo de CH ocorrido
na reação com a metacaulinita através de um conjunto de ensaios, dentre os quais
citam-se: Chapelle, NBR 5751, capacidade de troca de cátions, acidez trocável,
superfície específica (BET). Os resultados de todos os ensaios foram
concordantes, ou seja, mesmo tendo cada ensaio um modo operatório
completamente distinto, os valores verificados em cada um deles permitiram tecer
praticamente as mesmas conclusões.
vii
EVALUATION OF THE BEST CONDITIONS TO THE PRODUCTION OF METAKAOLINITE BY MEANS OF IT´S POZZOLANIC ACTIVITY
ANALISIS
Leonardo Paes Mothé
Abstract
Calcium Hydroxide (CH), a fragile product originated from some
reactions that taken place during the Portland cement process of hidratation, is
susceptible to many outer agents attacks, like acids and sulphates attacks. A
leaching process can occur because the CH capacity of been dissolvable, resulting
efflorescence on the surface of the cement based products along its useful life.
Therefore is important to reduce, as possible, its percentage on these products
volume, estimated at 20% in mass of the conventional concrete. This control can
be done through the addiction of calcined clays in substitution of part of the
Portland cement. The added calcined clay reacts with the CH, consuming it and
forming calcium silicates hydrated (C-S-H) with cementations properties pretty less
susceptible to outer agents attacks. The purpose of this work was the study of
pozzolanic reaction of the metakaolinite made with the clay material from the
Campos dos Goytacazes natural deposit of ores under several temperature
conditions, aiming the establishment of the ideal process of metakaolinite
production to reach production rules technically and economically viable that
guarantee a major pozzolanic reaction. The quantitative and qualitative
performance (efficiency) measured by CH consumption occurred during reaction
with metakaolinite through a group of tests, like: Chapelle, NBR 5751, cations
exchange capacity, exchange acidity, specific surface area (BET). Where all the
tests results were similar, it mean, even each test having a completely different
operative way, the values returned by each one allowed to weave practically the
same conclusions.
1
Capítulo 1 __________________________________________________________________
1. Introdução
A construção desempenha um papel essencial nas civilizações
desde o inicio, pois o homem sempre buscou materiais que lhe permitissem
construir, e a evolução da arquitetura impulsionou a procura por produtos que
fossem facilmente manuseáveis em estado fresco, mas muito resistentes depois
de endurecidos sob condições ambientais normais. O homem já utilizou uma
gama enorme de materiais, com intuito de descobrir aquele que oferecesse as
melhores propriedades aglomerantes.
Os compostos cimentícios são uma classe majoritária de materiais
de construção que nos acompanha há mais de nove milênios. Para um leigo no
assunto, a simplicidade é tamanha, um pó que é misturado com água, finos e
agregados para formar uma massa fluida que pode ser moldada facilmente, e em
seguida endurece espontaneamente em condições ambientais normais. Esta
aparente simplicidade não é atingida por nenhuma outra substancia existente, o
que torna esta classe de material única (Bentur, 2002).
O primeiro contato, que se tem conhecimento, da humanidade com o
composto aglomerante denominado cimento ocorreu em 7000 a.C., na Galiléia,
em Israel, onde um piso de argamassa foi descoberto em 1985 em Yiftah El
(Malinowski e Garfinkel, 1991; Ronen et al., 1991). Um uso mais intenso de
materiais cimentícios teve início na antiga civilização Egípcia, há cerca de 3000
a.C., onde, segundo Snell e Snell (2000), foram utilizados na construção das
pirâmides para a ligação dos blocos de rocha.
Existe a crença de que a tecnologia foi difundida pelos países ao
redor do Mediterrâneo onde foram utilizados na antiguidade clássica (300 a.C. até
200 d.C.) pelos gregos e romanos, que misturando tufo vulcânico (rico em sílica
vítrea e/ou microcristalina, chamado pozolana) com cal e água, obtiveram silicatos
de cálcio hidratados, que possuem propriedades ligantes, aglomerantes ou
2
cimentícias. As construções realizadas com este composto continuam estáveis até
hoje.
Apesar da utilização de materiais cimentícios ser bastante antiga,
somente em 1824 que um inglês (Joseph Aspdin) patenteou um cimento
produzido artificialmente pela calcinação de um calcário argiloso, denominado
como cimento Portland (CP), pois após a pega o cimento se assemelhava muito
ao calcário da ilha de Portland, muito utilizada na Grã-Bretanha naquela época. A
indústria de cimento Portland, na sua configuração atual, foi baseada nesta
patente: os grãos clínquers duros, resultantes da queima de uma mistura de argila
e calcário, são hoje o que se chama cimento Portland. Assim podemos, de forma
simples definir cimento Portland como um produto de origem mineral resultante da
calcinação de misturas bem proporcionadas de calcário com alto teor de cálcio e
baixo teor de magnésio, e argilas (com ou sem adições de minérios portadores de
oxido de ferro). Essa mistura calcinada, denominada clínquer, é moída com uma
pequena porcentagem de gipsita (sulfato de cálcio hidratado natural), que modifica
suas propriedades de endurecimento (retardando a pega, quando hidratado),
resultando no produto final. Este produto quando misturado com água reage com
a mesma gerando um material duro e insolúvel em água (Leighou, 1942).
Os principais componentes do cimento Portland são mostrados na
Tabela 1.1 (Bentur, 2002).
Tabela 1.1 – Principais componentes do cimento Portland (Neville, 1997)
Composto Composição (Óxidos) Abreviação
Silicato Tricálcico 3CaO.SiO2 C3S
Silicato Dicálcico 2CaO.SiO2 C2S
Aluminato Tricálcico 3CaO.Al2O3. C3A
Ferroaluminato Tetracálcico 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF
Esta indústria tem sido um elemento vital e continua desempenhando
seu papel essencial como uma indústria chave na sociedade moderna em sua
evolução contínua, ela supre necessidades básicas do ser humano de abrigo e
3
proporciona a infraestrutura para atividades industriais e comerciais, que são as
atividades que impulsionam o avanço e o bem estar da sociedade. Os materiais
são os pilares da indústria da construção civil; eles determinam a qualidade do
produto final e a tecnologia com o qual é produzido. Assim, a evolução do
desempenho das estruturas e suas respectivas eficiência e produção
industrializada são diretamente influenciadas pelas características dos materiais
envolvidos. Percebemos facilmente que as inovações na construção estão
altamente ligadas ao desenvolvimento de avançados materiais de construção.
Atualmente, com o desenvolvimento da humanidade, as construções
são cada vez mais numerosas e de maior porte, assim, o consumo de cimento
cresce vertiginosamente (Figura 1.1), sendo o material mais consumido pela
humanidade depois da água, já que este é componente essencial na produção do
material mais utilizado na construção civil atualmente no mundo, o concreto, além
de ser utilizado na produção de inúmeros outros produtos, como argamassas,
blocos etc. Por isto, todos estes produtos são tratados ao longo da dissertação
como produtos à base de cimento (PBC).
0
500
1000
1500
1940 1960 1980 2000
Ano
Prod
ução
de
cim
ento
(milh
ões
ton/
ano
)
Figura 1.1 – Consumo de cimento Portland nos últimos 50 anos (Bentur, 2002)
4
Desde a invenção do cimento, o homem adicionou inúmeras
substâncias à mistura de preparo de vários produtos, para atender necessidades
especificas e melhorar o desempenho do mesmo, diante de muitas solicitações
advindas do ambiente externo durante toda sua vida útil.
Inicialmente achava-se que a vida útil, propriedade relacionada à
durabilidade dos PBC e principalmente do concreto fosse praticamente infinita,
mas descobriu-se que durante o processo de hidratação, o cimento produz alguns
compostos que podem, sob determinadas condições ambientais, comprometer
sua vida útil. Outro problema é o cimento ser o componente que mais onera a
mistura de preparo dos PBC. Portanto, qualquer recurso que possa ser utilizado
para reduzir a influência de alguns compostos que podem se tornar prejudiciais e
percentualmente diminuir a quantidade de cimento utilizada e que permita a
obtenção da mesma quantidade do produto final, com melhor desempenho, deve
ser alvo de pesquisas.
Lembrando, ainda, que a indústria de cimento é responsável por
aproximadamente 7% da emissão anual de gás carbônico (CO2) na atmosfera,
pois a produção de cada tonelada do produto, provoca o lançamento de 0,6
tonelada de CO2 na atmosfera e, somente o Brasil, que responde por uma
produção anual de 38 milhões de toneladas de cimento Portland (CP), libera na
atmosfera a quantidade aproximada de 23 milhões de toneladas/ano de CO2
(Toledo et al., 2002). Em virtude disto, é possível ter, além dos benefícios
financeiros e tecnológicos, o ambiental, gerado pela metacaulinita, devido à
potencialidade de, num futuro próximo, ela estar possibilitando a redução da
quantidade de cimento necessária para suprir o mercado consumidor. E
logicamente, junto com a redução da produção viria a redução da poluição,
contribuindo para um desenvolvimento sustentável.
O primeiro trabalho na UENF que estudou o comportamento de
argilas calcinadas quando misturadas aos PBC foi o de Cordeiro (2001), que
efetuou a substituição parcial do cimento por metacaulinita, pozolana proveniente
da calcinação da caulinita, para oferecer uma alternativa mais econômica e,
sobretudo, importante para o desenvolvimento regional (município de Campos dos
5
Goytacazes). Ensaios já realizados ou em andamento na Universidade Estadual
do Norte Fluminense Darcy Ribeiro (UENF) forneceram as informações
pertinentes sobre os tipos de caulinita da região (Saboya e Alexandre, 1997).
A presente dissertação está estruturada em cinco capítulos, onde o
capítulo 1 apresenta a introdução, o objetivo e a justificativa da pesquisa. O
capítulo 2 expõe a revisão bibliográfica necessária à condução da pesquisa e
refere-se às argilas, a caulinita, suas definições e caracterizações, além de
apresentar a situação atual das pesquisas aditivos minerais e principalmente
sobre metacaulinita.
O capítulo 3 explica o programa experimental, apresentando a
metodologia aplicada e os ensaios utilizados nesta pesquisa, para caracterização
da matéria prima e determinação da atividade pozolânica da metacaulinita, bem
como o processo de preparo das amostras.
O capítulo 4 apresenta os resultados obtidos pelos ensaios relatados
no capítulo 3 e a análise dos mesmos.
No quinto e último capítulo, são encontradas as considerações finais
da pesquisa realizada, as conclusões e algumas sugestões para trabalhos futuros.
1.2. Objetivos
Neste trabalho foi desenvolvido um estudo para caracterização física
e química da metacaulinita, visando descobrir as condições ideais de produção
(temperatura x tempo de calcinação) da metacaulinita, utilizando como matéria-
prima o material argiloso obtido nas jazidas de Campos dos Goytacazes, mais
precisamente a argila obtida na Jazida do Visconde (próximo à localidade de
Donana), verificando quantitativamente a atividade pozolânica da metacaulinita, ou
seja, a capacidade de reagir com a maior quantidade possível de hidróxido de
6
cálcio (CH), neutralizando-o por meio da formação de produtos mais estáveis com
propriedades cimentícias (C-S-H (Silicato de Cálcio Hidratado) por exemplo).
Para tanto, foram executados ensaios para identificação dos
minerais cristalinos (XRD), para determinação dos limites da faixa de temperatura
de formação da fase amorfa (DTA-TGA), para determinação quantitativa
(Chapelle) e qualitativa (NBR 5753) da atividade pozolânica, além de estabelecer
relações da atividade química do aditivo com propriedades como superfície
específica (BET) e morfologia das partículas (MEV) e com outras propriedades
muito pouco exploradas, como capacidade de troca de cátions e acidez trocável.
1.3. Justificativa
O Município de Campos dos Goytacazes destaca-se na Região
Norte do Estado do Rio de Janeiro por sua extensão territorial, ocupando uma
área de 4040,4 km2 (CIDE, 2000), sendo o maior município em área territorial do
Estado e distante 279Km da capital. Aproximadamente 50% de todo o território
municipal é composto por espessas camadas argilosas oriundas do movimento do
leito do Rio Paraíba do Sul (Isabel Ramalho et al., 2001). A área de concentração
das jazidas de argilas, encontra-se à margem direita do Rio Paraíba do Sul, ao
longo da estrada RJ-16 que liga Campos ao Farol de São Tomé, estando sua
maior concentração próxima aos vilarejos de São Sebastião, Poço Gordo e do
Mosteiro de São Bento. Estes depósitos são típicos de planície de inundação,
estando ligados à flutuação do seu curso, desde a Lagoa Feia até a foz atual.
Desta maneira, sendo uma zona rica em argila, possuindo inúmeras
jazidas de material argiloso, constituído principalmente por caulinita, o município
de Campos dos Goytacazes tem a da indústria da cerâmica como uma de suas
principais atividades. Essa caulinita dá origem a vários produtos, como cerâmica
vermelha (tijolos, telhas), papéis, entre outros. Por outro lado, a caulinita pode,
após certas transformações térmicas, gerar um material, conhecido como
metacaulinita, um aluminosilicato de estrutura desordenada, que pesar de não
7
possuir, por si só, propriedades aglomerantes, reage quimicamente em presença
de água com o CH, originando novos compostos hidratados com propriedades
cimentícias e insolúveis em água.
Além de contribuir positivamente para as propriedades tecnológicas
dos PBC, a pozolana serviu e serve também como uma alternativa econômica em
zonas com carência de cimento e/ou abundância de material argiloso, caso do
município de Campos dos Goytacazes.
Assim, dentro deste aspecto ambiental e sabendo da crescente
demanda existente por aditivos e adições minerais para a produção de PBC, foi
implementado um estudo que visou o aproveitamento destes solos argilosos para
a produção de um material pozolânico (metacaulinita), isto é, a determinação das
condições ideais de produção (temperatura x tempo), primando por obter o melhor
desempenho com o menor gasto possível.
25
Capítulo 3 __________________________________________________________________
3. Programa Experimental
O programa experimental foi dividido em três partes:
3.1. Escolha e caracterização da matéria prima;
3.2. Separação da fração argila (caulinita) e caracterização;
3.4. Determinação das condições ideais de produção e caracterização da
metacaulinita.
Métodos experimentais
Os métodos empregados na escolha, no processamento e
caracterização das matérias-primas, bem como a análise das amostras, foram
baseados em normas e procedimentos usuais. Pois o objetivo foi desenvolver uma
“linha de processo e análise” que se ajustasse às condições de trabalho
oferecidas pelo Laboratório de Engenharia Civil (LECIV) no Centro de Ciências e
Tecnologia (CCT). Já que a UENF trabalha há alguns anos no campo da
cerâmica, e vários trabalhos (Saboya e Alexandre, 1997) foram publicados sobre o
assunto, o que forneceu importantes dados para a pesquisa.
3.1. Escolha da matéria prima (material bruto)
Na primeira etapa, foi escolhida a matéria-prima a ser utilizada, para
em seguida proceder com a caracterização da mesma. Para efetuar a escolha,
foram avaliadas as caracterizações de várias amostras de argila da região de
Campos dos Goytacazes, já publicadas por alguns trabalhos da UENF, como:
Saboya, Alexandre e Maravilha (1997) e Alexandre (1997).
Portanto, nesta etapa do trabalho três aspectos do material bruto
foram verificados: coloração, composição química e granulometria.
26
Foi decidida a adoção de uma matéria-prima que possibilitasse a
conservação do aspecto característico do concreto, ao se fazer uso do produto
deste trabalho. Assim, a pesquisa foi realizada com uma matéria-prima de cor
clara, característica resultante do baixo teor de ferro, que foi determinado pela
análise química, obtida por fluorescência de raios-X de energia dispersiva
(EDXRF). Outro critério foi utilizar o material que apresentasse a maior quantidade
de fração argila (<2µm) para facilitar a obtenção de quantidade suficiente do
argilomineral caulinita, essa quantidade foi verificada pelo ensaio granulométrico,
realizado segundo a norma ABNT NBR 7181 (Solo – Análise Granulométrica).
3.2. Coleta da matéria-prima A matéria-prima foi coletada segundo procedimento padrão da
Embrapa, onde a mesma foi escolhida, por inspeção visual da coloração, análise
química e granulometria, realizadas por trabalhos anteriores já mencionados
(Saboya, Alexandre e Maravilha,1997 e Alexandre, 1997).
Origem geológica da matéria-prima
O Município de Campos caracteriza-se por três divisões geológico-
geomorfológicas:
- embasamento cristalino, constituído por cadeias de rochas granito-
gnássicas, formadas durante o período Pré-Cambriano.
- tabuleiros da Formação Barreiras são elevações, de topo plano,
com suave declividade para o mar e formaram-se durante o Plioceno e na Região
constituem-se, basicamente, por camadas horizontais de materiais argilosos e
argilo-arenosos. À medida que se desloca, da área próxima aos gnaisses, em
direção à costa, os sedimentos são mais finos e com maior contribuição de argila,
sem terem, porém uma boa seleção.
27
- planície quaternária que é a feição geológica-geomorfologica
dominante do Município, sendo composta por sedimentos holocênicos de origem
deltaica e aluvionar. Associado a formação de deltas, o curso do Rio Paraíba do
Sul derivou até a sua formação atual. Os sedimentos holocênicos de base foram
sendo soterrados sucessivamente pelos sedimentos das inundações, tanto dos
braços deltaicos, como do próprio canal principal, dando origem então à planície
de inundação atual. São ainda, estreitamente ligadas ao processo de formação da
planície de inundação e à deriva da foz do Paraíba, as transgressões e regressões
marinhas, fatores de formação das lagunas e das restingas litorâneas. A
sedimentação no subambiente de inundação, que interessa diretamente a
atividade cerâmica é periódica, dominantemente clástica; silto-argilosa. São
sedimentos bem selecionados, com tendência de decréscimo da granulometria no
sentido ascendente em cada ciclo de cheia. Constituem camadas horizontais com
intercalações de lentes arenosas correspondentes a braços de correntes
localizados.
3.3. Caracterização da matéria-prima
A caracterização forneceu dados necessários ao progresso desta
dissertação. Os ensaios realizados são apresentados a seguir.
a) Inspeção visual
Esta etapa objetivou a verificação visual da matéria-prima, onde foi
escolhido utilizar um material de coloração clara, para que este não influenciasse
na aparência final dos PBC.
b) Análise química por fluorescência de raios-X de energia dispersiva (EDXRF)
A análise química por fluorescência de raios X da matéria-prima para
determinação da composição química foi realizada em amostras em pó e em
28
pastilha. A utilização de pó e pastilha é justificada por ser disponível os dois
métodos de análise, o que permitiu uma confirmação dos resultados obtidos. O
beneficiamento das amostras ocorreu pela passagem das mesmas pela peneira
ABNT no 325 (abertura de 0,044mm), onde o material passante era diretamente
analisado sob a forma de pó e utilizado na confecção de pastilhas de 1cm de
diâmetro, que também foram analisadas. As pastilhas foram obtidas comprimindo-
se o pó dentro de um pastilhador com o auxilio de uma prensa aplicando-se uma
carga de 10t. A configuração das amostras pode ser observada na Tabela 3.1.
As amostras passaram pela peneira ABNT 325 (abertura 0,044mm),
pois o Laboratório de Física (LCFIS), (setor de XRD) considera mais apropriado,
segundo a experiência adquirida em inúmeros ensaios realizados em argila.
Tabela 3.1 - Configuração das amostras de matéria-prima para EDXRF
Ensaio Amostra desorientada
Pastilha de argila (# 325) 1
EDX Pó de argila (# 325)
1 # 325 significa que o material foi passado na peneira ABNT no325 de abertura 0,044mm.
O equipamento utilizado na análise foi um Shimadzu EDX-700 do
LECIV – CCT, onde as condições de operação para as amostras em pó e para as
em pastilha seguiram as especificações do fabricante do equipamento,
procedimentos freqüentemente utilizados pelo LECIV.
c) Granulometria
A distribuição granulométrica da matéria-prima foi realizada no
Laboratório de Solos do setor de Geotecnia do LECIV, efetuado segundo norma
ABNT NBR 7181 (Solo – Análise Granulométrica), comumente utilizada em
laboratórios de solo.
d) Massa Específica
29
A massa específica da amostra de matéria-prima foi obtida segundo
a norma ABNT NBR 6508 (Grãos de solos que passam na peneira de 4,8mm –
Determinação da massa específica), com o uso do frasco denominado picnômetro.
3.4. Separação da fração argila (caulinita)
Com relação à separação da fração argila, o objetivo foi separar a
fração de interesse, aquela que continha o argilomineral caulinita, para permitir
uma posterior caracterização da mesma.
Apesar de as argilas calcinadas terem a possibilidade de
funcionarem simultaneamente como adição e aditivo, pois no caso de
esgotamento da portlandita o excesso de argila calcinada trabalharia como fíler, o
motivo de estudar somente a fração argila é devido ao trabalho estar focado
apenas no comportamento de adição do material, onde o mesmo participa das
reações químicas (reação pozolânica, por exemplo) que ocorrem entre os
materiais com os quais é misturado, alterando-as. Comportamento inverso ao de
um aditivo, que não interfere nas reações, e não é objeto de estudo desta
pesquisa.
Escolhida a matéria-prima, foi possível iniciar esta etapa. Para
separar a fração argila foi necessário primeiramente peneirar (peneira ABNT no
100) para permitir uma uniformização e separação de impurezas de grandes
dimensões, em seguida o material sofreu sedimentação das frações maiores que
2µm e sinfonagem da fração menor que 2µm. Em seguida, o material foi
centrifugado, seco, destorroado num almofariz de louça, com a utilização de mão
de gral revestida com borracha, e novamente uniformizado por meio da peneira no
325 para ser, em seguida, armazenado em dessecadores, onde estava em
condição de ser utilizado. O procedimento de sedimentação é usual em
laboratórios e se baseia na lei de Stokes, mas devido a pequenas diferenças na
execução do mesmo em diferentes laboratórios, o mesmo é descrito a seguir.
30
Nesta etapa, para separação da fração argila, a amostra foi tratada
com solução defloculante de Hidróxido de Sódio (NaOH) de concentração 1N.
Foi preparada uma solução defloculante, onde 125ml da solução de
NaOH 1N foram diluídos em água destilada até se obter 1 litro. Foram preparados
3 litros de solução de tratamento, onde cada litro foi misturado à cerca de 800g de
matéria bruta, chegando a um total 2400g de material bruto utilizado. As misturas
foram deixadas em repouso por 48h. Na etapa seguinte, o material foi passado na
peneira ABNT no 270 (abertura de 0,57mm) com o auxílio de água destilada, para
promover a segregação da fração argila das frações sílte e areia, sendo a fração
passante na peneira colocada em provetas de 1000ml, num total de oito provetas.
Figura 3.1 – Provetas contendo sílte e areia (sedimentados) e fração argila (em
suspensão)
Foi marcada uma altura de 20cm (Figura 3.1) em cada proveta,
medidos a partir do menisco, depois as provetas foram agitadas e deixadas em
repouso por 24h, segundo lei de Stokes, que calcula por meio de uma equação
(Equação 3.1) o tempo gasto para sedimentação de partículas finas, onde o tempo
calculado para a amostra foi de 15h, mas por questões praticas e não prejudiciais
foi adotado o tempo de 24h. A determinação da quantidade de material utilizada
31
foi estimada segundo a quantidade de amostra necessária a realização de cada
um dos ensaios pretendidos.
( )n
ddrgV×
−×××=
92 21
2
( )
( ) .01,0cos
;/0,1
;/65,2
;/980
;001,0
32
31
2
==
==
==
==
==
dinadofluidoidadevisn
cmgfluidododensidaded
cmgpartículadadensidaded
scmgravidadedaaceleraçãog
cmesferadaraior
(3.1)
Depois das 24h de repouso, o material localizado acima da linha dos
20cm foi recolhido com o auxílio de sinfonagem através de uma mangueira que
tinha sua extremidade submersa mantida acima da linha dos 20cm, para se evitar
a sucção da fração sílte junto com a fração argila. O material recolhido, fração
argila, foi armazenado em recipientes de 2 litros.
Na etapa seguinte, o material que restou nas provetas (abaixo da
linha dos 20cm) foi agitado e colocado num dispersor por 10 minutos. Depois foi
devolvido às provetas e as mesmas completadas com água destilada até a marca
de um litro, e novamente deixadas em repouso por 24h. Todo este procedimento
foi repetido até a obtenção da quantidade necessária de matéria-prima.
No passo seguinte foi realizado o processo inverso, isto é,
sedimentação da fração <2µm por meio de centrifugação, onde ocorreu também a
lavagem do material para proporcionar a eliminação de grande parte do NaOH
contido na amostra. Assim, a fração argila dispersa em água foi centrifugada a
12000rpm por 6min à temperatura de 20oC, sendo cada quantidade centrifugada e
lavada com água destilada no mínimo três vezes. A centrífuga utilizada foi uma da
marca Hitachi modelo CR 21 (Hitachi High Speed Refrigerated Centrifuge CR 21)
pertencente ao Laboratório de Química de Função de Proteínas e Peptídeos
(LQFPP), do Centro de Biociência e Biotecnologia (CBB).
32
Depois de centrifugada, a fração argila foi deixada para secar por
48h em uma estufa da marca DeLeo ajustada para manter a temperatura em
aproximadamente 50oC.
A amostra após a secagem aglomerou-se, por isso, em seguida, a
fração argila foi destorroada num almofariz de louça e passada na peneira ABNT
no 325 (abertura de 0,044mm) para permitir uma uniformização, o material obtido
foi então armazenado em um recipiente vedado e mantido em um dessecador,
para evitar que a amostra absorvesse umidade do ar.
Após este tratamento, a caulinita estava pronta para ser utilizada na
próxima etapa da pesquisa, sua caracterização.
3.4.1. Caracterização da fração argila (caulinita)
Depois de separada a fração argila, foi efetuada a sua caracterização.
Os ensaios utilizados para tal podem ser vistos a seguir.
a) Massa Específica
A massa específica da amostra de caulinita foi obtida da mesma
maneira utilizada na matéria-prima bruta, segundo a norma ABNT NBR 6508
(Grãos de solos que passam na peneira de 4,8 mm – Determinação da massa
específica), com o uso do frasco denominado picnômetro.
b) Análise química por fluorescência de raios X de energia dispersiva (EDXRF)
A análise química por fluorescência de raios-X das amostras de
caulinita para determinação da composição química, foi realizada segundo os
mesmos procedimentos utilizados para o material bruto, inclusive o mesmo
equipamento. Um esquema de configuração das amostras pode ser observado na
Tabela 3.2.
33
Tabela 3.2 - Configuração das amostras de caulinita para EDXRF
Ensaio Amostra desorientada
Pastilha da fração argila (# 325) EDX
Pó da fração argila (# 325)
d) Análise Termogravimétrica (TGA) e Térmica Diferencial (DTA)
A realização deste ensaio teve por objetivo determinar as
temperaturas limites, ou seja, a faixa de temperatura de transformação da caulinita
em metacaulinita e o inicio de sua recristalização.
Na TGA a amostra é aquecida à velocidade constante, monitorada
por uma balança que mede as variações de massa em função da temperatura; a
DTG é a derivada da curva obtida pela TGA, e na análise térmica diferencial, a
amostra é aquecida a uma velocidade constante, juntamente com uma substância
termicamente inerte, e são registradas as diferenças entre o padrão inerte e a
amostra, em função da temperatura, quando ocorrem as transformações
endotérmicas ou exotérmicas, estas aparecem como deflexões em sentidos
opostos na curva termodiferencial.
As análises térmicas, e o preparo das amostras para este ensaio
foram realizadas no Laboratório de Materiais Avançados (LAMAV) no Setor de
Polímeros (SEPOL). O equipamento utilizado foi um TA Instruments modelo SDT
2960. As amostras foram aquecidas da temperatura ambiente até 1200oC, na taxa
de 10oC por minuto sob atmosfera oxidante.
e) Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) A microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi realizada no
Laboratório de Biologia Celular Tecidual (LBCT) – Centro de Biociência e
Biotecnologia (CBB) - UENF. O microscópio utilizado foi um Zeiss modelo DSM
962. O feixe de elétrons principal foi gerado por um filamento de tungstênio cuja
34
tensão e corrente de operação, foram respectivamente, 10 – 15KV e 50µA e a
distância de trabalho utilizada variou de 8 a 9mm, em função da nitidez da imagem
visualizada.
As amostras de caulinita preparadas para o MEV, ensaio que
possibilitou a visualização da morfologia do material, seguiram a seguinte rotina: a
caulinita seca em estufa à 110oC por 12 horas e calcinada à 300oC por 3 horas, e
as metacaulinitas calcinadas a 490, 600, 700, 800, 900, 1000 e 1100oC por 3
horas foram passadas na peneira ABNT no 325 e depositadas sobre um porta-
amostra, que mantinha o pó fixado sobre si com o auxilio de uma fita dupla face de
carbono, em seguida os portas-amostra foram submetidos a uma deposição de
ouro, depois os portas-amostra foram protegidos da umidade dentro de um
dessecador, até o momento de realização do ensaio.
f) Área Específica Superficial (BET e Blaine)
A determinação da superfície específica pelo método Blaine,
segundo norma ABNT NBR NM 76 (Cimento portland – determinação da finura
pelo método de permeabilidade ao ar) é a maneira mais utilizada pela indústria do
cimento por se tratar de um ensaio simples e rápido. Porém não é muito preciso,
pois sofre a influência de inúmeros fatores, como a forma variável das partículas e
acamamento tortuoso e não fornece valores confiáveis quando utilizado para
determinar superfícies específicas maiores que 0,5 m2/g (Potgieter, 1996). A
determinação da superfície especifica pelo método Blaine foi feita por meio da
medida do tempo gasto por um volume especifico de ar fluir através de um
conhecido volume de pó compactado, utilizando-se o Permeabilímetro de Blaine
do setor de Estruturas do LECIV, e este valor juntamente com a massa especifica
da amostra foi utilizado para calcular a superfície específica.
A preparação da amostra ocorreu segundo as determinações da
norma.
Quando se deseja obter a superfície específica de maneira confiável
de materiais muito finos e uma maior precisão dos resultados, o ensaio que é
35
comumente utilizado é o BET (Brunauer, Emmett e Teller). Este método baseia-se
numa formulação matemática, que descreve a adsorção das moléculas de um gás
em particular pelas superfícies dos grãos de um material finamente dividido, para
calcular sua superfície específica e medir as superfícies específica interna e
externa de um material. A determinação da superfície específica, efetuada por
meio do ensaio BET, foi realizada no setor de Cromatografia do Laboratório de
Ciências Químicas (LCQUI) – CCT, utilizando um equipamento da marca
Quantachrome Instruments modelo Autosorb-1, onde o gás utilizado para
adsorção foi o nitrogênio.
Foram realizados ensaios de superfície especifica com amostras de
caulinita (fração argila, <2µm) passadas na peneira ABNT no 325.
3.5. Determinação das condições de produção da metacaulinita
A caulinita é transformada em metacaulinita por meio de um
processo de calcinação. Durante o processo de calcinação da caulinita, ocorre a
desidroxilação da mesma, ou seja, a caulinita perde água de sua estrutura
cristalina dando origem a uma estrutura amorfa (Equação 3.2). Se o processo de
calcinação continuar, a elevação da temperatura provoca a evolução da estrutura
amorfa da metacaulinita para uma fase cristalina intermediária chamada espinélio
até a nucleação da mulita (Equação 3.3).
Al2O3.2SiO2.2H2O Al2O3.2SiO2 + 2H2O ou (AS2H2 AS2 + 2H)
(caulinita) (metacaulinita) (gás) (3.2)
2.[Al2O3.2SiO2] 2Al2O3..3SiO2 + 2SiO2
(metacaulinita) (espinélio Al:Si)
2Al2O3.3SiO2 2[Al2O3.SiO3] + SiO2
(epinélio Al:Si) (mulita 1:1 + cristobalita)
(3.3)
36
3.5.1. Determinação da faixa de temperatura e o tempo de calcinação
A temperatura inicial para passagem da estrutura cristalina da
caulinita para uma estrutura amorfa, metacaulinita, segundo diversos ensaios
experimentais varia dentro de uma ampla faixa de temperatura que provavelmente
é influenciada pelo grau de cristalização do argilomineral (Alexandre e Saboya,
1997 e Walker, 1961).
Dessa forma se faz necessário identificar esta temperatura, para que
a partir daí sejam feitos ensaios buscando uma temperatura ideal de calcinação.
Entende-se por temperatura ideal de calcinação, aquela que proporciona a
produção da metacaulinita com maior atividade pozolânica possível com o menor
consumo de energia para obtê-la.
Devido a metacaulinita encontrar-se dentro de uma faixa de
temperatura relativamente extensa, resultado de diferentes tipos de caulinita
pesquisados, optou-se por realizar uma varredura desta faixa, sendo necessário,
primeiramente, conhecer os pontos inicial e final que indicassem as temperaturas
limítrofes da faixa, características da caulinita utilizada. A determinação desses
limites foi efetuada por meio de análise térmica.
O tempo de calcinação foi definido segundo dados de trabalhos
realizados (Saboya e Alexandre, 1997, Alexandre, 1997, Shi, Grattan-Bellew, and
Stegemann, 1998, Cordeiro, 2001, Kakali, Perraki, Tsivillis, and Badogiannis,
2000, , Barger, Hansen, Wood, Neary, Beech, and Jaquier, 2001). Onde o tempo
de calcinação varia entre três e seis horas.
3.5.2. Calcinação da caulinita
A calcinação obedeceu ao seguinte processo: 100g de material
foram colocados em um recipiente de porcelana que era então levado a um forno
digital da marca Quimis modelo Q 318 – M24, cuja rampa de aquecimento é
mostrada na Figura 3.2.
37
A quantidade de 100g utilizada para produção de cada amostra de
metacaulinita foi determinada segundo uma estimativa da quantidade de material
que seria consumida pelos ensaios e a perda de massa ao fogo indicada pela
analise térmica.
y = 10,972x + 114,69
0
200
400
600
800
1000
1200
0 15 30 45 60 75 90
Tempo (min)
Tem
pera
tura
(OC
)
Figura 3.2 – Rampa de aquecimento do forno
3.5.3. Caracterização da metacaulinita produzida
Depois de produzida as amostras de metacaulinita nas diversas
temperaturas, as mesmas foram caracterizadas. Assim, as amostras foram
submetidas a ensaios para determinação de massa específica, superfície
específica, difração de raios-X, capacidade de troca de cátions, acidez trocável e
determinação da atividade pozolânica por meio dos ensaios Chapelle e NBR 5753.
Os ensaios utilizados são apresentados a seguir.
a) Massa Específica (NBR 6508)
Para determinação da massa específica do material produzido
(metacaulinita), foi utilizado o mesmo para determinação da massa específica da
38
matéria-prima e da caulinita (ABNT NBR 6508 - Grãos de solos que passam na
peneira de 4,8 mm – Determinação da massa específica).
b) Superfície específica (BET)
Sendo a área específica superficial uma propriedade importante dos
materiais pulverulentos, e sabendo-se que a superfície especifica de um material
está diretamente relacionada com sua atividade química, ou seja, quanto maior o
valor da área específica superficial maior a sua reatividade química. Foi efetuada a
determinação das superfícies específicas da caulinita, do cimento Portland CP II E
32 e das metacaulinitas produzidas, por meio do ensaio BET (Brunauer, Emmett e
Teller) realizado no setor de Cromatografia do Laboratório de Ciências Químicas
(LCQUI) – CCT, utilizando um equipamento Quantachrome Instruments modelo
Autosorb-1, onde o gás utilizado foi o nitrogênio. As amostras ensaiadas foram
primeiramente passadas na peneira ABNT no 325, para garantir uma uniformidade
granulométrica entre as amostras.
c) Difração de raios-X (XRD)
As amostras foram caracterizadas cristalograficamente por meio de
difração de raios-X, realizadas no Laboratório de Ciências Físicas (LCFIS) – CCT
– UENF, em um difratômetro Freiberger Präzisionsmechanick GmbH modelo URD
65 com radiação Cukα operando a 35KV e 40mA. Sendo os compostos
identificados segundo o arquivo de difração de pós (JCPDS, 1995), onde para
classificar uma amostra como sendo caulinita, o valor medido do ângulo de Bragg
deve ser aproximadamente 14,3o (2θ = 2 * 7,15o = 14,3o). Para esta análise, foram
preparadas amostras de caulinita: uma seca em estufa à 110oC por 12 horas e
outra calcinada à 300oC por 3 horas e amostras de metacaulinita calcinadas a
490, 600, 700, 800, 900, 1000 e 1100ºC.
d) Capacidade de Troca de Cátions (CTC)
39
A troca iônica corresponde às reações de intercâmbio de íons entre a
solução e a fase sólida (mineral), tanto de cátions como de ânions.
Devido à presença de cargas negativas ou positivas nas superfícies
das partículas sólidas da metacaulinita, existe a possibilidade de serem adsorvidos
a estas superfícies cátions ou ânions. Tendo em vista que estes cátions ou ânions
podem ser "trocados" por cátions ou ânions que estão na solução, denomina-se
este processo de troca iônica.
As cargas negativas que retêm os cátions (íons com carga positiva)
trocáveis podem ser originadas nas partículas sólidas de duas maneiras principais:
cargas permanentes e cargas pH dependentes. O pH é usualmente interpretado
como um valor independente e sem referência de sua definição fundamental, ou
seja, é interpretado diretamente como o potencial hidrogeniônico medido. O
conhecimento do pH é de grande valia, pois a atividade de outros íons depende
em grande parte da atividade do íon H e das atividades associadas dos outros
íons, especialmente Ca e Al.
As cargas negativas permanentes são originadas da substituição
isomórfica nos tetraedros e octaedros dos argilominerais, ou seja, na formação do
mineral os tetraedros ou octaedros foram preenchidos por cátions com raio iônico
semelhante, porém com menor carga, o que origina um excesso de cargas
negativas dos oxigênios (por exemplo: Al+3 no lugar do Si+4 no tetraedro). Estas
cargas negativas são chamadas permanentes, pois são estruturais, e não serão
afetadas pelo pH.
As cargas negativas pH dependentes variam conforme o pH.
Quando o pH aumenta, também aumenta a quantidade de cargas negativas pH
dependentes. As cargas negativas pH dependentes são formadas basicamente
pela dissociação de H+ das superfícies laterais dos argilominerais 1:1, dos
óxihidróxidos, quando o pH tende a se elevar. Uma redução do pH reverterá o
processo.
A capacidade de troca de cátions (CTC) corresponde à capacidade
que a amostra possui em reter os cátions trocáveis. Quanto maior for a quantidade
40
de cargas negativas existentes na superfície das partículas sólidas, maior será a
CTC.
A unidade da CTC é o cmolc/kg (centimol de carga por quilograma).
Nesta unidade o c=centi=0,01, o k=quilo=1000, o g=grama (unidade de massa), e
o molc=mol de carga (correspondente à antiga unidade equivalente).
Para a determinação dos cátions trocáveis, no caso da metacaulinita,
foi efetuado o seguinte procedimento:
- Preparo dos reagentes: - acetato de amônio, 1M, pH 7,0: dissolver 77,1g de acetato de amônio em
950ml de água destilada. Ajustar o pH para 7,0 com acido acético ou amônia
aquosa. Completar até 1000ml com água destilada. Mexer bem.
- Etanol, 95%: misturar 950ml de etanol com 50ml de água destilada.
- Cloreto de potássio, 1M: dissolver 74,55g de cloreto de potássio em
1000ml de água destilada.
- Procedimento 1) Pesar 1,0 ± 0,01g da amostra dentro de um tubo de centrifuga de 50ml;
2) Adicionar 33ml de cloreto de potássio, 1M, tampar o tubo e chacoalhar por
5min;
3) Centrifugar o tubo até que o sobrenadante esteja limpo;
4) Descartar o sobrenadante;
5) Repetir os passos de 2-4, quatro vezes;
6) Adicionar 20ml de etanol 95%, tampar o tubo e chacoalhar por 5min;
7) Centrifugar o tubo até que o sobrenadante esteja limpo;
8) Descartar o sobrenadante;
9) Repetir os passos de 6-8, quatro vezes;
10) Adicionar 33ml de acetato de amônio, 1M, tampar o tubo e chacoalhar por
5min;
11) Centrifugar o tubo até que o sobrenadante esteja limpo;
12) Descartar a solução sobrenadante num balão volumétrico de 100ml;
41
13) repetir os passos 10-12 duas vezes, adicionando o sobrenadante limpo ao
balão volumétrico;
14) Preencha o balão volumétrico até 100ml com acetato de amônio e mexa bem;
15) Determinar a concentração de potássio no balão volumétrico utilizando-se um
fotômetro de chama.
e) Hidrogênio + Alumínio trocáveis (Acidez trocável)
Esse ensaio permite a determinação da quantidade de íons
hidrogênio e alumínio (H + Al) trocáveis. Esta determinação é importante, pois
teoricamente, quanto maior a quantidade de H + Al disponível para troca, maior a
atividade pozolânica da metacaulinita.
A acidez trocável da metacaulinita foi determinada segundo o
procedimento abaixo.
Uma amostra contendo 2,5g de cada metacaulinita (temperaturas
diferentes) foi misturada com 75ml de solução de acetato de cálcio ((CH3COO)2
Ca H2O) 1N, agitada num agitador por 10 min e logo após deixada em repouso por
um período de 24h.
Em seguida, foram coletados 25ml do sobrenadante da mistura e
colocados num becker, onde foram adicionadas 3 gotas de indicador fenolftaleína
a 1%, sendo a mistura titulada com solução de hidróxido de sódio (NaOH) 0,025 N
com o auxílio de uma bureta, onde foi, então, determinada a quantidade em ml de
solução de NaOH consumida pela mistura. A titulação é considerada terminada
quando o líquido antes incolor apresenta uma coloração rósea, comparada com a
cor obtida no ensaio em branco.
O ensaio em branco é um ensaio que obedece ao mesmo
procedimento mencionado, mas não contem a amostra (metacaulinita), ou seja, o
ensaio em branco contém todos os reagentes, menos a metacaulinta.
A acidez trocável foi então calculada pela Equação 3.4 a seguir:
( ) ++++ +=⋅− AlHdeKgcmolLL cb 65,1 (3.4)
42
onde:
L = leitura na bureta para a amostra;
Lb = leitura na bureta para o ensaio em branco;
1,65 = fator de correção (constante);
cmolc = centimol de carga.
f) Determinação da atividade pozolânica
A influência da metacaulinita sobre a resistência do concreto está
intimamente relacionada à reação da metacaulinita (AS2) com CH. Esta reação
depende do índice de pozolanicidade (atividade pozolânica) da adição com o
cimento. Entende-se por índice de pozolanicidade a maior ou menor capacidade
que a adição, neste caso metacaulinita, tem de reagir com o hidróxido de cálcio
formado durante o processo de hidratação do CP, gerando novos componentes
com propriedades cimentícias mais estáveis e resistentes. Essa reação consome
o CH e completa-se em duas semanas à temperatura ambiente (Raverdy et al.,
1980).
A metacaulinita reage com CH por se tratar de um produto sintético
amorfo, ou seja, desequilibrado, instável. Assim, ela precisa restabelecer seu
equilíbrio químico e o faz reagindo com o CH.
Durante essa reação há a formação de novos produtos cimentícios
(silicato de cálcio hidratado (C-S-H), por exemplo) que garantem uma influência
positiva da metacaulinita sobre a resistência mecânica do concreto (Turrizini,
1964). A reação pozolânica pode ser vista na Equação 3.5.
Pozolana + CH + água C-S-H (3.5)
O mecanismo da reação metacaulinita–hidróxido de cálcio já foi
estudado por Turriziani, (1964), Malquori, (1960) entre outros. Larbi, (1991)
mostrou que a metacaulinita muito pura pode praticamente eliminar todo o
hidróxido de cálcio da matriz de cimento.
43
Um material pozolânico não possui propriedades aglomerantes por si
só, somente quando o CH está presente juntamente com a umidade é que a
reação acontece para formar silicatos de cálcio hidratado (C-S-H), sendo o CH
fornecido pela hidratação do CP com o qual o material é normalmente misturado
(McCarter, 1995).
Como a reação pozolânica com CP à temperatura ambiente é
bastante lenta, não é surpresa que estudos da pozolanicidade (ou reatividade)
sejam baseados na ativação direta do material pozolânico com CaO a elevadas
temperaturas. Existem vários métodos (Chapelle, NBR 5753, NBR 5752
(Determinação do índice de atividade pozolânica com cimento Portland (IAP)),
Impedância elétrica etc) para se investigar a pozolanicidade do material, os quais
são baseados tanto no uso de solução de CaO ativadora como ativação direta
com CaO em pó.
Mas para classificar um material como pozolânico, este deve
apresentar um consumo mínimo de 330mg de CaO/g da amostra, consumo este
determinado pelo ensaio Chapelle.
Os ensaios utilizados para o estudo da atividade pozolânica foram o
Chapelle e o da norma ABNT NBR 5753 (Cimentos – Método de determinação de
atividade pozolânica em cimento portland pozolânico), ambos são detalhados
respectivamente nos itens f.1. e f.2.. O Chapelle foi escolhido por se tratar do
ensaio mais utilizado para este fim pela comunidade cientifica. A norma NBR 5753
foi utilizada por ser uma norma brasileira de determinação da atividade pozolânica,
de natureza química, assim como o Chapelle.
f.1. Ensaio Chapelle
Entre os métodos químicos propostos para estimar a atividade dos
materiais pozolânicos, aquele proposto, em 1958, por J. Chapelle é
particularmente interessante pelo seu princípio e rapidez de resposta.
Teoricamente, permite caracterizar uma pozolana, na sua finura de
utilização pela taxa de reação da cal, após um tempo de contato padronizado,
sendo a reação acelerada por elevação da temperatura, ou seja, uma determinada
44
quantidade de material supostamente pozolânico e de CaO são colocados para
reagir na presença de água fervente (100oC), pois a reação é muito lenta à
temperatura ambiente (em torno de duas semanas). A mistura é mantida reagindo
por algumas horas (em geral 16 horas), onde após esse tempo o CaO livre é
determinado por meio de extração de sacarose e titulação com solução de HCl,
sendo o resultado expresso da seguinte maneira: quantidade em miligrama de
CaO consumido por grama de material pozolânico (mg de CaO/ g de
metacaulinita).
Este método, entretanto é contestado, com o argumento de que os
hidratos que se formam nestas condições não são do mesmo tipo, nem têm a
mesma solubilidade dos que são formados em temperatura ambiente. Esta
objeção teria fundamento se a cinética da reação fosse governada pela
precipitação dos hidratos. Contudo, a etapa limitante da reação pozolânica é, na
verdade, o ataque hidroxílico do material, e o fluxo de dissolução, isto é, a
quantidade de elementos ácidos passando em solução (se dissolvendo) por
unidade de superfície e de tempo e o reflexo direto da reatividade da pozolana. A
etapa seguinte de precipitação de hidratos seja quais forem, é um processo rápido
que, para todo efeito, deve seguir o ritmo da dissolução.
Estes ensaios foram realizados no Instituto de Pesquisas
Tecnológicas (IPT-SP), onde a atividade pozolânica da metacaulinita foi obtida
pelo Procedimento DEC–LQM–PE-041 do Instituto de Pesquisas Tecnológicas
(IPT-SP) “Determinação de atividade pozolânica – Método Chapelle modificado”,
que é baseado nas diretrizes gerais da publicação: Raverdy et al. (1980).
f.1.1. Procedimento DEC–LQM–PE-041 do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT-SP) “Determinação de atividade pozolânica – Método Chapelle modificado” 1. Referência
Este método é baseado no artigo de Raverdy et al. (1980) e nas
normas NBR 9774/87 e 12653/92.
45
2. Equipamento e material
2.1. Equipamentos
2.2.1. Balança com resolução de 0,0001g;
2.1.2. Banho-maria termostatizado com agitação, para controlar a temperatura de
25 a 95°C;
2.1.3. Chapa elétrica aquecedora;
2.1.4. Estufa para temperatura de até 110°C;
2.1.5. Mufla para temperaturas de até 1200°C;
2.1.6. Vidrarias, utensílios e acessórios de uso rotineiro em laboratório.
2.2. Materiais
2.2.1. Acido clorídrico (HCl) concentrado p.a. (aproximadamente d = 1,17 g/ml e
37%);
2.2.2. Água deionizada ou destilada isenta de CO2 (Nota 1);
Nota 1: A água deve ser fervida por no mínimo 30min e resfriada até a
temperatura ambiente em balão volumétrico tampado com rolha de borracha.
2.2.3. Álcool etílico absoluto (C2H5OH) p.a.;
2.2.4. Carbonato de cálcio (CaCO3) p.a.;
2.2.5. Fenolfitaleina p.a.;
46
2.2.6. Sacarose p.a (Nota 2);
Nota 2: Alternativamente pode ser utilizado açúcar refinado comercial.
2.2.7. Borato de sódio (Na2B4O7) p.a.;
2.2.8. Vermelho de metila p.a.
3. Procedimento
3.1. Preparação de amostra
As amostras são ensaiadas finamente pulverizadas. A NBR 12653/92
recomenda moer os materiais “potencialmente” pozolânicos ou que apresentem
resíduo máximo de 12% em peneira de abertura 0,044mm (ABNT N.o 325), até
uma granulometria ao redor de 800m2/kg, uma vez que a atividade pozolânica é
diretamente proporcional à área especifica do material.
3.2. Preparo de soluções
3.2.1. Solução alcoólica de fenolfitaleina – 1g/L;
Dissolver e diluir 0,1g de fenolfitaleína em álcool etílico absoluto, até
completar 100mL. Homogeneizar.
3.2.2. Solução alcoólica de vermelho de metila – 1g/L;
Dissolver e diluir 0,1g de vermelho de metila em álcool etílico
absoluto, até completar 100mL. Homogeneizar e reservar em frasco âmbar.
3.2.3. Solução de sacarose – 240g/L.
Dissolver 60g de sacarose em um balão volumétrico de 250mL,
utilizando-se água isenta de CO2. Completar o volume e homogeneizar.
3.2.4. Solução padronizada de acido clorídrico (HCl) – 0,1N.
47
3.2.4.1. Preparação
Diluir aproximadamente 8,4 ml de HCl concentrado em água até
completar 1000mL de solução em um balão volumétrico e homogeneizar.
3.2.4.2. Padronização
Padronizar a solução de HCl 0,1N com (0,5000±0,0100)g (m1) de
tetraborato de sódio (bórax) recristalizado (conforme item 6.2.5.), dissolvido em
aproximadamente 100mL de água. A titulação deve ser processada com a solução
de HCl usando-se solução de vermelho de metila (1g/L) como indicador. O ponto
de equivalência é atingido quando a coloração vermelha tornar-se persistente.
Anotar o volume de HCl consumido (V1).
3.2.4.3. Cálculo
Calcular a normalidade e o fator da solução de HCl, como segue
(Equação 3.6):
1907,01
1
×=
VmNHCl
1,0HCl
cNF = (3.6)
onde:
NHCl = normalidade real da solução de HCl 0,1N;
m1 = massa de tetraborato de sódio (bórax) (6.2.4.2.), em g;
V1 = volume de HCl gasto na titulação (6.2.4.2.), em ml;
0,19072 = miliequivalente de tetraborato de sódio;
Fc = fator de correção do HCl para uma concentração de 0,1N.
3.2.5. Tetraborato de sódio recristalizado
3.2.5.1. Dissolver 15g de tetraborato de sódio em 50mL de água, aquecendo a
cerca de (75±5)°C. Deixar resfriar a temperatura ambiente para o sal recristalizar.
Manter em repouso por algumas horas (Nota 3).
48
Nota 3: É recomendado recristalizar a uma temperatura abaixo de 55°C.
3.2.5.2. Filtrar em funil de Buchner provido de papel de filtração rápida. Lavar duas
vezes com porções de 10mL de água, duas vezes com porções de 10mL de álcool
etílico absoluto e duas vezes com porções de 10mL de éter etílico, mantendo-se a
sucção para remoção dos líquidos de lavagem.
3.2.5.3. Após lavagem final, espalhar o sólido numa camada fina em um vidro de
relógio e deixar secar a temperatura ambiente de 12 a 18h. Armazenar em um
pesa-filtro fechado.
3.3. Execução do ensaio
3.3.1. Pesar exatamente (1,0000±0,0010)g (m2) da amostra do material pozolânico
moído de acordo com o item 3.1. e seco. Introduzir em um frasco erlenmeyer de
plástico com tampa rosqueada, limpo e seco, juntar cerca de (1,0000 ± 0,0010)g
(m3) de CaO (Nota 4)
Nota 4: Para se obter o CaO, deve-se pesar cerca de 2,0g de CaCO3 em cadinho
de platina, calcinar à (1000±50)°C durante 1h. Esfriar em dessecador,
homogeneizar com uma espátula e calcinar por mais 30min. Resfriar em
dessecador e em seguida pesar conforme o item 6.3.1..
3.3.2. Adicionar 250mL de água, isenta de CO2, medido em balão volumétrico.
Ajustar hermeticamente a tampa no erlenmeyer e colocá-lo no banho-maria,
ligando a agitação, estando com o banho pré-aquecido a temperatura a ser
ensaiada (T) (Nota 5).
Nota 5: O ensaio é executado a 90°C, podendo ser especificadas temperaturas
mais baixas, de acordo com a finalidade do ensaio.
49
3.3.3. Manter a agitação durante (16±2) horas a temperatura a ser ensaiada (T). A
seguir, retirar o erlenmeyer do banho e resfriar em água corrente à temperatura
ambiente.
3.3.4. Juntar no frasco, 250mL de solução de sacarose (240g/L) recém preparada.
3.3.5. Fechar hermeticamente a agitar durante 15 min. Filtrar mais ou menos 100
ml, usando papel de filtração media pregueado. Pipetar 50mL da solução e titular
com solução de HCl 0,1N, usando solução de fenolfitaleina (1g/L) como indicador
(Nota 6). Anotar o volume gasto na titulação (V2).
Nota 6: Executar os processos de filtração, pipetagem e titulação o mais rápido
possível, para evitar a carbonatação da solução filtrada.
3.3.6. Efetuar as mesmas operações com o ensaio em branco, anotando a massa
de CaO utilizada (m4) e o volume gasto na titulação (V3).
4. Cálculo e verificação dos resultados do ensaio Chapelle
Calcular a atividade pozolânica, em mg de CaO por grama de
material, por meio da Equação 3.7.
234
4233 )(28/mmm
mVmVmaterialdegCaOmg××
×−××= (3.7)
onde:
m2 = massa de material pozolânico (3.3.1.), em g;
m3 = massa de CaO empregado no ensaio com amostra (3.3.1.), em g;
m4 = massa de CaO empregado no ensaio em branco (3.3.6.), em g;
V2 = volume de HCl 0,1N consumido no ensaio com amostra (3.3.6.), em ml;
V3 = volume de HCl 0,1N consumido no ensaio em branco (3.3.7.), em ml;
Fc = fator de correção do HCl para uma concentração de 0,1N.
50
f.2. Ensaio da norma ABNT NBR 5753 (Cimentos – Método de determinação de atividade pozolânica em cimento portland pozolânico)
Esta norma prescreve o método de determinação de atividade
pozolânica em cimento Portland pozolânico, como definido na norma ABNT NBR
5736 (Cimento Portland pozolânico – Especificação).
A atividade pozolânica é avaliada comparando-se a quantidade de
hidróxido de cálcio presente na fase líquida em contato com o cimento hidratado,
com a quantidade de hidróxido de cálcio que poderia saturar um meio de mesma
alcalinidade (NBR 5753).
No cimento Portland pozolânico, a concentração de hidróxido de
cálcio em solução é sempre inferior à concentração de saturação. Sabe-se que,
operando-se com 20g de cimento para 100ml de água a temperatura de 40oC o
equilíbrio é praticamente alcançado em sete dias. Para realizar o ensaio, é
conveniente conhecer a solubilidade do hidróxido de cálcio a 40oC em uma
solução cuja alcalinidade livre varia de zero a cerca de 100 miliequivalentes de
base forte (OH-) por litro (NBR 5753).
A norma ABNT NBR 5736, especifica uma quantidade de material
pozolânico misturada ao cimento Portland variando de 15 a 50%, em massa.
Assim, foram preparadas amostras contendo os limites da faixa especificada na
norma, 15 e 50%. A norma ABNT NBR 5753 indica a utilização de uma amostra
de 20g, portanto foram preparadas amostras compostas; umas de 17g de cimento
CP II E 32 + 3g de metacaulinita e outras de 10g de cimento CP II E 32 + 10g de
metacaulinita. Foram preparadas amostras com as metacaulinitas produzidas nas
diferentes configurações, obtendo-se assim 20 amostras diferentes, além de cada
ensaio ter sido repetido por três vezes, efetuando-se uma média aritmética dos
valores obtidos.
Preparadas às misturas em massa dos constituintes, efetuadas num
recipiente vedado, e agitado energicamente até a obtenção de uma
homogeneidade, as mesmas foram, então, colocadas em recipientes contendo
água destilada a 40oC e foram novamente agitados energicamente por 20
51
segundos e colocados num ambiente termoestático a 40oC, onde permaneceram
por sete dias.
Após o período de sete dias, o líquido foi derramado sobre um filtro e
o filtrado foi recolhido num frasco que foi mantido em repouso até que este
entrasse em equilíbrio com a temperatura ambiente.
Em seguida, depois de homogeneizado, foram retirados 50ml da
solução para que os mesmos fossem titulados com ácido clorídrico utilizando-se
alaranjado de metila como indicador e determinado-se assim a alcalinidade,
anotando-se a quantidade em ml de ácido consumido por cada amostra.
Em um próximo passo a amostra recebeu a adição de oxalato de
amônia para permitir a precipitação do cálcio em forma de oxalato de cálcio.
Depois foi filtrada e lavada com água destilada fria. Em seguida, o oxalato de
cálcio separado foi titulado por meio de uma solução de permanganato de
potássio, anotando-se a quantidade consumida em ml.
De posse das quantidades em ml consumidas nas duas titulações
por cada amostra, calculou-se a alcalinidade total (OH-/l) e o teor de oxido de
cálcio (CaO/l), pelas equações apresentadas a seguir (Equações 3.8).
OHdeolmiNHClsoluçãodeml lim1,01,01 =
2*50
1000*1,0*/lim HClmlHClsolmllitroOHolmi ==
CaOdeolmiNKMnOsoluçãodeml lim025,005,01 4 =
2501000*025,0*/lim 44 KMnOmlKMnOsolmllitroCaOolmi ==
(3.8)
52
Capítulo 4 __________________________________________________________________
4. Resultados e Análises
Este capítulo tem por objetivo apresentar e analisar os resultados
obtidos mediante ensaios discriminados no capítulo 3, realizados durante a
pesquisa para elaboração desta dissertação.
4.1. Escolha e caracterização da matéria-prima bruta
A matéria-prima utilizada foi escolhida segundo a caracterização de
argilas do município de Campos dos Goytacazes, realizada por trabalhos
passados, onde foram escolhidas inicialmente aquelas que apresentaram as
maiores quantidades da fração argila, para facilitar a obtenção do argilomineral
caulinita. Em seguida foi adotada aquela que apresentava a coloração mais clara
para que não influenciasse na aparência dos PBC que viessem a fazer uso do
material deste estudo. A coloração mais clara é relacionada a baixas quantidades
de ferro e titânio, fato verificado na análise química por EDXRF (Tabela 4.1).
Assim a matéria-prima empregada (Figura 4.1) foi obtida no
município de Campos dos Goytacazes da Jazida do Visconde (próxima à
localidade de Donana) de coordenadas de localização UTM (Universal Transverse
of Mercator) N=7.585.211,24 e E= 261.538,74, de propriedade da Cerâmica
Primeira.
Figura 4.1 – Matéria-prima bruta
53
A jazida de coleta da matéria-prima pertence à área identificada pela
folha 082 – Campos do PROJIR (Projeto de Irrigação e Drenagem da cana-de-
açúcar na Região Norte Fluminense-RJ), onde verificamos no estudo realizado por
Ramos (2000) a existência de um volume de 164 450 000 m3 de material argiloso
pouco siltoso explorável.
Tabela 4.1 – Resultado do EDX para o material bruto
Amostra Material passante na # 325
Configuração Física Pó Pastilha
Composição em Óxidos (%)
SiO2 49,735 51,474
Al2O3 41,628 41,462
Fe2O3 3,502 3,444
TiO2 1,646 1,746
SO3 1,705 0,110
K2O 1,296 1,414
CaO 0,246 0,268
Outros 0,187 0,081
54
Figura 4.2 – Resultado da Análise Granulométrica da matéria-prima bruta
QUADRO DE RESULTADO DE ENSAIO (M.I.T.)Argila Silte Areia % Pedregulho LL LP IP Classificação Dens. Real
% % Fina Média Grossa % % % % (USCS) dos Grãos
75 24 1 - - - - - - - 2,52
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,00,001 0,01 0,1 1 10 100
% P
assa
ndo
Curva Granulométrica
Diâmetro das Partículas(mm)
Observando os resultados apresentados pelos ensaios iniciais de
verificação das características da matéria-prima bruta, foi elaborada a Tabela 4.2,
que resume as características apresentadas pelo material, justificando sua
utilização.
Tabela 4.2 – Características apresentadas
Propriedade Característica apresentada
Coloração Clara (bege claro)
Percentual de óxido de ferro ±3,5%
Percentual de óxido de titânio ±1,6%
Percentual de fração argila 75%
55
A massa especifica da matéria-prima foi determinada (Tabela 4.3)
para verificar se o material apresentava um valor característico dessa classe de
material.
Tabela 4.3 – Massa Especifica da matéria-prima
Amostra Massa Especifica (g/ cm3)
Material bruto 2,52
4.2. Separação da fração argila
Nesta etapa a matéria-prima recebeu um tratamento, onde foi
efetuada a separação da fração argila (caulinita) e, posterior caracterização da
mesma, por meio da obtenção da massa específica (Tabela 4.4) e análise química
por EDXRF (Tabela 4.5).
Tabela 4.4 – Massa Especifica da caulinita
Amostra Massa Especifica (g/ cm3)
Caulinita 2,41
56
Tabela 4.5 – Resultado do EDX para a caulinita
Amostra Fração Argila # 325
Configuração Física Pó Pastilha
Composição em Óxidos (%)
SiO2 48,142 50,326
Al2O3 43,774 42,471
Fe2O3 3,113 3,429
TiO2 1,707 1,844
SO3 1,512 -
K2O 1,362 1,502
CaO 0,217 0,226
V2O5 0,119 0,121
Outros 0,054 0,080
A obtenção da massa específica da fração argila (caulinita) indicou
uma redução de 4,4% com relação ao material bruto, provavelmente devido a
eliminação de minerais primários mais densos nas frações superiores a 2µm. A
analise química por EDXRF apresentou resultados semelhantes ao do material
bruto.
4.3. Identificação dos minerais cristalinos (XRD)
Nessa etapa, foram identificados os minerais cristalinos presentes na
amostra da fração argila, que para tal foi analisada por difração de raios-X (Figura
4.3).
57
Figura 4.3 – Difratograma da fração argila orientada e sedimentada em lâmina de
vidro
4.4. Determinação das condições de produção da metacaulinita
4.4.1. Determinação da faixa de temperatura e tempo de calcinação
Com o intuito de conhecer os limites do intervalo de temperaturas a
ser estudado, foi realizada uma análise termogravimétrica, termogravimétrica
derivada e térmica diferencial (“TGA”, “DTG” e “DTA”) (Figura 4.4).
58
TGA-DTA
Figura 4.4 – Análise térmica diferencial e termogravimétrica
A análise térmica diferencial efetuada na amostra (Figura 4.4)
indicou a temperatura de 489,8oC como limite inferior da faixa, sendo teoricamente
a temperatura a partir da qual já não se encontra caulinita propriamente dita, ou
seja, não se encontra vestígio de estrutura cristalina, característica da caulinita.
Teoricamente, a partir de 489,8oC, existiria apenas uma estrutura amorfa,
característica da metacaulinita, e esta análise indicou a temperatura de 969,4oC
como sendo a temperatura inicial do processo de recristalização do material e fim
da fase amorfa, característica da formação de mulita.
Pode ser observado na DTG, a presença de três picos endotérmicos,
a 43,19oC, à 256,33oC e à 489,8oC, acompanhados de uma significativa perda de
massa (TGA). O primeiro pico (43,19 oC) correspondente à remoção de água
fisicamente adsorvida. O segundo pico (256,33oC) está provavelmente associado
à desidratação da gibsita e à perda de água de coordenação dos cátions, e o
terceiro pico endotérmico é relacionado a desidroxilação da caulinita, provocando
a formação da metacaulinita. De posse destes limites (489,8 e 969,4ºC) e devido a
59
questões práticas, foi decidido que o processo de calcinação seria iniciado pela
temperatura de 490oC, passando-se em seguida para produção à 600oC e
continuando-se o aumento da temperatura com incrementos de 100oC até chegar-
se à 900oC.
Baseado em dados da literatura (Saboya et al., 1997, Alexandre,
1997, Shi et al., 1998, Cordeiro, 2001, Kakali et al., 2000, Barger et al., 2001), foi
decidido a utilização do tempo de permanência de 3h e também foi adotado o
tempo de 1h para o processo de calcinação. O tempo de três horas é
freqüentemente utilizado pela comunidade cientifica por apresentar bons
resultados de amorfização do material e o tempo de 1 hora foi adotado para
permitir uma verificação de desempenho num menor tempo de calcinação, essa
decisão é justificada pela redução do custo na fabricação do material se o tempo
de permanência, como na situação estudada, for reduzido a terça parte, por
exemplo.
4.4.2. Calcinação da caulinita
Determinadas às condições de calcinação, temperaturas de 490,
600, 700, 800 e 900 pelos tempos de 3 e 1h, foram produzidas um total de dez
amostras de metacaulinita (Figura 4.5).
Todo o processo e os pesos das amostras antes e depois do
tratamento térmico e porcentagem de perda de massa são mostrados na Tabela
4.6.
Figura 4.5 – Metacaulinita
60
Tabela 4.6 – Processo de Calcinação da Caulinita
Temperatura (oC)
Tempo (h)
Peso inicial (g)
Peso final (g)
Perda de massa (%)
1 100 89,2 10,8 490
3 100 89,6 10,4
1 100 86,0 14,0 600
3 100 86,0 14,0
1 100 86,4 13,6 650
3 100 86,4 13,6
1 100 85,6 14,4 700
3 100 86,2 13,8
1 100 84,9 15,1 750
3 100 84,9 15,1
1 100 84,8 15,2 800
3 100 84,4 15,6
1 100 84,0 16,0 900
3 100 84,2 15,8
As perdas de massa apresentadas pelas amostras são
aproximadamente iguais àquelas acusadas pela TG.
4.5. Caracterização da metacaulinita produzida
A ordem dos ensaios apresentados a seguir não coincide com a
ordem em que foram executados. Os resultados e análises são apresentados de
maneira a facilitar a compreensão dos mesmos.
Depois de produzida nas temperaturas de 490, 600, 700, 800 e
900oC pelos tempos de 1 e 3 h, fornecendo um total de dez amostras de
metacaulinita, as mesmas foram caracterizadas, por meio da obtenção das
propriedades: atividade pozolânica (Chapelle e NBR 5753), massa específica,
61
área específica superficial (BET), cristalinidade (XRD), morfologia dos grãos por
meio de MEV, capacidade de troca de cátions (CTC) e acidez trocável.
a) Atividade pozolânica
Na determinação da atividade pozolânica das amostras (Tabela 4.7)
da primeira bateria de ensaios Chapelle, a temperatura de produção de 700oC foi
a que apresentou a metacaulinita de maior atividade pozolânica.
Tabela 4.7 - Resultados do Ensaio Chapelle
Material Tratamento
(ºC/h) Atividade Pozolânica
(mg CaO/g metacaulinita)
49031 717,0
6003 720,9
6503 721,0
7001 734,5
7003 742,9
7503 682,2
8003 652,5
Metacaulinita
9003 353,2 14903 significa que o material foi calcinado à 490oC por 3h.
Foram posteriormente produzidas mais duas amostras de
metacaulinita, uma tratada termicamente a 650oC e outra a 750oC, ambas por 3 h,
para confirmar se a atividade pozolânica havia realmente atingido seu ápice em
700oC, ou se esse ápice havia ocorrido entre 600 e 700oC, ou ainda entre 700 e
800oC, mas como pode ser observada nos resultados do ensaio, a atividade
pozolânica cresce depois de 600oC, atingindo um valor intermediário em 650oC e
revelando seu ápice em 700oC, onde começa a sofrer um decréscimo, passando
por 750oC, até atingir o valor mínimo ensaiado (900oC). Todo o desenvolvimento
62
da atividade pozolânica em relação à temperatura foi resumido no gráfico da
Figura 4.6.
717
720,9
731,9
742,9
679
652,5
353,2
734,5
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
490 600 650 700 750 800 900
Temperatura (ºC)
Ativ
idad
e Po
zolâ
nica
(mgC
aO/g
de
met
acau
linita
)3h
1h
Tendência 3h
Figura 4.6 – Gráfico da atividade pozolânica x temperatura
As amostras de metacaulinita calcinadas por 1h apresentaram
valores de atividade pozolânica muito próximos aos apresentados pelas amostras
calcinadas por 3h, como pode ser observado no gráfico acima.
Além do ensaio Chapelle, foi realizado outro ensaio específico para
determinação da atividade pozolânica, o da NBR 5753. Os resultados obtidos são
apresentados na Tabela 4.8 e são melhores entendidos sob a forma gráfica da
Figura 4.7, onde podemos observar, mesmo que qualitativamente, que o resultado
confirma o que foi expresso pelo ensaio Chapelle, pois segundo a norma NBR
5753, os pontos formados pelo par ordenado (alcalinidade total, teor de oxido de
cálcio), (milimol de OH-/l, milimol de CaO/l), localizados acima da isoterma de
solubilidade são considerados cimentos não pozolânicos, e o inverso, quando os
pontos estiverem localizados abaixo da isoterma. Pode ser observado, que todas
63
as amostras de cimento que receberam a adição de metacaulinita geraram pontos
situados abaixo da isoterma.
Os pontos representativos de cada amostra são considerados
indicadores de maior atividade pozolânica quanto mais afastados e abaixo
estiverem da isoterma de solubilidade.
Tabela 4.8 - Resultados do ensaio da NBR 5753
Consumo de HCl (ml)
milimol OH-/ litro
Consumo de KMnO4 (ml)
milimol CaO/ litro Material Tratamento
(ºC/h) 15% 50% 15% 50% 15% 50% 15% 50%
CP II E - 32 - 28,4 56,8 24,6 12,3 4901 15,2 4,8 30,4 9,6 9,1 6,7 4,55 3,35 4903 18,0 5,7 36,0 10,14 9,9 5,2 4,95 2,6 6001 16,0 5,5 32,0 11,0 8,0 6,0 5,5 3,0 6003 17,2 5,9 34,4 11,8 8,5 6,2 4,25 3,1 7001 12,2 5,6 24,4 11,2 7,4 4,8 3,7 2,4 7003 12,4 5,7 24,8 11,4 7,6 5,2 3,8 2,6 8001 13,9 6,4 27,8 12,8 6,2 3,5 3,1 1,75 8003 15,0 6,9 30,0 18,8 6,5 3,5 3,25 1,75 9001 23,2 10,7 46,4 21,4 5,1 10,8 2,55 5,4
Metacaulinita
9003 22,4 10,3 44,8 20,6 5,3 10,6 2,65 5,3
Os valores encontrados nas colunas de porcentagem (15 e 50%)
indicam os valores obtidos durante o ensaio para as amostras com as respectivas
porcentagens de substituição do cimento por metacaulinita, ou seja, amostras
contendo 15% em massa de metacaulinita e 85% de cimento Portland CP II E – 32
e amostras contendo 50% em massa de metacaulinita e 50% de cimento.
64
02468
101214161820
0 20 40 60 80 100 120
Isoterma4901490360016003700170038001800390019003CP II E - 32
Teor
de
CaO
da
solu
ção
com
o C
imen
to H
idra
tado
Ampliação
Alcalinidade total da solução em contato com o Cimento Hidratado (milimoles OH-/L)
Figura 4.7 – Gráfico do resultado do ensaio da NBR 5753 Figura 4.7 – Gráfico do resultado do ensaio da NBR 5753
b) Difração de raios-X b) Difração de raios-X
O objetivo deste ensaio foi a observação da transição de fases
cristalina-amorfa-cristalina que experimenta o material. O difratograma obtido é
exposto na Figura 4.8.
O objetivo deste ensaio foi a observação da transição de fases
cristalina-amorfa-cristalina que experimenta o material. O difratograma obtido é
exposto na Figura 4.8.
65
0 10 20500
0
500
1000
1500
2000
2500
30
q
qm
cc
m cr
c-caulinita, m-mulita, q-quartzo, cr-cristobalita
600
°C
1100
1000
900
800700
490
Inte
nsid
ade
(u.a
.)
2 Teta (graus)
Figura 4.8 – Difratograma das metacaulinitas
Observando os difratogramas acima, percebe-se uma estreita
relação com os resultados das analises térmicas, pois o XRD indica o inicio da
fase amorfa em torno de 490ºC pelo desaparecimento dos picos, que são
indicativos de uma estrutura cristalina, característica da caulinita. Indica também o
fim da fase amorfa do material e inicio do processo de recristalização,
característico da formação de mulita, representado pelo posterior reaparecimento
dos picos em temperaturas acima de 900ºC.
c) Massa específica
As massas específicas expressadas pelas amostras de metacaulinita
são expostas na Tabela 4.9.
66
Tabela 4.9 – Massa Especifica das metacaulinitas
Amostra Massa Especifica
(g/cm3)
4901 2,58
4903 2,54
6001 2,51
6003 2,55
7001 2,57
7003 2,59
8001 2,61
8003 2,59
9001 2,65
Metacaulinita
9003 2,67
Depois de calcinado, o material apresentou um aumento na massa
específica em torno de 6,6%, fato observado na Tabela 4.9, provavelmente devido
à perda da água estrutural, o que tornou o material mais denso.
d) Superfície específica
A superfície específica determinada para as amostras de
metacaulinita por meio do ensaio BET (Tabela 4.10) revelou uma estreita relação
com a atividade pozolânica.
67
Tabela 4.10 – Resultados dos Ensaios BET
Superfície Especifica (m2/g) Amostra
Tratamento ( oC/h #325) 2 BET
CP II E 32 - 3,29
Caulinita In natura 35,0
4901 37,15
4903 39,13
6001 38,54
6003 38,33
6503 34,35
7001 36,23
7003 34,94
7503 34,17
8001 31,03
8003 27,25
9001 22,93
Metacaulinita
9003 21,17 2 O tratamento indica o processo pelo qual a amostra passou antes da realização do ensaio BET, o
valor indicado significa: os três primeiros algarismos, a temperatura de calcinação da caulinita, o
quarto algarismo, o tempo de permanência no patamar de temperatura.
Observando a área específica superficial obtida para cada amostra
de metacaulinita, percebemos que ela atinge um valor máximo para a temperatura
de 490ºC e sofre um pequeno decréscimo até 750ºC, a partir de onde ocorre uma
grande queda da área até a temperatura de 900ºC. Esse comportamento (Figura
4.9) pode ser explicado pela presença marcante das placas características da
metacaulinita no intervalo aproximado de 490ºC até 750ºC, responsáveis pelos
valores mais elevados da área especifica superficial. No intervalo de temperatura
de 750ºC até 900ºC, o processo de união das placas (sinterização) é responsável
pela queda dos valores das áreas. Esse fenômeno pode ser observado nos
resultados da microscopia eletrônica de varredura (MEV), no item seguinte.
68
BET
2022242628303234363840
450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950Temperatura de Tratamento (ºC)
Áre
a Su
perf
ície
Esp
cecí
fica
(m2/
g)
3h1h
Figura 4.9 – Resultado do ensaio BET em forma gráfica
e) Microscopia eletrônica de varredura
Nas fotos (Figura 4.10a á 4.10i) obtidas por meio do MEV, pode-se
acompanhar a evolução da morfologia a cada elevação de temperatura, onde
podemos observar o processo de união das placas que formam a estrutura
lamelar da caulinita, provocando o crescimento dos grãos (sinterização).
(b - 3003)
(a- 110ºC)
Figura 4.10a e 4.10b – Morfologia lamelar da caulinita à 110 (a) e 300ºC (b)
69
(d - 6003)
(c - 4903)
Figura 4.10c e 4.10d – (c) Inicio do processo de união das placas e (d) uniâo mais
acentuada
(e - 7003) (f - 8003)
Figura 4.10e e 4.10f – Visualização do processo de sinterização devido a união
mais intensa das placas
70
(g - 9003) (h - 10003)
Figura 4.10g e 4.10h – Visualizaçao mais evidenciada do crescimento dos grãos
(i - 11003)
Figura 4.10i – Processo de sinterização bem visivel
Figura 4.10 – Imagens obtidas pelo MEV. (a) Amostra seca à 100ºC, (b) Amostra
30032, (c) Amostra 4903, (d) Amostra 6003, (e) Amostra 7003, (f) Amostra 8003,
(g) Amostra 9003, (h) Amostra 10003 e (i) Amostra 11003. 2 3003 significa que o material foi calcinado a 300ºC por um tempo de 3 horas.
71
f) Capacidade de troca de cátions
Nesta etapa, foi determinada a CTC das amostras de metacaulinita,
objetivando estabelecer uma relação entre a atividade pozolânica com a
capacidade de troca de cátions.
Tabela 4.11 – Resultados dos ensaios de CTC
Amostra Tratamento
térmico CTC
(cmolc.Kg-1)
4901 4,81
4903 5,27
6001 5,17
6003 4,04
6503 5,81
7001 4,30
7003 3,84
7503 5,42
8001 4,78
8003 4,04
9001 4,27
Metacaulinita
9003 3,66
Devido a caulinita apresentar como característica uma baixa CTC,
em torno de 10cmolc.Kg-1 (Souza, 1989), a análise dos resultados na Tabela 4.11
torna-se mais clara com a ilustração gráfica (Figura 4.11) onde podemos observar
que a tendência dos valores é bem semelhante àquelas apresentadas pelos
ensaios de superfície específica (BET) e de atividade pozolânica (Chapelle e NBR
5753), permitindo estabelecer um padrão de comparação entre os ensaios.
72
3,5
4
4,5
5
5,5
6
450 550 650 750 850 950Temperatura de Tratamento (ºC)
CTC
(cm
olc.
Kg-
1)
3h1hTendência 1hTendência 3h
Figura 4.11 – Resultado do ensaio de CTC em forma gráfica
g) Acidez trocável
Uma relação bem interessante foi estabelecida entre a acidez
trocável e a pozolanicidade, de sorte que foi possível uma caracterização
qualitativa da metacaulinita, pois os valores da acidez trocável foram maiores para
as amostras que atingiram as maiores atividades pozolânicas. Os valores obtidos
(Tabela 4.12) foram apresentados também sob a forma gráfica na Figura 4.12
para melhor visualização, onde a tendência de ambos os ensaios, Chapelle e
Acidez trocável, pode ser visualizada com o auxílio das linhas de tendência
plotadas em ambos os gráficos, que indicam uma semelhança qualitativa entre
eles.
73
Tabela 4.12 – Resultados dos ensaios de acidez trocável
Amostra Tratamento
térmico H + Al
(cmolc /Kg)
Branco - 0
Caulinita - 1,32
4901 1,32
4903 1,48
6001 1,98
6003 1,98
7001 2,80
7003 2,80
8001 2,14
8003 1,65
9001 0,99
Metacaulinita
9003 0,82
1,48
1,98
2,8
1,65
0,82
1,32
1,98
2,8
2,14
0,99
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
490 600 700 800 900
Temperatura (ºC)
Adi
dez
Troc
avél
(cm
olc/
Kg)
3h
1h
Tendência 3h
Tendência 1h
Figura 4.12 – Gráfico Acidez Trocável
74
Capítulo 5 __________________________________________________________________
5. Considerações finais
5.1. Conclusões
Segundo os dados adquiridos com os ensaios, pode-se apresentar
as seguintes conclusões:
- Os melhores valores de atividade pozolânica para o material utilizado foram
obtidos entre as temperaturas de 490 e 700ºC (Figura 4.3), ocorrendo o ápice em
700ºC. Mas, devido à pequena diferença entre os valores de atividade pozolânica
obtidos a 490, 600, 650 e 700ºC, devido à pequena diferença do nível de
amorfização das amostras nestas temperaturas, não é justificável a produção da
metacaulinita, com a matéria-prima estudada, em temperaturas acima de 490ºC,
pois o ganho em desempenho do material provavelmente não compensa o maior
gasto energético.
Portanto, pode ser considerado como ideal a temperatura de 490ºC
para produção da metacaulinita com a matéria-prima utilizada;
- Os resultados obtidos em ambos os ensaios realizados para determinação da
atividade pozolânica foram concordantes, ou seja, apesar de serem dois ensaios
completamente distintos, devido à forma como são realizados e como quantificam
os resultados, os valores da atividade pozolânica fornecidos para cada amostra
ensaiada foram de forma qualitativa, similar, pois ambos os ensaios são de certa
forma baseados no consumo de CH. Assim uma amostra que apresenta uma
determinada atividade pozolânica pelo ensaio Chapelle, considerada alta, assim
também o será perante aos resultados do ensaio da NBR 5753.
75
- O ensaio de determinação da superfície especifica pelo método BET, um ensaio
preciso e indicado para materiais ultrafinos, como a metacaulinita, forneceu
resultados bastante interessantes. A característica de uma grande superfície
especifica ser um indicador de uma alta atividade pozolânica pode claramente ser
observada pelos resultados dos ensaios BET, apresentados pela pesquisa (Figura
4.1). A relação entre atividade química e superfície especifica reside no fato de
uma grande superfície específica proporcionar maior espaço para a ocorrência
das reações;
- As capacidades de troca de cátions verificadas para as amostras de
metacaulinita apresentaram aproximadamente a mesma tendência dos ensaios de
superfície específica (BET) e atividade pozolânica (Chapelle e NBR 5753), o que
permitiu estabelecer um padrão de comparação entre os ensaios. Apesar da CTC
do argilomineral caulinita ser relativamente baixa, mesmo estes pequenos valores
apresentaram uma tendência compatível com os valores dos outros ensaios, pois
uma maior CTC deve ser indicativo de uma maior atividade pozolânica.
- A acidez trocável apresentou altos valores de hidrogênio e alumínio (H + Al)
trocáveis para as amostras que apresentaram as maiores atividades pozolânicas e
o inverso para aquelas que apresentaram baixos valores, permitindo assim
considerarmos também este ensaio como um método qualitativo bem interessante
de determinação da atividade pozolânica. Devido ao fato de uma alta acidez
trocável representar uma alta atividade pozolânica.
Com a revisão bibliográfica realizada e com os dados obtidos pelos
vários ensaios efetuados, foi possível chegar a estas conclusões concernentes
aos objetivos da pesquisa. O que foi apresentado aqui não deve assumir uma
forma absoluta, por se tratar de conclusões obtidas perante uma pesquisa
desenvolvida com materiais e métodos específicos e direcionados aos objetivos
específicos e previamente definidos pela pesquisa.
76
5.2. Sugestões para futuros trabalhos
Além do efeito da metacaulinita sobre o conteúdo de Ca(OH)2,
muitos outros parâmetros devem ser analisados para melhor compreender o
comportamento de aditivo e de adição do material, e estabelecer sua viabilidade
de uso. Entre outros podemos citar os seguintes:
- o efeito conjunto das frações >2µm e < 2µm, para assim analisar o efeito fíler;
- a contribuição de cada fração na atividade pozolânica;
- o efeito da metacaulinita sobre a resistência de aderência no tempo;
- o efeito da metacaulinita sobre o tamanho dos poros das argamassas no tempo;
- o efeito da metacaulinita sobre a resistência mecânica dos PBC no tempo;
- a influência da metacaulinita na absorção de água;
- a influência da metacaulinita na tenacidade à fratura do concreto.
77
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