Utilização de Metacaulim Para a Produção de Concreto Autoadensável
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Utilizao de metacaulim para a produo de concreto auto-adensvel com composio granulomtrica de agregados
Anderson F. Andrade (1); Eguinaldo M. Lira (1); Malson M. Queiroz (1);
Karoline A. Melo* (2); Arnaldo M. P. Carneiro (3)
(1) Graduando em Engenharia Civil, Universidade Federal de Pernambuco
(2) Doutoranda em Engenharia Civil, Universidade Federal de Pernambuco email: [email protected]
(3) Professor Doutor, Departamento de Engenharia Civil
Universidade Federal de Pernambuco email: [email protected]
* Rua Desembargador Virglio de S Pereira, 544, Ap. 303, Cordeiro, Recife PE CEP: 50721-040
RESUMO O concreto auto-adensvel consiste em um concreto especial, caracterizado principalmente
por sua capacidade de se mover sob ao exclusiva do peso prprio, fazendo com que seja
dispensado o processo de adensamento. As principais propriedades do concreto auto-
adensvel so a capacidade de preenchimento, resistncia ao bloqueio e resistncia
segregao, as quais exigem mtodos de ensaio especficos, diferentes dos usualmente
empregados na avaliao dos concretos convencionais. Para que todos estes requisitos sejam
atendidos, sua produo envolve uma composio adequada dos materiais constituintes e
processo de dosagem complexo. Este trabalho tem como objetivo avaliar o uso de dois tipos
de metacaulim na produo de concreto auto-adensvel, cujos agregados foram utilizados a
partir de composies granulomtricas. Foram utilizados cimento CP II Z, areia mdia, britas
0 e 1, e aditivo superplastificante de base policarboxilatos. Para a composio granulomtrica
dos agregados foi estudada uma mistura ternria entre a areia e os dois tipos de brita, e uma
mistura quaternria incluindo-se o metacaulim vermelho. Nos concretos com a mistura
ternria o metacaulim branco foi empregado como aglomerante junto com o cimento. Foram
avaliadas as propriedades de espalhamento, Funil-V, massa especfica e resistncia
compresso aos 7 e 90 dias de idade. Os concretos obtidos apresentaram bom comportamento
em relao s propriedades estudadas. As misturas tiveram bom aspecto em termos de
consistncia e coeso, sem indcios de segregao, o que atribudo tanto ao uso do
metacaulim, quanto otimizao da granulometria dos agregados. No caso da resistncia
compresso, os melhores resultados ocorreram nas misturas que empregaram o metacaulim
branco.
Palavras Chaves: concreto auto-adensvel, metacaulim, composio granulomtrica
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1 INTRODUO
Com a ampliao do campo de utilizao do concreto, surgiram problemas decorrentes
do processo de adensamento gerados, principalmente, pela maior complexidade das
estruturas. Isto mais evidente em elementos com grande densidade de armadura, ou em
reas de difcil acesso, j que o adensamento geralmente feito por meio de agulha de
imerso. Com isto, houve a necessidade de se desenvolver um concreto que apresentasse um
grau de consistncia capaz de dispensar o adensamento (NUNES, 2001).
Neste contexto surge o concreto auto-adensvel - CAA, o qual caracterizado
principalmente por sua capacidade de se mover no interior das frmas sob ao exclusiva do
peso prprio (COPPOLA, 2001; KHAYAT, 2000). Trs propriedades bsicas definem este
material, que so: capacidade de preenchimento ou deformabilidade, resistncia segregao,
e capacidade de passar atravs de sees estreitas ou resistncia ao bloqueio (GOMES, 2002).
Estas propriedades so conseguidas principalmente a partir do adequado proporcionamento
dos materiais.
Devido s suas propriedades particulares no estado fresco, os mtodos de ensaio
aplicados na caracterizao dos concretos convencionais no so adequados para o CAA. Isto
faz com que sejam necessrios mtodos prprios para este tipo de concreto, seguindo
metodologias apresentadas na literatura, podendo-se destacar como os mais utilizados o
espalhamento (Slump flow), Funil-V, Caixa-L e Caixa-U.
O CAA bastante sensvel a algumas caractersticas dos materiais constituintes como,
por exemplo, o tamanho e a forma dos agregados. A distribuio granulomtrica dos materiais
deve ser contnua, de forma que as partculas menores preencham os vazios entre as maiores,
a fim de evitar a obstruo do CAA diante de regies estreitas. Um ponto importante a ser
observado a necessidade de uma maior quantidade de finos, que contribui para garantir a
viscosidade adequada.
A seguir, sero apresentadas as principais caractersticas do metacaulim, o qual foi
empregado neste trabalho como adio, bem como alguns aspectos relacionados
composio granulomtrica dos agregados.
1.1 Metacaulim
Dentre as adies minerais utilizadas para melhorar as propriedades de concretos e
argamassas encontra-se o metacaulim, que consiste em um material de elevada finura
proveniente da calcinao da argila caulintica a temperaturas de 650C a 800C (PERA,
2001). As temperaturas de calcinao s quais a caulinita submetida causam desorganizao
estrutural e conferem, ao material resultante, propriedades pozolnicas, conforme citam Rojas
e Cabrera (2002).
Segundo Souza e Dal Molin (2002), alm da calcinao, necessrio que o material
passe por um processo de moagem para adquirir as propriedades pozolnicas. Os autores
citam que quando o tamanho resultante das partculas inferior a 5 m, o metacaulim considerado de alta reatividade.
A atividade pozolnica do metacaulim se d atravs do rpido consumo de hidrxido
de clcio (CaOH) proveniente da hidratao do cimento produzindo CSH, que o hidrato
responsvel por garantir as propriedades mecnicas dos concretos e argamassas. Outros
compostos tambm so formados, sendo que a natureza das reaes qumicas depende da cura
a qual o elemento estar submetido (ROJAS; CABRERA, 2002).
Dentre as vantagens do uso do metacaulim como adio em concretos e argamassas,
Rojas e Cabrera (2002) citam melhoras na trabalhabilidade, microestrutura e resistncia
mecnica, menor permeabilidade e maior durabilidade.
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1.2 - Composio granulomtrica de agregados
Um importante aspecto a ser definido em relao aos agregados empregados no CAA
diz respeito a granulometria. Quando a distribuio granulomtrica dos agregados no
contnua, podem ocorrer alguns problemas no concreto, como: maior consumo de cimento,
levando a um aumento no custo final; reduo da fluidez; e existncia de mais vazios entre os
agregados.
Conforme descreve Neville (1997), os principais fatores afetados pela granulometria
so a rea superficial dos agregados, o volume relativo ocupado pelas partculas, a
trabalhabilidade da mistura e a tendncia segregao. Agregados com granulometria
descontnua levam a uma maior tendncia segregao. Estes tipos so recomendados para
misturas de baixa fluidez, adensadas por vibrao, sendo, portanto, desaconselhadas para o
uso em CAA.
Desta forma, a utilizao de agregados com curva granulomtrica otimizada um fator
muito importante para se conseguir as propriedades desejadas no CAA, e isto pode ser
conseguido atravs da elaborao de curvas de composio granulomtrica de diferentes tipos
de agregados.
Os primeiros estudos referentes dosagem granulomtrica dos agregados foram
realizados por William Fuller (CARNEIRO et al., 2002). Em seguida, surgiram diversos
trabalhos que visavam encontrar mtodos de se definir composies ideais, ou seja, que levem
a granulometrias contnuas, e maior compacidade da mistura de concreto ou argamassa.
Dentre os trabalhos apresentados no Brasil para a obteno de composies de
agregados, pode-se destacar o estudo apresentado por Carneiro (1999). O mtodo prope que
a distribuio do tamanho das partculas se d segundo uma progresso geomtrica, a partir da
expresso apresentada na Equao 1.
)1/()1(100 rnr PPA =
(1)
Onde:
A = primeiro termo do somatrio, correspondente quantidade de material retido
na peneira de abertura mxima;
Pr = razo entre as quantidades em massa retidas em cada peneira;
n = nmero de termos da PG.
2 METODOLOGIA
2.1 - Materiais utilizados
Foi feita a investigao de alguns materiais, buscando-se definir a possibilidade de
utilizao deles na produo do CAA. Para isto, estes materiais foram caracterizados a partir
das definies das normas da ABNT.
O cimento utilizado foi do tipo CP II Z, que consiste em cimento composto com
adio de pozolanas que, neste caso, so cinzas volantes. A massa especfica deste cimento,
conforme laudo do fabricante, de 3,1 g/cm3.
Foram utilizados dois tipos de metacaulim sendo um de colorao branca, cuja massa
especfica de 2,49 g/cm, usado como adio mineral em substituio parcial ao cimento, e
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outro de colorao avermelhada e massa especfica de 2,56 g/cm, o qual foi empregado em
uma mistura quaternria juntamente com os agregados.
Os agregados empregados foram areia do tipo quartzosa, procedente de pedreira
localizada s margens da BR 101 Sul no Estado de Pernambuco, e britas 0 e 1 de origem
grantica. Como agregado mido utilizou-se a areia, e no caso do agregado grado, uma
composio granulomtrica entre a areia e as britas. Na Figura 1 esto apresentadas as curvas
de composio granulomtrica dos agregados, e na Tabela 1 esto resumidas as massas
especficas dos materiais empregados.
0
20
40
60
80
100
1912,59,56,34,82,41,20,60,30,150,075
Peneiras
% R
etida a
cum
ula
da
Areia Brita 0 Brita 1
Figura 1 Distribuio granulomtrica dos agregados
Tabela 1 Massas especficas dos materiais
Material Massa especfica (g/cm3)
Cimento 3,10
Areia 2,62
Brita 0 2,65
Brita 1 2,65
Metacaulim branco 2,49
Metacaulim vermelho 2,56
A definio das misturas granulomtricas seguiu a metodologia de Carneiro (1999),
apresentada anteriormente. Foram estudados dois tipos de composio granulomtrica. A
primeira delas foi uma mistura quaternria de brita 1, brita 0, areia e metacaulim vermelho,
sendo que no concreto produzido com estes materiais, no foi empregado outro tipo de adio
em substituio ao cimento. A segunda composio adotada foi uma mistura ternria de
brita 1, brita 0 e areia, ocorrendo neste caso a substituio de parte do cimento do concreto
por metacaulim branco.
A definio da mistura quaternria se deu variando-se a razo entre as peneiras (Pr),
observando-se o aspecto de cada mistura seca dos materiais, bem como avaliando sua massa
especfica e as propores resultantes dos agregados em relao ao total de concreto em
funo dos parmetros usualmente definidos para o CAA.
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Foi empregado o aditivo superplastificante Glenium 51, cuja base qumica de
policarboxilatos. Este aditivo possui um teor de slidos de 30%, de forma que as porcentagens
de aditivo utilizadas nas misturas esto relacionadas a esta porcentagem. Em funo disso, a
gua de amassamento foi corrigida, descontando-se a gua presente no aditivo.
2.2 - Produo dos concretos
Os concretos foram produzidos em betoneira de eixo inclinado, com capacidade de
cuba de 120 L, em ambiente de laboratrio. A seqncia de mistura adotada foi:
1) Agregado grado + 80% da gua mistura por 1 minuto 2) Cimento + metacaulim + restante da gua mistura por 1,5 minuto 3) Agregado mido mistura por 1,5 minuto 4) Limpeza das ps betoneira parada por 3 minutos 5) Mistura 2 minutos 6) Aditivo superplastificante mistura por 3 minutos
Como ponto de partida para a dosagem dos concretos, foram adotados alguns
procedimentos apresentados no Mtodo de dosagem Repette-Melo (MELO, 2005), bem como
experincias anteriores de utilizao dos mesmos materiais empregados neste trabalho, para a
produo de concreto convencional.
Os concretos produzidos foram ensaiados em relao s propriedades no estado fresco
e endurecido. No estado fresco, foram realizados os ensaios de massa especfica,
espalhamento e Funil-V. No estado endurecido, mediu-se a resistncia compresso aos
7 dias e aos 90 dias, a fim de se verificar a ao do fler nas primeiras idades e aps decorrido
um tempo significativo de cura. Os corpos-de-prova foram curados em cmara mida at a
idade de rompimento.
O teor de aditivo superplastificante foi ajustado para que fossem atendidos os
parmetros definidos para o CAA, que so: dimetro de abertura no espalhamento entre 600 e
800 mm e tempo de escoamento no Funil inferior a 10 s.
3 RESULTADOS
3.1 Composio granulomtrica dos agregados
Quanto ao estudo das misturas de agregados, na Tabela 2 tem-se a distribuio das
porcentagens passantes das misturas quaternrias definidas em funo do Pr, cujas curvas
esto representadas na Figura 2, e na Tabela 3 so apresentadas as propores de cada
componente na mistura e a massa unitria final.
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Tabela 2 Porcentagens passantes das misturas quaternrias de componentes
% Passante Peneiras
Pr = 0,70 Pr = 0,80 Pr = 0,90 Pr = 0,95 Pr = 0,98
19 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00
9,8 69,13 77,59 84,65 87,54 89,07
4,8 47,52 59,67 70,83 75,70 78,35
2,4 32,39 45,33 58,39 64,46 67,85
1,2 21,80 33,86 47,20 53,77 57,56
0,6 14,39 24,68 37,13 43,62 47,48
0,3 9,20 17,34 28,06 33,98 37,59
0,15 5,57 11,47 19,90 24,82 27,91
0,075 3,03 6,77 12,56 16,12 18,42
0,05 1,25 3,01 5,95 7,85 9,12
0,001 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
0,001 0,01 0,1 1 10 100
Peneiras (mm)
% P
assante
Pr = 0,70 Pr = 0,80 Pr = 0,90 Pr = 0,95 Pr = 0,98
Figura 2 Curvas granulomtricas das misturas quaternrias
Tabela 3 Composio das misturas quaternrias de componentes
Pr = 0,70 Pr = 0,80 Pr = 0,90 Pr = 0,95 Pr = 0,98
Brita 1 30,87% 22,41% 15,35% 12,46% 10,93%
Brita 0 21,61% 17,92% 13,82% 11,84% 10,71%
Areia 44,49% 52,9% 58,27% 59,58% 59,93%
Metacaulim 3,03% 6,77% 12,56% 16,12% 18,42%
Massa unitria
(g/cm) 2,46 2,35 2,08 1,97 1,92
Nas Figuras 3 a 7 so apresentadas amostras de cada uma das misturas quaternrias.
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Figura 3 Mistura quaternria com Pr = 0,7
Figura 5 Mistura quaternria com Pr = 0,9
Figura 4 Mistura quaternria com Pr = 0,8
Figura 6 Mistura quaternria com Pr = 0,95
Figura 7 Mistura quaternria com Pr = 0,98
Analisando-se as misturas observa-se que maiores valores de Pr levam a uma
quantidade reduzida de britas 1 e 0, o que pode ser um aspecto anti-econmico tendo em vista
que h possibilidade de se empregar mais agregado grado sem perda de eficincia das
misturas quanto s suas propriedades no estado fresco. Para que se tenha uma percepo mais
clara deste parmetro, foi determinado, para um volume de concreto, qual a relao entre o
volume de britas 1 e 0 que estaria sendo empregado em relao ao volume total de concreto,
de forma que fosse possvel aproximar estas medidas aos parmetros usuais de dosagem do
CAA, aceitos na literatura internacional. Estes resultados esto resumidos na Tabela 5 e foram
obtidos admitindo-se o teor de argamassa de 70% em todas as composies.
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Tabela 4 Avaliao das misturas quaternrias em funo dos parmetros de dosagem usuais do CAA Pr = 0,70 Pr = 0,80 Pr = 0,90 Pr = 0,95 Pr = 0,98
Vb/Vconc 15,74% 12,10% 8,75% 7,29% 6,49%
Vmet/Vfinos 5,09% 10,71% 18,20% 22,21% 24,60%
Tendo em vista que no CAA o volume de brita utilizado em relao ao volume de
concreto em geral em torno de 30%, todas as misturas apresentam valores inferiores a este,
podendo-se optar por aquele que apresenta a maior relao, que corresponde ao Pr de valor
igual a 0,7. Alm disso, esta mistura apresentou maior massa unitria, o que pode indicar
menor volume de vazios e, com isto, misturas mais homogneas.
Com relao s misturas ternrias, a escolha se deu de forma semelhante ao estudo
anterior. Na Tabela 5 tem-se as porcentagens passantes de cada composio, e na Figura 8, as
curvas relativas a estes dados. As porcentagens de cada componente na a serem utilizadas nas
composies esto na Tabela 6.
Tabela 5 Porcentagens passantes das misturas ternrias de componentes
% Passante Peneiras
Pr = 0,5 Pr = 0,6 Pr = 0,75 Pr = 0,85 Pr = 0,9
19 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00
12,5 46,67 54,04 63,43 68,62 70,92
9,8 20,00 26,47 36,00 41,94 44,75
4,8 6,67 9,93 15,43 19,27 21,20
1 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
1 10 100
Peneiras (mm)
% P
assante
Pr = 0,5 Pr = 0,6 Pr = 0,75 Pr = 0,85 Pr = 0,9
Figura 8 Curvas granulomtricas das misturas ternrias
Tabela 6 Composio das misturas ternrias de componentes
Pr = 0,5 Pr = 0,6 Pr = 0,75 Pr = 0,85 Pr = 0,9
Brita 1 80,00% 73,53% 64,00% 58,05% 55,25%
Brita 0 13,33% 16,54% 20,57% 22,68% 23,55%
Areia 6,67% 9,93% 15,43% 19,27% 21,20%
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Neste caso, o teor de britas 1 e 0 alto em todas as misturas, e, para que a composio
no se distanciasse muito do que foi empregado com a mistura quaternria, escolheu-se a
composio com Pr de 0,9, que corresponde menor porcentagem de brita.
3.2 - Produo dos concretos
Foram produzidos concretos com as seguintes caractersticas:
MV = cimento, areia, mistura quaternria (Pr = 0,7);
MB-10 = cimento, metacaulim branco (substituio volumtrica de 10% do
cimento), areia, mistura ternria (Pr = 0,9);
MB-15 = cimento, metacaulim branco (substituio volumtrica de 15% do
cimento), areia, mistura ternria (Pr = 0,9);
MB-20 = cimento, metacaulim branco (substituio volumtrica de 20% do
cimento), areia, mistura ternria (Pr = 0,9).
Os resultados dos ensaios esto apresentados na Tabela 7.
Tabela 7 Resultados dos ensaios nos concretos
Mistura % Aditivo Massa especfica
(g/cm)
Espalhamento
(mm) Funil-V (s)
Fc 7 dias
(MPa)
fc 90 dias
(MPa)
MV 0,4 2,29 820 3,58 27,07 46,12
MB-10 0,3 2,26 745 2,49 31,30 55,54
MB-15 0,4 2,16 755 2,88 32,63 57,17
MB-20 0,5 2,20 640 4,56 34,03 54,89
Nas Figuras 9 e 10, tem-se um exemplo do aspecto visual destas misturas.
Figura 9 Determinao do dimetro de abertura no espalhamento
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Figura 10 Realizao do ensaio do Funil-V
A partir dos resultados dos ensaios e da anlise visual das misturas, observa-se que foi
possvel obter concretos com caractersticas auto-adensveis a partir das dosagens estudadas.
Nos primeiros concretos dosados, partiu-se para uma faixa maior de espalhamento (entre 700
e 800 mm) tendo em vista a alta coeso obtida em algumas misturas feitas previamente. Isto
levou ao emprego de uma porcentagem elevada de aditivo, o qual poderia ser reduzido para
que o espalhamento estivesse dentro do intervalo inferior de aceitao (entre 600 e 700 mm),
isto foi aplicado na mistura MB-20.
Com os altos ndices de espalhamento, foram obtidos tempos de escoamento no Funil-
V bastante baixos, o que poderia indicar tendncia segregao. Este comportamento, porm,
no foi observado nas misturas, todas se mantiveram estveis e com distribuio uniforme dos
agregados.
Conforme j foi apresentado, na composio granulomtrica dos agregados os
concretos com mistura terciria (concretos com identificao MB) possuem maior quantidade
de britas 1 e 0, o que visualmente observado. Apesar disso, os quatro concretos produzidos
apresentaram-se homogneos quanto distribuio das partculas, bem como com boa coeso
e ausncia de segregao e exsudao.
Um outro aspecto observado nas misturas foi a grande quantidade de areia que
confirmada pelas elevadas porcentagens deste material, especialmente nas misturas
quaternrias. Isto demonstra a possibilidade de se melhorar a composio granulomtrica dos
agregados com ganhos econmicos atravs da maior utilizao dos agregados de dimenso
mxima superior a 4,8 mm.
Analisando-se as propriedades mecnicas dos concretos, observa-se que as misturas
com metacaulim branco apresentaram maiores resistncias nas duas idades de estudo, sendo
este efeito mais evidente aos 90 dias. Aos 7 dias, quanto maior a quantidade de metacaulim
branco maior foi a resistncia compresso. J aos 90 dias, para estas mesmas misturas, o
aumento de resistncia s foi observado ao passar da MB-10 para a MB-15, tendo ocorrido
um decrscimo quando o teor de metacaulim aplicado foi de 20% (MB-20). Isto pode indicar
a existncia de um teor crtico de metacaulim que pode ser empregado sem que haja prejuzos
ao concreto. Para que isto seja comprovado seria necessrio estudar misturas com teores de
substituio acima de 20%.
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Na Figura 11, tem-se a evoluo da resistncia compresso em funo da idade de
ensaio, apresentando-se o ganho percentual de cada mistura. Pode-se observar que, a exceo
da mistura MB-20, o ganho de resistncia foi maior com o uso do metacaulim branco.
Figura 11 Evoluo da resistncia em funo da idade de ensaio
4 CONCLUSES
O uso de adies, que so materiais muitas vezes provenientes de fontes geradoras de
resduos, bastante eficiente na produo do CAA, tanto em aspectos econmicos, como para
maior qualidade do concreto. O uso do metacaulim demonstrou estes benefcios, resultando
em concretos com bom desempenho em relao s propriedades do CAA no estado fresco
como coeso, homogeneidade e fluidez, bem como no que diz respeito resistncia
compresso.
Outro aspecto relevante foi o uso de misturas de agregados, que constituiu um fator
importante para garantir a adequada coeso do CAA, levando a misturas homogneas e
estveis. O estudo de composies granulomtricas fundamental para que haja no concreto
uma distribuio contnua de partculas que muito benfica para o CAA, pois ajuda tanto a
se obter a fluidez como a viscosidade.
Um estudo mais detalhado em relao composio granulomtrica dos agregados,
avaliando-se seu comportamento frente misturas no otimizadas, pode levar otimizao do
CAA, propiciando a produo de concretos mais econmicos com teores adequados de finos e
de aditivo superplastificante.
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0
10
20
30
40
50
60
MV MB-10 MB-15 MB-20
Concreto
fc (M
Pa)
7 dias 28 dias
70,37%
77,44% 75,21% 61,30%
-
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