Formulação e Aplicações de um Cimento de Baixo Impacto ... · indústrias de produção de...

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ISSN 1517-7076 Revista Matéria, v. 10, n. 3, pp. 392 – 412, 2005 http://www.materia.coppe.ufrj.br/sarra/artigos/artigo10599 Autora Responsável: C.A. Luz ¹ Formulação e Aplicações de um Cimento de Baixo Impacto Ambiental (BIA) Obtido com o Fosfogesso Reciclado e com o Clínquer Sulfo-Aluminoso Luz, C. A.¹; Cheriaf, M.¹; Rocha, J. C.², Ambroise, J., Pêra, J. ² 1 Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC - Núcleo de Pesquisa em Construção – Laboratório ValoRes Valorização Resíduos & Materiais e-mail: [email protected] ; [email protected] 2 Institut National des Sciences Appliquées de Lyon – INSA/Lyon e-mail: [email protected] RESUMO A geração crescente de resíduos implica na necessidade de tratá-los e/ou dispô-los de forma segura, com mínimos prejuízos ambientais. Diante disto, a valorização de subprodutos industriais como matéria prima alternativa para a obtenção de produtos da construção civil vem a cada ano ganhando mais importância no aspecto ambiental e incorporando novos desafios tecnológicos. Desta forma, além de evitar a degradação das áreas onde estes resíduos normalmente são depositados, a valorização dos subprodutos tem por efeito a redução do consumo de matérias primas virgens. Nesta pesquisa o fosfogesso (subproduto gerado pelas indústrias de produção de ácido fosfórico) foi empregado na formulação de um cimento em substituição total à gipsita. Além disto, as quantidades de clínquer e gipsita (neste caso o fosfogesso) comumente empregadas foram invertidas buscando-se formular um cimento com baixo impacto ambiental (BIA) composto por mínimas quantidades de clínquer e máximas de fosfogesso. Para tanto, o clínquer empregado foi o sulfo- aluminoso, caracterizado por necessitar de maiores quantidades de sulfato de cálcio em relação ao cimento Portland. Seis composições de cimento foram estudadas, onde as quantidades de fosfogesso e clínquer variaram entre 70-95% e 5-30%, respectivamente. A performance do cimento BIA foi avaliada quanto à resistência mecânica em argamassa padrão (NF EN 196-1) e através dos ensaios de durabilidade. As interações fosfogesso/clínquer foram investigadas através da técnica de difração aos raios-X (DRX). A formulação composta por 30% de clínquer e 70% de fosfogesso apresentou resistência mecânica superior a 20 MPa aos 28 dias. Revestimento de argamassa e blocos pré-fabricados, desenvolvidos a partir das formulações que apresentaram resultados mais interessantes, em composição otimizada e mantidos em ambiente externo, apresentaram excelente performance. Palavras chaves: Fosfogesso, cimento, sulfo-aluminoso, cimento de baixo impacto ambiental (BIA). Composition and Applications of Cement of Low Environmental Impact (LEI) With Recycled Phosphogypsum and Sulfoaluminate Clinker ABSTRACT The increasing generation of residues implies in the necessity of keeping it or treating in a safe way, with the lowest environmental damage possible. Based on this fact, the consideration of industrial by - product as an alternative material for the construction work is gaining more importance each year in the environmental aspect including new technological challenges. This way, it not only prevents the degradation of disposal areas of residues but also reduces the consume of natural material. In this research, the phosphogypsum (by-product generated from phosphoric acid production in industries) is used in the composition of a cement substituting the natural gypsum completely. Besides that, the amount of clinker and gypsum usually used were inverted in order to formulate a cement with low environmental impact (LEI), composed with a minimum amount of clinker and a maximum amount of phosphogypsum. By all means, the clinker used was sulfoaluminate characterized by the need of higher amount of calcium sulfate in comparison to the Portland cement. Six compositions of cement were studied, where the amount of phosphogypsum and clinker varied from 70 to 95% and from 5 to 30%, respectively. The performance of LEI cement was analyzed considering the mechanical strength in standard mortar (NF EN 196-1) and through durability tests. The interactions of phosphogypsum and clinker were investigated through the technique of X-Ray diffraction (XRD). The composition with 30% of clinker and 70% of phosphogypsum presented a 28-day mechanical strength higher than 20MPa. Mortar wall covering and pre manufactured blocks were developed from the

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ISSN 1517-7076

Revista Matéria, v. 10, n. 3, pp. 392 – 412, 2005 http://www.materia.coppe.ufrj.br/sarra/artigos/artigo10599

Autora Responsável: C.A. Luz ¹

Formulação e Aplicações de um Cimento de Baixo Impacto Ambiental (BIA) Obtido com o Fosfogesso Reciclado e com o Clínquer

Sulfo-Aluminoso Luz, C. A.¹; Cheriaf, M.¹; Rocha, J. C.², Ambroise, J., Pêra, J. ²

1 Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC - Núcleo de Pesquisa em Construção – Laboratório ValoRes Valorização Resíduos & Materiais

e-mail: [email protected]; [email protected] Institut National des Sciences Appliquées de Lyon – INSA/Lyon

e-mail: [email protected]

RESUMO

A geração crescente de resíduos implica na necessidade de tratá-los e/ou dispô-los de forma segura, com mínimos prejuízos ambientais. Diante disto, a valorização de subprodutos industriais como matéria prima alternativa para a obtenção de produtos da construção civil vem a cada ano ganhando mais importância no aspecto ambiental e incorporando novos desafios tecnológicos. Desta forma, além de evitar a degradação das áreas onde estes resíduos normalmente são depositados, a valorização dos subprodutos tem por efeito a redução do consumo de matérias primas virgens. Nesta pesquisa o fosfogesso (subproduto gerado pelas indústrias de produção de ácido fosfórico) foi empregado na formulação de um cimento em substituição total à gipsita. Além disto, as quantidades de clínquer e gipsita (neste caso o fosfogesso) comumente empregadas foram invertidas buscando-se formular um cimento com baixo impacto ambiental (BIA) composto por mínimas quantidades de clínquer e máximas de fosfogesso. Para tanto, o clínquer empregado foi o sulfo-aluminoso, caracterizado por necessitar de maiores quantidades de sulfato de cálcio em relação ao cimento Portland. Seis composições de cimento foram estudadas, onde as quantidades de fosfogesso e clínquer variaram entre 70-95% e 5-30%, respectivamente. A performance do cimento BIA foi avaliada quanto à resistência mecânica em argamassa padrão (NF EN 196-1) e através dos ensaios de durabilidade. As interações fosfogesso/clínquer foram investigadas através da técnica de difração aos raios-X (DRX). A formulação composta por 30% de clínquer e 70% de fosfogesso apresentou resistência mecânica superior a 20 MPa aos 28 dias. Revestimento de argamassa e blocos pré-fabricados, desenvolvidos a partir das formulações que apresentaram resultados mais interessantes, em composição otimizada e mantidos em ambiente externo, apresentaram excelente performance.

Palavras chaves: Fosfogesso, cimento, sulfo-aluminoso, cimento de baixo impacto ambiental (BIA).

Composition and Applications of Cement of Low Environmental Impact (LEI) With Recycled Phosphogypsum and Sulfoaluminate Clinker

ABSTRACT

The increasing generation of residues implies in the necessity of keeping it or treating in a safe way, with the lowest environmental damage possible. Based on this fact, the consideration of industrial by -product as an alternative material for the construction work is gaining more importance each year in the environmental aspect including new technological challenges. This way, it not only prevents the degradation of disposal areas of residues but also reduces the consume of natural material. In this research, the phosphogypsum (by-product generated from phosphoric acid production in industries) is used in the composition of a cement substituting the natural gypsum completely. Besides that, the amount of clinker and gypsum usually used were inverted in order to formulate a cement with low environmental impact (LEI), composed with a minimum amount of clinker and a maximum amount of phosphogypsum. By all means, the clinker used was sulfoaluminate characterized by the need of higher amount of calcium sulfate in comparison to the Portland cement. Six compositions of cement were studied, where the amount of phosphogypsum and clinker varied from 70 to 95% and from 5 to 30%, respectively. The performance of LEI cement was analyzed considering the mechanical strength in standard mortar (NF EN 196-1) and through durability tests. The interactions of phosphogypsum and clinker were investigated through the technique of X-Ray diffraction (XRD). The composition with 30% of clinker and 70% of phosphogypsum presented a 28-day mechanical strength higher than 20MPa. Mortar wall covering and pre manufactured blocks were developed from the

LUZ, C.A., CHERIAF, M.; ROCHA, J.C., AMBROISE, J., PÊRA, J., Revista Matéria, v. 10, n. 3, pp. 392 – 412, 2005.

compositions which showed more interesting results in optimized composition and kept in an outside environment, which presented excellent performance.

Keywords: Phosphogypsum, sulfoaluminate cement, BIA cement.

1 INTRODUÇÃO

A demanda crescente por produtos de baixo impacto ambiental durante seu processo de produção, aplicação, uso e pós-consumo, aliada à redução de consumo de materiais primários, tem se estabelecido como meta para uma construção sustentável. Dentro disto, pesquisas visando o reaproveitamento de subprodutos industriais tornam-se cada vez mais necessárias, sobretudo no aspecto ambiental. Neste caso, além de visarem à redução do consumo de matérias primários evitam também a degradação das áreas onde estes resíduos normalmente são depositados.

O reaproveitamento do fosfogesso vem sendo estudado em vários países. Este subproduto é gerado a partir do processo de produção do ácido fosfórico, na fabricação de fertilizantes fosfatados. No Brasil, até meados de 1991, a quantidade estocada era de 30 milhões de toneladas .Uma alternativa para a valorização do fosfogesso é através das indústrias cimenteiras, como adição ao clínquer em substituição à gipsita natural. Entretanto no cimento Portland esta adição é em torno de 5%, o que traduziria um consumo de apenas 10% da geração do fosfogesso [1].

Existem cimentos onde a adição de maiores quantidades de sulfato de cálcio (gipsita) faz-se necessária, como no caso do cimento sulfo-aluminoso (CSA), onde tal quantidade fica entre 15 a 25%. Este cimento é produzido apenas na China, onde foi desenvolvido nos anos 70, através do CBMA (China Building Materiald Academy) [2]. Após 20 anos de comercialização industrial sua produção foi estimada em 800 mil toneladas/ano tendo como projeção 1,5 milhões de toneladas/ano a partir de 2005 [3].

A vantagem do cimento sulfo-aluminoso no reaproveitamento do fosfogesso em relação ao Portland é, sobretudo, a necessidade de maiores quantidades de sulfato de cálcio. Além disto, maiores quantidades de gipsita implicam num menor consumo de energia bem como numa menor emissão de CO2 no processo de produção [2].

Nesta pesquisa um estudo foi desenvolvido visando à obtenção de um cimento de baixo impacto ambiental (BIA), através do clínquer sulfo-aluminoso e da valorização do fosfogesso. Além da substituição total da gipsita pelo subproduto, as quantidades de clínquer e fosfogesso comumente empregadas foram invertidas, buscando formular um cimento com máximas quantidades de fosfogesso e mínimas de clínquer sulfo-aluminoso. Desta forma, os objetivos específicos foram:

• investigar a quantidade mínima de clínquer sulfo-aluminoso necessária à obtenção de um cimento de baixo impacto ambiental (cimento BIA) capaz de apresentar resistência mecânica e de tornar o fosfogesso menos solúvel em água;

• investigar os efeitos da incorporação de grandes quantidades de fosfogesso quanto à formação dos produtos de hidratação de um cimento sulfo-aluminoso com baixo impacto ambiental,

• avaliar a aplicabilidade do cimento de baixo impacto ambiental (BIA) na confecção de blocos e revestimentos de argamassa.

Para tanto, o cimento BIA foi testado em blocos e argamassas de revestimentos confeccionadas a partir das formulações estudadas ao longo desta pesquisa.

2 MATÉRIAS PRIMAS

2.1 O Cimento Sulfo-Aluminoso (CSA)

Para obter o cimento sulfo-aluminoso a quantidade de gispsita adicionada ao clínquer sulfo-aluminoso (CSA) pode chegar até 25% enquanto que no cimento Portland a mesma fica em torno de 5%. Se a quantidade de gipsita ultrapassar 25% o cimento sulfo-aluminoso (CSA) pode tornar-se expansivo [2].

O clínquer sulfo-aluminoso é obtido a partir de uma mistura de bauxita, calcário e sulfato de cálcio, calcinada na temperatura de 1325°C e em seqüência moída [3]. Sua principal fase é a yelimita ( ) e a sua formação se dá de acordo com a reação da equação 1. SAC 34

HCSACHSCACC 2333 342 ++→++ (1)

presente no clínquer sulfo-aluminoso é de 50 a 70%. Fases como o CA quantidade de SAC 34 2S e C4AF(C6AF2) também estão presentes no clínquer sulfo-aluminoso em quantidades de 10 a 25% e 3 a 10%

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respectivamente [3]. Além destas, o C12A7 também pode estar presente [2, 4]. Destaca-se que a alita (C3S) e o aluminato tricálcico (C3A) são fases ausentes no clínquer sulfo-aluminoso.

) com a gipsita (A mistura da yelimita ( 2HSCSAC 34 ), em contato com a água, forma a etringita ( ) e a gibsita (AH3236 HSAC 3) como produtos de hidratação conforme a reação da equação 2 [5]:

33236234 2342 AHHSACHHSCSAC +→++ (2)

Assim, diferentemente do cimento Portland, o principal produto de hidratação do cimento sulfo-

aluminoso não é o silicato de cálcio hidratado (CSH) nem a portlandita (CH), mas sim a etringita ( ), a qual é responsável pelo desenvolvimento da resistência inicial [63236 HSAC ].

A microestrutura da etringita é fortemente dependente da presença da cal (CH). Aquela formada de acordo com a equação 2 (em ausência da cal) não apresenta propriedades expansivas e proporciona resistências iniciais bastante altas. Já, quando a formação se dá conforme a equação 3, a etringita formada é expansiva, apresentando aplicações em cimentos compensadores de retração [7].

3236234 37468 HSACHCHHSCSAC →+++ (3)

A presença de CH (Ca(OH)2) na equação 3 pode ser oriunda da hidratação da cal livre (CaOlivre), da belita (C2S) ou da hidratação do cimento Portland [8]. Se a cal estiver presente na solução em condições não saturadas a etringita formada não resultará em expansão e contribuirá para a resistência da pasta [9]. Ainda segundo este autor a formação da etringita expansiva dependerá da alcalinidade do meio.

Em comparação ao cimento Portland, o cimento sulfo-aluminoso (CSA) exige maiores quantidades de água (maiores relações a/c) para completar as reações de hidratação [3]. Isto se deve à formação da etringita como principal produto de hidratação, já que a mesma apresenta 32 moléculas de água em sua estrutura.

2.2 Fosfogesso O ácido fosfórico (H3PO4) usado na fabricação de fertilizantes fosfatados, pode ser obtido por dois

processos. Um é o processo de forno elétrico, que utiliza energia elétrica para produzir o fósforo elementar. O outro se refere ao processo úmido que usa o ataque químico com ácido sulfúrico (H2SO4). Neste último, usado em 90% da produção, a rocha fosfática, composta basicamente de apatita ((Ca10(PO4)6F2)), é tratada com ácido sulfúrico e água, produzindo fosfogesso (CaSO4.2H2O), ácido fosfórico e ácido fluorídrico (HF), conforme a equação 4 [1].

HFOHCaSOPOHOHSOHFPOCa 221062010)(( 244324226410 ++→++ (4)

No Brasil a maior parte do fosfogesso gerado é disponibilizado em São Paulo, na região de Cubatão, tendo uma parcela na região de Imbituba (SC) oriundas das atividades da antiga ICC-Indústria Carboquímica Catarinense e sua disposição se faz geralmente sob forma de pilhas, ou em lagoas [3].

Este subproduto apresenta uma solubilidade variável conforme o pH, sendo mais solúvel quando mais ácido for o meio, podendo variar de 1,55 a 3,79g/l. Em água deionizada (pH em torno de 6,1) este valor fica em 2,41g/l [11].

As principais impurezas encontradas neste subproduto são o ácido fosfórico e ácido fluorídrico. No caso de valorização deste subproduto pela indústria cimenteira deve-se fazer atenção a isto pois tais poluentes, além de propiciarem um pH ácido, podem afetar os tempos de pega se incorporados ao cimento [11]. Tais características levam à classificação do fosfogesso como sendo de classe II, resíduo não inerte [12].

3 METODOLOGIA

3.1 Etapas estabelecidas para formulação e aplicação do BIA

O estudo da formulação do cimento de baixo impacto ambiental (BIA) a partir do fosfogesso e do clínquer sulfo-aluminoso foi desenvolvido conforme as etapas abaixo:

• identificação (caracterização) das propriedades das matérias-primas;

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• elaboração das formulações e variação mineralógica do clínquer: • estabelecimento de critério de avaliação do cimento do BIA na obtenção de material de

construção: a) avaliação do comportamento mecânico b) avaliação da durabilidade de argamassas confeccionadas a partir do BIA c) identificação das interações clínquer-fosfogesso

A figura 1 mostra as principais etapas realizadas para a formulação do cimento BIA.

Fosfogesso (%)959085807570

Clínquer (%)51015202530

BIA B1B2B3B4B5B6

B1B2B3B4B5B6

B2B4B6

RC24hs, 7, 28 e 90 dias

saco estanque

Imersa em água

Clínquers: C1, C2 e C3 +Cimento BIA

Fosfogesso

Argamassa 1:3:0,5

C2 e C3 + Fosfogesso

C1 + Fosfogesso

B4B6

Argamassa 1:3:0,5

Pasta

RC

Cura

DRX7, 28 e 90 dias

7 e 28 dias

25 Ciclos Imersão-secagem

FORMULAÇÃO DO BIA

1)ELABORAÇÃO DAS PROPORÇÕES

2) ESTABELECIMENTO DOS CRITÉRIOS PARA

AVALIAÇÃO DO BIA

DETERMINAÇÃO DA

RESISTÊNCIA MECÂNICA

Estudo de cura

C1 e C2 + Fosfogesso

B4B6

C1 e C2 + Fosfogesso

INVESTIGAÇÃO DOS

COMPOSTOS HIDRATADOS

AVALIAÇÃO DA DURABILIDADE

CARACTERIZAÇÃODAS MATÉRIAS

PRIMAS

Escolha :B4 e B6C1 e C2

FORMULAÇÃO DE BLOCOS E ARGAMASSA

Fosfogesso (%)959085807570

Clínquer (%)51015202530

BIA B1B2B3B4B5B6

B1B2B3B4B5B6

B2B4B6

RC24hs, 7, 28 e 90 dias

saco estanque

Imersa em água

Clínquers: C1, C2 e C3 +Cimento BIA

Fosfogesso

Argamassa 1:3:0,5

C2 e C3 + Fosfogesso

C1 + Fosfogesso

B4B6

Argamassa 1:3:0,5

Pasta

RC

Cura

DRX7, 28 e 90 dias

7 e 28 dias

25 Ciclos Imersão-secagem

FORMULAÇÃO DO BIA

1)ELABORAÇÃO DAS PROPORÇÕES

2) ESTABELECIMENTO DOS CRITÉRIOS PARA

AVALIAÇÃO DO BIA

DETERMINAÇÃO DA

RESISTÊNCIA MECÂNICA

Estudo de cura

C1 e C2 + Fosfogesso

B4B6

C1 e C2 + Fosfogesso

INVESTIGAÇÃO DOS

COMPOSTOS HIDRATADOS

AVALIAÇÃO DA DURABILIDADE

CARACTERIZAÇÃODAS MATÉRIAS

PRIMAS

Escolha :B4 e B6C1 e C2

FORMULAÇÃO DE BLOCOS E ARGAMASSA

Figura 1: Formulação do cimento BIA e aplicabilidade em blocos e em revestimento de argamassa

3.2 Elaboração das Proporções Clínquer/Fosfogesso A quantidade de fosfogesso empregada nos cimentos sulfo-aluminosos (CSA) pode chegar até 25%.

Com o objetivo de inverter as quantidades normalmente empregadas, de forma a buscar o máximo consumo fosfogesso, a quantidade de clínquer empregada variou de 5 a 30% enquanto que a de fosfogesso variou de 70 a 95%, conforme tabela 1.

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Tabela 1: Formulações estudadas a partir do clínquer C1

BIA % Fosfogesso % Clínquer

B1 95 5

B2 90 10

B3 85 15

B4 80 20

B5 75 25

B6 70 30 Inicialmente as seis formulações (clínquer + fosfogesso) foram estudadas a partir de um único tipo

de clínquer sulfo-aluminoso (C1). A partir daí, as formulações intermediárias (B2, B4 e B6) foram igualmente testadas com o dois clínquer restantes (C2 e C3).

3.3 Determinação da Resistência mecânica Os cimentos desenvolvidos foram testados em argamassa padrão conforme a norma francesa NF EN

196-1 [13] (proporção cimento:areia = 1:3 e relação a/c = 0,5), moldadas em fôrmas prismáticas de dimensões 4x4x16 cm, sendo o número de amostra igual a 6.

Durante esta fase de caracterização mecânica, dois tipos de cura foram estudados: em saco estanque e imersa em água, sendo ambos realizados em sala climatizada (20oC e 50% de umidade relativa).

3.4 Avaliação da Durabilidade O ensaio de durabilidade consistiu em submeter as amostras a 25 ciclos de imersão/secagem, onde

um ciclo corresponde a 6 horas em estufa à 60oC e 18 horas subseqüentes imersas em água. Este ensaio foi realizado em argamassas padrão, corpos-de-prova prismáticos de dimensões 4x4x16 cm (largura x altura x comprimento). Os mesmos foram curados em saco estanque e, ao fim de 7 e 28 dias de hidratação, foram submetidos a 25 ciclos e em seguida rompidos.

3.5 Investigação dos compostos hidratados A avaliação da formação das fases hidratadas foi feita em pastas moldadas em cilindros acrílicos de

dimensões de φ = 2 cm e h = 4 cm (diâmetro e altura). A quantidade de água empregada foi a necessária para obter trabalhabilidade da pasta e igual a 0,4 (a/c). As amostras foram mantidas em saco estanque, em sala climatizada, até a véspera do ensaio. Em seguida procedeu-se a interrupção da hidratação, através da secagem em estufa ventilada à temperatura de 60oC durante 24hs e moagem à 100 µm para análise das fases através da difração aos raios-x (DRX). O equipamento empregado foi o aparelho SIEMENS D 500 com radiação CuKα de λ = 1,5406 Ǻ, sendo a varredura feita em 2θ de 3 à 70º, razão de 1º/min e passo de 0,02º.

3.6 Formulação de material de construção a partir do cimento BIA

3.6.1 Blocos de Concreto Os blocos foram confeccionados em processo industrial de pré-fabricação, usando-se um

equipamento de vibro-compactação, para a produção dos blocos vazados de dimensões de 15x20x40cm (largura x altura x comprimento). Fez-se a determinação da resistência mecânica aos 7 dias já que desta idade até aos 28 dias a evolução da resistência é pouco significativa.

Os blocos foram empregados para a confecção de painel de dimensão de 60x180 cm (larguraxaltura), servindo como substrato para as argamassas de revestimento confeccionadas, também, a partir do BIA. Desta forma o painel teve uma face coberta e a outra exposta às intempéries.

3.6.2 Argamassa de Revestimento Para a formulação das argamassas de revestimento considerou-se importante formular traços onde

os tempos de fim de pega fossem reduzidos de forma a evitar que água da argamassa fosse perdida para o

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substrato e/ou ambiente no qual seriam expostos. Além disto, como as argamassas seriam mantidos em ambiente externo, sujeitos à ação da chuva, viu-se a necessidade de assegurar resistência iniciais mais altas. Para isto, a anidrita III (CaSO4), o gesso (CaSO4.1/2H2O) e o cimento Portland Comum CP I (CPC) foram testados como aceleradores de pega e de endurecimento. Estes materiais foram escolhidos porque, nos caso dos dois primeiros, ambos apresentam pega bastante rápida. Já o cimento Portland comum possui a cal, composto que participa da formação da etringita do cimento sulfo-aluminoso.

Os aceleradores foram incorporados separadamente ao cimento BIA em substituição de 5%, em massa, de fosfogesso e foram testados também em argamassas padrão (1:3:0,5). A avaliação do desempenho dos mesmos baseou-se em ensaios de pega, resistência à compressão e facilidade de aplicação ao substrato. Nos ensaios de determinação de resistência o número de amostras foi de 3 e 6, respectivamente, para os ensaios de flexão e compressão mecânica.

A argamassa obtida a partir do BIA contendo aceleradores foi avaliada quanto às seguintes características:

a) Tempo de início de pega;

b) Duração prática de utilização: DPU

c) Resistência Mecânica à compressão e à flexão

d) Variação dimensional A duração prática de utilização (DPU) foi determinada em argamassa fresca, por meio de medidas

sucessivas de espalhamento (flow test) ao longo do tempo até o seu endurecimento. A variação dimensional foi medida em argamassas conservadas em sala climatizada à 20oC e 50%

de umidade relativa (UR). Para cada traço foram moldados três corpos-de-prova prismáticos (4x4x16 cm), sendo as medidas realizadas na direção longitudinal. O resultado foi obtido da média de três valores. As amostras foram deixadas em posição vertical para que todas as faces ficassem em contacto com o ar.

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1 Caracterização das matérias primas A tabela 2 mostra a fases presentes em cada um dos clínquers empregados no estudo da formulação

do cimento de baixo impacto ambiental (BIA) obtidas pela difração de raios – X. O clínquer C1 foi fabricado na França. Já os clínquers C2 e C3 são clínquers comercializados pela

indústria cimenteira chinesa.

Tabela 2: Composição mineralógica clínquers.

Fase C1 C2 C3

Belita-C2S 17,4 15,6 12,5

Yelimita-C4A3S 60,9 66,4 70,4

Mayenita-C12A - 7,1 - 7

Perovskita-C3FT - 9,9 17,1 2

C4AF 14,0 - - Verifica-se que os clínquers C2 e C3 são os que possuem a maior quantidade de yelimita, que é fase

responsável pela resistência inicial, junto com a mayenita [5, 8], presente unicamente no clínquer C2. O clínquer C1 apresenta uma maior quantidade de belita; fase que é responsável pela resistência final [5, 8].

A determinação da superfície específica BET foi realizada no analisador de área superficial Flowsorb 2300 da Micrometrics, do laboratório Valores, com precisão de 1%, tendo 1 ponto de medida. A tabela 3 mostra os valores de superfície específica apresentados pelos três clínquers. Percebe-se que o C1 apresenta um valor inferior, podendo portando reagir mais lentamente.

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Tabela 3: Superfície específica B.E.T

Clínquer B.E.T (m2/g)

C1 0,70

C2 1,04

C3 1,14 A composição química e a granulometria dos dois fosfogessos empregados são dados pela tabela 4 e

figura 2 ,respectivamente. A composição química refere-se a uma média aritmética entre os dois fosfogesso empregados, analisados por espectrometria de emissão atômica (ICP-AES).

Tabela 4: Composição química média dos fosfogessos (%)

Compostos Fosfogesso F e M

SiO 0,22 2

Al2O 0,16 3

Fe2O Nd 3

MnO Nd

MgO Nd

CaO 32,46

Na2O 0,22

K2O Nd

SO 42,90 3

TiO Nd 2

P2O 0,16 5

PF 20,02

0102030405060708090

100

0.1 1 10 100 1000Diâmetro ( µm )

Volu

me

( % )

Fosf.FFosf.M

Figura 2: Distribuição granulométrica dos fosfogessos F e M

Observa-se que os dois fosfogesso (F e M) apresentam partículas com dimensões compreendidas entre 2-50µm e que o F é mais fino, ou seja, apresenta um potencial para reagir mais rápido quando em contato com a água de hidratação.

Quanto à composição química, verifica-se que as quantidades de fósforo e flúor (principais impurezas contidas no fosfogesso) são bastante baixas no caso do primeiro e ausente para o último.

Os valores de pH encontrados para os fosfogessos F e M foram de 8,77 e 3,44 respectivamente o que os caracteriza como de natureza levemente básica (fosfogesso F) e ácida ( fosfogesso M).

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LUZ, C.A., CHERIAF, M.; ROCHA, J.C., AMBROISE, J., PÊRA, J., Revista Matéria, v. 10, n. 3, pp. 392 – 412, 2005.

4.2 4.2 Resistência mecânica As figuras 3 e 4 mostram as resistências dos seis BIA´s (B1 - B6) obtidas a partir do clínquer C1.

Os desvios-padrão obtidos são apresentados pelas tabelas 5 e 6.

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

0 20 40 60 80 1Idade (dias)

Res

istê

ncia

Com

pres

são

(MPa

)

00B1

B6

B5

B4

B3B2

Figura 3: B1 a B6 - clínquer C1 - Cura imersa em água

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

0 20 40 60 80 1Idade (dias)

Res

istê

ncia

Com

pres

são

(MPa

)

00B1

B6

B5

B4

B3B2

Figura 4: B1 a B6 - clínquer C1 - Cura em saco estanque

Tabela 5: Médias e desvios padrão (dp) das resistências à compressão apresentadas na figura 3 – conservação imersa em água

B1 B2 B3 B4 B5 B6 Idade

média dp média dp Média dp média dp média dp média dp 24hs 0,00 0,00 0,10 0,00 0,15 0,00 0,19 0,02 0,25 0,00 0,32 0,03 7d 0,22 0,06 0,82 0,06 2,19 0,13 4,16 0,22 7,51 0,41 11,29 0,84 28d 0,00 0,00 0,41 0,02 1,91 0,07 4,32 0,37 11,53 0,46 19,55 0,32 90d 0,00 0,00 0,92 0,07 2,40 0,38 8,55 0,61 15,48 0,70 23,74 1,03

399

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Tabela 6: Médias e desvios padrão (dp) das resistências à compressão apresentadas na figura 4 – conservação em saco estanque

B1 B2 B3 B4 B5 B6 Idade

média dp média dp média dp média dp Média dp média dp 24hs 0,00 0,00 0,10 0,00 0,15 0,00 0,19 0,02 0,25 0,00 0,32 0,03 7d 0,31 0,02 1,02 0,05 2,32 0,18 4,93 0,28 8,28 0,51 12,78 0,43 28d 0,00 0,00 0,54 0,05 2,03 0,07 3,98 0,26 6,69 0,29 16,60 0,41 90d 0,34 0,13 0,92 0,23 2,09 0,25 8,88 0,77 16,34 0,57 21,34 0,65

Verifica-se que para as formulações mais ricas em clínquer (B5 e B6) o tipo de cura é significativo

apenas aos 28 dias, mostrando-se mais eficiente quando a mesma se faz imersa em água. Nas demais idades, considerando os desvios padrões apresentados pelas tabelas 5 e 6, não há diferenças. Observou-se ainda que a resistência às 24 horas é bastante baixa, independente do tipo de cura. Somente as formulações B5 e B6 apresentam aumento significativo de resistência dos 28 aos 90 dias.

As fotos da figura 5 mostram que nos casos das formulações B1, B2 e B3, a cura imersa em água degradou os corpos de prova. O mesmo não aconteceu quando a cura foi realizada em saco estanque mas as resistências alcançadas foram pequenas (menor que 3MPa).

Figura 5: Formulações B1 à B6, seqüência crescente - esquerda: cura imersa em água; -direita: cura em saco estanque

As figuras 6 e 7 a seguir apresentam os resultados de resistência mecânica à compressão das formulações B2, B4 e B6, aos 7 e 28 dias a partir dos 3 clínquers estudados (C1, C2 e C3). Os desvios-padrão obtidos são apresentados pelas tabelas 7, 8 e 9.

Resistëncia Compressão - 7 dias

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

imersa sacoestanque

imersa sacoestanque

imersa sacoestanque

C1 C2 C3

Res

ista

nce

Com

pres

são

(MPa

)

B2 B4 B6

Figura 6: Resistência à compressão: clínquer C1, C2 e C3 – 7 dias

400

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Resistëncia Compressão - 28 dias

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

imersa sacoestanque

imersa sacoestanque

imersa sacoestanque

C1 C2 C3

Res

ista

nce

Com

pres

são

(MPa

)B2 B4 B6

Figura 7: Resistência à compressão: clínquer C1, C2 e C3 – 28 dias

Tabela 7: Médias e desvios-padrão (dp) das resistências à compressão apresentadas nas figura 6 e 7 – C1

Cura Imersa em água Cura em saco estanque

B2 B4 B6 B2 B4 B6 Idade

média dp média dp média dp média dp média dp média Dp 7d 0,82 0,06 4,16 0,02 7,51 0,22 1,02 0,05 4,93 0,05 12,78 0,28 28d 0,41 0,37 4,32 0,84 19,55 0,32 0,54 0,26 3,98 0,43 16,60 0,41

Tabela 8: Médias e desvios-padrão (dp) das resistências à compressão apresentadas nas figura 6 e 7– C2

Cura Imersa em água Cura em saco estanque

B2 B4 B6 B2 B4 B6 Idade

média dp média dp média dp média dp média dp média dp 7d 1,41 0,17 7,23 0,61 18,17 0,56 1,53 0,07 7,61 0,64 18,50 0,51 28d 1,92 0,13 9,11 0,58 20,60 0,64 2,15 0,19 9,61 0,29 19,20 0,57

Tabela 9: Médias e desvios-padrão (dp) das resistências à compressão apresentadas nas figura 6 e 7– C3

Cura Imersa em água Cura em saco estanque

B2 B4 B6 B2 B4 B6 Idade

média dp média dp média dp média dp média dp média Dp 7d 0,85 0,04 4,90 0,31 14,39 0,92 0,55 0,03 5,35 0,27 15,98 1,05 28d 1,38 0,26 6,99 0,57 23,28 0,76 1,76 0,27 8,37 0,35 19,63 0,50

Independente do tipo de cura, o clínquer C2 propicia as melhores resistências, com exceção da

formulação B6 aos 28 dias, onde o clínquer C3 mostrou-se o mais eficiente. O C2 apresenta maiores quantidades de mayenita e yelimita e, como estas fases são responsáveis pela resistência inicial, isto explica as maiores resistências alcançadas por este clínquer, para todos as formulações do BIA, aos 7 dias. Em tempos maiores (28 dias) o clínquer C3 apresenta maiores resistências por apresentar mais yelimita, principal responsável pela resistência mecânica.

Para o B6, aos 28 dias (figura 7), verifica-se nos três clínquers que a resistência é mais importante quando a cura é imersa em água, indicando que a cura em saco estanque não disponibiliza água suficiente às reações de hidratação.

401

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4.3 Durabilidade: ciclos de imersão e secagem A tabela 10 mostra os índices de resistência em relação as suas referências (amostras que não foram

submetidas aos ciclos de imersão/secagem) par aos clínquers C1 e C2.

Tabela 10: Índices de resistência – BIA´s: B4 e B6 – Clínquer C1 e C2

Índice (IXj =Rc 25ciclos/Rc0ciclos)

BIA Idade (dias) Clínquer C1 Clínquer C2

7 1,19 1,35 B4

0,93 28 1,83

7 1,38 1,40 B6

28 1,16 1,21 Para ambas as formulações feitas com o clínquer C1, não acontece queda de resistência após os 25

ciclos, seja aos 7 ou aos 28 dias. Ao contrário, verifica-se um aumento da mesma, já as amostras submetidas aos ciclos têm idades mais avançadas que as referências pois foram ensaiadas aos 7 e/ou 28 dias passando por mais 25 ciclos (1 ciclo = 1 dia).

O cimento B4 feito com clínquer C2, aos 28 dias, após ter sido submetido aos ciclos de imersão/secagem, apresentou uma pequena redução na resistência (de 12,70 para 11,75 MPa). Porém, se forem considerados os desvios padrão de 0,24 MPa e 0,44 MPa da referência (0 ciclos) e da amostra submetida aos ciclos, respectivamente, pode-se constatar que as resistências são as mesmas. Na realidade a curva de evolução de resistência da referência (figura 8) mostra que dos 28 aos 90 dias não existe incremento de resistência. Para a formulação B6 os ciclos de imersão/secagem não prejudicam o incremento de resistência após os 28 dias. Percebe-se que aos 90 dias o valor de resistência é praticamente o mesmo alcançado ao fim dos 25 ciclos (28 dias).

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Idade (dias)

Res

istê

ncia

Mec

ânic

a (M

Pa)

B4B6

Figura 8: Resistência à compressão dos BIA´s B4 e B6 curados em saco estanque

4.4 Compostos hidratados As figuras enumeradas de 9 até 14 referem-se às difrações aos raios-X realizadas nas pastas do

cimento BIA. A curva inferior Ref, apresentada nos difratogramas, correspondem a uma amostra de mesma formulação, porém não hidratada.

402

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03 13 23 33 43 53 632 theta

Inte

nsid

ade

7j

28j

Ref

E E EE

G G G

G

GG

GG G

GGG GG

G E

G Y

Figura 9: Difratograma da pasta-clínquer C1–saco estanque–7 e 28 dias-Formulação B4 fosfogesso_M

03 13 23 33 43 53 63

2 theta

Inte

nsid

ade

7j

28j

Ref

E

E

EE

G

GG

G

GG

G G GGGG GG

GE

G Y

Figura 10: Difratograma da pasta-clínquer C1–saco estanque–7 e 28 dias- Formulação B6- fosfogesso_M

Figura 11: Ampliação do difratograma da pasta-clínquer C1– fosfogesso.M saco estanque–cura 7 e 28 dias- (a) Formulação B4 (b) Formulação B6

403

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00 10 20 30 40 50 60 7

2 theta

Inte

nsid

ade

0

Ref

7 j

28 j E

E

G G

E G

G

G

G

G GGG GGE

E

G

G

E

G Y

Figura 12: Difratograma da pasta-clínquer C2–saco estanque–7 e 28 dias- Formulação B4- fosfogesso_F

00 10 20 30 40 50 60 7

2 theta

Inte

nsid

ade

0

EE

G

G

G

G

G G

G GGG GGE

E G

G

E

E G G

G Y

Ref

7 j

28 j

G

Figura 13: Difratograma da pasta-clínquer C2–saco estanque–7 e 28 dias-Formulação B6-fosfogesso_F

404

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Figura 14: Ampliação do difratograma da pasta-clínquer C2– fosfogesso F saco estanque– cura 7 e 28 dias – (a) formulação B4 (b) formulação B6

Nos difratogramas verifica-se que, para ambos os clínquers, toda a yelimita foi consumida a partir dos 7 dias. Verifica-se também nestes dois casos que a formulação B6 apresentou uma maior quantidade de etringita, devido a maior quantidade de clínquer presente nesta.

Comparando os dois tipos de clínquer em relação à quantidade de etringita, observa-se que o clínquer C2 propicia quantidades ligeiramente maiores, principalmente aos 7 dias, e esta diferença é mais evidente para a formulação B4. Este fato é explicado pelas maiores quantidades de yelimita presente no C2.

4.5 Formulação de material de construção a partir do cimento BIA

A avaliação da eficiência quanto à aplicabilidade do cimento BIA foi testada sobre argamassas de revestimento aplicadas em blocos , sendo ambos, obtidos a partir das melhores formulações do BIA.

Diante do objetivo de formular materiais de construção a serem dispostos em ambientes externos, fez-se necessário optar-se por cimentos capazes de desenvolver resistências elevadas em curtos períodos. Para tanto, o clínquer C2 (que proporciona resistências iniciais mais altas) foi selecionado para compor o cimento BIA a partir das formulações mais ricas em clínquer (B4 e B6).

4.5.1 Blocos de Concreto A formulação dos blocos teve como critério a resistência mecânica. Por isto, os mesmos foram

confeccionados a partir do BIA B6 (formulação que apresentou melhores desempenhos mecânicos). A partir do B6, dois traços foram estudados (cimento: agregado miúdo:agregado graúdo:água) em

massa: • traço tipo I: 1:4:5,4:0,09 • traço tipo II: 1:3,33:4,5: 0,08. Os blocos foram confeccionados em processo industrial de pré-fabricação, usando-se um

equipamento de vibro-compactação, para a produção dos blocos vazados de dimensões de 15x20x40 (largura x altura x comprimento). Fez-se a determinação da resistência mecânica aos 7 dias já que desta idade até aos 28 dias a evolução da resistência é pouco significativa (ver figuras 6 e 7). Os valores encontrados foram de 5,36 MPa et de 7,15 MPa para o tipo I e II respectivamente.

Os blocos foram empregados para a confecção de painel de dimensão de 60x180 cm (largura x altura), servindo como substrato para as argamassas de revestimento confeccionadas, também, a partir do BIA. Desta forma o painel teve uma face coberta e a outra exposta às intempéries (figura 15).

405

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Figura 15: Alvenaria de blocos confeccionada com o cimento BIA - formulação B6.

4.5.2 Argamassa de Revestimento A tabela 11 mostra os resultados de tempos de pega nas argamassas com substituição de 5%,em

massa, do fosfogesso pela anidrita III, gesso e cimento Portland comum (CPC).

Tabela 11: Tempos de pega dos BIA´s B4 e B6 feitos os aceleradores

Tempos de pega (h:min) BIA Tipo

Início Fim Duração

Referência 3:55 9:15 5:20

Anidrita III 1:45 4:40 2:55

Gesso 2:00 4:45 2:45 B4

CPC 1:20 2:50 1:30

Referência 1:40 4:30 2:50

Anidrita III 1:15 3:55 2:40

Gesso 1:20 3:40 2:20 B6

CPC 1:05 2:30 1:25 Observa-se uma redução dos tempos, tanto de início quanto de fim de pega, para ambas as

formulações (B4 e B6) onde se constata uma maior eficiência do cimento Portland Comum (CPC) dentre os três materiais testados.

O gráfico da figura 16 apresenta as resistências mecânicas obtidas na compressão e mostra claramente a eficiência do cimento Portland comum (CPC) em relação às referências, bem como em relação aos outros aceleradores empregados (gesso e anidrita III). Para a formulação B4, nas idades de 24 hs e 7 dias, considerando-se os desvios-padrão encontrados, nem o gesso e nem a anidrita III contribuem para um aumento da resistência. Apenas aos 28dias são verificados valores ligeiramente maiores. Já a presença do CPC mostra resultados maiores em relação à referência nas idades de 7 e 28 dias. Para a formulação B6 a presença dos aceleradores também não trouxe diferenças com 24 horas mas aos 7 e 28 dias, a presença destes propicia um aumento de resistência mais importante se for comparada à formulação B4. O aumento de resistência torna-se mais importante quanto maior for a idade, sendo o CPC o acelerador que se mostrou mais eficiente. A tabela 12 e 13 apresenta os valores dos desvios-padrão obtidos para B4 e B6 respectivamente.

406

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0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

0 7 14 21 28Idade (dias)

Res

istê

ncia

Com

pres

são

(MPa

)

B4-R B4-A B4-G B4-CPCB6-R B6-A B6-G B6-CPC

Figura 16: Resistência à compressão obtida com os aceleradores R= referência, A= anidrita III, G = gesso, CPC= cimento Portland comum

Tabela 12: Média e desvios-padrão (dp) das resistências à compressão apresentadas na figura 16 - Formulação B4

Ref Anidrita III Gesso CPC Idade

média dp média dp média dp média dp

24 hs 6,58 0,20 7,54 0,50 6,90 0,20 7,61 0,24

7d 18,36 0,31 8,99 0,16 8,58 0,24 11,93 0,34

28d 12,70 0,24 14,78 0,59 13,53 0,30 16,48 0,86

Tabela 13: Média e desvios-padrão (dp) das resistências à compressão apresentadas na figura 16 - Formulação B6

Ref Anidrita III Gesso CPC Idade

média dp média dp média dp média dp

24 hs 14,13 0,98 16,43 0,77 15,57 1,48 15,81 0,30

7 d 17,51 0,55 19,14 0,34 18,56 0,36 24,60 0,49

28d 23,73 0,66 27,12 0,20 25,93 0,16 36,82 1,19 Quanto à aplicação das argamassas, as formulações sem aceleradores e com anidrita III

apresentaram bastante esfarelamento (a e b na figura 17). Observou-se uma eficiência muito maior do BIA contendo CPC.

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a) B6 sem acelerador b) B6 com anidrita III c) B6 com CPC

Figura 17: Ensaios preliminares para a elaboração da argamassa de revestimento

Diante dos bons resultados obtidos com o CPC, três dosagens, a partir do B4 e B6 contendo CPC foram testadas como revestimentos. Os traços desenvolvidos são dados pela tabela 14, a seguir. Os revestimentos aplicados sobre os blocos são exibidos na figura 18.

Tabela 14: Composição dos revestimentos (g)

Argamassa tipo 2 Argamassa tipo 4 Argamassa tipo 5 (B6) (B6) (B4) Material

Areia 1350 1350 1350 BIA

(fosfogesso+clinquer) 400 425 425 CPC 50 25 25 Água 295 295 295

Figura 18: Revestimentos 2, 4 e 5 aplicados sobre os blocos obtidos com o cimento BIA

Em relação aos tempos de pega (tabela 15), as três argamassas apresentaram tempo de início inferior a 1 hora. É importante comentar que a tal ensaio foi realizado em sala climatizada com temperatura e umidade relativa controlada (25oC e 50%). Nos painéis moldados em ambiente externo foram observados tempos inferiores a estes, já que a temperatura externa era superior a 25oC.

408

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Tab Tempo

Tempo de iníc pega (h:min)

ela 15: s de início de pega dos revestimentos

Tipo io de

Argamassa 2 1:15

Argamassa 4 1:10

Argamassa 5 1:10 A duração prática de utilização (DPU) é apresentada pela tabela 16. Verifica-se que os tempos da

DPU e os de pega são bastante próximos uma vez que a perda de trabalhabilidade está diretamente associada aos tempos de pega.

Tabela ração os

Tempo de iníc (h:min)

16: Du prática de utilização dos revestiment

Tipo io de pega

Argamassa 2 1:00

Argamassa 4 1:05

Argamassa 5 1:00 Nos valores de resistência mecânica, com 24hs, observa-se valores inferiores para revestimento 5,

tanto na compressão quanto na flexão (figura 19 e 20), em comparação aos dois outros revestimentos (2 e 4). Isto se deve ao fato de que tal argamassa foi obtida a partir do BIA B4 (20%clínquer e 80%fosfogesso), enquanto que os demais (revestimento 2 e revestimento 4) foram confeccionados a partir do B6 (30%clínquer e 70% fosfogesso). As tabelas 16 e 17 mostram os desvios-padrão obtidos na determinação da resistência à co

Tab Médias e desvios- rão (dp) das resistências ompressão apresentadas gura 20 e 21

2 4 5

mpressão e à flexão dos revestimentos 2, 4 e 5.

ela 17: à cpad nas fi

Idade Média dp média dp média dp

24 hs 20,89 0,44 20,35 0,46 11,40 0,55

28d 23,30 0,91 31,00 0,81 23,17 1,15

T 18: Médias e desvi padrão (dp) das resistênci flexão apresentadas na ra 20 e 21

2 4 5

abela os- as à s figu

Idade M média dp média dp édia dp

24 hs 3,35 0,22 3,93 0,10 2,56 0,06

28d 2,91 0,19 3,06 0,19 4,02 0,13

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0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

2 4 5 2 4 5

24hs 28 diasR

esis

tênc

ia à

Com

pres

são

(MPa

)

Figura 19: Resistência à compressão dos revestimentos de argamassa

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

2 4 5 2 4 5

24hs 28 dias

Res

istê

ncia

à F

lexã

o (M

Pa)

Figura 20: Resistência à flexão dos revestimentos de argamassa

Deve-se comentar que estes mesmos revestimentos (2 e 4), durante o período de cura imersa em água (após 24 hs), apresentaram ligeiras fissuras, provavelmente em razão da formação excessiva da etringita expansiva, devida à presença de CPC,como citado na literatura. Tais fissuras explicam a queda da resistência à flexão aos 28 dias das mesmas argamassas. Na resistência à compressão, não houve queda de resistência de 24hs aos 28 dias, porém, os acréscimos para os revestimentos 2, 4 e 5 foram de 11%, 48% e 100%, respectivamente, evidenciado aumentos menos importantes para os revestimentos 2 e 4. No entanto, nos revestimentos aplicados sobre o painel, expostos a ambiente com variação de umidade e temperatura, tais fissuras não se fizeram presentes. É provável que o ambiente externo não tenha sido suficientemente úmido para permitir a formação de importantes quantidades da etringita expansiva.

A expansão apresentada pelo revestimento 2 é evidenciada no gráfico de variação dimensional (figura 21). Percebe-se que o mesmo apresentou expansão até os 14 dias de idade. Conforme a tabela 14, este revestimento é o que apresenta maior quantidade de CPC. A combinação deste com o clínquer sulfo-aluminoso provavelmente foi responsável pela expansão apresentada.

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0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70Idade (dias)

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Argamassa 2 Argamassa 4 Argamassa 5

Figura 21: Variação dimensional dos revestimentos de argamassa

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS O estudo da elaboração de um cimento de baixo impacto ambiental (BIA) proporcionou obter

informações ricas quanto ao comportamento do cimento sulfo-aluminoso quando rico em sulfato de cálcio (fosfogesso).

Na fase inicial da pesquisa, onde 6 formulações (proporções fosfogesso-clínquer) foram testadas em argamassa de composição padrão, curadas em saco estanque e imersas em água, os resultados foram muito bons. Em nenhum dos casos observou-se expansão devida às grandes quantidades de fosfogesso empregadas, como previsto em alguns trabalhos [2, 3]. De acordo com tais estudos este risco ocorre quando a quantidade de gipsita empregada é superior a 25%

Verificou-se que para obter uma resistência mínima é necessário que o cimento possua, pelo menos, 10% de clínquer (B2) e para que a insolubilidade à água do fosfogesso seja assegurada é necessário um mínimo de 20% de clínquer (B4). Entretanto, tais proporções podem variar em função da composição do fosfogesso e do clínquer empregado.

A construção do painel a partir dos blocos e revestimentos em argamassa a base do cimento BIA em ambiente externo, possibilitou acompanhar a performance dos painéis em situação real, onde se contatou um excelente comportamento. Entretanto, os corpos-de-prova dos revestimentos quando mantidos em laboratório, imersos em água, apresentaram algumas fissuras, provavelmente em função da presença do cimento Portland comum (CPC) contidas nas argamassas. De fato, de acordo com a bibliografia [6, 7, 8], a presença de Ca(OH)2 (neste caso presente na mistura em função de a hidratação da cal contida no cimento Portland comum) reage e forma a etringita secundária (expansiva). Através dos ensaios de variação dimensional foi possível constatar incrementos até aos 14 dias de hidratação para o revestimento 2, obtido a partir da formulação mais rica em clínquer (30%clínquer e 70%fosfogesso) e com maior quantidade de cimento Portland comum (CPC).

A formação da etringita expansiva é um assunto onde os mecanismos existentes não são totalmente conhecidos. Neste trabalho observou-se que a combinação BIA/CPC pode ou não ser benéfica. Isto porque a propriedade expansiva deste produto depende da quantidade de cal presente no meio, da alcalinidade da solução e, como visto nesta pesquisa, depende também da condição de cura. O uso do cimento BIA para confecção de blocos e argamassas indica um caminho bastante otimista para o aproveitamento do fosfogesso. A caracterização das matérias-primas e estudos prévios em laboratório são indispensáveis, assim como simulações das situações reais de aplicação. Como visto a formulação do BIA dependerá sobretudo do material a ser obtido (bloco ou argamassa) e do ambiente onde o mesmo será empregado.

6 AGRADECIMENTOS

Ao programa de Cooperação CAPES-COFECUB, pela cooperação URGC_ Matériaux- INSA de Lyon (França) e UFSC_Universidade Federal de Santa Catarina_Núcleo de Pesquisa em Construção.

À CAPES pela bolsa de doutoramento e bolsa sanduíche.

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7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMA TÉCNICAS - ABNT, Resíduos sólidos – classificação – NBR 100004, Rio de Janeiro, 1987.

[2] BERETKA, J. et al., “Effect of Composition on the Properties of Rapid Hardening Sulfoaluminate Cement”, In: 10th Int. Congress on the Chemistry of Cement, 1997, Gothenburg, Sweden., Ed. H. Justnes, Amarkai AB and Congrex, June 2-6, vol. II, pp. 2ii029, 1997.

[3] CASTILHOS, A.B.Jr., SOARES, S.R., CHERIAF, M., ROCHA, J.C., GLEIZE, P., Relatório das Aplicações do Fosfogesso. ULTRAPERFIL/COPEBRAS. Divulgação restrita. Universidade Federal de Santa Catarina-UFSC, 1998.

[4] CHATTERJEE, A.K., Special cements, Structure and Performance of Cements. Eds: J. Bensted and P. Barnes, Spon Press,p p. 226-231, 2002.

[5] DENG, M., MINGSHU, T., “Formation and Expansion of Ettringite Crystals”, Cement and Concrete Research, vol. 24, pp.119-126, 1994.

[6] GLASSER, F.P., ZHANG, L., “High–Performance Cement Matrices Based on Calcium Sulfoaluminate –Belite Composition”. Cement and Concrete Research, vol. 31, pp.1881-1886, 2001.

[7] KASSELOURI, V., TSAKIRIDS P., MALAMI, Ch., GEORGALI, B., ALEXANDRIO, C., “A Study of the Hydratation Produtcs of a Non – Expansive Sulfo-Aluminate Cement”, Cement and Concrete Research, vol. 25, n. 8, pp. 1726-1736, 1995.

[8] Norme Française NF EN 196-1. Métohodes d´essais des ciments. Partie 1: Determination des resistânces mecaniques, Auôt, 1995.

[9] MAZZILLI, B., SAUEIA, C.H.R., “Implicações Radiológicas da Utilização do Fosfogesso como Material de Construção”, Ambiente Construído: Revista da associação Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído, vol 1,N 2, p. 17-22, 1997.

[10] MEHTA, P.K., “Mechanism of Expansion Associated With Ettringite Formation”, Cement and Concrete Research, vol. 3, pp.1-6, 1973.

[11] ODLER, I., “Cements Containing Calcium Sulfoaluminate”, Special Inorganic Cements, Eds: A. Bentur, S. Mindess, E & FN Spon, pp. 69-87, 2000.

[12] SFAR FELOUL, H., CLASTRES, P., CARLES-GIBERGUES, A., BEN OUZDOU, M., “Proprietés et Perspectives d´Utilasation du Phosphogypse. L´exemple de la Tunisie”, Ciments, Bétons, plâtres, chaux, n. 849, mai-juin, pp. 186-191, 2002.

[13] SU, M., et al., “Preliminary Study on the Durability of Sulfo/Ferro-Aluminatte Cements”, In: 10th International Congress on the Chemistry of Cement, Gothenburg, Sweden, June 2-6, Ed. H. Justnes, Amarkai AB and Congrex, vol. IV, p.4iv029, 1997.

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