Webinar Outono 2013 - geopolymer.com.br · E o título da minha apresentação foi ... temos a...

Webinar Outono 2013

Princípios básicos da ciência geopolimérica

Parte II

http://www.geopolymer.com.br


Webinar Outono 2013 - Parte II

70

Na segunda parte do Webinar vamos abordar os seguintes temas:

• Princípios da ciência geopolimérica de aluminossilicato.

• Geopolímero resistente ao fogo e ao calor.• Testes de durabilidade.• Normas para cimento geopolimérico e as

questões sobre cimentos com baixas emissões de CO2.

A ciência geopolimérica começou em 1972; antes eu estava trabalhando com química de polímeros orgânicos e em 1970 tivemos grandes incêndios naFrançaquefizerammuitas vítimase levantou-se a questão: “Os plásticos são perigosos em construções?” Sim, eles são. “Os polímeros orgânicos são resistentes ao calor?” Não.

Anaturezaafirmaqueapenasosmineraisfornecemresistência ao fogo e ao calor.

Assim, meu objetivo em 1972 foi desenvolver e inventar

polímeros inorgânicos que não queimassem.

Para isso, tínhamos necessidades, precisávamos ter uma reação em baixa temperatura assim como para os polímeros orgânicos, e buscávamos por informações: quem poderia fornecer esta informação?

Nós estávamos procurando pela informação de uma reação muito simples. Encontramos no Museu de História Natural, em Paris, eles iniciaram em 1969, nós estávamos em 1972, informações sobre a reação da caulinita com NaOH e a produção da hidrossodalita, mineral tridimensional estável à água.

Assim,nossoobjetivoerautilizarestareaçãoquímicaenvolvendo minerais e desenvolver a tecnologia.



71

1. Princípios da ciência geopolimérica de aluminossilicatos

Em 1976, apresentei os princípios da ciência geopolimérica de aluminossilicatos. Estes princípios estão muito bem descritos nos capítulos 1 a 11 do meu livro.

Fizminhaprimeiraapresentaçãoemumsimpósiointernacionalsobrepropriedadesalongoprazodepolímeros e materiais poliméricos, em Estocolmo, em 1976.

E o título da minha apresentação foi “Solidphase synthesis of a mineral blockpolymer by low temperature polycondensation of aluminosilicate polymers”.

A química de polímeros compreendeu o que eu estavadizendo.

Nós temos polímeros em bloco polissialato envolvendo a reação de estruturas de polissilanóis SiOH-SiOHesialatoseaproduçãodeumanovaredetridimensional que é resistente à água.

E em 1978, dois anos mais tarde, descobrimos as propriedades do metacaulim.

O metacaulim é fabricado pela desidroxilação da caulinita e isto é feito em temperatura de 750°C, entre 700 e 800°C e, isso é o que nós chamamos agoraoficialmentedeMK-750.



72

Naquela época, esse era o conhecimento que tínhamos; moléculas de caulinita eram apresentadas comona figuraabaixo (à esquerda) e estávamoslidando com a geometria, tínhamos tetraedros, tínhamosoctaedros e ponto final. Sabíamosqueo número de coordenação do alumínio era 6 e era escrito 2SiO2.Al2O3.2H2O. Não fornecia nenhuma pista, indício sobre como era a reatividade química afinal.Fiqueimuitofrustado,porquedomeupontode vista químico não era dessa forma que esses materiais deveriam ser escritos. Eles deveriam ser escritos desta forma (à direita na figura abaixo)com cadeias de polissiloxo com grupos laterais de hidróxido de alumínio com a escrita: Si2O5.Al2(OH)4. E lembre-sequeoalumínioéquimicamentetrivalente,isto não tem nada a ver com a coordenação que é o único parâmetro geométrico que proporciona, o que sugere, que mostra a situação dos átomos no espaço.

Quanto ao metacaulim a situação era exatamente a mesma.

Não tínhamos absolutamente nenhuma ideia sobre a sua estrutura, tínhamos tetraedros geométricos e octaedrosgeométricosepontofinal.Nãotínhamosnada sobre a reatividade deste metacaulim que era escrito 2SiO2.Al2O3, uma mistura de SiO2(quartzo)eAl2O3(coríndon).

Em1985, realizamos a primeira descoberta naestrutura quando K. Mackenzie, da Nova Zelândia, descobriu que o metacaulim tinha alumínio com número de coordenação 5. Esta é uma singularidade no campo dos minerais. Existem apenas dois minerais que têm coordenação 5, um que é natural, asilimanitaeestemetacaulimartificial.

Assim, é óbvio que isto tem sido estudado até agora e temos também o Al em coordenação 4.

Do meu ponto de vista químico eu tentei entender este novo sistema e a reatividade e como nós estávamos lidando com um óxido já que a água, os grupos de hidroxilas foram evacuados, não estavam mais disponíveis; então eu decidi escrever desta maneiraintroduzindooAl com ligação dupla com o grupo O,queéogrupoalumoxila,queésuper-reativo,com escrita Si2O5,Al2O2. Esse grupo alumoxila é um novo conceito que não tinha sido descoberto até agora e isso é óbvio, porque ninguém sabia sobre a reatividade do metacaulim. E isto existe neste metacaulim e deve ser realmente considerado como algo que representa a forma correta de escrever o sistema.

De fato, isto não é o que temos exatamente. O que nóstemos?Nóstemosdoistiposdealumoxila(comoilustradosaseguir),oprimeirocomogrupoalumoxilaque está em coordenação 5 para o alumínio. Nós temos a desidroxilação do OH que pertence ao mesmo átomo de alumínio. Isto é o que eu chamo de intradesidroxilação e isto provê o Al com ligação



73

dupla com o oxigênio.

Nós temos outro tipo, podemos ter a desidroxilação em grupos de OH que pertencem aos vizinhos,vizinhanças de alumínio produzindoH2O. E este precisará de Al-O-Al-O; este é o óxido de alumínio com coordenação 4. Este Al(V) émais reativodoque este Al(IV).

Eu apresentei em 1979 a tecnologia geopolimérica que é baseada na relação Si:Al.

Para Si :Al=1, temos o pol issialato; Si :Al , polissiloxossialato; Si:Al=3, polidissiloxossialato e para Si:Al superior a 3, temos a ligação sialato Si-O-Al entre duas cadeias siloxo.

E foi também, em 1979 que inventei a primeira resina polimérica que obtemos a partir da reação do

metacaulim com silicato solúvel. E nós temos nossa pasta, nossa resina, que podemos usar para impregnar...

...Oupara fazer coisas comoestas,moldesparaindústria e outros itens, só para mostrar as propriedades interessantes do material.

Qual é o contexto histórico do desenvolvimento dos geopolímeros de aluminossilicatos?

Isso é algo que faz parte da continuação deuma química que foi desenvolvida ao longo de décadas. Vocêpodeobservar na tabela a seguirque começou na década de 1930 pela reação de caulim e álcalis para fabricar alguns tijolos. E continuou com a descoberta da síntese de zeólitas pelo químicoBarrer no Reino Unido,



74

aprimeiraescóriaálcali-ativadaemPurdonnaBélgicae a continuação da reação com caulim. Na década de 1950, nos EUA o início da indústria de fabricação de zeólitasepeneirasmoleculares;em1953oprimeirocimento álcali-ativado introduzido nos EUA e em1957 o cientista ucraniano Glukhovsky começou aintroduziroconcretodesolo-silicato;nadécadade1960nós tivemosmelhoriada reaçãocaulim-hidrossodalita e na década de 1970 estávamos bem informadossobreestareação;peguei-aemudei-apara ciência e química geopolimérica.

Claro, desde que a ciência evoluiu até a presente data, constantemente estamos aprimorando nosso conhecimento. Em 2008, tivemos o nosso grande congresso em Verona, Itália,2nd International Congress on Ceramics.

Eu fui convidado para apresentar um roteiro para a pesquisa e o desenvolvimento de geopolímeros e isso tambémfoicolocadonofinaldecadacapítulonomeulivro. Eu declarei que pesquisas deveriam ser feitas a fimdeaprimorarnossoconhecimento;porexemplo,no Capítulo 2 de meu livro Geopolymer Chemistry & Applications que lida com o caráter polimérico do geopolímero você pode ler: “Mais pesquisas são necessárias para fornecer ferramentas científicas para a determinação de diversos parâmetros físicos, tais como dimensão total e peso molecular”. Isto é totalmente dedicado às micelas geopoliméricas submicrônicas.Lembra-se,asnanopartículascomespessuras submicrônicas e assim por diante.

Ou você pode ler no Capítulo 5 do meu livro dedicado à tecnologia do silicato solúvel, polissiloxonato, um fato, um grande desenvolvimento: “...elimina o uso de pós anidros na confecção de formulações de cimento. Mais pesquisas são necessárias sobre esta tecnologia crucial”.



75

Nós temos atualmente 15 tópicos de investigação, no início tínhamos 14:

1. O caráter polimérico dos geopolímeros: micelas geopoliméricasounanopartículas/sol-gel.

2. Polissiloxonato, silicato solúvel (water-glass):estudo feito na ESPCI-ParisTech; à base demicrossílica(sílicaativa,cascadearroz).

3. Geopolímero à basedemetacaulimMK-750:litomarga,MK-750sintético.

4. Geopolímero à base de cálcio.

5. Geopolímeroàbasederocha:ferrossialato(-Fe-O-Si-O-Al-O-).

6. Geopolímero à base de sílica.

7. Geopolímeroàbasede fly ash: semativaçãoalcalinadoflyash,poiséhostilaousuário.

8. Geopolímero à base de fosfato: isomorfos AlPO4.

9. Geopolímeroorgano-mineral:esteéumdostópicosem que eu sinto que estamos testemunhando a maior pesquisa e desenvolvimento dos dias atuais. Eles têm introduções fenólicas, látex à base de água, ésteres etílicos, silicato, silano e epóxi. Mas o que eu considero mais importante é o fato de que algumas regras de compatibilidade foram estabelecidas pela equipe da Parthenope University em Nápoles. Apresentarei brevemente um artigo publicado no jornal Applied Clay Science este ano, intitulada: “Novel hybrid organic geopolymer material” pela equipe composta por Giuseppina Roviello, Rafaelle Cioffi e outros da Parthenope University e University of Naples Federico II. Nós temos uma resina epóxi e umpolissiloxossialatoàbasedeMK-750quesãomisturados alcançando uma boa compatibilidade entre as fases inorgânicas aquosas e orgânicas graças aos numerosos grupos laterais de

hidroxilas(OH)quesãoformadosduranteareaçãodeaberturadoanelepóxi,quefazcomqueafaseorgânica “temporariamente hidrofílica” aumente a compatibilidade com a fase aquosa inorgânica.

Vouilustrarissobrevemente.

A síntese geopolimérica tem várias etapas, que começa com os monômeros, todos os que têm este grupo OH, policondensam entre si, fornecendo as primeiras estruturas que também têm grupos OH que irão intercondensar e policondensar em outra estrutura tridimensional. Para o grupo epóxi, o que as pessoasestãoafirmandoéquetambémháformaçãodeC-OHna reaçãodeabertura eque temosOHdisponível para reagir com a mistura de polissialato que nós temos em nossa estrutura geopolimérica.



76

10. Durabilidadea longoprazo: nenhumagrandemelhoria.

11. Compósitosdegeopolímeros-fibras:estabilidadeem alta temperatura até 1300°C e a introdução dealgumasfibrasvegetaiscomolinho.

12. Geopolímero no processamento cerâmico: a introdução de cerâmicas em alta temperatura pelo uso de césio, lítio, gálio e germânio ao invés de sódio e potássio.

13. A fabricação de cimento geopolimérico: estamos implantandoumanovamatéria-primaqueéàbase de ferrossialato.

14. Concreto geopolimérico: em geral temos o primeiro concreto estrutural geopolimérico que euapresenteiontemequeestáemBrisbaneefoiproduzidoporWagners e pelo arquiteto Hassel.

15. Materiais para aplicações medicinais e farmacêuticas.

Perguntas e respostas

Status ou pesquisa a respeito de impressão 3D com geopolímeros?

Nós ainda não começamos, mas isso é algo que gostaríamos de desenvolver. Se você puder nos ajudar ou se estiver interessado entre em contato conosco.

O geopolímero é estável quando imerso em água?

Mas esta é a grande vantagem, é o que eu disse no início. Nós obtemos a reação que provê estabilidade à água, que é um material que é no início caulinita ou argila ou algo parecido que é destruído pela água, nós o transformamos quimicamente em um material que é estável à água, resistente à água, com durabilidadealongoprazo,dezmilanos.

Que tipo de propriedades devemos esperar nos

polímerosepóxi-geopolímero?

Nós aumentamos a durabilidade, melhoramos algumas propriedades entre a temperatura ambiente e a 400°C/500°C. Em termos de porosidade, nós podemos fechar a porosidade por este sistema e assim por diante. Mas, é claro, as propriedades em alta temperatura são diferentes, porque nós temos partículas inorgânicas que serão destruídas acima de 500°C.

O metacaulim com baixa quantidade de Al(V)produzum geopolimero com baixa resistência mecânica ou não?

Não, é um material de reatividade cinética. O Al(V)reage muito rápido. Isto ocorre devido à dupla ligação, isto é o grupo alumoxila reage praticamente imediatamente. Enquanto o Al(IV),queestásemprepresenteequeporvezeséoprincipalgruporeativo,precisademaistempoparasereficazemtermosdesta ligação Al-O-Al-O, que é relativamente forte no momentodeserdestruídopelasalcalinizações.Porexemplo, alcançamos a reatividade com Al(V)em30minutos a 80°C e levamos duas horas com o Al(IV).Portanto,nãoéaresistênciamecânicafinalqueéimportante aqui, é a cinética, em qual velocidade esta reação vai ocorrer.

Qualadiferençaentregeopolímero-epóxihíbridoseospolímeroshíbridossilano-epóxi?

AequipedeNápoles irádizer-lhequalé.Sevocêquiser obter mais informações sobre este novo sistema você terá que voltar ao nosso vídeo do GP-Camp2013.Comoencontrar?VocêvainositedoGeopolymer Institute, clicaem “Conferences”, “Geopolymer Camp”, “GPCamp 2013” e você verá um vídeo sobre este assunto apresentado pela Dra. Giuseppina Roviello.



77

O produto de cimento ou concreto geopolimérico respira ou tem alguma propriedade de transpiração e à prova d’água ao mesmo tempo?

Correto. A microporosidade, que nós chamamos de propriedadezeolítica,elevaosníveisdomaterialquerespira e isto é vapor d’água que é absorvido, mas não tem nada a ver com a permeabilidade da água. Ele tem um valor muito alto de permeabilidade e você vai encontrar os dados de permeabilidade em nosso site na internet sobre as propriedades e você vai ver que o valor é muito alto.

Qual silicato é melhor o de potássio, sódio ou lítio? E aqualvelocidadeageopolimerizaçãoocorre?

Silicato de potássio é melhor, o silicato de sódio é mais rápido e o silicato de lítio é muito lento e requer alta temperatura.

Quando foram feitas as primeiras amostras de laboratório do concreto geopolimérico?

O primeiro cimento ou concreto geopolimérico foi produzidonaLone Star Houston Central Laboratory em 1983. Eu não tenho nenhum neste momento, mas tenho no meu escritório. Atrás de mim, você vê um monte de artefatos que pertence a esse tempo. E assim, temos praticamente 30 anos de durabilidade alongoprazodestematerial.

2. Geopolímeros resistentes ao fogo e calor

Estes são os capítulos 20 e 21 do meu livro.

Existe um problema na resistência ao fogo e calor, porque há uma concepção errônea. Eu sempre... porváriasvezesreceboperguntascomoesta:comopodemos desenvolver um produto geopolimérico envolvendo, por exemplo, vidro expandido e nós queremos que esse produto seja resistente ao calor deaté1200°C?Porfavor,ajude-nosadesenvolvereste material.

Minha resposta é muito simples, isto é impossível. Istoéimpossível,umavezqueovidroexpandidoa1200°C vai derreter, vai fundir, não existirá mais, ele será destruído. O que você quer desenvolver na verdade é um produto que vai conter este vidro expandido, mas que será resistente ao fogo, que não vai queimar e vai resistir por 20 minutos ou 30 minutos ou 60 minutos e fornecer uma barreira ao fogo? Eles disseram que sim, é dessa forma que nós queremos.

Assim, há uma grande diferença entre resistência ao fogo e resistência ao calor. Geralmente, as pessoas não fazemdiferençaentreumproduto resistenteao fogo que não queima, a essência de todos os geopolímeros minerais, e um artefato resistente ao



78

calor. O geopolímero adequado pode, em geral, ser submetido a uma chama de 100°C a 1400°C sem que qualquer mudança apreciável ocorra em suaspropriedades.Mas isto não reflete a noçãode resistência ao calor. A resistência ao calor de um material é em função, em primeiro lugar, de no mínimotrêsparâmetros -a temperatura,o tempoe a resistência. Assim, é resistente ao fogo, mas não se preocupam com quanto tempo vai manter a resistência que estamos requisitando, está simplesmente funcionando como uma barreira ao fogo simples, ou queremos um material para trabalhar, por exemplo, a 800°C durante cem horas. Isto é diferente e mais difícil de obtermos. Para aplicações industriais, por exemplo para compostos geopoliméricosqueusamospara fazermoldesepara aplicações com compósitos de alta tecnologia, devemos considerar o seguinte: se compararmos o cimento Portland com ligantes e cimentos geopoliméricos, isto é o que nós temos:

O cimento Portland é resistente ao fogo, o cimento Portland não queima, por isso, dizemos que éresistente ao fogo. Errado! Nós sabemos que em cerca de 300°C o concreto Portland explode e a estrutura começa a ser destruída, pois a água que está dentro, a água hidratada não pode escapar.

Considerando que a estrutura geopolimérica, devido a sua microporosidade, mesmo que tenha grande quantidade de água química na estrutura, não explode porque a água tem tempo para escapar, a resistência permanece intacta até 500°C para os geopolímeros das primeiras gerações e para os geopolímeros mais recentes permanecem praticamente intactos até 1000°C. Assim, esta é a diferença entre fogo e calor.

Nós temos usado essas propriedades na indústria para a confecção de ferramentas, componentes de ferramentaria, por exemplo para a preparação de moldagem termoplástica de titânio a 950°C. Isto foi feito para a fabricação de itens especiais em titânio para aeronaves.

Temos ferramentas geopoliméricas também para aplicações aeronáuticas que envolvem a fabricação de compósitos orgânicos avançados que necessitam de processamento em alta temperatura, 400°C em autoclave, e que precisam de ferramentas muito especiais e isto também foi feito com os geopolímeros que nós desenvolvemos para esta aplicação; o mesmo para a fabricação de liga de alumíniosuperplásticaavançada,a540°C.Nafiguraaseguir,temosanossamatrizdemadeirapintada,fizemosnossa ferramentaocaemgeopolímeroeutilizamosparaproduzirnossocompósitoavançado,



79

painel de alta temperatura. O mesmo aqui para o alumínio; nós fizemos nossa ferramenta emgeopolímero e produzimos a peça em alumíniopor termoformagem. Isto também foi utilizadonoprograma do caça francês Rafale e para outras peças da Airbus.

Temos também compósitos de fibra de carbonoresistentes ao fogo e ao calor, que é extremamente importante no desenvolvimento. Este é o capítulo 21 do meu livro e esta é uma das características do material.Nafiguraaseguir,vocêtemàesquerdaumcompósitodeepóxi-carbonoquequeima,enquantoocompósitodegeopolímero-carbonosubmetidoaumachama de 1200°C não queima e não é destruído.

Nós usamos essas propriedades para aplicá-lasem aplicações de alta tecnologia. Começamos com carros de corrida, nos EUA com a equipe de corrida

All American fundadapelaToyotaem1998,sevocêobservar atentamente os tubos de escape ao longo docorpodocarro,quesãofeitosdeepóxi-carbono,e tem que ser protegido do calor que vem dos tubos deescapeeistoéfeitocompeçasdegeopolímero-carbono que estão ao seu redor.

Desde 2000, isto foi adotado por todas as principais equipes de carros de corrida de Fórmula 1 e somos campeões do mundo todos os anos com este produto geopolimérico.

Bem,vocêvaidizer:Tudobem,masestesmateriaisexóticosquecustamcaroeexigemfibrasdecarbonomuito especiais, umadas fibras éde carbetodesilícioetemosumamatrizgeopolimérica,umaresinageopoliméricamuitocaraparaestafinalidade.Tudobem, mas os problemas podem ser resolvidos.

Por exemplo, quando estávamos envolvidos com o programa patrocinado pela Administração Federal de Aviação dos EUA, em 1999, projeto de trabalho em conjunto com a Rutgers State University,nósfizemosexperimentos com compósitos geopoliméricos que estão demonstrados no gráfico a seguir.Nocompósito de geopolímero-carbono alcançamosresistênciaàflexãode525MPa,comE-glass,nóssóalcançamos 110 MPa, o que é muito fraco, mas se aplicarmosumacamadadegeopolímero-carbonoe



80

umacamadadegeopolímero-E-glass;umcompósitohíbridodecarbonoeE-glassnósalcançamos500MPae reduzimosos custospelametade. Então,soluções existem.

O problema é que o que é bom para automóveis e carrosdecorridasnãoésuficienteparaaplicaçõesaeronáuticas, porque os carros de corridas estão envolvidosem23-25corridasporano,oquesignificaque um carro de corrida tem a necessidade de ser resistente ao calor por 50 horas ou 100 horas de temperatura de trabalho, enquanto que para um avião civil comercial, são necessários milhares, trinta mil ou sessenta mil horas. Nós temos uma série de ensaiosquefizemossobreoassuntocomaAirbus na França sobre o assunto e que é relativamente difícil de alcançar atualmente.


PorquevocêrecomendaumarazãomaiorSi:Al para o geopolímero resistente ao fogo e ao calor?

Muito simples. Isso ocorre porque nós precisamos dealgunsmateriaisespecíficosàbasedesílicaquetenhamarazãoSi:Al maior. Com relações Si:Al de 1, 2 ou 3, não conseguimos impregnar, as partículas sãograndesecomrazãoSi:Al mais alta nós obtemos partículas muito pequenas, porque para impregnar asfibrasprecisamosterumaresinaquecontémaspartículas que são menores do que 1 mícron.

Só para entender corretamente, o cimento geopolimérico é resistente ao fogo e respira? O cimento geopolimérico é resistente ao fogo e ao calor e respira?

Sim.

Quais precursores?

Bem, existem vários e todos eles sãoà basedesílica e isso é complicado de entender. Alguns estão usandorazõesSi:Al de 2 ou 3, eu sei sobre a equipe de Harbin na China, estão usando algo que envolve umprocessamentomuito complicado, emvezdeimpregnaçãodefibrasdeumasóvez,comoestamosfazendo,temosqueimpregnar3,4,5,6vezesparatercertezadequearesinaestátotalmenteaoredordasfibras.

Como posso obter mais informações sobre a nanotecnologia do geopolímero em alta temperatura?

Isto eu não posso fornecer. São informações confidenciaisquepertencemaumaempresaqueestá fortemente envolvida no desenvolvimento deste material e eu não posso responder aqui.



81

Vocêsabe,comoeudisseontem,estourecebendovárias equipes de cientistas que estão sempre pedindo ajuda porque não estão satisfeitos com o queelesestãofazendoemtermosdegeopolímeroàbasedeflyash.Eurecebiumgrupoqueestavaenvolvido em um grande projeto e não conseguiam alcançar mais do que 35 MPa de resistência em seu sistema e então eles vieram pedir ajuda. Como podemos alcançar a resistência que você está obtendo? Estamos obtendo de 90 a 100 MPa.

Eu olhei para a formulação e então entendi o que estava errado em seu sistema.

Próximotópico:Geopolímeroàbasedeflyash.Esteé o capítulo 12 do meu livro e você terá muitas informações sobre esse tema.

O que acontecia é que eles estavam usando o método convencional da simples ativação alcalina dascinzasvolantes,queenvolveadissoluçãodascinzasparaaformaçãodazeólitaadicionandouma

quantidade elevada de NaOH ou solução de silicato de sódio no sistema e secagem a 80°C durante 24 horas ou 48 horas. Este é um sistema que eu considero hostil porque é altamente cáustico e por causa desta causticidade eles estão limitados com a quantidade de NaOH que eles estão usando e o problema é que se você observar o que está acontecendo sob o microscópio, você vê que as esferas têm pequenas quantidades de novos materiais que estão sendo formados por essas reações e entre eles não há nada.

Assim, a fim de alcançar alta resistência até alcançar uma boamatriz que irá agregar todosesses ingredientes, você precisa ter uma grande quantidade de NaOH e alta causticidade no sistema. E é isto que nós obtemos:



82

Vocêsóobtemaltaresistênciaàcompressãocomuma quantidade muito elevada de NaOH e isso é muito cáustico, muito perigoso, não pode ser usado em tudo. E é por isso que eles pararam neste nível, 5% a 6% e eles obtêm somente 35 ou 40 MPa, não podendo ir além, pois caso contrário ele não seria aceito pelos ambientalistas e pela comunidade em geral.

Então, este é o problema com o sistema e ao contrário, o método geopolimérico se baseia no endurecimento em temperatura ambiente, por isso nãoestamosdissolvendoedestruindoas cinzasvolantes, estamos usando a policondensação e a reaçãonasuperfícieentreamatrizeasesferas.

UsamosoflyashclasseFcomCaOinferiora4%,usamos ele com uma solução de silicato de potássio, pode ser também de sódio; você verá a diferença mais tarde. Adicionamos escória de alto-forno afimdefornecerumamatrizqueiráinteragircomascinzasvolanteseaáguaeassimvocêobtémumsistema amigável. Isto é o que eu chamo de cimento geopoliméricoàbasedeflyashdo tipo2, istoé,polissiloxossialatoàbasedeflyash/escóriaenósobtemosarazãoSi:Al=2. A seguir, o que observamos sob o microscópio, à direita temos a seção do silício e em todos o lugares você tem o átomo de silício

visto de forma muito clara, isto é óbvio pois é à base desilício.Asesferasestão intactaseamatriznomeio é muito densa e conecta todas as esferas e à direita nós temos o mapa do cálcio, não contém cálcio,semcorverde,porqueéumflyashclasseF com baixo teor de cálcio. Esta partícula verde é um remanescente de partículas de escória que é menor do que 10 mícrons e o restante foi dissolvido efazpartedamatrizgeopoliméricaformada.Assim,temosumamatrizqueestáemtornodasesferasequereagenasuperfíciecomasesferasdeflyash,não são apenas cargas, mas sim cargas reativas.

Se compararmos a resistência do geopolímero à basedeflyashemazul-escurocomcincodiferentestiposdeflyashálcali-ativadosàbasedeNaOH,vocêvê que o sistema geopolimérico é bem superior.



83


Seráqueopódepedra-pomescomporta-secomoescóriadealto-fornoecinzavolanteformandoumgeopolímero?

Peloqueeusei,apedra-pomeséàbasedesílica.Assim, vai se transformar em silicato solúvel. Então, nãosecomportacomoumgeopolímerodecinzasvolantesouescóriadealto-forno.

Vocêpodefalarumpoucocomoossuperplastificantesafetamageopolimerizaçãodogeopolímeroàbasedecinzasvolantes?

Os superplastificantes afetam qualquer tipo de geopolimerização, seja de cinzas volantes ou àbase de rocha ou à base de metacaulim e assim por diante. Sempre que você adicionar este tipo de ingrediente orgânico no sistema, eles vão aumentar a sua fluidez. Tudo bem,mas se você adicionarmuito você irá diminuir a resistência, porque eles não estão realmente reagindo com o sistema. É tardedemaisparaelespoiselesnãosãocapazesdeinteragir no material. Eles apenas afetam a estrutura molecular e a disponibilidade da água que está em tornodaspartículas.Assim,ossuperplastificantesnãopodemserutilizadosnumaproporçãosuperiora 1,5% em peso, caso contrário, diminui fortemente a resistência.

Ascinzasorgânicaspodemserutilizadasemvezdascinzasvolantes?

Sim, é claro.

Se usarmos clínquer num sistema de cimento geopolimérico, podemos substituir a escória? O que poderia ocorrer com a qualidade do geopolímero?

Isto é totalmente diferente. O clínquer não se comporta como a escória, você se lembra, ontem

eu mostrei o que era a escória, o clínquer não se comportacomotaleoresultadofinalédiferente.

Vocêusasilicatodepotássioemseugeopolímeroàbasedecinzasvolantes?

Sim,porqueissoéoqueusamosaqui,nãoutilizamosmais sódio porque tínhamos muitos inconvenientes aoutilizá-lo.Queríamosteramostrasmaisbonitas.

Podemos acrescentar alguns resíduos para melhorar aspropriedadesdascinzasvolantes?

Você pode adicionar qualquer coisa, o que vocêquiser, se você quer melhorar as propriedades, isto funciona, é claro.

3. Testes de durabilidade

Bem,euvivenciomuitassituaçõesestranhas.Porexemplo, hámuito tempo, eu acho que há dezanos atrás eu visitei no Reino Unido o famoso institutoBRE,estabelecimentodepesquisaqueéresponsável pelas normas da construção e assim por diante. Eles vieram testar um dos nossos cimentos geopoliméricos, exatamente um dos nossos ligantes geopoliméricos, mas que também é um cimento com endurecimento em temperatura ambiente e quandonosencontramoselesdisseram:Bem,esteé um material maravilhoso, que oferece amostras lindas, brilhantes e altamente resistentes, e eu olhei



84

para o material e era diferente do que estávamos acostumados e eu disse: Oh, bem... Eu não entendi examente como vocêoproduziu?Elesdisseram:Lançamos o cimento geopolimérico nos moldes com a areia, adicionamos água, moldamos e após um dia continuamos a cura ao ar, sob o aquecedor da sala e obtivemosestebeloexemplar.Eudisse:Bem,oquemvocê tem não é um geopolímero, você está apenas produzindoumsistemaquecontémsilicatosolúvel.Se você desmoldar uma amostra geopolimérica enão cobri-la para evitar a evaporaçãodaáguaque é necessária para aumentar a resistência, exatamente como para o cimento Portland, então você está interrompendo a reação e produzindosilicatos, silicatos solúveis que vão migrar do interior em direção ao exterior, o que fornece uma superfície muito dura, que é muito brilhante, mas isto está errado. Este é um material que não é absolutamente durável.Eudisseaeles:Bem,eunãoconfionestematerial, voucolocá-lonaágua,euocoloqueinaágua e após 30 minutos estava totalmente destruído, desintegrou-senaágua.

Então, o que temos que aprender, especialmente aqueles engenheiros civis quequerem fazer suaprópria mistura e não entendem o mecanismo químico, é que para testar a validade de seu experimento é necessário colocar a amostra na água. Se ela resistir à água, é um bom sistema, se ela não resistir à água é porque algo está errado em sua formulação.

Aproveitoaoportunidadepara,pelasegundavez,mandar minha mensagem para os engenheiros civis...Porfavor,nãotrabalhemsozinhos,tentemterum químico trabalhando com vocês. Assim, o que irão obter estará mais perto do que deve ser feito ou você tem que aprender a respeito da química

geopoliméricaafimdeobterummaterialrazoáveleduradouro e não dados incorretos.

Bem,aresistênciaàáguaéimportantemasafimconseguirdurabilidadealongoprazo,háumtestesimples que pode ser feito, o teste de resistência à água fervente e que destrói praticamente qualquer coisa. Se a reação não for realizadacorretamente, eles irão destruir o sistema. E este éumbom teste,queé fácilde fazerese resistirà água fervente, você pode ter certeza que elevai resistir a praticamente tudo. Ele vai resistir ao gelo e degelo. O problema com os ciclos de gelo e degelo no desenvolvimento do cimento e concreto geopolimérico é que atualmente os países que estão implementando fortemente o desenvolvimento do cimentoeconcretogeopoliméricoestãolocalizadosem regiões onde nunca neva/congela. Então, eles não precisam de qualquer sistema de testes de ciclos de gelo e degelo. Eles não têm em suas normas. Os requisitos para este tipo de teste são recomendados e absolutamente necessários na Europa e nos EUA ou no Canadá, mas não são na Austrália ou na Índia. Assim, os ciclos de gelo e degelo são aqueles que fornecem durabilidade a longo prazo. Voumostrar-lhe brevemente depoiscomo eles são executados. Há um outro teste que nós também usamos ao mesmo tempo com os ciclos de gelo e degelo que é a molhagem e secagem. De fato, na Índia, por exemplo, é importante você ter os ciclos de molhagem e secagem, porque chove e emseguidaosolestábrilhando.Vocêtemaáguaevocê tem 40 ou 50°C sobre o seu concreto. Este é umtestequevocêtemqueexecutarafimdeobterdurabilidadealongoprazodosistema.Nósfazemosambos os testes, porque desenvolvemos um cimento que pode ser usado no mundo todo.



85

O ciclo de molhagem e secagem é para mim um teste muito mais duro, forte e severo do que o ciclo de gelo e degelo. Ele degrada o sistema mais eficientementedoqueumsimplesciclodegeloedegelo.Comonósfazemos isto?Asamostrassãoprimeirosaturadasemágua-duranteduashoras-eemseguidasecasemumfornoa60°Cpor2-4horas. No segundo ciclo as amostras são retiradas do forno e colocadas imediatamente na água, sem resfriamento. Assim, os ciclos são repetidos até as amostras serem destruídas ou interrompidas, seelasnãoforemdestruídasem50ciclos(istoésuficienteparatestesregularesemlaboratório;asnormasrequerem300ciclos).Medimosaresistênciaà compressão e comparamos com a resistência à compressão inicial após 28 dias de cura.

A resistência aos 28 dias é de 77 MPa, após 50 ciclos de molhagem e secagem temos 68 MPa. Nós temos sempre uma pequena diminuição e você vê a diferença em relação aos ciclos de gelo/degelo, após 10 ciclos temos 73 MPa e após 50 ciclos temos 60 MPa. Estão na mesma faixa de resistência.

Estes são os procedimentos de teste mais importantes queprecisamserrealizados,executadoscomtodosos novos materiais que você quer implementar para o uso como cimento, ligante ou resina.

Tivemos, por exemplo, um problema em lidar com um compósito geopolimérico de alta tecnologia quando estávamos envolvidos em nosso programa com a Administração Federal de Aviação nos EUA, tínhamos umaboamatrizqueforneciabonscompósitos,masuma pessoa estava preocupada e disse: bem, eles se comportam corretamente, mas e os ciclos de molhagem e secagem?

Bem,começamosociclodemolhagemesecagemnocampodosseteciclos.Assim,amatriznãoeraresistente a este teste muito rigoroso, muito severo. Entãomudamosanossamatrizafimdeproporcionarestabilidade à molhagem e secagem no compósito geopolimérico de carbono de alta tecnologia.


Como os agregados afetam os resultados de testes de durabilidade de amostras e todas as amostras tinham 28 dias de tempo de cura?

É claro que os agregados podem afetar os testes de durabilidade especialmente se você tiver agregados porosos. Os agregados porosos irão absorver parte da solução/mistura alcalina e vai ficar preso nointerior dos agregados e destruirá o sistema com o tempo, gerando lixiviados de má qualidade e assim por diante. Todas as amostras tinham 28 dias de tempo de cura.

O teor de ar incorporado como no cimento Portland aumenta a durabilidade ao gelo/degelo do geopolímero?

Nós não precisamos de nenhum. O cimento geopolimérico é naturalmente resistente ao gelo e degelo por causa de sua microestrutura. É tão pequeno, microporoso que qualquer água que se encontra nos poros não consegue sentir a totalidade do volume de porosidade. Assim,



86

amatrizgeopolimérica,aestruturageopoliméricadevidoaoseusistematridimensionalépornaturezaresistenteaogelo-degelo.Elesnãonecessitamdeincorporação de ar como o cimento Portland.

E quanto a resistência a outros produtos químicos como o ácido sulfúrico?

Bem, o sulfato, a resistência ao ácido sulfúricovocê encontra nas páginas da Internet além das propriedadesquímicase físicas. Vocêencontraoque acontece com o ácido sulfúrico. Nada.

Existe alguma maneira de melhorar a resistência àtraçãodamatrizquenãosejapelousodefibras,mas simplesmente com o ligante?

Bem,aresistênciaàtraçãodamatrizémelhoradaprimeiro pela substituição do sódio pelo potássio; vocêdobraaresistênciaàflexãoouaresistênciaàtração por causa do uso do potássio. Então, você terá que melhorar a resistência à tração somente pelas fibras.Atéomomentonãoépossível.

Além dos testes de molhagem/secagem e gelo/degelo, qual outro teste importante de durabilidade énecessáriorealizar?

Bem,aresistênciaacloretos,resistênciaatodososoutros sulfatos e assim por diante. O sulfato não é nada desde que não tenhamos nenhum cálcio nele. Mesmo se nós tivermos cálcio da escória, isto não é a mesma estrutura química que obtemos no cimento Portland. Portanto, nós não temos nenhuma dessas desvantagens.

Quais os tipos de danos sofridos pela estrutura geopolimérica durante a secagem com estresse? É lixiviação?

Não,énamolhagem-secagemquandovocêsecar,você tem uma pequena retração porque há sempre

algumas moléculas de água que estão no meio daspartículas.Lembre-sequetemosemtornodasmicelas geopoliméricasos resíduosumavezqueestão em temperatura ambiente, os restos de grupos de hidroxila e sempre teremos o que chamamos de água quimicamente ligada, quando secamos a estrutura geopolimérica esta água pode escapar eissoinduzaumapequenaretraçãoquetemqueser compensada com muito cuidado, com cargas adequadas para que nada mude, mas, na verdade, temospequenosestressese vamos colocá-la naágua, a água entra e temos uma expansão muito pequena que também pode ser suportada pela estrutura adequada e cargas adequadas.

Qual é a base para a cura em 28 dias?

Isto é um padrão para o cimento Portland. Nós não inventamos um novo padrão, apenas copiamos.

A espuma geopolimérica vai se comportar melhor neste tipo de aplicação?

É verdade. A espuma geopolimérica é totalmente resistente ao congelamento. Esta foi nossa primeira aplicaçãoquandofizemosnossaprimeiraespuma,mesmo com uma alta quantidade de buracos grandesegrandesespaçosvazios,nadaaconteceu.

Um cálculo de dano estrutural pode ser usado para o cimento geopolimérico?

Sim, e você vai ver que na verdade, os cálculos fornecem melhores resultados do que para o cimento Portland. Isto tem sido feito pelo professor Rangan naCurtinUniversity,naAustrália.

Fizemosalgunstijolosgeopoliméricosderesíduosdeminasquenãopassamnosciclosdegelo-degelo.Oque você acha que pode estar acontecendo?

Bem,eunãoseioquevocêtemnosresíduos.Este



87

é o problema ao usar dejetos, resíduos, você precisa saber o que tem nos resíduos e se você não sabe oque tem,nãoexisteuma resposta. Talvez vocêtenha um material que não é estável; sua reação está vindo de uma reação completamente diferente. Vocêtemquevoltarparaaminhapalestradeontem,você deve conhecer a mineralogia dos ingredientes que estão envolvidos, que estão nos resíduos das minas. Se você não os conhece, então você vai ter vários inconvenientes.

Pode-serealizarestedifíciltesteparaseentendera mineralogia?

Sim, é claro. Você temumproduto, umprodutogeológicosempre.Énecessáriorealizarpesquisasmineralógicas, portanto vá a um laboratório adequado para determinar a mineralogia de argilas e de rochas.

4. Normas para cimento geopolimérico e emissões de CO2

VocêencontranabibliotecadositedoGeopolymer Institute um relatório que pode ser baixado em que eu escrevi uma revisão do cimento geopolimérico, o que eu considerio ser o sistema correto e quais as considerações sobre o cimento geopolimérico. Não confunda com concreto geopolimérico.

Você sabeque eu estou sempre falandoque aspessoasfazemconfusãoentrecimentoeconcreto

geopolimérico. Estamos fabricando um cimento, um cimento geopolimérico que será usado para aglomerar os agregados e temos o concreto geopolimérico.Nósnãoestamosfazendoonossoconcreto adicionando outro tipo de ingrediente e fazendoconcretonamistura.Nósestamosfalandosobre o mercado do cimento geopolimérico, como no cimento Portland, que será fabricado e comercializadoparaconstrutoreseparaopúblicoem geral.

O problema que estamos enfrentando é o seguinte: as normas existentes para o cimento Portland não estão adaptadas para o cimento geopolimérico. Elas devem ser criadas por um comitê ad hoc. Sim, para isso, é necessário a existência de padrões paraocimentogeopolimérico.Vocênãopodecriarnormas se o seu cimento geopolimérico está sempre mudando.

Atualmente,cadatécnicofazsuaprópriaformulaçãobaseada emmatérias-primas locais (resíduos,subprodutos...).Vocênãopodeestabelecernormasassim.

E, essencialmente, para aqueles que estão tentando usar este material sem qualquer conhecimento padrão, mineralogia, química e assim por diante.



88

Portanto, existe uma necessidade de selecionar a categoria correta do cimento geopolimérico, que seráutilizadacomoumpadrãoeserádesenvolvidaindustrialmenteafimdeobteraprópriaaplicaçãono desenvolvimento que se designa.

Eporisso,em2012,noGP-Campeusugeriparaqueselecionassem duas categorias, ou seja, cimento geopoliméricoàbasedeescória/cinzas volantes,mas não pelo método convencional de ativação alcalina.Ascinzasvolantesestãodisponíveisnosprincipais países emergentes, mas na verdade o que recomendamos é selecionar a de classe F com menor teor de CaO, inferior a 4%. Este será o cimento geopolimérico padrão à base de escória/cinzasvolanteseobteremosasnormasapartirdele.E o segundo é o cimento geopolimérico à base de ferrossialato(similaraoàbasederocha),porqueestaéumamatéria-primageológicaqueestápresenteemtodosospaísesdomundo.Parafazermosasnormasnósdevemosencontrarmatérias-primasgeológicasque podem ser encontradas praticamente em qualquer lugar e eu sinto que os materiais geológicos à base de ferro são realmente encontrados em qualquer lugar.

Portanto, estes são os dois tipos de cimento geopolimérico que devem ser a base para a criação dessas normas.

Depois de ter falado sobre as normas, podemos continuar falando sobre um problema que é polêmico e que envolve o cimento Portland e cimento geopolimérico: a quantidade de emissões de CO2.

Essas discussões envolvem o que eu considero um assunto polêmico que é apoiado por algumas indústrias de cimento Portland. Os fatos são os seguintes: você tem vários artigos que foram publicados

alegando que o cimento geopolimérico não é melhor do que o cimento Portland em termos de emissões de CO2, o que é um absurdo. Para demonstrar que issoé válido,eles fazemacomparaçãoalegandoque é necessário considerar a emissão de CO2 como se você tivesse que fabricar tudo. Isto é, vocês que estãoproduzindoocimentogeopoliméricoàbasedecinzasvolantesteriamqueconsideraraquantidadede CO2emitidaseestivessemfabricandoascinzasvolantes. Esta é uma consideração totalmente errada,porqueacinzavolanteéumresíduoecomotalnãoprecisaserfabricada.Comomatéria-primapara o cimento geopolimérico é melhor voltarmos paraageologiaeéissoqueestamosfazendodefato.

Assim, calcularemos a redução de CO2 para o cimento geopolimérico à base de rocha. Nós não calcularemos a redução de CO2 para o cimento geopolimérico à base de metacaulim, porque este cimento não existe. O metacaulim não é usado para produzirumcimentogeopolimérico.Éusadoparaproduzirumligantegeopoliméricoparaaplicaçõesindustriais, mas não como cimento e aqueles que querempolemizarconoscoestãousando100%demetacaulimeafirmandoqueogeopolímeroàbasede metacaulim é pior do que o cimento Portland em termos de emissão de CO2. Isto é polêmico e está erradoenoinícioeufiqueichateado,masagoraissoé uma bobagem que eu nem levo em consideração e nem dou valor à dissolução.

Portanto, eu vou mostrar os dados que nós temos para o cimento geopolimérico genuíno à base de rochaque foi desenvolvidoa fimde reduzir aquantidade de metacaulim, a quantidade de álcalis e silicatos alcalinos que nós usamos no sistema. Conseguimos obter um sistema com quantidades reduzidas de silicato comparado como sistemaregular à base de metacaulim. E, claro, as reduções



89

de CO2 também estão nessa magnitude.

Então, o que temos? Dois cálculos, primeiro pegamos o resíduo sendo considerado sem alocação de CO2 e em segundo lugar, temos todos os ingredientes sendo fabricados. Iremos representar a quantidade de CO2 que seriam emitidas.

O primeiro caso consideramos a escória como um resíduoerealizamososcálculos.

Comparando o cimento geopolimérico sem necessidade de calcinação da rocha temos uma redução de 90% e com calcinação da rocha temos redução de 80% em relação ao cimento Portland.

No segundo caso, nós consideramos a fabricação da escória. Os numeros para a escória sao baixos, poisutilizamosnomáximo10a15%empesodeescória; por isso só temos 10% do que é emitido durante a produção do cimento Portland mesmo que estejamos fabricando a escória a 5000°C. Temos

uma redução de 80% se não houver necessidade de calcinação da rocha e com calcinação da rocha temos uma redução de 70% em relação ao cimento Portland.

Estas são as nossas genuínas reduções de CO2 se compararmos com a indústria de cimento Portland. No melhor caso eles alcançaram redução de 25% e com um verdadeiro cimento geopolimérico à base de rocha no pior dos casos, se tivermos que fabricar tudo, o que alcançamos é a redução de 70% das emissões de CO2 e o melhor caso, quando temos um resíduo a nossa disposição, então alcançamos de 80 a 90% de redução.

Quantoaocimentogeopoliméricoàbasedecinzasvolantes no pior caso, quando fabricamos a escória dealto-forno,temosreduçãode75%enomelhordos casos redução de 90% de CO2.



90


Qualasuadefiniçãoparacimentogeopoliméricoàbase de rocha? É um cimento que contém 80% de rocha, mas isto é um cimento, não é agregado. É umarochamuitofinaquefoimoídaemumtamanhogrande,entredezevintemícronse,paraquesejaadicionada uma pequena quantidade de metacaulim e de escória a este geopolímero para fornecer um cimento à base de rocha. E nós alcançamos até 150 MPa. Este é o capítulo 10 do meu livro.

Você pode dizer que o cimento geopolimérico éecologicamente correto ao longo de toda a sua vida? Oqueaconteceapósouso?Vocêpodereutilizarouse dissolvem sem afetar o meio ambiente?

Estamosfazendoumarochacujanaturezaéadecimentogeopolimérico.Oprodutofinaléumarocha,e temos análogos geológicos. Estamos recriando o queanaturezafaz.Assim,elepodeserreutilizadocomo agregado, pode ser triturado e assim por diante.Nós não introduzimos qualquer coisa noambiente apenas rochas.

Na sua opinião, qual é a diferença entre cimento geopolimérico e geopolímero regular?

Bem, geopolímero regular é... Isto não é umapergunta, porque eu não sei o que é um geopolímero regular. Geopolímero regular é um composto químico que eu encontro na pasta geopolimérica ou resina geopolimérica ou cimento geopolimérico...

é como se você me perguntasse qual é a diferença entre o poliestireno e polímero inorgânico, ambos são polímeros orgânicos. Portanto, um cimento geopolimérico é um sistema polimérico regular e você tem ligantes geopoliméricos regulares, mas você tem vários tipos, não há geopolímero regular. Geopolímero é um conceito que envolve várias unidades químicas diferentes e estruturas químicas. Lembre-sedaterminologiacomarazãoSi:Al, o que induzadiferentestiposdequímicageopolimérica,estruturas geopoliméricas.

O teste para o cimento geopolimérico à base de rocha é considerado perigoso para a saúde humana?

Não há poeira. Nós estamos triturando as rochas.

Nóspodemosusarascinzasvolantesdebiomassaparafazercimentogeopolimérico?

Se você queimar a biomassa... bem, se você obtera cinza volante regular forade suaqueimaqueé...nósnãoestamosfalandosobreascinzasde fundo,masdas cinzas volantesqueestãonafumaça e isso depende de sua temperatura. A verdadeira biomassa contém uma alta quantidade decarbonoeissosignificaqueatemperaturanãoésuficientementealta,edependendodoquevocêtem em sua biomassa ela poderá ser boa ou não. Porexemplo,acascadearrozéumabiomassaqueé calcinada; se a calcinação ocorre abaixo de 750°C você obtém um material muito reativo que pode ser usadoparafazersilicatodesódio,seéqueimadoem uma temperatura que é superior a 750°C você transforma este Si:Al=2 em cristobalita e que não é mais reativo.

Existe alguma informação sobre investimento, ferramentas necessárias para começar a fabricação do cimento geopolimérico, custos iniciais envolvidos?



91

Nãohárecomendação.Vocêtemquenosperguntare nós fornecemos.

Qual o teor de ferro do cimento geopolimérico de ferrossialato?

Até 40%.

VocêacreditaqueaindústriadecimentoPortlanddealguma forma está tentando boicotar as pesquisas do geopolímero?

Sim.

Você achaquehá algumamaneira de converteras linhas de produção do cimento Portland para a produção de cimento geopolimérico a fim de convencer a indústria a colaborar ao invés de desafiá-los?

Eunãodiriadesafiá-los.Eutrabalheicomgrandesempresas de cimento Portland na década de 1970; elas eram abertas e nós trabalhamos juntos. Eles desenvolveram patentes sobre cimento geopolimérico e começaram a vender cimento geopolimérico e eles não se importaram com o cimento geopolímero porque não eram obrigados a levar em consideração as suas emissões de CO2. Se você observar o que está acontecendo na Europa; a Comissão Europeia queria atacar a emissão de CO2 das indústrias de cimento Portland e tem havido um boicote e o trabalho é tão forte que na verdade eles adiaram a implementação de um imposto e assim por diante. Enquanto eles não forem obrigados a pagar alguma contribuição pelas emissões de CO2, eles não vão forçar uma pesquisa geopolimérica porquenãoprecisamdela.Pontofinal.Devehaverpessoasquetêmumdesafioouresidemnumpaísonde a questão ambiental é muito importante e que irão desenvolver este tipo de material e não aqueles que eles estabeleceram.

Porquenãosugeremumaclassificaçãodocimentogeopolimérico com base na resistência à compressão como o cimento Portland?

Sim,éclaro.Estassãoasnormas,masparafazerisso você precisa de um cimento padrão de primeira qualidade, se você não tiver um cimento padrão fabricado,vocênãopodeteranormalização.

Qualéasuaopiniãosobreautilizaçãoderesíduoscerâmicos para a preparação de geopolímeros?

Um resíduo cerâmico... isto vai depender da temperatura inicial, se for uma cerâmica à base de caulinita que tenha sido iniciada a 800°C, isto é praticamentemetacaulim e pode ser utilizadapara a preparação do geopolímero. Este poderia ser o tema da pergunta que você poderia enviar na próxima seção que se dedica ao cimento romano, que usa bastante resíduos cerâmicos no seu cimento e concreto.

5. Ciência Geopolimérica e Cimento Romano

Por que temos uma seção de arqueologia no nosso Geopolymer Institute?

Por que no site do Geopolymer Institute você tem a seção de arqueologia?

Porque precisamos dela. Porque a arqueologia, do meu ponto de vista, fornece datas dos elementos, dados, valores, tecnologias que foram usadas em tempos antigos, que são baseadas na tecnologia que eu considero estar relacionada com a ciência geopolimérica. Isto é o que eu descobri depois de ter desenvolvido as reações geopoliméricas em nosso laboratório. Precisávamos ter dados de durabilidade a longoprazoequandoeuolhei para o cimentoromano eu encontrei esses dados de durabilidade. É claro que eu não estava olhando para a parte pobre,



92

para o cimento romano barato que resulta apenas da carbonatação da cal ou de cal hidráulica. Estes edifícios foram feitos com estes materiais baratos e não existem mais; o que representa praticamente 95% do que foi construído a 2000 anos atrás. O que temos? Nos restantes 5% que ainda estão intactos e é sobre isso que estamos falando. Nós estamos falandosobreadurabilidadealongoprazodessesanálogos arqueológicos.

E é isso que eu tenho desenvolvido e testado e você vai encontrá-lo no site doGeopolymer Institute, você poderá ler sobre ele, sobre o cimento romano, sobre o alto desempenho do cimento romano e do concreto, o Coliseu, o Panteão e assim por diante.

pozolana, da forma como é entendido peloscientistasdecimento,masaverdadeirapozolanaitaliana natural, que tem uma mineralogia especial emsuaformação.Lembre-se,mineralogiaésempreimportante.

Assim, nós temos estudado esses análogos arqueológicos.Nósrealizamosnossoestudodentrode um programa que foi fundado por instituições europeiaschamadoGEOCISTEMefomosautorizadosa receber amostras de diferentes locais romanos e estudamos e comparamos com o nosso cimento geopoliméricomodernoquenósproduzimosusandomatérias-primas geológicas italianas, similares aque foram usadas pelos romanos e aplicamos nossa tecnologia moderna.

Todostêmsidoutilizadosepermaneceramintactosporque têm ingredientes muito especiais que foram adicionados a eles. Não é apenas uma simples

Nósutilizamos a espectroscopia de ressonânciamagnéticanuclearafimdecompararaestrutura.



93

Nós encontramos pelo menos duas amostras de cimento romano (ROM4eOST7G)cujoespectrode RMN do 29Si mostra as mesmas ressonâncias como para os cimentos GEOCISTEM. O espectro paraocimentoROM4(Opus Signinum)ésimilaraosespectros dos cimentos GEOCISTEM Ca01/Ca02. Esses cimentos GEOCISTEM Ca01 e Ca02 foram feitoscomMK-750 (oukandoxi)e tufoszeolíticos(tipophillipsita).OespectroparaocimentoOST7Gé equivalente ao cimento GEOCISTEM LA01 de tufo vulcânico. E vemos que temos a mesma estrutura, que podemos afirmar que este cimento que foi analisado pode ser considerado como sendo análogo arqueológico do nosso cimento moderno, o que significaquepodemosesperarterumadurabilidadealongoprazosimilardepelomenos2000anos.Estatem sido a nossa meta e nosso propósito.

Então, isso é o que temos feito e é isso que você encontra em várias publicações envolvidas e que você encontra em meu livro.

Eufiquei realmentemuito felizpor terconstatadoalguns meses atrás, em julho de 2013, o primeiro uso da American Ceramic Society, Ancient lessons: Roman concrete durable, green.

O que é isso? Eles estavam estudando concreto de 2000anosdequebra-marromanoqueconsistedepedra-pomes(inclusõesamareladas),lavaeoutros

materiaisvulcânicoscristalinos(manchasescurase cinzas) e cal (branca). E eles encontraramsobmicroscopia eletrônica de varredura cristais que eles chamaram de tobermorita de alumínio que acreditavam prover durabilidade e propriedades mecânicas superiores do concreto romano exposto à água do mar.

Assim, eles encontraram um mineral que é muito especial e eles analisaram-no. Quem? Novediferentes laboratórios fortemente envolvidos em engenheria civil e com a ciência do cimento Portland. O artigo publicado no Journal of American Ceramic Society, em 2013, “Material and Elastic Properties of Al-Tobermorite in Ancient Roman Seawater Concrete”.

A tobermorita é muito importante na ciência do cimento Portland porque é um mineral natural que é usado como um modelo para o CSH, que é o que nós obtemos durante a hidratação do clínquer.

Então, eles tinham um cimento, um cimento romano que era supostamente para ser tobermorita mas com inclusões muito especiais nele, e isso é o que eles escreveram: “As diferenças provavelmente resultam da presença de cátions adicionais, Al3+ e pequenas quantidades de Na+ e K+ na estrutura cristalina da tobermorita de Al da Baianus Sinus.



94

Os ambientes de ligação da substituição do Al3+

por Si4+ na rede cristalina descrita por estudos de RMN indicam comprimentos de cadeia de silicato longaseligaçõescruzadastetraédricaspenetrantesda camada intermediária de silicato com Q2/Q3 total de cerca de 2,59. Em outras palavras, temos comprimentos de cadeia de silicato longas e baixa relação Ca/(Si+Al)quesugeremaltograude polimerização e energia de ligaçãoSi4+ que normalmenteproduzpastadecimentoforte.

Quando li este jargão do cientista de cimento, isto é para mim a ligação sialato geopolimérica que temos em nosso sistema. Assim, apenas mudando a terminologia, eles escreveram isto. Eles descobriram oquenósjáafirmávamoshádécadas.

Lembra-sedaterminologiageopolimérica,Si:Al=1, Si:Al=2, Si:Al=3 e Si=Al>3, nós temos a ligação sialato, cadeia de Si-O reticulada com ligação Si:Al.


Vocêachaquea engenharia estrutural diferentedos povos da Antiguidade poderia ser responsável pela longa durabilidade dos monumentos, paredes autoportantes versus colunas e vigas?

Bem,nósnãoestamos falandosobreengenhariaestrutural, nós estamos falando sobre concreto. Nós não estamos falando sobre o uso de pedras ou colunas e assim por diante. Esses monumentos foram feitos de concreto.

Os cimentos romanos são baseados na ativação do cálcio e potássio no sistema geopolimérico?

Ocimentoromanoébaseadonacalqueseráinduzidaporcausadapresençanapozolanadeálcalis,istoalimentará os álcalis que irão reagir e entrar no sistema. Isto é devido à presença da cal. A cal não está endurecida; em primeiro lugar, é muito tempo, acalestádestruindoamicroestruturadapozolanaeos elementos estruturais mineralógicos que contêm os álcalis; os sílico-aluminatos alcalinos serãotransformados nos ingredientes geopoliméricos reativos. Isto leva tempo e isto explica por que este tipo de cimento não endurece muito rápido, leva mais tempo do que os nossos geopolímeros regulares.

Vocêmencionou o granito como um compostonatural para uma mistura de cimento. Poderia o basaltoserumcompostoutilizável?

Sim, é claro. Alto teor de alumínio? Sim, é claro.

Quais as diferenças fundamentais entre as formulações padrões dos egípcios e romanos?

Bem,aprincipaldiferençaéqueosromanosestavamproduzindo um cimento, enquanto os egípciosestavam apenas misturando seus elementos geológicos pela adição de álcalis naturais como os



95

carbonatos de sódio e uma pequena quantidade de cal e a reação acontecia no local. Eles estavam fazendo um concreto sem fabricar o cimento. Oconcreto,ocimentofoiproduzidonolocal,enquantoos romanos fabricavam o cimento pela mistura da cal comaspozolanas;elestinhamprimeiroocimentoquefoiusadoparaproduziroconcreto.

O geopolímero de cálcio e potássio pode ser consideradoumapozolanasintética?

Sim.

Quais as irregularidades do método em termos de coletadematérias-primas?

Você está falando sobre os romanos, os antigosromanos...Bem,elesaprenderam,elestiveramumprofessor que lhes ensinou de onde vinham os seus materiais geológicos, o que está muito preciso na descrição no texto em latim.

Esseéofimdaminhapalestra.Achoqueaprenderammuito durante esses dois dias. Obrigado e volte para o próximo Webinar para continuar a aprender sobre os bons sistemas e tentar entender a química geopolimérica.

Webinar Outono 2013 - geopolymer.com.br · E o título da minha apresentação foi ... temos a...

Documents

Transcript of Webinar Outono 2013 - geopolymer.com.br · E o título da minha apresentação foi ... temos a...