Résultats de simulation

 Definição das composições e processo de mistura

Inicialmente foram estudadas pastas obtidas a partir do pó cerâmico (PC) com partículas menores que 0,15 mm (fração que apresentou melhor reatividade no capítulo anterior) e cal hidratada CH-III. A partir dos resultados obtidos no ensaio

de espectroscopia de fluorescência de raios X das matérias-primas foram definidas as misturas entre o pó cerâmico e a cal hidratada (composições 1 a 5).

As composições resultaram em relações SiO2/CaO entre 0,5 e 5,0, de

acordo com o intervalo utilizado na literatura atual sobre o tema (apresentado na Tabela 5). O cálculo das proporções entre o pó cerâmico e as relações obtidas são detalhados na Tabela 10.

Tabela 10 - Composições planejadas experimentalmente em função da relação molar da mistura de pó cerâmico e cal hidratada

Composição

Relação Teor

SiO2/CaO Cal CH-III Pó

Cerâmico C1 0,500 70,5% 29,5% C2 1,625 41,1% 58,9% C3 2,750 28,9% 71,1% C4 3,875 22,1% 77,9% C5 5,000 17,8% 82,2%

Fonte: Autoria própria (2017)

De forma semelhante, além da relação SiO2/CaO calculada para as

composições, consequentemente, foi possível estabelecer diferentes relações molares e atômicas entre os componentes das pastas, que também poderiam ser estudadas. Estas relações são apresentadas na Tabela 11.

Tabela 11 - Valores das relações molares e atômicas das composições calculadas Composição

Relação molar entre óxidos Relação atômica

𝑺𝒊𝑶𝟐 𝑪𝒂𝑶 𝑪𝒂𝑶 𝑨𝒍𝟐𝑶𝟑 𝑺𝒊𝑶𝟐 𝑨𝒍𝟐𝑶𝟑 𝑺𝒊𝑶𝟐 (𝑪𝒂𝑶 + 𝑴𝒈𝑶) 𝑺𝒊 𝑪𝒂 𝑪𝒂 𝑨𝒍 𝑺𝒊 𝑨𝒍 C1 0,50 3,68 1,84 0,32 0,23 14,77 3,39 C2 1,63 1,09 1,78 1,04 0,74 4,39 3,27 C3 2,75 0,64 1,77 1,75 1,26 2,58 3,25 C4 3,88 0,46 1,76 2,45 1,78 1,83 3,24 C5 5,00 0,35 1,76 3,14 2,29 1,41 3,24

Fonte: Autoria própria (2017)

O teor de água deionizada utilizada para as composições das pastas calculadas (Tabela 10) foi definido com base no índice de consistência da pasta padrão com o auxílio da sonda de Tetmajer conforme instruções da NBR NM 43

(ABNT, 2002), normalmente utilizada para cimento Portland na determinação da quantidade de água9_{. No estudo foi utilizado água destilada e as misturas foram}

realizadas em argamassadeira (EMIC, modelo AG-5).

Antes do processo de mistura previsto pela norma, foi realizada a maturação da cal hidratada, cujo processo consiste em preparar, com antecedência de 16 a 24 horas, uma pasta de cal hidratada. Para isso, deve-se misturar a cal hidratada e a água em velocidade baixa durante 4 minutos, no recipiente do misturador. Na sequência, a massa do material preparado deve ser medida. Após o intervalo de maturação, deve-se medir novamente o material preparado e acrescentar água correspondente à eventual perda por evaporação. Somente então, deve ser acrescentado o resíduo cerâmico em quantidades definidas a partir da composição escolhida e proceder os demais métodos de mistura previstos pela NBR NM 43 (ABNT, 2002).

Testes iniciais, sem a maturação da cal hidratada, se mostraram de difícil determinação da quantidade de água necessária à mistura, uma vez que ocorria grande variação no índice de consistência de pastas com a mesma quantidade de água.

O processo de maturação é exigido no preparo de argamassas de cal pela NBR 7200 (ABNT, 1998), que trata da execução de revestimento de paredes e tetos de argamassas inorgânicas, e pela ABNR NBR 13276 (2005) que especifica o preparo da mistura e determinação do índice de consistência de argamassas (flow-

table). A aplicação desta técnica se faz necessária uma vez que o hidróxido de

cálcio na forma de cal hidratada seca se apresenta na forma lamelar imperfeitamente cristalizado. Por isso, é necessário adicionar água à cal hidratada mantendo-a solubilizada durante um determinado tempo para completar a dissociação e desenvolver plasticidade (GUIMARÃES, 1998).

Os tempos adotados para a mistura das pastas, para a determinação da quantidade de água e para a moldagem das amostras são apresentados na Figura 20.

9 _{Considera-se como consistência ideal a pasta com quantidade de água que permita que}

Figura 20 - Tempo de mistura utilizado na produção das pastas Fonte: Autoria própria (2017)

De acordo com a lei de Abrams, o teor de água da amostra, ou seja, a relação água / aglomerante influencia na resistência mecânica à compressão das amostras, devido ao aumento da porosidade causada pelos vazios deixados pela água de amassamento (MEHTA; MONTEIRO, 1994). Contudo, para estudos de reatividade de aglomerantes e adições minerais é indicado manter o valor da consistência constante (FACHINI, 2010; GOBBI, 2014), uma vez que a variação dos teores de materiais com alta superfície específica nas misturas é capaz de aumentar a demanda de água. Assim, a fixação da relação água / materiais secos pode impossibilitar a moldagem devido a baixa trabalhabilidade da pasta ou ainda interferir na reação entre as partículas aglomerantes.

 Avaliação das pastas no estado fresco

Além do ensaio do índice de consistência, descrito anteriormente, também foram realizados no estado fresco das composições os ensaios de tempo de início e fim de pega, calorimetria e difratometria de raios X.

 Estudo da condição de cura

Após a realização dos estudos no estado fresco, as 5 composições foram avaliadas quanto a resistência mecânica à compressão após 48 h da moldagem, sob diferentes condições de cura. Para o controle da temperatura e umidade foi utilizada uma câmara climática (Feutron, modelo 3423/16) capaz de controlar a umidade ambiente e a temperatura interna simultaneamente, por meio de um microprocessador. Uma hipótese era que o processo de geopolimerização estaria relacionado à expulsão de água ainda no estado fresco conforme modelo

Adição da água na cuba Adição da cal (30 s) Mistura em velocidade lenta (4 min) Repouso da solução (16 h) Adição da água evaporada e do pó cerâmico (30 s) Mistura em velocidade lenta (30s) Após desligar o misturador raspar a cuba (15 s) Mistura em velocidade alta (60 s)

apresentado por Duxson et al. (2007). Por isso, foram consideradas as seguintes condições antes da avaliação da resistência à compressão das pastas:

 Condição 1: amostra mantida por 24 horas em condições ambiente (T = 23 ºC e UR = 60%), com posterior desmoldagem e cura ambiente (T = 23 ºC e UR = 60%) nas 24 horas seguintes.

 Condição 2: amostra mantida por 24 horas em condições ambiente (T = 23 ºC e UR = 60%), com posterior desmoldagem e cura térmica (T = 60 ºC e UR = 60%) nas 24 horas seguintes.

 Condição 3: cura térmica iniciada na amostra durante 24 horas em câmara climática (T = 60 ºC e UR = 60%), com posterior desmoldagem seguido de cura térmica nas mesmas condições pelas 24 horas seguintes.

Desta forma, foi considerada uma cura em condições ambientais (Condição 1), um processo de cura térmica após o fim de pega (Condição 2) e um processo de cura térmica com início antes da pega (Condição 3). A temperatura de 60 ºC foi adotada para o estudo preliminar por ser um valor próximo ao utilizado na literatura (item 2.3.3)

A moldagem dos corpos de prova foi realizada em moldes com dimensões reduzidas de PVC com 16 mm de diâmetro interno e 32 mm de altura, Figura 21, visando minimizar os efeitos de retração da pasta na resistência mecânica à compressão. A presença de uma placa de vidro nas extremidades dos moldes evita a perda de água da amostra.

Figura 21 - Molde de PVC utilizado na confecção das amostras álcali-ativadas Fonte: Autoria própria (2017)

Os corpos de prova foram moldados com o auxílio de um saco plástico de confeitar, realizando o preenchimento em duas camadas e 30 quedas manuais de aproximadamente 2 cm de altura - visando a expulsão do ar das amostras e o correto adensamento. O adensamento foi adaptado de metodologias utilizadas em pastas de cimento Portland e argamassas de revestimento. Na Figura 22 são apresentadas amostras das composições antes de serem ensaiadas.

Figura 22 - Composições de pó cerâmico álcali-ativado após desmoldagem Composição 1, 2, 3, 4 e 5 (da esquerda para a direita)

Fonte: Autoria própria (2017)

 Estudo da temperatura e umidade de cura

Para o estudo da umidade e temperatura de cura foi elaborado um planejamento experimental do tipo fatorial completo com 2 fatores e 3 níveis (32₎

com duas repetições do ponto central. Foi utilizado o programa STATISTICA 12 para o cálculo e análises realizados, totalizando 11 corridas (Figura 23).

A partir dos resultados que serão melhor discutidos no item 6.2.2, foi verificado que a composição 3 (relação SiO2 / CaO = 2,75) apresentou na

Condição 2 o melhor desempenho mecânico. Portanto, esta foi a composição utilizada na avaliação do temperatura e umidade relativa de cura.

Considerou-se como limites inferior e superior de temperatura T = 30 e 90 ºC, respectivamente e limites inferior e superior de umidade relativa UR = 30 e 90%, respectivamente.

Figura 23 - Combinações temperatura x umidade relativa avaliadas na cura Fonte: Autoria própria (2017)

Optou-se por trabalhar com a avaliação da resistência à compressão da composição 3 no planejamento fatorial, uma vez que esta foi a composição que apresentou melhor desempenho mecânico no estudo da condição de cura. Manteve-se a condição 2 (cura térmica após fim de pega) como método adotado para a aplicação da cura ao longo do trabalho.

 Avaliação da pasta no estado endurecido

A partir da análise da superfície de resposta, devido ao melhor desempenho mecânico à compressão da composição 3, optou-se por avaliar pastas curadas a T = 77ºC e UR = 90%. Para a avaliação em idades superiores a 48h as amostras foram mantidas na condição ambiente (T = 23 ºC e UR = 60%) após serem retiradas da câmara climática.

As amostras tiveram a resistência à compressão avaliadas aos 2, 7 e 28 dias. Os ensaios de microscopia eletrônica e espectroscopia na região do infravermelho foram realizadas nas amostras aos 28 dias de idade. Para estes ensaios a amostra sofreu o processo de paralisação das reações.

20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 20 30 40 50 60 70 80 90 100 U m id a d e a m b ie n te ( % ) Temperatura (ºC)