Origem do cimento geopolimérico

Origem do cimento
geopolimérico
1
Histórico
A ativação alcalina de aglomerantes hidráulicos à base
de cimento Portland e escórias de alto-forno vem sendo realizada com sucesso desde a década de 40 em
vários países do mundo. A potencialidade do uso dos
álcalis abre novas oportunidades para a obtenção de
cimentos especiais, com propriedades distintas daquelas apresentadas pelo cimento Portland convencional.
Pesquisadores da Ucrânia, Glukhovsky e Kryvenko,
têm trabalhado no desenvolvimento de cimentos álcali-ativados desde os anos 50. A partir da década de
80, um pesquisador francês, Professor Joseph
Davidovits, criou os geopolímeros, aplicando técnicas
similares àquelas usadas na síntese de zeólitas.
Os chamados geopolímeros ou polissialatos, terminologia adotada para abreviatura de poli-silicoaluminatos, foram descritos pela primeira vez em patentes pelo Prof. J. Davidovits em 1981, onde são apresentados vários exemplos de mistura de reagentes e
processos de obtenção. Os polissialatos apresentam
características particulares que revelam o seu grande
potencial de aplicação como aglomerante, em substituição ao cimento Portland. Segundo o autor, trata-se
de uma adaptação moderna dos processos de estabilização de solos cauliníticos ou lateríticos com cal
(Ca[OH]2), feita pelos antigos Romanos e Egípcios na
confecção de peças estruturais. Em sua publicação,
intitulada ‘’The Pyramids: An Enigma Solved”, afirmou
que as grandes pirâmides do Egito foram erguidas, há
4.500 anos, com blocos moldados com este material.
Estudos mineralógicos e químicos constataram que os
blocos não são de pedra calcária natural, e sim de um
concreto feito a partir da mistura de pedregulhos de
calcário caulinítico oriundos de Gizé comNaOH, produzido in situ pela mistura de cal (Ca[OH]2), barrilha
(Na2CO3) e água. Segundo as análises, as pedras
calcárias naturais são compostas por folhas fossilizadas
dispostas paralelamente entre si, em camadas
sedimentares.
Nos blocos das pirâmides, no entanto, as camadas
são orientadas aleatoriamente, como ocorre quando
pedregulhos de calcário são aglomerados dentro do
concreto. Realmente a composição química das pedras das pirâmides é similar a das estruturas
geopoliméricas feitas pelo homem atualmente. Estudos de difração de raios X de amostras removidas dos
blocos das pirâmides de Cheops, Chefren, Teti e
Sneferu indicam que a calcita (CaCO3) é a fase cristalina predominante. Entretanto, um material amorfo
composto por silicatos e aluminossilicatos complexos
e um material criptocristalino (zeólita do tipo analcima,
Na 2 O.Al 2 O 3. 4SiO 2 .2H 2 O),
acompanham
a
microestrutura.
Estes compostos também são comumente encontrados em amostras de estruturas antigas existentes na
Grécia, Chipre e Itália, algumas com quase 9.000 anos
de idade e em outras estruturas do período da Antiguidade. Considera-se que a excelente durabilidade dessas estruturas está relacionada com a existência de
tais compostos.
A preservação das pirâmides através de milhares de
anos é a prova da extrema durabilidade dos materiais
geopoliméricos.
Um novo cimento polimérico inorgânico à base de
filossilicatos naturais, de ultra-alta resistência inicial e
curável à temperatura ambiente chamado cimento
geopolimérico, foi desenvolvido a partir destes estudos, pela variação das razões molares entre os seus
principais óxidos reagentes.
Essas características físico-químicas garantem propriedades especiais, como: pega rápida, boa
trabalhabilidade, coesão e acabamento superficial, que
são observadas no estado fresco, associadas ao rápido desenvolvimento de resistência mecânica e dureza superficial. Outras propriedades de destaque são:
resistência ao ataque químico, ao calor, a chama e a
melhor tenacidade à fratura quando reforçado por fibras.
http://www.geopolymer.com.br
1
Origem do cimento
geopolimérico
2
Descrição
Os geopolímeros são polímeros inorgânicos cuja obtenção se dá pela polimerização de matérias primas
naturais de origem geológica contendo
aluminossilicatos. O termo foi introduzido por
Davidovits para representar polímeros minerais resultantes da geoquímica. O processo de polimerização
envolve a reação química sob condições altamente
alcalinas dos minerais Al-Si, produzindo a ligação
polimérica Si-O-Al-O, como descrito abaixo:
Mn [- (Si – O2)z – Al – O ]n . wH2O
Onde “M” é o elemento alcalino, o símbolo “–” indica a
presença de uma ligação, “z” é 1, 2 ou 3 e “n” é o grau
de polimerização.
O produto formado pode ser considerado uma rocha
sintética cuja estrutura contém uma rede tridimensional
amorfa de átomos de silício e alumínio.
A composição química dos materiais do geopolímero
é similar a das zeólitas cristalinas, mas eles revelam
uma estrutura atômica amorfa.
O processo de polimerização pode ser assistido por
aplicação de calor seguido de secagem. A reação química é rápida e a cura inicial requer um período entre
24 a 48 horas.
3
Vantagens
Todo profissional que se deparar pela primeira vez com
o concreto de cimento geopolimérico, se surpreenderá com a performance deste tipo de cimento. Mesmo aqueles que têm acesso aos concretos de cimento
Portland de alto desempenho, encontrarão no cimento geopolimérico uma ferramenta adequada para os
desafios mais arrojados na execução de determinadas obras, pois, qual cimento possibilita a liberação
para uso em apenas 4 horas, de um concreto de até
20 MPa. Esta é uma das principais propriedades do
cimento geopolimérico. Também apresenta comportamento superior em várias propriedades do cimento
Portland, o que faz deste cimento, não apenas um
substituto nos concretos e argamassas tradicionais,
mas sim um produto de características muito especiais, para ser utilizado nas condições onde as propriedades do cimento Portland são insuficientes.
4
Características
É um material considerado de baixo impacto ambiental,
contribuindo para o desenvolvimento ecológico.
Além das altas resistências iniciais, as principais propriedades do concreto de cimento geopolimérico, que
superam os concretos tradicionais, são as resistências às altas temperaturas, ao choque térmico, à corrosão química e à abrasão.
O cimento geopolimérico não é obtido pela fusão de
calcário e argila como o cimento Portland e sim formado pela reação química a temperaturas ordinárias
de resíduos e material virgem contendo quantidades
suficientes de componentes reativos de alumina e
sílica.Os materiais geopoliméricos são favoráveis ao
meio ambiente e necessitam somente de energia moderada para ser produzido. Eles também podem ser
produzidos usando subprodutos disponíveis na indústria como material fonte. No concreto de cimento
geopolimérico, a pasta geopolimérica serve para
aglutinar os agregados graúdos e miúdos e qualquer
material não reativo.
Possui características especiais, pois foi desenvolvido com tecnologia inovadora, empregando principalmente argilominerais naturais e sintéticos de forma
distinta em relação à indústria cimenteira tradicional,
que tem como principal fonte, matéria calcária para
gerar o Clínquer Portland. Essa nova tecnologia contribui amplamente para diminuição do impacto
ambiental, já que há queda de 80% de emissão de
gás carbônico para a atmosfera.
http://www.geopolymer.com.br
2
Origem do cimento
geopolimérico
Outra característica relevante é que, apesar de ser à
base de água, os produtos de reação não são hidratos
cálcicos como nos cimentos convencionais. Isto traz
como conseqüência a formação de uma matriz amorfa,
mas estável quimicamente. Assim, possui excelente
durabilidade, não sofrendo os processos intensos de
degradação que são observados nas estruturas realizadas com cimento convencional.
superior às observadas nas microestruturas dos diversos tipos de concreto de cimento Portland, cuja
interface é formada por uma zona de transição porosa
e rica em hidróxido de cálcio, que é um material frágil
e de baixa resistência.
Esse cimento também não explode sob ação de chamas. Não há emissão de vapores e tem elevada resistência ao calor.
É um cimento com resistência à flexão e também à
tração superiores aos convencionais, além de ser,
imune, a reações álcali-agregado. Tem melhor acabamento, que em muitos casos proporcionará redução
significativa de custos com eliminação dessa etapa
na produção da peça.
O fato de apresentar ultra-alta resistência inicial pode
ser a solução para trabalhos que exigem rápida liberação para o uso, tais como obras em pistas de aeroportos, vias de tráfego intenso e paradas rápidas para
manutenção industrial. Produtos pré-formulados, com
base em cimento geopolimérico, apresentam resistências à compressão maior que 15 MPa a 20°C e
22,5/24 MPa a 23,5/25°C em 4 horas após a sua aplicação. Aos 28 dias, podem ultrapassar 100 MPa. O
calor radiante acelera a pega e o endurecimento (a
65°C apresenta em 1 hora 6,89 MPa e em 4 horas
41,34 MPa).
A resistência à abrasão dos concretos de cimento
geopolimérico, feitos com agregados densos, é o dobro daquela apresentada pelos concretos de cimento
Portland. Esta superior resistência à abrasão se iguala a dos granitos de melhor qualidade. A principal razão da sua alta resistência à abrasão, com o uso deste tipo de agregado, é que, além do alto grau de dureza, este agregado desenvolve afinidade química durante a geopolimerização do cimento, promovendo ligação química entre a pasta e o agregado. A qualidade desta ligação (interface pasta-agregado) é muito
http://www.geopolymer.com.br
3