Estudo da viabilidade da substituição parcial do metacaulim por agregados minerais pulverizados atuando como precursores em geopolímeros

Abstract

Sabe-se que a reação álcali-agregado (RAA) é um mecanismo de degradação que ocorre em estruturas de concreto de cimento Portland. Esta desencadeia em tensões internas na peça devido a formação de um gel expansivo derivado da interação entre os álcalis presentes na pasta de cimento hidratada com a sílica reativa de alguns agregados quando em contato com umidade, resultando em fissuras e danos. Um material cimentício capaz de reduzir a RAA são os geopolímeros. Atualmente, existem diversas formulações e metodologias para obtenção de geopolímeros, sendo que uma das formas mais simples de obtenção é pela reação entre aluminossilicatos amorfos, como o metacaulim e as cinzas volantes, em soluções a base de silicatos e hidróxidos alcalinos. Desta forma, este trabalho tem como objetivo a análise da utilização de agregados naturais como precursores em geopolímeros a fim de observar suas interações com o sistema alcalino proposto. O uso desses materiais poderá afetar as propriedades físicas e mecânicas do compósito, tais quais as fases morfológicas da sua microestrutura. Para isso, foram utilizados metacaulim e dois agregados pulverizados, sendo estes caracterizados por fluorescência de raio X (FRX) e difração de raio X (DRX). Para a produção dos corpos de prova, os agregados substituíram o metacaulim em volume nas proporções de 12,5%, 25%, 37,7% e 50%. Os corpos de prova foram submetidos aos ensaios de resistência à compressão diametral e axial aos 7 e 28 dias de cura. Além disso, foram determinadas a absorção de água e amostras foram desenvolvidas para análise de microscopia eletrônica de varredura com intuito de investigar suas microestruturas, além do ensaio de massa específica para os precursores. Foram realizados ensaios de DRX das amostras para identificar as fases cristalinas assim como foi utilizado espectroscopia por dispersão de elétrons (EDS) para análises quali-quantitativas dos produtos formados, através do ensaio de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados obtidos indicam uma redução da resistência mecânica dos geopolímeros com o uso dos agregados como precursores, sendo a principal hipótese a de a reatividade do agregado não ser suficiente.

It is known that the alkali-aggregate reaction (AAR) is a degradation mechanism that occurs in Portland cement concrete structures. It triggers internal stresses in the piece due to the formation of an expansive gel derived from the interaction between the alkalis present in the hydrated cement paste with the reactive silica in the aggregates when in contact with moisture, resulting in cracks and damage. As an alternative to mitigate the reaction, there are geopolymers. Currently, there are several formulations and methodologies for obtaining geopolymers, and one of the simplest ways to obtain them is through the reaction between amorphous aluminosilicates, such as metakaolin and fly ash, in solutions based on silicates and alkaline hydroxides. Therefore, this work aims to analyze the use of natural aggregates as precursors in geopolymers in order to observe their interactions with the proposed alkaline system. The use of these materials may affect the physical and mechanical properties of the composite, such as the morphological phases of its microstructure. For this, metakaolin and two pulverized aggregates were used, which were characterized by X-ray fluorescence (XRF) and X ray diffraction (XRD). For the production of the specimens, the aggregates replaced metakaolin in volume in the proportions of 12.5%, 25%, 37.7% and 50%. The specimens were subjected to diametral and axial compression resistance tests at 7 and 28 days of curing. Furthermore, their specific mass, water absorption were determined and samples were developed for scanning electron microscopy analysis in order to investigate their microstructures. XRD tests will be carried out on the samples to identify the crystalline phases, as well as electron dispersion spectroscopy (EDS) will be used for qualitative and quantitative analyzes of the products formed, through the scanning electron microscopy (SEM) test. The results obtained indicate a reduction in the mechanical resistance of geopolymers with the use of aggregates as precursors, the main hypothesis being that the reactivity of the aggregate is not sufficient.