Estudo Cinético da degradação química do cimento Portland e avaliação do impacto da sua temperatura de armazenamento em propriedades morfológicas e de resistência à compressão de argamassas sustentáveis

Abstract

O cimento Portland é um material inorgânico composto por óxidos, silicatos e aluminatos que possui uma Química considerada complexa. Vale destacar que esse material inorgânico é um dos mais utilizado pela humanidade. O mercado global de cimento Portland é gigantesco, com produção de mais de 2,6 bilhões de toneladas/ano. Portanto, elucidar novas características de sua complexa química, é algo de fundamental importância. Neste sentido, os objetivos deste trabalho perpassam pela proposição de um novo formalismo teórico da Cinética da degradação do cimento armazenado em diferentes temperaturas em ambientes úmidos, tais como, regiões tropicais. Também se constitui objetivo deste trabalho a avaliação do impacto destas diferentes condições de armazenamento do cimento em propriedades químicas, estruturais, microestruturais e mecânicas de materiais compósitos inorgânicos de argamassas preparadas. Desta forma, um conjunto contendo um formalismo químico associado à degradação do cimento Portland armazenado em ambiente úmido e com temperaturas distintas (10°C, 30°C e 50°C) foi proposto. Para isto, foram investigadas características cinéticas associadas ao mecanismo, no qual o ganho de massa do material armazenado ao longo do tempo de sua validade foi monitorado. Os resultados revelaram que em todos os casos a mesma reação de degradação parece ocorrer: CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(l). O mecanismo desta reação de hidratação ocorre a partir de uma Cinética de primeira ordem, e as diferentes temperaturas afetam a taxa de velocidade desta reação. No caso, as taxas de velocidade da deterioração do cimento Portland armazenado em ambientes úmidos podem ser ordenadas da seguinte forma: kcimento a 10°C < kcimento a 50°C < kcimento a 30°C. Adicionalmente, para minimizar a velocidade de deterioração do cimento armazenado em condições úmidas, temperaturas quentes parecem ser mais promissoras para serem aplicadas em vez de condições ambientais, que são frequentemente utilizadas. Posteriormente, foram investigados os impactos de diferentes temperaturas de armazenamento do cimento em propriedades químicas, estruturais, microestruturais, mecânicas de um conjunto de três tipos de materiais cimentícios (A, B e C). Os resultados de DRX revelaram que a formação das principais fases de materiais cimentícios, tais como as argamassas estudadas, não é afetada pela temperatura de armazenamento do cimento. Isto ocorre porque o produto gerado da degradação do cimento é equivalente ao produto gerado a partir da sua hidratação. No entanto, as argamassas sustentáveis apresentaram mudanças em relação ao sinal da fase CSH ao considerar a utilização de cimento armazenado por 90 dias sob temperatura de 30 ºC. Isso pode ter sido resultado da incorporação do resíduo cinza na matriz cimentícia. Em relação às propriedades químicas e microestruturais, experimentos de MEV/EDS revelaram mudanças em termos da proporção entre os elementos Ca, Si e O nos compósitos estudados devido às diferentes temperaturas de armazenamento do cimento. Finalmente, no que diz respeito à resistência à compressão impactos significativos foram obtidos para as argamassas sustentáveis, em que a incorporação de resíduo compensou o efeito negativo da degradação do cimento. Em especial, a argamassa do tipo C, que quando preparada com cimento armazenado à 50°C, um aumento de 38% na resistência à compressão foi verificado. Para este caso, a argamassa apresentou uma resistência à compressão média de 6,6 MPa, uma argamassa com desempenho equivalente à argamassa de referência preparada com adição de 10% de resíduo sólido.