Avaliação dos Teores de Diferentes Compostos de Enxofre em Argamassas/Concretos

Transcrição

1 XXXI Seminário Nacional de Grandes Barragens Avaliação dos Teores de Diferentes Compostos de Enxofre em Argamassas/Concretos lana P. Marcelino; José M. Calixto; Adriana G. Gumieri; Maria C. Ferreira; Claudia L. Caldeira; Marcos V. Silva e Anna L. Costa Escola de Engenharia - UFMG calixto@dees.ufmg.br

2 Introdução A construção de barragens de concreto demanda elevado volume de materiais e questões econômicas praticamente obrigam a utilização das rochas localizadas nos arredores da obra. Alguns componentes das rochas são tidos como deletérios para o concreto, o que é o caso dos sulfetos de ferro. Sulfetos de ferro + pasta produtos expansivos tardios. Etringita (ampliação de vezes)

3 Introdução Restrição na utilização de agregados contendo compostos de enxofre. Normas existentes são extremamente conservadoras quanto ao uso desses tipos de agregados. Diante disso surge o questionamento de se avaliar se qualquer tipo de composto de enxofre presente no agregado tem potencial deletério ao concreto ou se o tipo desse enxofre pode fazer diferença.

4 Objetivo Utilizando amostras de rochas da UHE de Irapé, desenvolver uma metodologia para definir a quantidade de enxofre e a origem deste em argamassas produzidas com esses agregados.

5 Agregados Furos de sondagens da UHE de Irapé Formação rochosa de Irapé Predominantemente xisto com presença de sulfetos de ferro (pirita e pirrotita) e veios de quartzo

6 Agregados Abertura da peneira (mm) Porcentagem retidas final obtida no peneiramento Porcentagem retida utilizada nas argamassas 6,3 7, ,8 28,4 26,9 2,4 20,1 26,4 1,2 14,1 17,4 0,6 7,0 9,3 0,3 3,4 3,9 0,15 3,9 4,4 0,1 2,7 2,7 <0,10 8,6 9,0

7 Metodologia Caracterização dos Materiais AGREGADOS Avaliar qualitativamente e quantitativamente a presença de pirita e de pirrotita. Espectroscopia RAMAN Espectrômetro RAMAN Combustão direta (com detecção por infravermelho) LECO CS 632 Amostras de agregado para o ensaio de combustão direta e equipamento LECO

8 Metodologia Caracterização dos Materiais AGREGADOS - Microestrutura Teores de pirrotita e pirita: dissolução e lixiviação Dissolução da pirrotita solução de ácido clorídrico (HCl); LECO - teor de enxofre proveniente da pirita; Diferença entre o teor inicial total de enxofre e o teor de pirita = teor de pirrotita; Verificação da metodologia: dissolução de pirita com água régia.

9 Metodologia Caracterização dos Materiais Cimento CP V-ARI fornecido pela Companhia Nacional de Cimento; Teor de enxofre LECO. Água Fornecida pela COPASA; Teor de SO 4 determinado por cromatografia de íons;

10 Metodologia Argamassas Composição NBR Traço em massa 1:2,25 (cimento:agregado) Relação água/cimento 0,47.

11 Argamassas Metodologia Estado endurecido: três condições de exposição lcâmara úmida l Temperatura de 23 C ± 2 C ltanque com solução de Ca(OH) 2 l Temperatura Ambiente Temperatura de 50 C ± 2 C

12 Metodologia Microestrutura: Avaliação ao longo do tempo Teor S total Ensaio de combustão direta (LECO CS 632) Teor S pasta Ensaio no LECO Teor Pirita Dissolução HCl Ensaio no LECO Teor Pirrotita = Teor S total Teor Pirita Teor S pasta Teor Pirita Dissolução água régia Ensaio no LECO Análise por microscopia eletrônica de varredura

13 Metodologia Macroestrutura: Avaliação ao longo do tempo Avaliação da expansão das argamassas submetidas às diferentes condições de exposição

14 Resultados: Microestrutura Pirita (FeS 2 ) 0,42% Pirrotita (Fe 1-x S) 1,60% Consumo de cimento = 807,33 g Consumo de agregado = 1.816,5 g Consumo de água = 379,4 g Massa total de argamassa = g Valor teórico inicial de S total = 1,51 %

15 Resultados: Microestrutura Câmara úmida Tempo de exposição (dias) Teor de S total Teor de S proveniente da pasta de cimento Teor de S proveniente da Pirita Teor de S proveniente da Pirrotita 0 1,50 0,29 0,39 0, ,49 0,29 0,37 0, ,48 0,29 0,33 0, ,25 0,29 0,33 0, ,29 0,29 0,35 0,65

16 Resultados: Microestrutura Solução de Ca(OH) 2 em temperatura ambiente Tempo de exposição (dias) Teor de S total Teor de S proveniente da pasta de cimento Teor de S proveniente da Pirita Teor de S proveniente da Pirrotita 0 1,50 0,29 0,39 0, ,52 0,29 0,43 0, ,58 0,29 0,43 0, ,27 0,29 0,42 0, ,28 0,29 0,39 0,60

17 Resultados: Microestrutura Solução de Ca(OH) 2 a 50 C Tempo de exposição (dias) Teor de S total Teor de S proveniente da pasta de cimento Teor de S proveniente da Pirita Teor de S proveniente da Pirrotita 0 1,50 0,29 0,39 0, ,62 0,29 0,37 0, ,72 0,29 0,43 1, ,34 0,29 0,42 0, ,33 0,29 0,43 0,61 Solução de Ca(OH) 2 e temperatura alteram ligeiramente a cinética das reações de oxidação dos sulfetos

18 Resultados: Microestrutura Micrografia da argamassa - câmara úmida - exposição de 315 dias X Poro ou Cavidade

19 Resultados: Microestrutura Micrografia da argamassa - câmara úmida - exposição de 315 dias X Ca(OH) 2 Portlandita Etringita C-S-H

20 Resultados: Microestrutura Micrografia da argamassa - câmara úmida - exposição de 835 dias Ampliação de 400 X Ampliação de 800 X Etringita

21 Expansão Resultados: Macroestrutura 0,060 0,050 LNEC 6 meses 0,040 Deformação 0,030 LNEC 2 meses 0,020 0,010 Câmara Úmida Solução de CaOH em temperatura ambiente Solução de CaOH temperatura 50 ±2 C LNEC (após 2 meses) LNEC (após 6 meses) Tempo de exposição (dias) 0,

22 Resultados: Macroestrutura Câmara úmida Tanque temperatura ambiente Tanque temperatura 50 C

23 Considerações Finais A diferenciação dos sulfetos (pirita e pirrotita) é fator importante no estudo de concretos/argamassas fabricados com agregados sulfetados e a metodologia apresentada permitiu essa separação. Quantidade de pirita praticamente constante ao longo do tempo nas três situações de exposição indica que limites de enxofre devem ser estipulados de acordo com o tipo de sulfeto de ferro presente no agregado e não apenas pelo teor total de enxofre. A presença de oxigênio é fator preponderante na formação de etringita tardia. Imagens MEV das amostras revelam formação de etringita tardia em poros; porém em quantidade ainda não suficiente para causar fissuração.

24 Agradecimentos

25 Muito obrigado por sua atenção