Por que os materiais álcali-ativados NÃO são geopolímeros?

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1 Por que os materiais álcali-ativados NÃO são geopolímeros? Muitos cientistas e engenheiros civis estão confundindo a ativação alcalina com geopolímeros, alimentando a confusão, usando-os como sinônimos sem entender o que eles realmente são. Em sua recente apresentação no GP Camp 2014, Prof. J. Davidovits explicou porque os materiais álcali-ativados não são geopolímeros, ou porque a álcali-ativação não é geopolimerização. Nós selecionamos e fundimos em um vídeo todas as sequências que foram dedicadas a esta questão no GP Camp O novo vídeo foi intitulado: Why Akali-Activated Materials are NOT Geopolymers? Você finalmente vai entender porque eles são dois sistemas diferentes. Primeiro, Prof. J. Davidovits explica as principais diferenças entre AAC (cimento ou concreto álcali-ativado), AAS (escória álcali-ativada), AAF (fly ash álcali-ativado) e cimento geopolimérico à base de escória, em termos de química, estrutura molecular, durabilidade a longo prazo. Numa segunda parte, a industrialização do cimento/ concreto à base de fly ash/escória implementada pela empresa Wagners, Austrália, eles se concentraram nos resultados fornecidos pelos dados do teste de carbonatação para o cimento Portland comum, AAS e EFC (geopolímero à base de fly ash/escória). Os testes foram realizados no Royal Melbourne Institute of Technology RMIT na Austrália. O geopolímero se comporta como o cimento portland comum, enquanto a escória álcaliativada (AAS) obtém resultados de carbonatação muito ruins.

2 Geopolímero à base de cãlcio Aqui vamos ver a enorme diferença entre a ativação alcalina e geopolimerização e eu vou usar a escória como exemplo. hidróxido de alumínio, hidróxido de magnésio e hidróxido de cálcio. Escória álcali-ativada versus cimento geopolimérico à base de escória. Para começar, vamos ver o que temos na escória. A escória é formada de substâncias vítreas chamadas de melilita, que consiste numa solução de sódio de gehlenita, isto é o sílico-aluminato de cálcio e a arkemanita, silicato de magnésio de cálcio, e também os dois minerais são submetidos à alcalinização e despolimerização. Sob a ação de álcalis a gehlenita é transformada em um ortossialato hidratado; uma pequena molécula, e ocorre a precipitação do alumínio. A arkemanita, sob a ação de álcalis, foi despolimerizada em uma pequena molécula, dissilicato, dissiloxonato de cálcio que é o CSH da química do cimento e a precipitação de hidróxido de magnésio. Então, o que está acontecendo sob alcalinização? Temos aqui duas moléculas que vão interagir e formar um sistema mais complexo com 3 Si para 1 Al, com unidades Q 2 e o cálcio que é o CSH; um pouco de CSH permanece e temos a precipitação de O problema é que o potássio, o álcali está fora da estrutura. O alumínio está aqui e o álcali está fora, o que significa que se esta estrutura permanecer como está pode ser perigoso em termos de propriedades físico-químicas. O potássio, o álcali, o sódio migrarão muito rapidamente em contato com a água. Obtemos um monte de lixiviados. Um monte de propriedades ruins, mas isto é a escória álcali-ativada. A presença destes álcalis livres está sempre aqui. Isto não é geopolímero feito de escória, uma vez que a geopolimerização deve fornecer um material estável. Ela fornecerá um material que irá suportar corrosões, porque esta é a química que nós inventamos e que estamos desenvolvendo. Portanto, todas as pessoas que estão afirmando que a ativação alcalina da escória é similar à geopolimerização estão totalmente erradas. E, essencialmente, há diversos artigos científicos que estão lidando com o sistema, porém só estão fazendo este primeiro passo da geopolimerização, isso é ativação alcalina. No final, eles obtêm maus resultados em seus estudos. Então, temos que continuar a geopolimerização, pois esta ainda não está finalizada. Da álcali-ativação para o cimento geopolimérico nós 93

3 precisamos adicionar um elemento de rede que irá interagir com este alumínio e potássio que está livre e a seguir temos a espectroscopia de ressonância magnética nuclear do silício. Para a escória álcaliativada, nós temos Si(Q 2 ), que é perigoso; com a adição de 20 partes de metacaulim acabamos com Si(Q 3 ), que é uma molécula ramificada maior e mais estável; e com a adição de 30 partes de metacaulim temos o Si(Q 4 ), sistema estável com rede tridimensional. O problema é que a ativação alcalina provê altas resistências. As pessoas olham somente para a resistência. Obtemos 90 MPa somente com a ativação alcalina das escórias e com um geopolímero genuíno à base de metacaulim alcançamos 60 MPa. E é por isso que eles afirmam que as ativações alcalinas são melhores em termos de resistência. Mas isso não é verdadeiro em termos de durabilidade a longo prazo. Nós obtemos todos os tipos de lixiviados. Todos os estudos que foram feitos mostram lixiviados ruins e valores ruins para geopolímeros que são baseados nesta reação química. Nós vamos voltar para este assunto mais tarde. Eu tenho um belo trabalho no fim desta apresentação sobre este assunto. Portanto, estes são os resultados da diferença entre a ativação alcalina e o geopolímero. E é por isso que eu sou contra a ativação alcalina e também com relação à terminologia que está associada a ela. Ela foi banida de todos os nossos trabalhos. Se observarmos o que está acontecendo nas estruturas, começamos com a ativação alcalina da escória, nós adicionamos o metacaulim,obtemos uma solução sólida de dois sistemas: polissialato de cálcio, Si:Al=1 e polidissiloxossialato de sódio, Si:Al=3 e eles policondensam em uma rede tridimensional. Cimentos/concretos geopoliméricos O Global Change Institute da University of Qeensland, local de trabalho de energia zero e carbono zero. O Global Change Institute foi projetado por Hassel em conjunto com Bligh Tanners e Wagners, é o primeiro edifício do mundo a utilizar com sucesso um concreto geopolimérico para fins estruturais. 94

4 O que temos aqui? Há três andares feitos com concreto geopolimérico pré-moldado. Você tem o primeiro, segundo e o terceiro andar. Essas são as lajes, 10,5 metros de comprimento, que foram utilizadas. Três pavimentos: foram utilizados 33 painéis pré-moldados de concreto geopolimérico à base de escória/fly ash. E no interior do forro do pavimento temos tubos de refrigeração. Estamos em Brisbane e lá é quente e úmido, a maior preocupação era com o resfriamento e não com o aquecimento. Foi feito pela empresa Wagners e eles denominam seu produto como concreto ecologicamente correto. Isto é como olhar por dentro. Essas lajes não foram revestidas com tinta, por isso são naturalmente bonitas, brancas. A primeira viga que eles fabricaram foi utilizada para teste. Esta viga foi testada para deflexão elástica sob 95

5 carga. 10,5 metros de comprimento e estes são os resultados: sem fadiga no geral. Eles estão usando concreto geopolimérico para fazer abóbadas de túneis. E esta implementação está se tornando cada vez maior. Eles agora estão envolvidos na construção de um aeroporto inteiro; aeroporto regional de Brisbane, o segundo aeroporto está praticamente finalizado. Eles utilizaram concreto geopolimérico em todos as edificações, na pista e assim por diante. E a inauguração será no outono de Por quê? Porque o cimento e concreto geopolimérico têm duas propriedades muito importantes: primeiro porque é resistente ao fogo e não explode como o cimento Portland, é um material muito importante em termos de concreto resistente ao fogo e segundo por causa da resistência à corrosão química para quaisquer sólidos e assim por diante. E especialmente no Oriente Médio pelo fato de que tudo está corroendo por lá, isto se torna muito importante para eles. Você vê que eles trabalhando no aeroporto, a usina de concreto geopolimérico. Eles utilizaram também para design urbano. 96

6 O concreto geopolimérico pode ser transportado por caminhão utilizando bomba ou calha. Aqui eles estão utilizando o sistema de calha. Esta abordagem fornece uma base objetiva para avaliar quaisquer preocupações com o uso de um cimento não-tradicional, como um geopolímero. Uma quantidade total de aproximadamente 5000 m³ de concreto geopolimérico foi lançado na data (Agosto/2013). Isto certamente não é labcrete. Grande parte dos dados apresentados neste trabalho foi retirado da produção de concreto geopolimérico grau 40 utilizado nos painéis prémoldados do pavimento para o projeto do Global Change Institute na University of Queensland que foi moldado de Abril a Outubro de A empresa Wagners está usando o cimento geopolimérico à base de fly ash/escória. O que nós recomendamos é a primeira categoria do sistema: Cimento geopolimérico à base de fly ash/escória, porém por não existirem normas específicas para testar este tipo cimento, eles decidiram criá-las com a ajuda de uma empresa de engenharia multinacional muito famosa. Eu vou mostrar os dados apresentados por essa empresa de serviços e que servirão de base para a escrita das normas. Isto foi apresentado em várias conferências na Singapura, na Austrália, intitulado: Engineering Properties of a Proprietary Premixed Geopolymer Concrete, por James M. Aldred, Diretor técnico da AECOM, uma empresa de serviços de engenharia internacional. Vamos agora ver as propriedades. Foi feita uma comparação entre as propriedades do concreto geopolimérico EFC e do cimento Portland no padrão australiano. A resistência à compressão é equivalente. Bem, é evidente que a resistência à compressão é equivalente, já que a resistência à compressão é fortemente dependente dos agregados, não do ligante. Se você tem um agregado fraco/pobre você vai ter uma baixa resistência mesmo se a sua pasta/ligante for superforte. O agregado, este é o ponto fraco. Ao contrário, a resistência à flexão é 30% maior, com experimento em laboratório é 100% maior. Resistência inicial, boa. Retração, menor; 97

7 média de 300 mm, esses são os resultados para produção regular e não para produção piloto em laboratório. Resistência à ácido, esta é uma das propriedades do cimento geopolimérico, muito alta. Resistência a sulfatos, muito alta. Resistência ao cloreto, muito alta. Calor de reação, muito baixo e resistência ao fogo, muito alta. Eles começaram o desenvolvimento do concreto geopolimérico por causa da questão ambiental, da emissão de CO 2 e é assim que eles estão envolvidos na fabricação destes pavimentos, dessas lajes para o Global Change Institute, em Brisbane. Fazendo isso, descobriram que de fato, o concreto geopolimérico tem essas boas propriedades que eles estão testemunhando agora, que seus argumentos E para o Portland regular aumenta até 35 C. Isto é importante para as pessoas, para aquelas que estão envolvidas na construção em massa. Mas, agora vamos comparar um teste que é sempre discutido em artigos científicos: o teste de carbonatação. O teste de carbonatação significa o que acontece quando o concreto é exposto na atmosfera, o quão rápido o CO 2 irá entrar no concreto e é medido em milímetros. Você verá aqui a diferença entre ativação alcalina do cimento Portland e geopolímero. Nós temos os resultados para escória álcali-ativada, cimento geopolimérico à base de escória comparado com o Portland. de venda e marketing, claro a redução do CO 2 ambiental, mas mais do que isso, é a propriedade de resistência química intrínseca em relação ao cimento Portland, porque para eles é onde está o marketing. Isto é o que eles querem realmente desenvolver na sua produção, especialmente no Oriente Médio. Então, vamos voltar ao calor de reação. Eles fizeram uma comparação de blocos de um metro cúbico de uma mistura de cimento Portland e escória. Esta é uma mistura que gera pouco calor no geral e foi comparada com o concreto geopolimérico. Você vê a elevação da temperatura e depois de várias horas a temperatura vai a 15 C e depois declina. Os valores estão em milímetros. Para 7 dias a profundidade de carbonatação para o geopolímero está quase igual ao Portland, 0,10 mm é nada quando comparado com a ativação alcalina da escória. Lembra-se: o elemento estrutural que eu discuti anteriormente com o álcali potássio, o álcali que está fora da estrutura que é capaz de migrar, isto é o que está carbonatando e isto é algo ruim e vários temas de estudos feitos sobre carbonatação e assim chamam de álcali-ativação, os geopolímeros, são apresentados esses dados ruins. Isto está errado. Esses são os números para o concreto geopolimérico 98

8 à base de escória/fly ash. A média, 1,94 e claro o clínquer Portland é o melhor, porém atualmente, não está sendo mais usado, pois há sempre uma mistura de Portland e escória. Assim, nós comparamos a carbonatação para o concreto geopolimérico e Portland, e é o mesmo, a mesma magnitude e o concreto de escória álcali-ativada é o pior. Cimento geopolimérico à base de ferrossialato de sódio, potássio e cálcio O segundo material é cimento geopolimérico à base de ferrossialato. Este material é vermelho na cor. O geopolímero à base de fly ash/escória quando feito adequamente com as matérias-primas é branco e este é vermelho. Isto é algo que é interessante. E isto é o que será fabricado pela Banah UK e nós teremos amanhã uma apresentação de Andrew McIntosh. Esta matéria-prima está disponível no mundo inteiro. É por isso que eu quero apresentá-la. 99