Webinar Primavera 2013

Transcrição

1 Webinar Primavera 2013 Princípios básicos da ciência geopolimérica Parte II

2 Na segunda parte vamos abordar os seguintes temas: Princípios da ciência geopolimérica de aluminossilicato. Geopolímero resistente ao fogo e ao calor. Testes de durabilidade. Normas para cimento geopolimérico e as questões sobre cimentos com baixas emissões de CO 2. O desenvolvimento da ciência geopolimérica teve inicio em 1972, cerca de 40 anos atrás; minha formação era em química orgânica, eu era um cientista de polímero orgânico. Em 1972 tivemos vários incêndios graves que fizeram centenas de vítimas na França, e descobrimos que os plásticos estavam emitindo uma grande quantidade de gases tóxicos durante os incêndios. E isso levantou a questão: Os plásticos são perigosos em construções? E a resposta foi sim. Mas os polímeros orgânicos são resistentes ao calor? E a resposta foi não. Para isso precisávamos de informações para atingir uma reação em baixa temperatura, como para os polímeros orgânicos, cuja temperatura é a ambiente, ou 100 C ou inferior a 50 C. Quem poderia fornecer essas informações? Bem, nós encontramos uma equipe científica em Paris, no Departamento de Mineralogia do Museu de História Natural que estava trabalhando desde 1969 na reação da caulinita com hidróxido de sódio e produzindo o que chamamos de hidrossodalita. Assim, nós temos nossa reação, mineral reagindo com NaOH e transformando em material resistente à água. Claro, nós temos que trabalhar a tecnologia. Voltando à natureza, a natureza afirma que apenas os minerais fornecem resistência ao fogo e ao calor. Então, eu tive que estabelecer a minha meta; criamos aqui uma empresa privada de pesquisa cujo alvo era encontrar uma maneira de inventar e produzir polímeros inorgânicos. 23

3 No final de 1976, ou seja quatro anos depois, eu estabeleci os primeiros princípios de ciência geopolimérica de aluminossilicato e esses princípios estão bem descritos nos capítulos 1 a 11 do meu livro; veremos durante esta seção vários capítulos também, é claro. de nossa empresa de pesquisa na época. Assim, eu fiz minha primeira apresentação em 1976, na I.U.P.A.C., simpósio realizado na Suécia, Estocolmo. Nós temos a seguir o nosso primeiro polímero em bloco polissialato que resulta da razão entre o grupo polissilanol com polissialato. Estamos fazendo e produzindo um novo material. Em 1978, descobrimos que a reatividade do metacaulim resulta da desidroxilação da caulinita a 600, 700 C, e agora chamamos este metacaulim de MK-750 a fim de atingir o ponto de pico da temperatura de calcinação. O tema foi: Novos polímeros de alta estabilidade e minha palestra foi sobre: A síntese da fase sólida de um polímero em bloco mineral por policondensação em baixa temperatura de polímeros de aluminossilicatos. Foi um jargão que eu utilizei em minha introdução a fim de mostrar que estamos lidando com algo muito importante. Cordi S.A. era o nome 24

4 Quando eu comecei a trabalhar com a caulinita em 1970, a única informação que eu encontrava nos livros eram as seguintes: a caulinita era escrita 2SIO 2.Al 2 O 3.2H 2 O, o que consite em uma mistura de silicato, óxido de alumínio e água, e não significa nada do ponto de vista químico. Si 2 O 5,Al 2 (OH) 4. Agora eu tenho meus grupos de reação, eles são capazes de reagir com NaOH e produzir materiais compósitos ou algum produto de uso importante. O Al é trivalente e isto é como deve ser escrito se você quiser entender a química do sistema. Então, nós estamos lidando com metacaulim. No que diz respeito ao metacaulim, sabíamos na época que ele era uma sucessão de tetraedros e uma sucessão de octaedros e tetraedros, porém na verdade naquela época não sabíamos nada sobre o metacaulim. Eu estava analisando as reações químicas (à esquerda) e a estrutura da caulinita era descrita como sendo uma sucessão de tetraedros, tetraedros com o cátion silício, tetraedros conectados com octaedros muito imprecisos, nós estávamos lidando com formas geométricas que não têm nada a ver com química. Como você pode imaginar a reatividade química deste tipo de material? Impossível. A única coisa que usamos era o alumínio coordenado; em coordenação exata com oxigênio, mas como reação estava muito interessado em novas informações sobre tudo o que não poderia ser detectado a partir desta representação da caulinita. Como químico eu já estava ficando muito frustrado, e então comecei a imaginar e entender o que estávamos enfrentando e que tipo de produtos e moléculas tínhamos diante de nós. E então, eu decidi mudar e escrevê-la da forma como um químico deveria ter escrito este tipo de molécula. Era assim que ela deveria ter sido escrita (representação à direita). É uma cadeia polissiloxo ou representação de grupos laterais de hidróxido de alumínio, com o alumínio como material trivalente e a escrita correta é: Em 1985, antes da descoberta de Mackenzie de que temos o alumínio pentacoordenado, o metacaulim era escrito 2SiO 2.Al 2 O 3, uma mistura de sílica e óxido de alumínio. Isto não significa nada em termos de reatividade pois como sabemos, isto é impossível. Esta não é a forma correta de escrever. Nós sabemos que a super-reação deve ser escrita dessa maneira, isto é uma cadeia polissiloxo e nós temos nosso O-Al=O. Temos o grupo óxido de alumínio; óxido de aluminossilicato e de fato polissiloxoalumoxil. Isto não foi estudado antes de Por quê? Porque ninguém sabia sobre a reatividade do metacaulim, que nós descobrimos em nosso laboratório e é óbvio que ninguém poderia imaginar que poderíamos ter este tipo de coordenação, este tipo de escrita desta sequência Si-O-Al-O, lembrem- 25

5 se, o Al é sempre trivalente. Na verdade, estamos diante de dois tipos de produtos, pois temos duas formas de desidroxilação dos grupos de hidroxila e alumínio. polissiloxo, porque a estrutura torna-se mais e mais complicada. A primeira envolve dois grupos de OH que pertencem ao mesmo átomo de alumínio; eu chamo isso de intradesidroxilação, o que significa um grupo de alumoxil reativo com alumínio pentacoordenado. O segundo envolve a desidroxilação entre dois grupos de OH pertencentes a dois átomos vizinhos de alumínio e com sistema totalmente diferente; este é o óxido de alumínio, alumínio e este alumínio é tetracoordenado. Em 1979, nós descobrimos, introduzimos nossa primeira resina polimérica mineral, que era uma reação entre MK-750 e silicato solúvel. Esta foi a nossa primeira resina polimérica mineral que usamos na impregnação de tecidos de fibra de vidro. Qual destes dois é o mais reativo? Bem, vou lhe dizer imediatamente que a química é esta: para que o primeiro seja mais reativo necessita de mais tempo, mais ingredientes, mais energia, e medimos ambas as reatividades. Você pode encontrar todos os detalhes no capítulo 8 do meu livro dedicado a essa reação. Em 1979, eu introduzi a tecnologia geopolimérica que já não era uma configuração geométrica de tetraedros, mas SiO 4 em grupos, AlO 4 em grupos, ligações covalentes, com relação Si:Al variando de 1:1, 2:1, 3:1 e acima de 3:1 temos que introduzir um novo sistema, que é a ligação sialato entre cadeias Esta resina polimérica mineral, esta resina geopolimérica foi usada para fabricar diversos itens como moldes e assim por diante. Os itens (figura seguinte) foram produzidos há trinta anos ou mais e ainda estão lá. Sim, eles estão no meu escritório, no meu jardim, e depois de 30 anos ainda estão tão bonitos como no início. 26

6 da indústria, que é a fabricação de zeólitas sintéticas e peneiras moleculares; em 1953 a introdução do primeiro cimento de escória álcali-ativada nos EUA e em seguida em 1957, Glukhovsky introduziu o material álcali-ativado que foi chamado de concreto de solo-silicato. Vamos ver o contexto histórico do desenvolvimento desta ciência geopolimérica de aluminossilicato. De fato, a química já era conhecida antes que eu a descobrisse. Em 1960, a continuação da reação de caulim em hidrossodalita e nós temos em 1970, quando eu descobri uma novidade sobre a reação trabalhando com Caillère Hénin na França e comecei o desenvolvimento do geopolímero. Há coisas engraçadas na Internet. Encontramos lendas engraçadas sobre como eu descobri o geopolímero. Por exemplo, uma instituição nos EUA; o laboratório da Força Aérea dos EUA que estava trabalhando (e ainda trabalham) em um geopolímero publicou um relatório, e nele você pode ler na introdução como eu descobri o geopolímero: Bem, Davidovits estava estudando as pirâmides; ele queria entender como elas foram construídas e descobriu que as pedras não eram naturais mas sim artificiais. E, por tentar entender a química que estava envolvida na elaboração da pirâmide ele descobriu a química do geopolímero. Temos a primeira ocorrência em 1930, a reação do caulim para produzir hidrossodalita, e foi utilizada na produção de alguns tipos de tijolos em baixa temperatura. Em 1940, foi a introdução do científico, os princípios das reações químicas na produção de zeólitas pelo cientista inglês Barrer; a álcali-ativação foi estudada por Purdon na Bélgica e a reação da caulinita em hidrossodalita continuou a ser estudada na Alemanha. A partir de 1950, temos o desenvolvimento nos EUA Mas isso está errado. É exatamente o oposto. Isto aconteceu porque nós tínhamos trabalhado duro, adquirimos muito conhecimento e eu era capaz de usar esse conhecimento em 1970, 1979, 1980, a fim de propor uma nova teoria sobre a construção das pirâmides e não o inverso. Mas estas são lendas que ainda estão ativas e é muito difícil mudar o que é publicado na Internet. Então, vamos agora abordar o geopolímero resistente ao fogo e calor; esta é a origem de como eu comecei: material resistente ao fogo e calor. 27

7 E esta é a imagem dos Capítulos do meu livro. Eu recebo visitantes de várias empresas e eles me pedem consultoria sobre como devem desenvolver os produtos, e no início eles sempre fazem perguntas como esta: Eu gostaria de desenvolver um material geopolimérico, por exemplo, utilizar vidro expandido como enchimento porque eu quero obter uma resina geopolimérica ou um ligante geopolimérico que proporcione resistência ao calor de até 1200 C. Minha resposta para esse caso é: Resistente ao calor de até 1200 C? Isso é impossível! Seu enchimento de vidro expandido não vai resistir a essa temperatura. Você quis dizer resistência ao calor ou o que você queria falar era sobre a resistência ao fogo? E eles disseram: Sim, queremos falar sobre a resistência ao fogo, pois o teste de fogo, a resistência ao fogo é testada em um forno onde a temperatura sobe chegando a 1200 C. Eu disse sim é claro, mas é diferente. E isso é algo que você tem que saber e aprender. Você sabe que as pessoas não percebem a diferença entre o produto resistente ao fogo que não queima; a essência de todos os geopolímeros minerais e os artefatos resistentes ao calor. O geopolímero é mineral e não queima, um geopolímero adequado pode geralmente ser submetido a uma chama de 100 C a 1400 C, sem que qualquer alteração sensível ocorra em suas propriedades. Mas isso não reflete a noção de resistência ao calor. A resistência ao calor de um material é uma função, em primeiro lugar, de pelo menos três parâmetros: a temperatura, o tempo e a resistência. Então, o que estávamos falando era sobre a necessidade de produtos para aplicação industrial em compostos geopoliméricos refratários. E para isso, nós precisamos comparar os materiais e a evolução da resistência com a temperatura. Temos os materiais básicos de cimento Portland e os geopolímeros pertencentes à primeira geração. Nós sabemos que o Portland não queima, mas explode acima de 1200 C, devido a sua composição de material hidratado, a água não evade. Assim, é destruído e este é um problema do cimento Portland, do concreto Portland. O geopolímero, ao contrário, mesmo contendo grupos de hidróxido e água quimicamente ligada por causa de suas propriedades únicas de rede permanece em temperatura de até 900 C sem qualquer problema. 28

8 Esses materiais são resistentes ao calor a 1000 C; você verá porque não há uma grande diferença entre a resistência em temperatura ambiente e em temperatura de 1000 C, mas eles são esplendidamente resistentes ao fogo. Esta tecnologia foi usada pela primeira vez para fabricar ferramentas de geopolímero que exigem o uso de um processamento muito específico, por exemplo, para moldagem de termoplástico de titânio a 950 C, foi assim que começamos a trabalhar na invenção da primeira resina geopolimérica. Nós estávamos trabalhando com fabricante francês de aeronaves, de fato, um fabricante de aeronaves de defesa, e eles vieram até nós e nos pediram para fazer um ferramental protótipo para forma de termoplástico de titânio pela primeira vez em uma prensa aquecida com gás argônio a 950 C. Foi assim que fizemos o primeiro protótipo de caça ou avião de bombardeio. especiais em termos de dilatação, para maior expansão e estas são as características das resinas geopoliméricas e dos materiais geopoliméricos. Podemos dominar a retração térmica e a dilatação térmica que são adaptadas para a aplicação. Abaixo temos inicialmente o molde de madeira para produzir a ferramenta geopolimérica, fizemos um painel APC-2 de alta temperatura, a 400 C; o mesmo para o painel de alumínio dependendo da ferramenta geopolimérica no molde de madeira, transformação do alumínio a 500 C e isto foi feito pela Dassault Aviation, projeto do caça francês Rafaele. Nós temos outro grupo de produtos que são os compósitos geopoliméricos de carbono resistentes ao fogo e ao calor com fibras de carbono e este é um material muito importante. Obtivemos sucesso e as ferramentas geopoliméricas foram desenvolvidas para outro material avançado referente a compósitos avançados, material compósito orgânico avançado que requer processamento a 400 C em autoclave ou liga de alumínio superplástica que são fabricadas em uma prensa aquecida a 540 C. Eles exigem muitas ferramentas que tenham propriedades muito 29

9 Na figura acima temos à esquerda carbono/epóxi, a fibra de carbono impregnada com resina epóxi que queima e à direita temos a mesma fibra de carbono impregnada com resina geopolimérica que não queima. Primeiro nós aplicamos esta tecnologia em carros de corrida, para proteger a parte da exaustão, para proteger o corpo do carro de corrida que é feito de compósito de carbono/epóxi e para proteger os tipos de escape. Temos aqui peças geopoliméricas de carbono resistentes ao fogo e ao calor. Isso aconteceu nos EUA, entre os anos de 1998 e 1999 em uma corrida de carros para todos os corredores americanos que trabalhavam com a Toyota, e em seguida, esta tecnologia foi transferida para os carros de corrida, para a Fórmula Um, a partir do ano 2000 para as principais equipes como Ferrari, McLaren e assim por diante, todos estão usando esses materiais. E somos campeões mundiais todos os anos. Agora você pode dizer o que são fibras de carbono fibras de carbono químicas e todas essas fibras exóticas são muito caras. Nós podemos reduzir os custos dessa fibra usando fibra comum? Sim, usando o que chamamos de fibras híbridas, e no gráfico a seguir temos um exemplo do que obtemos: se você fizer camadas mistas de fibras de vidro E e fibras de carbono, o vidro E não é muito apropriado como um bom compósito pois é frágil. O vidro reage com a matriz geopolimérica e a ligação entre a matriz e a fibra é tão forte que você obtém a lâmina de vidro e a fibra já não se encontra em atividade na mesma. E nós alcançamos 110 MPa para fibras de vidro E e é uma estrutura frágil em comparação com o carbono que tem 500 de resistência à flexão. Pela aplicação de uma camada de carbono, uma camada de vidro, uma camada de carbono, uma camada de vidro, obtemos esta resistência específica como para o carbono puro, isto foi feito pela equipe do professor Balaguru da Rutgers State University, onde estávamos envolvidos com um programa muito importante criado pela FDA - Federal American Aviation and Administration, a fim de mostrar que era possível produzir materiais resistentes para cabines de aeronaves. O problema é o seguinte: o que é bom para o automobilismo não é suficiente para aplicações aeronáuticas. Nós temos 25 corridas de carro por ano. Uma corrida dura 2 horas, o que significa 50 horas por ano, portanto o material é resistente ao calor, é resistente à vibração durante 50 horas ou 100 horas ou talvez 1000 horas, mas para aeronaves civis, para aeronaves comerciais são requeridos horas de serviço que são 10 anos. Até agora 30

10 não temos o material correto para isso pois requer fibras e resinas geopoliméricas mais sofisticadas. Isso é algo muito interessante. Você sabe que eu não me interessei pelo fly ash até 2006 quando nos envolvemos em um projeto europeu chamado GEOASH, a fim de estudar uma maneira de realmente produzir um geopolímero com fly ash, algo que anteriormente eu não queria. O fly ash para mim era um material de baixa tecnologia e eu não estava interessado em usá-lo. E então, descobrimos as propriedades de algumas cinzas volantes típicas e uma forma de processamento do grupo de cinzas. E é isso que eu quero apresentar e discutir aqui. Recebi duas equipes de cientistas que representavam duas instituições do país que estavam envolvidos em um grande projeto com a utilização de cinzas volantes para fabricação de produtos ecológicos de concreto muito valiosos. Eles vieram aqui ao meu escritório e me disseram que tinham um problema, pois tinham um grande projeto e depois de dois anos usando as cinzas não conseguiam atingir resistência maior que 35 MPa; o objetivo, a meta era de pelo menos 50 MPa ou mais. O que eles estavam fazendo de errado? Como poderiam atingir isso? Eu verifiquei a formulação e entendi o problema. produzir o que chamamos de zeólitas, e para alcançar este objetivo da ativação alcalina precisamos utilizar muito NaOH, muito silicato de sódio que tem relação molar SiO 2 :Na 2 O menor que 1,4. Você se lembra de minha palestra de ontem sobre o uso de sistemas hostis e sistemas favoráveis ao usuário? Sabemos porque queremos dissolver a fim de produzir o sistema; isto é a base da ativação alcalina, cura a 80 C. Isto é hostil ao usuário e é isto que eles estão fazendo. O que está acontecendo? Temos na figura a seguir NaOH a 5 M, com 4 diferentes tipos de fly ash e você vê que dependendo do fly ash você tem a produção, a dissolução do fly ash e a produção de outra espécie que é a zeólita. Mas é difícil de encontrar para produzir o ligante que estará entre as esferas. Eles estavam usando o método convencional que era a ativação alcalina e acho que praticamente todos que estão ouvindo este tema estão utilizando ativação alcalina, que dissolve as cinzas volantes de modo a 31

11 Para isto, você necessita de mais NaOH, de mais silicato e isto foi estudado a fim de aumentar a resistência à compressão. Você necessita de mais e mais porque você precisa dissolver mais e mais. Fazendo isso você induz a muitos inconvenientes; primeiro as pessoas param por aqui porque está se tornando muito caro, em segundo lugar está se tornando muito cáustico, e assim por diante. Nós temos um cimento geopolimérico de fly ash que eu chamo de tipo 2 (o tipo 1, eu considero a ativação alcalina) e é à base de fly ash/escória Si:Al=2. Na imagem nós temos o mapa sob microscópio eletrônico: à direita nós temos o mapa da ocorrência do átomo de silício e obviamente tem a cor azul em todos os lugares, temos as esferas que contêm Ao contrário, o método geopolimérico que estamos desenvolvendo desde 2006, é um método muito novo, é baseado primeiramente no endurecimento em temperatura ambiente. Nós estamos falando de produção de cimento geopolimérico e não de concreto geopolimérico. O cimento geopolimérico, que significa endurecimento em temperatura ambiente, envolve a policondensação de uma matriz que irá reagir com a superfície das esferas de fly ash, isto é, não destroem, apenas dissolvem o fly ash. silicato, átomo de silício, isto é característico do SiO 2 nas esferas; à esquerda temos o cálcio, o cálcio está em verde, isto é o que restou da molécula de escória, mas a matriz é verde, muito homogênea ao redor das esferas pretas e não contém nenhum átomo de cálcio e você verá que as esferas estão intactas. Nós não destruímos as esferas, mas sim, produzimos uma matriz geopolimérica que reage na superfície com o fly ash. Sim, a superfície está reagindo, mas não necessita ser dissolvida, somente para iniciar a reação. A seguir temos um exemplo de formulação: 50 a 85 partes de fly ash, dependendo do tipo de fly ash; solução de silicato de potássio (SiO 2 :K 2 O>1,6) favorável ao usuário, somente 10 partes; uma pequena quantidade de escória de alto-forno e uma pequena quantidade de água, e este é um sistema de fácil utilização. 32

12 Você pode observar no gráfico a seguir o que obtemos em termos de resistência à compressão: em azul claro, o fly ash álcali-ativado curado a 50 C por 24 horas e em azul escuro, o geopolímero de fly ash com endurecimento em temperatura ambiente. me mostraram e disseram: Nós fizemos alguns testes sobre os ensaios e foi maravilhoso. Isto é algo maravilhoso, é tão brilhante e tão duro. Olhe para ele. Olhei para o material e disse: Como você o produziu? Bem, nós colocamos, nós misturamos o cimento conforme requisitado no molde e nós moldamos, após endurecimento deixamos secar em temperatura ambiente por vários dias e obtemos isto. Eu disse: Para mim isto não é um bom material, parece ser superduro, superbrilhante, super-resistente, mas se o colocarmos na água você verá que algo está errado. Você precisa moldá-lo e deixar o material secar antes da reação estar completa. Resistência à água É o primeiro teste de durabilidade. Se você está fazendo uma mistura de qualquer material, a primeira coisa que você tem que testar é a resistência à água. Se você deixá-lo imerso em água e ele resistir após 24 horas, 2 dias, 3 dias, então está bom, mas se estiver destruído, algo está errado em sua formulação ou algo está errado com a matériaprima que você está usando. Teste de ebulição em água Você pode encontrá-lo no capítulo 18 de meu livro. Quando estamos produzindo algo, temos que testar o produto para saber a durabilidade e todo o seu comportamento, isto é óbvio. Mas não parece ser tão evidente para as pessoas. Vou lhes contar algo: eu estava uma vez em uma famosa instituição no Reino Unido, o Building Research Establishment - BRE, eles estavam testando ou brincando com um dos meus cimentos geopoliméricos, e quando cheguei no escritório, eles Há outro teste, agora você tem algo que é bom, nós estendemos 2 dias, 3 dias, uma semana em água e você quer saber se ele realmente permanece estável em termos de durabilidade a longo prazo, coloque-o em água fervente. O teste de ebulição em água é um dos testes mais severos que dispomos. Estes testes precisam de água fervente colocada na amostra, durante 15 minutos, 15/20 minutos e analise todos os comportamentos. Se dissolver, significa que tem muito silicato ou que você produziu silicato, silicato solúvel durante a mistura e ele está lá, está livre para mover-se e desgastar-se na água fervente. Se fissurar, 33

13 significa outra coisa envolvendo elevada deficiência de silicato ou muito filler que também induz a algumas fissuras. Caso ele resista ao teste de ebulição em água, então você pode continuar seu teste. Ciclos de gelo/degelo As normas são muito importantes no teste dos produtos, por exemplo como cimento e concreto, e as normas recomendadas são diferentes de país para país. Na Europa temos normas muito severas e eu acho que as normas dos EUA são mais rigorosas. Quando eu estava nos EUA em 1980, eu tinha três escritórios: um escritório na Flórida, um em Houston e na empresa Lone Star em Greenwich, Connecticut. Assim, eu experimentei o tipo de clima que temos nos EUA. Durante o inverno, durante o verão e assim por diante. Também é óbvio que as normas devem cuidar dessas diferenças de temperatura, na agressividade do clima e se tem ciclos de congelamento e degelo. Isso não se aplica em outro país. Por exemplo, fiquei surpreso ao descobrir que na Austrália eles não realizam ciclos de congelamento e degelo, eles não precisam, lá nunca congela e assim por diante. Portanto, você tem que adaptar seu desenvolvimento ao clima de sua região e isso não é transferível para outros países. prazo? E eu digo, precisamos realizar um teste, outro tipo de teste que são ciclos de molhagem e secagem. Este também é um teste muito severo; muito simples, porém muito severo. Nós pegamos nosso compósito que tínhamos produzido para aquela aplicação e submetemos a esses ciclos de molhagem e secagem, e se falhar após 7 ciclos, temos que retornar ao nosso laboratório e mudar a resina, a matriz através da introdução de elementos de rede a fim de alcançar bons ciclos de molhagem e secagem. O que são esses ciclos? Este é um trecho de meu livro: As amostras são inicialmente saturadas em água e em seguida secas a 60 C durante 2-4 horas. Para o segundo ciclo, as amostras são retiradas do forno e colocadas imediatamente em água sem arrefecimento. Os ciclos continuam até que as amostras sejam destruídas, ou param em 50 ciclos (isto é suficiente para ensaio laboratorial regular; normas podem exigir 300 ciclos). Mede-se a resistência à compressão e compara-se com a resistência inicial após 28 dias de cura, para as amostras de cimento (Figura 18.12). Ciclos de molhagem/secagem Quando estávamos trabalhando na Rutgers University em Nova Jersey utilizamos o compósito de fibra de carbono. Nós aplicamos uma camada de geopolímero de carbono sobre vigas de concreto a fim de reforçá-las. A aplicação teve resultados muito interessantes, nós aumentamos a resistência à flexão das vigas de concreto em 40% e levantamos a seguinte questão: E quanto à durabilidade a longo Aos 28 dias temos resistência de 77 MPa, após 50 34

14 ciclos de molhagem e secagem temos 68 MPa, e temos os ciclos de congelamento e degelo; se chegar a 10 ciclos sem qualquer dano e poderíamos ter certeza, poderíamos chegar a 50, porém poderíamos ter um pequeno decréscimo na resistência e isto pode ser controlado. própria formulação com base nas matérias-primas locais (resíduos, subprodutos ou extraídos) e assim por diante. Há 10, 20, 30, 40 diferentes tipos de formulações, você não pode estabelecer padrões adequados com essa confusão de métodos e produtos. Há uma necessidade de selecionar a categoria de cimento geopolimérico correta. Agora chegamos a grande questão que é o cimento geopolimérico. Nós estamos falando sobre cimento geopolimérico há praticamente 1 hora, exceto o curto período sobre materiais compósitos resistentes à temperatura. Eu coloquei na biblioteca do site do Geopolymer Institute esse retrospecto sobre o cimento geopolimérico, que está acessível, você pode baixá-lo gratuitamente e contém uma série de informações que estou apresentando hoje. Aqui isto vai ser mais preciso e discutiremos em maiores detalhes. Por favor, eu quero salientar que estamos lidando com cimento geopolimérico e não com concreto geopolimérico. O concreto é obtido pela adição de cimento aos agregados que vou utilizar para a fabricação do concreto geopolimérico. As normas existentes para o cimento Portland não estão adaptadas para o cimento geopolimérico. Elas devem ser criadas por um comitê ad hoc. Sim, para isso, exige também a presença de padrões para o cimento geopolimérico. Você não pode criar normas, se você não tem padrões para o cimento geopolimérico. Atualmente, cada especialista está produzindo sua Eu apresento todo ano no GP-Camp o meu State of the Geopolymer 2012, e o vídeo da apresentação está disponível na Internet através do site do Geopolymer Institute. Quando você clica sobre Geopolymer Camp sugiro selecionar duas categorias, duas categorias padrões, a saber: Cimento geopolimérico à base de escória/fly ash, que eu apresentei há 10 minutos, não a álcaliativação, esqueça isso. As cinzas volantes estão disponíveis na maioria dos países emergentes; se não for classe F, você tem que trabalhar a fim de fazer isso. Até agora eu não tinha feito e eu acho que nós não vamos fazer mais. A segunda categoria é o que eu chamo de cimento geopolimérico à base de ferrossialato, este é um novo sistema que penso que substituirá o à base de rocha, tem quase as mesmas propriedades, mas é à base de matéria-prima geológica rica em ferro, que está presente em 35

15 praticamente todos os países do mundo. Emissões de CO 2 - Portland x cimentos geopoliméricos Esta é uma comparação que começamos a fazer em 1993, há 20 anos, e a primeira apresentação da Associação de Cimento Portland nos EUA, eu disse pela primeira vez que o cimento Portland estava emitindo uma grande quantidade de CO 2 e algo deveria ser realizado para reduzi-lo. A reação foi estranha, as pessoas riram e disseram: A emissão de CO 2 do cimento Portland não é um problema afinal. Agora, estamos envolvidos em uma questão polêmica, pois o cimento geopolimérico é bem sucedido. Esta é uma questão polêmica dentro da própria indústria de cimento Portland. Vou dar alguns exemplos interessantes. Em setembro de 2010, uma notícia da Lafarge dizia: A Lafarge está desenvolvendo um cimento com uma pegada de carbono muito reduzida. Este novo produto; um clínquer usado para fabricar cimento, inserindo-se na lista de componentes do concreto, tem uma taxa reduzida de 30% de calcário. Com esta redução de calcário e aumento de gesso e argila no clínquer, os pesquisadores da Lafarge afirmam que há uma redução de CO 2 de até 25%. concedida em 2010, e uma unidade piloto foi construída a fim de fabricar o material. O problema é o seguinte: este novo cimento é somente para produção em escala laboratorial e é tomado como um novo cimento com baixa emissão de CO 2 que a indústria de cimento Portland está fabricando, e você vê o que está acontecendo. Tivemos no Geopolymer Camp 2010, o primeiro grupo de cientistas franceses que apresentaram pesquisas atuais sobre os impactos ambientais do concreto à base de geopolímero e a comparação entre as emissões do cimento geopolimérico e do cimento Portland. A seguir, os resultados para diferentes tipos de geopolímero: Isto foi patenteado em 2004 e a patente Temos no gráfico acima o potencial de aquecimento global, em amarelo o uso atual do concreto à base de cimento Portland (OPC); não é de 100, é um 36

16 novo valor de 75. Então, eles estão apresentando valores que estarão no mercado talvez daqui a 10 anos. Eles estão comparando com o que? Eles estão comparando com o concreto geopolimérico que contém 100% de metacaulim. Isso é algo ridículo. Nós nunca fizemos concreto ou cimento geopolimérico com 100% de metacaulim, não funciona. Você necessita de certas quantidades de silicato, o que é terrível em termos de energia e emissão de CO 2. Nós não somos tolos, nós não estamos propondo este tipo de material e é com isso que eles estão comparando e afirmando: Olha, o cimento Portland é melhor do que o geopolimérico. Aqui, estão comparando a emissão de cimento Portland em 75% (esse valor seria atingido talvez daqui a 10 anos) com escória de alto-forno álcaliativada, e não temos aqui nenhuma alocação de CO 2 nela, uma vez que tinha sido atribuída ao aço, ao processamento da indústria de fabricação de aço. E assim, o que temos aqui é apenas a quantidade de silicato alcalino na medida em que você está usando para a ativação alcalina de 100% de escória de altoforno. Eles estão comparando o cimento Portland com este tipo de referencial que não existe como cimento geopolimérico. O mesmo para o fly ash, eles estão comparando com o fly ash álcali-ativado e afirmam: Bem, nós temos algumas vantagens sobre o geopolímero à base de fly ash ou o geopolímero à base de escória. Não é verdade. Eles publicaram seu estudo em julho de 2011 e começaram a discutir, escrever e declararam: Contudo, quando a produção de fly ash e escória granulada de alto-forno é levada em conta, (...), isto se compararmos coisas que são comparáveis, uma vez que o cimento Portland tem que ser fabricado, devemos comparar com o geopolímero à base de fly ash com valores que obteríamos se fabricássemos o fly ash, e se fabricássemos a escória. Isto é o que deve ser feito....parece que o concreto geopolimérico tem um impacto similar sobre o aquecimento global sobre o concreto padrão. Se observarmos novamente o gráfico, temos o valor de 100 para o concreto de cimento Portland; o valor 75 para o concreto talvez daqui a 10 anos; temos o geopolímero com 100% de metacaulim, isso é ridículo; o geopolímero com 100% de escória de alto-forno, fabricada a 1400 C, o que também é ridículo; e você tem que fabricar o fly ash também, caso contrário você não pode comparar. Bem, o propósito é usar o fly ash, porque é um resíduo que ninguém iria fabricar para este propósito. Tratase de uma acepção louca, um raciocínio meio louco e eles afirmam que não há melhoria sensível do uso do geopolímero comparado ao cimento usado atualmente. Bem, a conclusão deste estudo foi: Este estudo destaca que pesquisa e desenvolvimento futuro sobre concreto geopolimérico deve-se concentrar em duas soluções possíveis: a primeira, o uso de resíduos industriais que não são recicláveis em outras indústrias. Isto significa não usar fly ash. 37

17 Fly ash é somente para o Portland. A indústria de cimento Portland pode usar fly ash, mas a indústria de cimento geopolimérico não pode. Isto é propriedade privada do cimento Portland. E segundo, A produção de cimento geopolimérico usando uma mistura de escória de alto-forno e argilas ativadas. Por isso, eles estão dizendo que uma solução possível seria misturar o metacaulim e escória de alto-forno como se ninguém tivesse feito isso antes. É somente com a adoção destas orientações que o concreto geopolimérico poderia nos permitir alcançar os objetivos atuais para uma redução a longo prazo das emissões de CO 2. Bem, meus amigos, eles estão reinventando a roda, e são os cientistas que escreveram isso a fim de defender, a fim de proteger a indústria de cimento Portland. de fly ash, há o fly ash álcali-ativado, mas de fato eu prefiro o cimento geopolimérico à base de fly ash/escória que nós começamos a desenvolver em 2006, e eu não quero ouvir, eu não me importo com nada que diga respeito ao método convencional de ativação alcalina. E estamos introduzindo: Cimento geopolimérico à base de ferrossialato. Nós não precisamos da recomendação dessas pessoas que são sustentadas pela indústria de cimento Portland, a fim de realmente propor um cimento geopolimérico que esteja emitindo baixa quantidade de CO 2 e prevenindo o aquecimento global. Eles estão reinventando a roda porque nós temos diferentes categorias de cimento geopolimérico: Cimento geopolimérico à base de escória; Uma mistura que foi apresentada como potencial, foi inventada em 1984, há 30 anos. Este foi nosso primeiro cimento Pyrament nos EUA produzido pela Lone Star Industry. Cimento geopolimérico à base de rocha; Em 1997, nós aprimoramos a formulação pela introdução de rochas, certos tipos de rochas ao invés de metacaulim. Assim, nós reduzimos a quantidade de ingredientes químicos para dois, fazendo apenas isso nós aumentamos as propriedades mecânicas do sistema. Cimento geopolimérico à base de fly ash; Temos também o cimento geopolimérico à base Nós iremos comparar a reduçao de CO2 para o cimento geopolimérico à base de rocha, que é o que nós desenvolvemos na década de 90 e vamos comparar dois dados: 1. Um que estamos considerando o produto que estamos usando como resíduo, isto é, não levamos em consideração o CO 2 para esse material; 2. Segundo, você vai fabricar tudo. O que nós obtemos? Cimento geopolimérico genuíno. Eu não estou falando sobre álcali-ativação em nenhum momento. 38

18 fabricamos a escória já que temos 10%, nós introduzimos 0,1 tonelada de CO 2 no sistema, você não precisa de mais. Não é 1 tonelada, não é 100% de escória que estamos utilizando, estamos utilizando somente 10% em peso. Então, você irá alcançar a redução de 80% e a redução de 70%. Primeiro, nós consideramos a escória como resíduo e usamos solução de silicato de potássio. Comparamos o processamento do cimento Portland, temos com a calcinação 1 tonelada e com a moagem 0,020 tonelada, totalizando 1,020 toneladas de CO 2. Para o cimento geopolimérico, optamos por produtos em que às vezes a rocha não precise ser calcinada, e algumas vezes você tem que calcinar a 700 C. No primeiro caso temos uma pequena calcinação para o metacaulim (0,035 t) e no segundo caso a rocha é calcinada produzindo o metacaulim (0,14 t). A escória é um resíduo, portanto 0. No primeiro caso temos redução total de 90% de CO 2 e no segundo caso 80% de redução de CO 2. Isto não é ativação alcalina, isto é cimento geopolimérico. Segundo cálculo. Nós fabricamos a escória. Nós Cimento Portland Lafarge, melhor caso 25% de redução, pode ser daqui a 10 anos. Isto é o que alcançamos, que estamos testando e que realmente funciona. Pior caso 70% e melhor caso 80/90%. O problema é que a discussão polêmica continua. Eu recebi uma cópia deste artigo publicado recentemente, há 2 meses, que afirma: Emissões de CO 2 equivalentes: uma comparação entre concreto geopolimérico e concreto de cimento Portland, 39

19 concreto feito por uma equipe australiana da Monash University, departamento de engenharia civil. Qual o assunto principal aqui? formulação ruim de ativação alcalina de cinzas, e estão publicando a sua comparação e afirmando que o cimento Portland é tão bom quanto o geopolímero ou o geopolímero é tão bom quanto o cimento Portland. Eles estão usando o método convencional de ativação alcalina que envolve a dissolução, o que significa um monte de NaOH alcalino e um monte de silicato de sódio, e você precisa de cura em temperatura de 80 C. É um sistema hostil ao usuário. Estou chateado. Eu fico louco com este tipo de reação. Destaques: Cimento Portland comum (OPC) tem alta energia incorporada decorrentes da fabricação; Pegada de carbono dos geopolímeros, um ligante alternativo para OPC, foi estimado; CO 2 -e de concreto geopolimérico é 9% inferior que OPC: ao contrário de estudos anteriores (26-80%); Isto é impossível! O principal fator para o alto CO 2 -e dos geopolímeros é a energia gasta em ativadores alcalinos; Geopolímeros necessitam de alta temperatura de cura para resistência: uma outra fonte de CO 2 -e. O que está errado aqui? Significa que quando eles estão falando sobre geopolímeros estão se referindo à ativação do fly ash, ao fly ash álcali-ativado. Vocês se lembram de minha palestra ontem, algumas pessoas acham que geopolímero é um concreto geopolimérico e pior é fly ash álcali-ativado. E estas são as pessoas que estão comparando uma E o oposto, nós usamo o método geopolimérico à base de fly ash, com endurecimento em temperatura ambiente, reação de policondensação/superfície. Utilizamos uma grande quantidade de fly ash e apenas 10% de silicato de sódio ou potássio, que é favorável ao usuário. Precisamos de 1/4 ou 1/5 da quantidade de álcalis que é usada na ativação alcalina do fly ash, uma certa quantidade de escória de alto-forno, e isso produz um sistema favorável ao usuário. Por favor, parem de utilizar o sistema anterior! Você pode afirmar que em meu livro, Capítulo 25, tem um capítulo sobre concreto geopolimérico, e de fato, o estudo foi realizado pela equipe do professor Hangan, e naquela época eles estavam fazendo esta 40

20 pesquisa para desenvolvimento em 2004, 2006, método que de fato era uma ativação alcalina, mas isso foi antes de introduzirmos o novo geopolímero, o cimento geopolimérico à base de fly ash. Isso vai ser modificado na 4ª edição e introduziremos um novo sistema que deve ser usado para obter um sistema favorável ao usuário e alcançar resistências maiores. Então, meus amigos, você tem que fazer sua lição de casa. Você tem que combater essas alegações, você tem que divulgar essa discussão polêmica, mas é claro, você precisa usar a formulação do cimento geopolimérico à base de fly ash da maneira adequada. Este é o fim de minha palestra. Espero que tenham gostado. Vamos organizar mais webinars no futuro. Se você tiver algum sugestão para organizar webinars mais detalhados, levantando questões mais precisas que podem ser interessantes para a nossa grande comunidade, podemos fazê-lo ou podemos usar o webinar para discutir ou para ensinar estudantes universitários e assim por diante. Vamos usar o nosso laboratório, pois devemos usá-lo. Obrigado por sua atenção. Até breve! 41