INFLUÊNCIA DO TEMPO DE AUTOCLAVAGEM NAS PROPRIEDADES FÍSICAS DO CONCRETO CELULAR AUTOCLAVADO (AAC)

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1 INFLUÊNCIA DO TEMPO DE AUTOCLAVAGEM NAS PROPRIEDADES FÍSICAS DO CONCRETO CELULAR AUTOCLAVADO (AAC) R. B. Jacóe; C. S. Rodrigues Departamento de Engenharia Civil, Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais CEFET-MG RESUMO O Concreto Celular Autoclavado é utilizado na construção civil substituindo blocos de concreto convencionais. Uma estrutura porosa é criada no material pelo pó de alumínio, que reage e libera gás hidrogênio, a cura é realizada em autoclave (184ºC, 1MPa, 12 horas). Sob esta condição uma estrutura cristalina é formada, tobermorita, responsável pela resistência mecânica. Garante uma economia de energia com condicionamento térmico dos ambientes, porém a autoclavagem demanda alta energia, influenciando no custo final. Para reduzir o tempo de cura diferentes tempos de autoclavagem foram caracterizados e analisada sua influência na resistência e microestrutura do material. Os resultados comprovam a formação de tobermorita e o aumento da resistência mecânica. A resistência mecânica média para as amostras autoclavadas durante 4 horas foi de 0,83 MPa, para 8 horas 2,80MPa e 12 horas 2,96MPa, logo para tempos menores de cura o material apresenta resultados satisfatórios em relação às propriedades, porém a estrutura e distribuição de poros deve ser melhorada. Palavras-chave: autoclavagem, caracterização, propriedades físicas. INTRODUÇÃO O concreto celular autoclavado resulta da mistura de materiais calcáreos, um agregado fino silicoso e um agente incorporador de ar, comumente utiliza-se o pó de alumínio, onde por meio de processos químicos liberam gás hidrogênio, formando bolhas no material. Sendo assim, o nome celular deriva do fato deste concreto possuir diversos poros em sua superfície. Este material tem o seu processo de cura realizado dentro de uma autoclave, sob alta pressão e temperatura. Uma vez que a 2406

2 incorporação de ar torna o concreto menos resistente, a autoclave altera as reações químicas que ocorrem neste material, o que confere uma maior resistência. A norma NBR 13438/1995 [1], define o concreto autoclavado como: É um concreto leve obtido através de um processo industrial, constituído de materiais calcários (cimento, cal ou ambos) e materiais ricos em sílica, granulados finamente. Esta mistura é expandida através da utilização de produtos formadores de gases, água e aditivos, se for o caso, sendo submetidos à pressão e temperatura através de vapor saturado. O concreto celular autoclavado contém células fechadas, aeradas, uniformemente distribuídas. O principal objetivo deste trabalho foi avaliar a influência do tempo de autoclavagem na resistência e a evolução da microestrutura do material, ou seja, verificar se com diferentes tempos há a formação de compostos diferentes e/ou em quantidades diferentes. Visando reduzir o tempo de cura em autoclave, para assim reduzir custos na produção, visto que esta é a etapa mais dispendiosa do processo de produção. MATERIAIS E MÉTODOS Para avaliar as propriedades físicas em função do tempo de autoclave a matriz desenvolvida possui a seguinte formulação: relação de água/sólidos de 0,55, onde são utilizados cimento Portland CPV (por não conter adições), cal, gesso e quartzo. A quantidade de alumínio empregada obedece a relação Al/ CaO = 1,9%. Esta formulação foi utilizada para as quatro amostras produzidas (A, B, C e D) que se diferenciam no processo de produção, apenas pelo tempo de autoclave na cura (Tabela 1), para nível de comparação foi utilizada uma amostra do material vendido comercialmente. Tabela 1 Especificação das amostras. Amostra A B C D E Tempo de cura em autoclave 12 horas 8 horas 4 horas 0 horas Comercial O processo de moldagem do Concreto Celular Autoclavado em laboratório segue o mesmo princípio utilizado para a produção em grande escala. Consiste em 2407

3 inicialmente dosar as matérias-primas, em seguida misturá-las com o auxilio de um agitador mecânico. A seguir a mistura é levada ao molde cúbico 50 x 50 mm, logo após ela passa pelo processo de pré-cura durante 24 horas, em temperatura ambiente. Seguida do desmolde e corte e por fim a cura em autoclave. A pré-cura tem como objetivo a expansão da mistura por meio da reação entre o alumínio e a cal que tem como um de seus produtos a liberação de gases H 2, como apresentado na equação abaixo. 2Al + 3Ca(OH) 2 + 6H 2 O 3CaO.Al 2 O 3.6H 2 O + 3H 2 ( ) Essa expansão da mistura, devido a formação de bolhas, resulta em um produto com cerca de 80% de teor de vazios em seu volume total [2]. Da porosidade total de 80% do volume de AAC, cerca de 30% são microporos e 50% correspondem à porosidade incorporada [3, 4]. A cura em autoclave se dá a uma temperatura de 184 C e uma pressão de cerca de 1MPa. Nestas condições, a reação entre a sílica e a cal dá origem a cristais de tobermorita (5CaO.6SiO 2.5H 2 O), responsável pela resistência mecânica final. Para caracterização do material incialmente a densidade foi medida segundo a norma NBR 13440, calculada por meio da razão entre a massa e o volume da amostra seca [5]. Para determinar a resistência mecânica foi realizado o ensaio de compressão, adotou-se a velocidade de 0,5 mm/min, utilizada para compressão de materiais frágeis. A difração de raios-x é a técnica mais indicada na determinação das fases cristalinas presentes em materiais cerâmicos, foram analisados os picos variando de 20 a 80º, com uma taxa de 2 º/min. Para a análise dos dados obtidos do ensaio, foi utilizado o software Match!. Por meio da análise térmica (TG e DTG) foi feita a caracterização do material em relação a sua estrutura mineralógica, a variação de temperatura utilizada foi de até 1400ºC e uma taxa de aquecimento de 10ºC/min. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os valores de resistência à compressão obtidos (Figura 1a) apresentam a influência do tempo de autoclavagem, onde a diferença de resistência da amostra A para a amostra D é de aproximandamente 2,65 MPa. De acordo com a literatura 2408

4 essa diferença se deve ao fato de que quando autoclavada a silica e a cálcio formam uma estrutura mais organizada (tobermorita), logo mais resistente, necessária para cumprir as exigências de carga para blocos de alvenaria estrutural. Quanto maior o tempo em autoclave, mais tobermorita será formada, portanto maior a resistência mecânica do material [6], que foi observado nas amostras realizadas neste trabalho. A resistência específica para as amostras autoclavadas durante 12 e 8 horas (A e B) são bem próximas, portanto a utilização de um tempo de autoclavagem de 8 horas é vista como uma alternativa a produção de AAC (Figura 1b). Figura 1 Resistência do AAC (a) Resistência à compressão e (b) Resistência específica. O resultado mineralógico (Figura 2) apresenta o desenvolvimento da estrutura cristalina. Os picos mais importantes no AAC são referentes ao quartzo (2θ 27 ) e da tobermorita em (2θ 30 ) [7]. Na amostra não autoclavada e autoclavada durante 4 horas, não há formação de tobermorita. Figura 2 - Difração de raios-x para AAC 2409

5 Portanto os resultados comprovam que durante a cura em autoclave há a reação entre quartzo (sílica) e cálcio formando tobermorita, e esta reação esta diretamente relacionada com o tempo de autoclavagem [3, 8]. Nas análises térmicas, para uma temperatura entre 300 e 500ºC ocorre a dissociação do hidróxido de cálcio - Ca(OH) 2 (Ca(OH) 2 CaO + H 2 O ) [9]. As amostras autoclavadas apresentam menor quantidade de Ca(OH) 2, uma vez que o Ca é consumido na formação da tobermorita, assim sendo a perda mássica nessa faixa temperatura ocorre apenas na amostra não autoclavada D (Figura 3). Figura 3 Análises térmicas (a) Termogravimetria TG e (b) Derivada de primeira ordem DTG Observa-se que a perda mássica é acentuada entre 600 e 700 C. Essa faixa de temperatura é típica da degradação do carbonato de cálcio, CaCO 3 (CaCO 3 CaO + CO 2 ), que é comprovada pela presença de calcita nas analises de DRX [9]. CONCLUSÕES A cura em autoclave no Concreto Celular é essencial para a obtenção da resistência mecânica necessária para aplicações em construção civil, uma vez que o material é poroso. A microestrutura analisada, pelos ensaios de DRX e TG (Figuras 2 e 3), indicou que o tempo de autoclave interfere na formação de tobermorita, que é responsável pela resistência mecânica do material. 2410

6 De acordo com a Figura 1, para uma resistência a compressão de aproximadamente 3 MPa, a densidade do AAC comercial encontrar-se entre 400 e 600Kg/m³, porém para a mesma resistência mecânica as amostras realizadas em laboratório possuem densidade de aproximadamente 900Kg/m³. Indicando assim que a formulação necessita de ajustes para que, na fase de pré-cura, haja uma melhor formação e distribuição de poros. A análise dos resultados obtidos das amostras autoclavadas por 12 horas (A) e 8 horas (B) demonstra que ambas possuem características similares, o que indica que a redução do tempo de autoclavagem de 12 para 8 horas é viável, reduzindo assim os custos na produção de ACC. REFERÊNCIAS 1. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 13438, Blocos de concreto celular autoclavado Especificação NARAYANAN, N.; RAMAMURTHY, K. Structure and properties of aerated concrete: a review. Cement & Concrete Composites. India, v.22, p BARRETO, Matheus de Faria et al. Análise microestrutural de blocos de concreto celular autoclavado (BCCA) com o auxílio de métodos instrumentais. Conexão ciência (Online), v. 7, n. 2, p , KUS, H., CARLSSON, T. Microstructural investigations of naturally and artificially weathered autoclaved aerated concrete. Cement and Concrete Research, 33, p , Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 13440, Blocos de Concreto Celular Autoclavado Verificação da Densidade de Massa Aparente Seca ISU, Norifumi; ISHIDA, Hideki; MITSUDA, Takeshi. Influence of Quartz Particle Size on the Chemical and Mechanical Properties of Autoclaved Aerated Concrete (I) Tobermorite Formation. Cement and Concrete Research. Japan, v.25, n.2, p AL-WAKEEL, E. I.; EL-KORASHY, S. A. Reaction mechanism of the hydrothermally treated CaO-SiO2-Al2O3 and CaO-SiO2-Al2O3-CaSO4 systems. Journal of materials science, v. 31, n. 7, p ,

7 8. KIHARA, Y. A síntese da tobermorita e sua aplicação na engenharia de materiais. Bol. IG-USP, Publ. espec. [online]. 1991, n.9, pp DWECK, J.; PINTO, Carolina A.; BÜCHLER, P. M. Study of a Brazilian spent catalyst as cement aggregate by thermal and mechanical analysis. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, v. 92, n. 1, p , INFLUENCE OF TIME AUTOCLAVING IN PHYSICAL PROPERTIES OF CELLULAR CONCRETE AUTOCLAVED (AAC) ABSTRACT The Autoclaved Cellular Concrete is used in building blocks replacing conventional concrete. A porous structure is created in the material by aluminum powder, which reacts and releases hydrogen gas, the cure is performed in an autoclave (184ºC, 1 MPa, 12 hours). Under this condition a crystalline structure is formed, tobermorita, responsible for mechanical strength. Ensures energy savings with thermal conditioning of environments, but the autoclave high energy demand, influencing the final cost. To reduce the cure time of autoclaving different times were described and examined its influence on the strength and microstructure of the material. The results confirm the formation of tobermorita and increased mechanical strength. The average strength for autoclaved for 4 hours was 0.83 MPa for 8 hours 2,80MPa and 12 hours 2,96MPa, soon to lower curing times the material shows satisfactory results in relation to the properties, but the structure and pore distribution must be improved. Keywords: autoclaving, characterization, physical properties. 2412