A situação da pesquisa e desenvolvimento do geopolímero 2014

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1 A situação da pesquisa e desenvolvimento do geopolímero 2014 O Geopolymer Camp 2014 foi realizado nos dias 7 a 9 de julho de 2014 na Universidade de Picardie em Saint- Quentin, França. O professor Joseph Davidovits apresentou uma palestra sobre a situação do geopolímero em Esta é uma revisão sobre o que aconteceu em 2013 e primeiro semestre de 2014 sobre a ciência do geopolímero e aplicações.

2 Este é o sexto GP-Camp. A minha apresentação sobre a situação da pesquisa e desenvolvimento sobre os geopolímeros tornou-se uma tradição a cada ano. É um resumo do que consideramos importante desde o último GP-Camp. Todos os GP-Camp foram registrados em vídeos. Os vídeos estão disponíveis em nossas páginas da Internet dedicadas a cada GP-Camp. Tem a duração de cerca de uma hora e também está disponível como um bônus no pendrive que traz o tutorial Geopolymer for Newcomers. Geralmente é composto por quatro partes: ciência geopolimérica; tecnologias geopoliméricas; cimento/ concreto geopolimérico e geopolímero e arqueologia, mas este ano, vou apenas me concentrar na ciência geopolimérica e cimento geopolimérico, porque estamos testemunhando avanços muito importantes. E é óbvio que o aumento dos laboratórios tem um forte impulso no números de artigos científicos publicados a cada ano. O gráfico a seguir mostra a evolução; temos os artigos científicos publicados por ano, revisados por pares, quando você digita a palavra-chave "geopolímero". Vamos começar com a ciência geopolimérica. 1. Ciência geopolimérica É sempre interessante ver como era no início. Foi em 1988, nossa primeira conferência. E atualmente, estes são os vários laboratórios de pesquisa no mundo que estão trabalhando no assunto. Com início em 1991, este é o meu primeiro trabalho oficialmente reconhecido como o ponto de partida da ciência geopolimérica. Na verdade, começamos dez anos ou quinze anos mais cedo... e, você verá que no início a produção de artigos não era muito eficiente porque na verdade, não havia muitos laboratórios que trabalhavam sobre o tema e, em seguida, começou a aumentar; em 2011, tinha menos de 50 artigos por ano. Em 2012; 220, 240 e em 2013 mais de

3 Assim, diante do crescimento exponencial dos artigos científicos, eu comecei a me perguntar se isto deveria ser relevante; e então criamos o nosso próprio Jornal/Revista da Ciência Geopolimérica. Teremos um tópico especial sobre este assunto. Outra melhoria no ensino e comunicação sobre a ciência geopolimérica é fornecida através dos nossos seminários, Webinars, que comecei a realizar em 2013 (na primavera e no outono) e tivemos também na Primavera de 2014 e acho que será repetido. Isso é o básico da ciência geopolimérica. Tem a duração de três horas online com seções com perguntas e respostas, e na primavera deste ano, tivemos de 205 a 210 participantes inscritos; duas seções por dia, de modo que são dois dias, duas seções por dia... o primeiro dia na parte da manhã para o hemisfério Oriental e à tarde para Hemisfério Ocidental. No primeiro dia os tópicos discutidos foram: Aplicações e comercialização; O que é um geopolímero; As seis regras básicas no processamento geopolimérico; A ciência geopolimérica e as pirâmides. Nós temos todos esses materiais na Internet em nossa página do Webinar. Em 2008, apresentei o roteiro para a pesquisa e desenvolvimento no Segundo Congresso Internacional de Cerâmica, que participamos em Verona e era composto por 15 temas de pesquisa: 1. O caráter polimérico dos geopolímeros; 2. Polissiloxonato, silicato solúvel (waterglass); 3. Geopolímero à base de metacaulim MK-750; 4. Geopolímero à base de cálcio; 5. Geopolímero à base de rocha; 6. Geopolímero à base de sílica; 7. Geopolímero à base de fly ash; 8. Geopolímero à base de fosfato; 9. Geopolímero organo-mineral; 10. Durabilidade a longo prazo; 11. Compósito de geopolímero/fibras; 12. Geopolímero no processamento cerâmico; 13. A fabricação de cimentos geopoliméricos; 14. Concreto geopolimérico; 15. Material para aplicações medicinais. E nós veremos o que aconteceu desde 2008, veremos vários resultados e vamos apresentá-los. No segundo dia: Princípios da ciência geopolimérica dos aluminossilicatos; Geopolímeros resistentes ao fogo e ao calor; Cimento geopolimérico à base de cinzas volantes; Testes de durabilidade; Normas para o geopolímero/baixa emissão de CO 2 ; Ciência geopolimérica e cimento romano. 1. O caráter polimérico dos geopolímeros Estamos lidando com o conhecimento sobre uma 125

4 microestrutura do que foi sintetizado, e também sobre a técnica de sol-gel. Vamos falar sobre solgel mais tarde na minha palestra. Esta é parte da minha apresentação no Webinar sobre O que é um geopolímero?. 2. Polissiloxonato, silicato solúvel (waterglass) Neste caso, lidamos com o silicato solúvel (waterglass). Estamos testemunhando o seguinte: O silicato solúvel é um dos elementos básicos da síntese dos geopolímeros de aluminossilicatos e há agora mais e mais laboratórios e empresas que já não compram o silicato solúvel na forma de silicato de sódio ou de potássio da indústria e sim, estão fabricando a partir da microssílica ou sílica ativa. Então, é importante ver ou estudar as diferenças entre os dois sistemas. O sistema industrial baseia-se normalmente na fusão de quartzo sob temperaturas elevadas enquanto que o segundo, é praticamente em temperatura ambiente, sob temperaturas muito baixas. Assim, os resultados devem ser diferentes, e são. Si-O, somente uma e isto é um dímero. No começo isto é um pouco confuso, é Q 1, mas é um dímero com 2 Si. Q 2, significa que há duas ligações covalentes da unidade Si-O. Q 3, o silício tem três unidades Si-O ligadas covalentemente, esta é uma molécula ramificada. Q 4, significa um sistema tridimensional com quatro unidades Si-O. E você pode imaginar: você começa com esta molécula pequena e em seguida há um aumento; as dimensões das suas moléculas estão aumentando tremendamente. Bem, isso é o que veremos agora. O problema é o seguinte: nós vamos comparar o que temos quando fazemos a nossa solução de silicato com sílica ativa com o quartzo fundido, que é o método tradicional. No gráfico abaixo, mostramos um comparativo entre os silicatos de sódio com razões molares distintas. Começamos com 3,28, que é a razão molar da solução de silicato de sódio regular que é fornecida pela indústria, e depois aumentamos a alcalinidade do sistema e você vê a quantidade de Q 0, Q 1, Q 2, Q 3 e Q 4. Vamos discutir isso mais tarde. Um estudo realizado na ESPCI-ParisTech baseou-se na fabricação de solução de silicato começando com microssílica e com algumas definições que farão você entender o que está acontecendo no sistema. Sobre a especiação do silício temos que aprender o seguinte: temos várias unidades que irão então construir as moléculas e as soluções, e que consistem nos primeiros passos da geopolimerização, como demonstrado na figura a seguir: Q 0, significa que esta unidade de silício (Si-O) está sozinha; é um monômero, é monossilicato. Q 1, significa que tem uma ligação covalente da unidade O importante é que este é o elemento de partida, geralmente nós adicionamos álcalis para diminuir a relação molar SiO 2 /Na 2 O, diminuímos para 2; depois para 1,33, que é aproximadamente a relação que eu espero que seja utilizada na maioria dos meios geopoliméricos (1,3; 1,4; 1,5); e 1,0, que é algo que 126

5 eu não recomendo que seja utilizado todos os dias. É altamente alcalino, porém é usado em aplicações especiais. Então, o que é importante observar nessas estruturas, você vai observar o aumento das dimensões. Q 0, monossilicato; Q 1 ; aqui apresentamos a unidade Q 2, temos uma molécula SiO 2 que tem duas ligações covalentes. Aqui nós temos um Si, Q 1, e esta é a nossa molécula, pode ser mais longa com Si com Q 2, Q 2, Q 2, Q 2. Esta é uma cadeia linear. De fato, isto é uma exceção. Normalmente, em solução concentrada obtemos ciclos. Temos o ciclo com o Q 2 ; com Q 3, é um pouco mais complicado, temos nesta estrutura um Q 1, este é um grupo final e temos um hexâmero, um hexassilicato e a dimensão desta unidade é ainda maior do que a anterior que é um tetrâmero, mesmo que ainda estejam na mesma solução de silicato. E nós apresentamos todas as estruturas Q 3 que estão na solução. Assim, você vê as diferenças entre esta unidade Q 1, que é mais reativa do que esta última Q 3, porque esta para reagir com o nosso sistema tem que ser degradada, despolimerizada, e se não houver álcalis suficiente ela vai terminar com esta dimensão e isto não é importante, o que importa é o que nós temos como resultado da geopolimerização. Mas, isto é importante para saber o que está realmente acontecendo com a solução de silicato que estamos produzindo, porque continuando com Q 3, temos um hexâmero e a seguir o mesmo hexâmero, que é um cubo, depois temos um dodecâmero. Estas são as moléculas reais que temos na solução com baixa concentração de álcalis. Por último, temos a representação da molécula de quartzo que é sempre encontrada na solução de silicato que temos na indústria, o sistema Q 4. Então, se nós voltarmos para o gráfico que mostra a evolução, você vê que no início temos Q 4 tridimensional, várias unidades Q 3 ramificadas, grandes moléculas. No sistema Q 0, no geral, há pequenas moléculas, poucas unidades Q 1, Q 2 e quando há o aumento da alcalinização, enquanto o Q 4 desaparece, temos um aumento na quantidade de Q 0 e Q 1 ; isto é, com a alcalinização estamos degradando, despolimerizando grandes moléculas, e começando a produzir uma menor que é mais reativa. Você vê as diferenças e os problemas que podem haver entre o silicato à base de quartzo ou à base de microssílica. Moléculas mais ramificadas para a microssílica do que para o quartzo. Mais Q 2 para o quartzo do que para a sílica, mas essencialmente temos no final; quando temos mais alcalinidade, nós temos sempre para a sílica mais Q 0, mais moléculas pequenas, molécula Q 1 do que o 127

6 quartzo. Isso significa para mim que os sistemas são diferentes e o problema é que sempre permaneça com a mesma constituição. Isto é o que a indústria química nunca foi capaz de fazer com o silicato. Quando você recebe sua solução de silicato do fornecedor, você não sabe exatamente o que tem nela. Para alcançar a viscosidade desejada você pode ter mais ou menos água, mas não se esqueça de que a produção para outra concentração a composição dos vários elementos é diferente e então, deve haver uma adaptação e manter sempre a mesma formulação para obter as mesmas concentrações e, essencialmente, no mesmo processamento existe um tempo de maturação, que nós em nossos laboratórios, com as nossas empresas parceiras, pedimos que todas as soluções sejam preparadas com antecedência e que possam ser usadas com segurança a longo prazo quando estão estabilizadas. Esta é a garantia de qualidade na produção dos produtos que são fabricados. de melilita, que consiste numa solução de sódio de gehlenita; este 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. 3. Metacaulim Você sabe, o metacaulim é produzido por meio da calcinação da caulinita, argila grossa. Temos a síntese do metacaulim começando com o método de sol-gel. Primeiro produzimos a caulinita pelo método de sol-gel e em seguida, calcinamos a 750 C. Eu vou falar sobre isso mais tarde. Então, o que está acontecendo sob alcalinização? 4. Geopolímero à base de cálcio Aqui vamos ver a enorme diferença entre a ativação alcalina e geopolimerização e eu vou usar a escória como exemplo. 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 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 128

7 de CSH permanece e temos a precipitação de hidróxido de alumínio, hidróxido de magnésio e hidróxido de cálcio. 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 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. 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. 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 129

8 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. 5. Geopolímero à base de rocha Esta é a introdução de uma nova espécie, o ferrossialato (-Fe-O-Si-), o ferro está tomando o lugar do alumínio. 6. Geopolímero à base de sílica Nano-polissilanol, -Si-O. Isso oferece produtos muito interessantes como a seguir. o não uso do fly ash álcali-ativado. 8. Geopolímero à base de fosfato Espero que tenhamos a apresentação esta tarde. 9. Geopolímero organo-mineral É a preparação dos híbridos entre minerais e orgânicos. Isto é em que muitas indústrias estão trabalhando a fim de fazer tintas, revestimentos, adesivos e assim por diante, pela introdução de diversos grupos orgânicos. E, de fato, é necessário estudar regras de compatibilidade entre os dois sistemas, normalmente elas não são compatíveis, e a equipe da Universidade de Napoli Parthenope descobriu algumas regras que foram apresentadas no GP-Camp do ano passado. Você encontrará o vídeo da apresentação da Dra. Giuseppina Roviello em nosso site. Então, você vê aqui que nós temos os nossos nanossilicatos, e entre eles a nossa cadeia geopolimérica polissilanol, você reconhece essa estrutura que nós também obtivemos no início. Mas é aqui que proporciona boas propriedades ao material. 7. Geopolímero à base de fly ash Sem melhorias. Além do fato de que estou propagando Isto é uma mistura de resina epóxi e polissiloxossialato à base de metacaulim. Vou ler um pequeno resumo: uma boa compatibilidade entre as fases inorgânicas aquosas é obtida graças a numerosas hidroxilas (-OH) que são formadas durante a reação de abertura do anel epóxi que constitui a fase orgânica temporariamente hidrofílica. Este é o problema, nós devemos ter dois sistemas hidrofílicos a fim de interagir adequadamente, aumentando a compatibilidade com as fases inorgânicas aquosas. 130

9 Isto é o que temos na nossa geopolimerização, condensação das unidades. Na figura a seguir, temos três oligossialatos de sódio que policondensam para produzir esta unidade, você vê os grupos de OH. Abaixo o grupo epóxi que tem a sua abertura, C-OH, que é compatível com o sistema. Para maiores detalhes assista a apresentação da Dra. Roviello. próximo, porém até agora somente em laboratório. 13. Fabricação de cimento geopolimérico Esta é uma nova matéria-prima para o cimento à base de ferrossialato. 14. Concreto geopolimérico Este é o principal tópico desta apresentação. 15. Materiais para aplicações medicinais 2. Tecnologias geopoliméricas Bem, geralmente eu tenho um tópico sobre tecnologias geopoliméricas, mas hoje eu não tenho. Mas vou apenas mencionar brevemente o que eu mostrei ontem no Webinar que são as oportunidades de empregos para cientistas geopoliméricos e isso é muito importante; é assim que deve ser. 10. Durabilidade a longo prazo Pela primeira vez temos uma ligação oficial entre a ciência geopolimérica e o cimento Romano. Antes quando eu afirmava que alguns dos cimentos romanos eram semelhantes ao cimento geopolimérico, eles diziam, não, isto é á base de CSH, cimento regular à base de cal. E, nós temos a ligação sialato que foi descoberta. Vamos mostrar, falar sobre isso esta tarde no início da seção sobre tecnologia antiga, e de fato esta é a décima parte do meu Webinar. Eu mencionei o fato de que a empresa Banah do Reino Unido estará começando muito em breve a produção e que teremos amanhã a palestra de Andrew McIntosh sobre o assunto. 11. Compósitos de geopolímero-fibras Alta temperatura até 1300 C pelo uso de fibras de linho. 12. Geopolímero no processamento cerâmico Há grupos que estão tentando obter materiais cerâmicos pela introdução de césio, lítio, gálio e germânio. A síntese é difícil. Bem, eles obtêm algo Oportunidades de trabalho: janeiro, fevereiro e março, tinham vários empregos sendo oferecidos e que foram preenchidos. Delft University, desempenho a longo prazo do concreto geopolimérico. Grupo de pesquisa sobre geopolímero da University of Oulu, estes são os trabalhos de pesquisa. 131

10 Swinburne University of Technology, campus na Malásia. E a empresa Wagners que já está começando a implementação muito rapidamente na Austrália. Uma exclusiva tecnologia foi desenvolvida para ajudar a tratar os resíduos radioativos com menor custo de forma mais eficaz no futuro. Os métodos atuais dependem da imobilização de líquidos e sólidos misturando-os com uma argamassa à base de cimento, antes do acondicionamento da mistura para armazenamento e eventual eliminação. A abordagem que está sendo lançada pela Lucideon (ex-ceram), uma empresa de consultoria de materiais cuja experiência surgiu a partir da indústria de cerâmica de Stoke-on-Trent, envolve derramar uma suspensão de materiais como minerais, ou um geopolímero, sobre os resíduos que endurecem o material em um sólido resiliente. Assim, chegamos ao tema principal da minha palestra: cimento e concreto geopolimérico. 3. Cimento e concreto geopolimérico Normalmente, o cimento e concreto geopolimérico consiste apenas em um quarto das minhas palestras, porém aqui é praticamente a metade. Mas antes disso, eu quero apresentar um uso recente da Nuclear Decommissioning Authority, em junho de 2014: O investimento na inovação dá frutos. Tecnologia cerâmica melhora locais. Uma das principais vantagens do geopolímero sobre o material de encapsulamento convencional como o cimento é o potencial para infiltrar eficazmente nos espaços vazios ou espaços inábeis, enquanto trabalha igualmente bem com sólidos, líquidos ou uma mistura de ambos - evitando a necessidade de drenar o líquido. A pasta pode ser colocada em contêineres de resíduos, ou bombeada para o fundo, para solidificar quaisquer líquidos e também encapsular resíduos de nível intermediário (IWL). O controle pode também ser exercido sobre a viscosidade (ou fluidez ) do 132

11 encapsulante, oferecendo maior versatilidade do que os tratamentos padrões e com potencial para uma grande variedade de aplicações. Ian Buckley, líder do projeto Lucideon, disse: O estudo superou as nossas expectativas e os resultados da experimentação forneceram vantagens que não estavam previstas. A natureza do geopolímero sugere que o produto encapsulante possa ser bombeado para as saídas, quer a partir da parte superior ou inferior ao mesmo tempo em que permea todo o volume de resíduos e os imobiliza com sucesso. Agora, temos notícias dos EUA. Estamos em grautes e argamassas, temos a Milliken, uma grande empresa química dos EUA, que montou uma empresa de geopolímeros e lançou um produto que eles chamam de Geospray. Temos um pequeno vídeo sobre isto. 133

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17 Ainda nos EUA, recebemos esta notícia no ano passado no Los Angeles Times, a University of North Carolina que participou do Solar Decathlon com o objetivo de construir casas em que a energia seja apenas solar, e o jornalista escreveu o seguinte: É de meu conhecimento que a sua casa usa concreto de cimento geopolimérico que reduz a pegada de carbono. 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. E é isso que eles fizeram na University of North Carolina, em Charlotte. Eles tinham dentro das paredes tubos de arrefecimento e isto é cimento e concreto geopolimérico à base de fly ash. O que temos aqui? Há três andares feitos com concreto geopolimérico pré-moldado. Você tem o primeiro, segundo e o terceiro andar. No entanto, a descoberta mais importante veio de países totalmente diferentes, da Austrália, não de Melbourne, não de Perth, mas de Brisbane. Temos lá um grupo fortemente envolvido no desenvolvimento do concreto geopolimérico desde O Global Change Institute da University of Qeensland, 139

18 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 carga. 10,5 metros de comprimento e estes são os resultados: sem fadiga no geral. 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. Eles estão usando concreto geopolimérico para fazer abóbadas de túneis. 140

19 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. Eles utilizaram também para design urbano. Você vê que eles trabalhando no aeroporto, a usina de concreto geopolimérico. O concreto geopolimérico pode ser transportado por caminhão utilizando bomba ou calha. Aqui eles estão utilizando o sistema de calha. 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 A pergunta é: Por que demorou tanto tempo para chegar a esta importante comercialização? Nós tivemos vários projetos-piloto, mas não a comercialização real. Em 1983, tivemos a primeira invenção de cimento à base de escória e metacaulim. Eu estava no laboratório central da indústria Lone Star, em Houston, tínhamos uma equipe lá e nós inventamos o geopolímero à base de escória e metacaulim. Assim, 30 anos mais tarde baseado na alcalinização da escória podemos dizer que se trata de uma prática 141

20 real. Por que demorou tanto tempo? Eu apresentei a minha primeira resposta no ano passado na minha revisão sobre o cimento geopolimérico (que está disponível no site do Geopolymer Institute). No State of the Geopolymer R&D de 2012, sugerimos selecionar duas categorias, a saber: Cimento geopolimérico à base de fly ash/escória: as cinzas volantes estão disponíveis na maioria dos países emergentes. Cimento geopolimérico à base de ferrossialato (similar ao à base de rocha): esta matéria-prima geológica rica em ferro está presente em todos os países do mundo. Apresento agora, um trecho de minha palestra de 2012 sobre o assunto: Vou ler um trecho do texto que eu coloquei lá: As normas existentes para o cimento Portland não estão adaptadas para o cimento geopolimérico. Elas devem ser criadas por um comitê ad hoc. Entretanto, para fazer isso é necessário também a presença de cimentos geopoliméricos padrões. Atualmente, todos os especialistas fornecem sua própria receita com base em matérias-primas locais (resíduos, subprodutos ou extraídos). Há uma necessidade de selecionar a categoria de cimento geopolimérico correta. No início do desenvolvimento do cimento geopolimérico, eu estava pronto para responder a questão: Como podemos ter certeza de que produziremos um cimento geopolimérico em todo o mundo? Eu disse: sem problema, temos tantas possibilidades, há tantos materiais formadores de rochas que serão adequados para o cimento geopolimérico; será muito fácil. Não é. Porque a transferência de tecnologia, a transferência de conhecimento não é tão fácil. Temos algumas pessoas, como eu e outros. Temos o conhecimento, e isso é tudo. Então, isso é muito complicado, quer dizer, para enfrentar essa questão, estabelecemos padrões para a economia global. Em meu livro, temos, por exemplo, para o cimento, uma lista de várias matérias-primas. Todos são orgulhosos para publicar: bem, eu produzi o cimento geopolimérico com este tipo de resíduo ou com este tipo de material... e assim por diante. Esta não é maneira de promover o sistema, se quisermos salvar o mundo; se não quisermos, tudo bem. Desse modo, estabeleci padrões para a economia global e estou propondo, a partir de meu ponto de 142

21 vista, que devemos ter no máximo dois processos geopoliméricos fáceis de utilizar. O primeiro é à base de cinzas volantes. Explicarei depois. O segundo à base de ferrossialato e, evidentemente, precisamos de um endurecedor industrial com base na geologia. Então, você vê que temos um à base de resíduos e o outro baseado na geologia. O primeiro critério é que seja fácil de usar. O que isto significa? Em química, conhecemos os símbolos de corrosivo e irritante. O material corrosivo utiliza sistemas hostis. O material irritante utiliza sistemas mais favoráveis. Se quisermos saber qual é hostil e qual é mais favorável, vejamos a tabela. Na coluna hostil, temos óxido de cálcio (cal virgem), NaOH, KOH; metassilicato de sódio, SiO 2 :Na 2 O=1; qualquer silicato solúvel com uma razão molar SiO 2 :M 2 O<1,45. E, em seguida, o mais favorável: cal hidratada, cimento Portland, escória de ferro, pasta solúvel que possui uma razão molar entre 1,25 e 1,45, a qual contém caulim, porque o caulim é um material de proteção e, é claro, qualquer silicato solúvel com uma razão molar SiO 2 :M 2 O>1,45. Isto é muito sério e está bem explicado em um capítulo do meu livro Geopolymer Chemistry & Applications. Agora vamos voltar aos padrões. Cimento geopolimérico de (Na, K, Ca) à base de fly ash. Eu sempre fui cético em relação ao fly ash e comecei a estudá-lo somente em 2005; praticamente 20 anos após o cimento geopolimérico. Tínhamos um projeto europeu em que estava envolvido e comecei a dar mais importância para isso. Para mim, o fly ash não era um material relevante em termos de cimento geopolimérico. Apesar disso, publiquei em 1994, em uma revista científica americana, World Resource Review, sob o título de Global warming impact on the cement and aggregates industries. O desenvolvimento do terceiro mundo significa a implementação do uso de eletricidade e infraestruturas de construção e casas; em resumo eletricidade e concreto. O subproduto da produção de eletricidade com a queima do carvão é o fly ash. O passo inovador seria produzir eletricidade e cimento com baixas emissões de CO 2 (cimento geopolimérico) e, na mesma usina, pela adaptação e implementação da produção de cinzas volantes em matéria-prima geopolimérica, sem qualquer emissão suplementar de CO 2 químico. Isto é o que eu 143

22 conjeturava, como eu observava, seria uma grande invenção, desde que as concessionárias das usinas elétricas também tentassem resolver o problema, apenas mudando a maneira como empregam seu carvão, a maneira como eles queimam e assim por diante. Eu sei que isso é praticável. Mas, naquele momento, todos diziam: bem, o carvão está emitindo muito CO 2, então, normalmente o uso do carvão para produzir eletricidade deve recuar. Dessa forma, eu não me interessava pelo trabalho com cinzas volantes. Eu estava errado. um cimento é algo que endurece em temperatura ambiente, caso contrário é algo diferente, é uma pasta ou é uma resina, mas não é um cimento. Qualquer sistema que é desenvolvido, que requer temperatura, não é. Bem, você pode dizer tudo bem, para pré-moldado. Ótimo, mas não é o que estamos procurando. Nós queremos alcançar a produção em massa, lembra-se? Queremos salvar o planeta. A maioria daqueles que estão estudando cinzas volantes de carvão, assim chamado, geopolímero, estão, de fato, fazendo ativação alcalina de cinzas volantes. Agora, vamos comparar a ativação alcalina de cinzas volantes com o verdadeiro geopolímero de cinzas volantes: Método convencional (ativação alcalina) O problema é o seguinte: as fontes de energia do mundo. Observe no gráfico acima: o petróleo recuou, o carvão recuou no início, mas depois, agora, ele está crescendo a uma taxa de 25% em uma década, desde E a tendência continuará, e isso é devido aos países que formam o BRICS. Brasil, Rússia, Índia, China, Africa do Sul. Portanto, o carvão, para produzir energia está se tornando importante, quer dizer, as cinzas volantes são importantes. E a maioria dos estudos que são feitos, na Índia, por exemplo, sobre o concreto geopolimérico, se baseiam em cinzas volantes. Temos de confrontar a geopolimerização de cinzas volantes de carvão, mas não a 60ºC, não a 80 C e assim por diante. Isso deve ser um cimento. Para mim, Significa a dissolução de cinzas volantes; este é o objetivo principal, temos de dissolver as cinzas volantes para conseguir os cátions de Si e de Al na mistura para que eles possam policondensar e produzir geopolímeros, assim obtemos as zeólitas. Nós usamos soda cáustica concentrada, ou soluções de silicato de sódio muito fortes, com um alto grau de alcalinidade (0,3-0,4 L/kg, NaOH 12M, ou silicato de sódio com SiO 2 :Na 2 O < 1,4), cura a 80 C. Este é um sistema hostil ao usuário. Mais de 50 a 60% dos artigos que lidam com os 144

23 chamados geopolímeros de fly ash estão propondo um sistema hostil ao usuário, e isso está errado. Método geopolimérico Endurecimento em temperatura ambiente, envolve a policondensação, usamos o fly ash, uma solução de silicato, eu prefiro o de potássio (SiO 2 :K 2 O > 1,4), usamos a escória de alto-forno como precursor geopolimérico e água. Este é um sistema favorável ao usuário. Isto é um cimento. Se compararmos a resistência à compressão no gráfico abaixo, o fly ash álcali-ativado em azul claro e o geopolímero de fly ash em azul escuro para 5 diferentes tipos de fly ash. O geopolímero é sempre superior na resistência. Temos quatro que experimentaram flash-set, porque eles são classe C, tem muito cálcio, um excesso de cálcio, e não podem ser usados em nosso sistema; todos os outros apresentaram resistência média a muito alta. 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. A seguir, estão 15 tipos de fly ash de nosso programa europeu GEOASH: 145

24 Eu peguei estes dados do que foi apresentado em um congresso de concreto na Austrália, em Gold Coast, ano passado. Isto é o que eles escreveram, é praticamente o que eu falei há 5 anos atrás: O concreto geopolimérico foi extensivamente estudado por várias universidades e está começando a ganhar aceitação em uma variedade de aplicações. Há muitas publicações que discutem diferentes propriedades de um geopolímero sintetizado a partir de diferentes matérias-primas e ativadores. Fichas de informações sobre o produto e até mesmo artigos técnicos podem apresentar dados positivos obtidos a partir de diferentes ligantes químicos dando a impressão enganosa de que um material específico foi exaustivamente testado quando na verdade ele não foi. Alternativamente artigos também podem se concentrar em um determinado material com fraco desempenho para caracterizar negativamente os geopolímeros. E este é o caso para a maioria daqueles que lidam com ativação alcalina e com materiais ativados alcalinamente. Uma preocupação comum levantada por projetistas sobre o uso do concreto geopolimérico é o cumprimento das normas relevantes australianas. Normas necessariamente desenvolvidas a partir dos materiais de construção estabelecidos e práticas que podem inibir o uso de materiais e processos inovadores. Geralmente, normas e códigos nacionais que são mais exigentes por natureza e explicitamente limitam o concreto a um ligante à base de cimento Portland são um impedimento para os ligantes que não são à base de cimento Portland de serem aceitos na indústria. A norma de concreto europeia EN 206 inclui um conceito de desempenho equivalente, mas há uma restrição que os ligantes potenciais devem cumprir a norma de cimento europeia EN 197 e, portanto, os geopolímeros seriam tecnicamente excluídos por não conterem clínquer do cimento Portland. A norma australiana para estruturas de concreto (AS 3600) é obviamente baseada no concreto à base de cimento Portland, os componentes da norma são principalmente baseados no desempenho. Portanto, é possível comparar o desempenho de um concreto geopolimérico registrado específico com o desempenho esperado de um concreto à base de cimento Portland no que diz respeito à engenharia, durabilidade e outras propriedades significativas listadas na norma. 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 Vamos agora ver as propriedades. Foi feita uma comparação entre as propriedades do concreto geopolimérico EFC e do cimento Portland no padrão australiano. 146

25 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; 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 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. 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. 147

26 é o que será fabricado pela Banah UK e nós teremos amanhã uma apresentação de Andrew McIntosh. 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, e são apresentados esses dados ruins. Isto está errado. Esses são os números para o concreto geopolimérico 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. Esta matéria-prima está disponível no mundo inteiro. É por isso que eu quero apresentá-la. 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 148