Tema: Geopolímeros à base de ativadores com desempenho ambiental melhorado

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1 Universidade do Minho - Escola de Engenharia MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL Plano de Trabalhos para Dissertação de Mestrado 2015/16 Tema: Geopolímeros à base de ativadores com desempenho ambiental melhorado Aluno(a): Francisco Cerqueira Enes Número do Aluno(a): Orientador(a): Professor Doutor José Luís Barroso Aguiar Co-orientador(a): Investigador F. Pacheco Torgal 1. Introdução Os ligantes geopolíméricos como alternativa aos tradicionais do cimento Portland, tem sido alvo de vários estudos ao nível dos impactos causados no seu processo de fabrico, bem como, de análise do seu comportamento mecânico e campos de aplicação. Sendo o cimento Portland, o ligante mais utilizado em todo o mundo acarreta consigo enormes impactos ambientais. Com vista a minimizar esses pontos negativos, a busca por ligantes geopoliméricos de baixo impacto ambiental e que garantam o desempenho pretendido tem vindo a crescer. Este tipo de ligantes, foi alvo de intensas análises por parte de investigadores oriundos do Leste da Europa, contudo somente quando em 1978 Joseph Davidovits introduziu o termo geopolímero (Pacheco-Torgal, F., Jalali, S. 2009), desde aí a temática dos ligantes alcalinos sofreu uma inflexão. Os ligantes geopoliméricos, também usualmente designados por ligantes obtidos por ativação alcalina, remontam à década de 40 com trabalhos realizados por Purdon na Bélgica, que utilizou escórias ativadas alcalinamente com hidróxido de sódio. No entanto, o primeiro investigador a analisar ligantes utilizados em construções históricas (análises efetuadas nas pirâmides egípcias e nos templos romanos), foi Glukhovsky, concluindo serem construções compostas por aluminosilicatos cálcicos hidratados à semelhança dos que ocorrem no cimento Portland (Pacheco-Torgal, F., Jalali, S. 2009). Os betões executados com ligantes geopoliméricos ativados alcalinamente possuem elevadas resistências a ações mecânicas, vários autores verificaram aumentos na resistência à compressão em ensaios laboratoriais que estão diretamente relacionados com fatores, tais como: - a natureza dos agregados; - tipo de ligante utilizado; 1

2 - a molaridade da solução de hidróxido de sódio; - a razão areia/ligante; - a percentagem de carbonato de sódio; - a razão silicato de sódio/hidróxido de sódio; - a idade de cura. Segundo Torgal (2012), Para a mesma razão água/ligante os betões geopoliméricos apresentam uma resistência à compressão muito superior aos betões de ligantes hidráulicos, alguns estudos recentes atribuem ainda a estes betões elevadas resistências ao fim dum curto espaço de tempo, sendo um fator preponderante em obras com prazos reduzidos. A questão das emissões de dióxido de carbono dos ligantes obtidos por ativação alcalina é um assunto que tem sido objeto de alguma controvérsia. Davidovits (1990, 1999), foi o primeiro autor a pronunciar-se (de forma assertiva até), sobre as baixas emissões dos ligantes obtidos por ativação alcalina, de 0,184 ton. de CO 2 por tonelada de ligante, quando comparadas com as do cimento Portland (melhoria de 370%) (Pacheco-Torgal, F., Jalali, S. 2010). Investigações recentes mostram que os geopolímeros com ativadores à base de silicato de sódio apresentam um nível de emissões de dióxido carbono bastante elevado similar ao dos betões de cimento Portland (Turner & Collins, 2013). A necessidade de encontrar ativadores alternativos, com o intuito de tornar os geopolímeros um material que contribua cada vez menos ao nível de emissões de dióxido de carbono, tornou-se imperativa. 2. Objetivos A presente dissertação tem como objetivo, avaliar a resistência à compressão de geopolímeros à base de ativadores com desempenho ambiental melhorado, sendo complementada com a determinação da pegada carbónica dos mesmos. Sabendo que as preocupações ambientais, têm nos dias que correm enorme relevância, torna-se preponderante estudar ativadores alternativos com vista a minimizar as emissões de CO 2. 2

3 3. Metodologia A elaboração desta dissertação, será efetuada numa primeira fase recorrendo a uma pesquisa bibliográfica sobre geopolímeros e ligantes ativados alcalinamente e os seus constituintes, posteriormente serão realizados ensaios de resistência à compressão no laboratório de materiais da Universidade do Minho. Após a conclusão dos ensaios, será realizada uma análise dos mesmos, com o intuito de obter uma comparação das várias misturas analisadas. Na presente dissertação, também será analisada a pegada carbónica das misturas alvo de estudo obtendo desta forma, um padrão comparativo entre as mesmas. Serão realizados ensaios de compressão em provetes com a mesma razão areia/ligante, porém as composições serão diferentes variando: o ligante utilizado, a molaridade da solução hidróxido de sódio, a razão ativador/ligante, a razão silicato de sódio/hidróxido de sódio, a percentagem de carbonato de sódio e a idade de cura. 4. Resultados Esperados O principal objetivo deste trabalho passa por desenvolver geopolímeros à base de ativadores com melhor desempenho ambiental e analisar o seu desempenho mecânico, nomeadamente a resistência à compressão. Como tal, espera-se obter bons resultados nesta análise quando comparados com geopolímeros à base de ativadores tradicionais ou outros tipos de misturas. 3

4 5. Faseamento e Calendarização Esta secção é dividida em duas partes. Na primeira são detalhadas as atividades que serão desenvolvidas e na segunda será apresentada a calendarização das mesmas. 5.1 Faseamento Nesta secção, apresento as várias tarefas a realizar ao longo da dissertação, de forma a alcançar os objetivos traçados, tais como: Tarefa I Pesquisa bibliográfica e recolha da informação. Tarefa II Estudo das composições dos geopolímeros alcalinamente ativados. Tarefa III Realização de ensaios de compressão no laboratório. Tarefa IV Análise dos resultados. Tarefa V Cálculo da pegada carbónica. Tarefa VI Elaboração da dissertação. 5.2 Calendarização O plano de trabalhos relativos à dissertação terá início no mês de Março de 2016, apresentando-se abaixo o tempo previsto para a realização de cada tarefa identificada no subtítulo anterior, sobre a forma de cronograma dividido em semanas de trabalho. Tempo (semanas) Tarefa I X X X X X X X X Tarefa II X X X Tarefa III X X X X X X Tarefa IV X X X X X Tarefa V X X X X X Tarefa VI X X X X X X X X X X Março 2016 Abril 2016 Maio 2016 Junho

5 Referências Bibliográficas Pacheco-Torgal, F., (2012). Betões geopoliméricos: um material com elevadas potencialidades para o reaproveitamento de agregados reciclados pp.5. Pacheco-Torgal, F., Jalali, S. (2009). Ligantes geopoliméricos: uma alternativa ao cimento Portland? Revista INGENIUM, nº 116, pp Pacheco-Torgal, F., Jalali, S. (2009). Utilization of mining wastes to produce geopolymer binders, Geopolymers, 2009, pp Pacheco-Torgal, F., Jalali, S. (2010) A sustentabilidade dos materiais de construção pp.65. Turner, L.; Collins, F., (2013), Carbon dioxide equivalent (CO2-e) emissions: A comparison between geopolymer and OPC cement concrete. Construction and Building Materials 43 pp