Realização 20 a 22 de Junho de 2016 - São Paulo/SP Efeito do Processo de Calcinação na Atividade Pozolânica da Argila Calcinada Gabriel Alves Vasconcelos Engenheiro Civil João Henrique da Silva Rêgo Professor Doutor Departamento de Engenharia Civil e Ambiental. Universidade de Brasília.
Introdução O cimento Portland utiliza diversos tipos de adições em sua constituição; Distrito Federal/Brasil possui jazidas de argila de natureza caulinítica, sendo estas as principais matérias-primas utilizadas na fabricação de pozolanas; Argilas caulinitas desenvolvem uma boa atividade pozolânica quando produzidas por processos de calcinação adequados; Importância de estudar o efeito que o processo de calcinação terá sobre a atividade pozolânica da argila calcinada.
Desenvolvimento Coleta Argila in natura, na entrada do forno rotativo; Argila calcinada industrial na saída do forno; Calcinação da argila in natura em mufla na temperatura de 800ºC por duas horas; Argila calcinada Forno e Argila calcinada a 800ºC moídas por um moinho do tipo panela (dois minutos).
Desenvolvimento Coleta/preparação das amostras Argila calcinada FORNO Argila calcinada 800ºC
Desenvolvimento Métodos de caracterização Análises Térmicas (TG/DTG/DTA/DSC) Argila in natura; Difração de Raios-X (DRX) Argila in natura, argilas calcinadas a 700ºC, 800ºC e 900ºC e argila calcinada FORNO Análise Química por Fluorescência de Raios-X (FRX/EDX), Granulometria por sedimentação (ABNT NBR 7181/1988), Determinação da finura por meio da peneira 45 µm (ABNT NBR 15894-3/2010) Argila in natura, argila calcinada 800ºC e argila calcinada FORNO
Desenvolvimento Avaliação da atividade pozolânica Requisitos Físicos de Materiais Pozolânicos Classe N Método de Ensaio Material retido na peneira 45 micra (% máximo) Índice de desempenho com cimento Portland aos 28 dias, em relação ao controle (% mínimo) Atividade pozolânica com a cal aos sete dias (MPa mínimo) 20 90 6 ABNT NBR 15894-3 ABNT NBR 5752 ABNT 5751
Resultados Argila in natura (DSC) 628ºC Inicia reação de desidroxilação; Pico endotérmico (741,80ºC); 980ºC Formação de mulita.
Resultados Argila in natura (TG/DTG/DTA) 90,84% de resíduo do material; Três picos de grandes variações de massa : Perda de umidade; Desidroxilação; Mudanças de fases dos minerais.
Resultados - Difração de Raios-X (XRD) Argila in natura, Argilas calcinadas a 700ºC, 800 ºC e 900ºC e Argila calcinada Forno Argila in natura - caulinita; Reações de desidroxilação iniciadas abaixo de 700ºC Picos Caulinita e a Gibbsita, desaparecem entre a argila in natura e a calcinada na temperatura de 700ºC. Argila calcinada FORNO Aparecimento do pico principal de mulita próximo do ângulo 16,4º
Resultados Detalhe - Difração de Raios-X (XRD)
Resultados Análises Químicas por meio de Fluorescência de Raios-X (FRX/EDX) Todas as amostras ensaiadas se encontram dentro dos limites dos três parâmetros apresentados na Tabela 3. Conformidade com os requisitos químicos estabelecidos na Classe N. Argila calcinada 800ºC possui a maior porcentagem do fator (Si+Al+Fe); Argila calcinada FORNO possui a maior porcentagem do teor de óxido de Enxofre, devido ao combustível fóssil utilizado no forno rotativo. Componentes ARGILA IN NATURA (%) ARGILA CALCINADA 800ºC (%) ARGILA CALCINADA FORNO (%) MgO 0,197 0,186 0,223 52,396 58,438 56,139 S O CaO Ti Zr W HgO 0,041 0,039 0,035 0,066 0,053 0,103 0,736 0,118 0,403 0,971 0,565 2,304 2,832 3,050 3,309 3,730 4,075 4,079 0,205 0,219 0,185 0,010 0,011 0,012 0,150 0,250 0,225 0,011 0,012 0,110 30,496 32,044 31,333 Perda ao fogo 8,170 0,940 1,540 Total 100 100 100
Resultados Análises Químicas por meio de Fluorescência de Raios-X (FRX/EDX) Amostra Propriedades Porcentagem (%) NBR 12653 Classe N (%) + + 86,622 70 ARGILA IN 0,066 4 NATURA Perda ao Fogo 8,170 10 ARGILA CALCINADA 800ºC ARGILA CALCINADA FORNO + + 94,557 70 0,053 4 Perda ao Fogo 0,940 10 + + 91,551 70 0,103 4 Perda ao Fogo 1,540 10
Resultados Ensaios de granulometria Diferença entre as finuras das argilas calcinadas após passarem pelo tempo fixado de moagem de dois minutos; Argila calcinada 800ºC possui uma facilidade de moagem maior do que a argila calcinada FORNO, Grãos menores em ambos os ensaios. Amostra ARGILA CALCINADA 800ºC ARGILA CALCINADA FORNO Método de ensaio ABNT NBR 7181 D50 (μm) ABNT NBR 15894-3 Finura (%) 50,241 7,0 87,979 13,1
Resultados Atividade pozolânica com a cal e Índice de desempenho Ambas Argilas calcinadas Acima do limite mínimo de 6 MPa e 90%, respectivamente; Argila calcinada a 800ºC apresentou resultados superiores; Temperatura próxima da temperatura de máxima desidroxilação do material, a soma (Si+Al+Fe) ser superior e grãos serem mais refinados do que a granulometria da argila calcinada FORNO. Amostra ARGILA CALCINADA 800ºC ARGILA CALCINADA FORNO Método de ensaio Ativ. Pozolânica com a cal ABNT NBR 5751 (MPa) Índice de Desempenho ABNT NBR 5752 (%) 11,30 120,795 7,10 92,725
Conclusões Nas argilas calcinadas FORNO Vestígios de Mercúrio, uma maior concentração de óxidos de enxofre e o fator (Si+Al+Fe) se encontra inferior. Além disso, observa-se o aparecimento da estrutura cristalina da mulita; A argila calcinada no FORNO é menos friável do que a argila calcinada 800ºC; Argila calcinada FORNO apresentou propriedades que a classifica como pozolana; A argila calcinada a 800ºC apresentou alta reatividade. Temperatura de calcinação estar próxima da temperatura ideal identificada no ensaio de análise térmica e a soma do fator (Si+Al+Fe) ser alta. A sua maior facilidade de moagem justifica em parte o aumento de sua reatividade.
Agradecimentos CIPLAN Cimentos Planalto, com seu material, equipamentos e colaboradores. Departamento de Engenharia Civil e Ambiental - UnB
Referências Bibliográficas ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Materiais pozolânicos Determinação da atividade pozolânica com a cal aos sete dias. ABNT NBR 5751, Rio de Janeiro, 2015. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Materiais pozolânicos Determinação do índice de desempenho com cimento Portland aos 28 dias. ABNT NBR 5752, Rio de Janeiro, 2014. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Materiais pozolânicos Requisitos. ABNT NBR 12653, Rio de Janeiro, 2014. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Metacaulim para uso com cimento Portland em concreto, argamassa e pasta Parte 3: Determinação da finura por meio da peneira 45 μm. ABNT NBR 15894-3, Rio de Janeiro, 2010. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Solo - Análise granulométrica. ABNT NBR 7181, Rio de Janeiro, 1988. Santis, B. C. Agregado leve de argila calcinada para uso em concreto estrutural: viabilidade de cerâmica vermelha do Estado de São Paulo. Dissertação (Mestrado) Universidade de São Paulo, São Paulo, 2012. Fernandez, R, Martirena, F, Scrivener, K. L. The origin of pozzolanic activity of calcined clay minerals: A comparison between kaolinite, illite and montmorillonite. Cement and Concrete Research 41, pp. 113-122. 2011. Gobbo, L.A. Aplicação da difração de raios-x e método de Rietveld no estudo de cimento Portland. Tese de Doutorado, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2009. Oliveira, M. P, Barbosa, N. P. Potencialidades de um caulim calcinado como material de substituição parcial do cimento Portland em argamassas. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.10, n. 2, pp. 490-496. Paraíba. 2006. Lacerda, M. L. Estudo da Argila Pozolânica Utilizada na Produção de Cimento: Área Bonsucesso, Região Planaltina, DF. Dissertação de Mestrado. Instituto de Geociências, Universidade de Brasília. Distrito Federal. 2005.