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Avaliação de parâmetros químicos e mineralógicos de materiais cimentícios suplementares na mitigação da reação álcali agregado

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Autor Guillante, Patricia;
Lattes do autor http://lattes.cnpq.br/0424976501687841;
Orientador Kulakowski, Marlova Piva;
Lattes do orientador http://lattes.cnpq.br/5195306459511343;
Co-orientador Brehm, Feliciane Andrade;
Lattes do co-orientador http://lattes.cnpq.br/8126174297312115;
Instituição Universidade do Vale do Rio dos Sinos;
Sigla da instituição Unisinos;
País da instituição Brasil;
Instituto/Departamento Escola Politécnica;
Idioma pt_BR;
Título Avaliação de parâmetros químicos e mineralógicos de materiais cimentícios suplementares na mitigação da reação álcali agregado;
Resumo Estruturas de concreto situadas em ambientes úmidos, produzidas com cimentos com elevado teor de álcalis e agregados reativos, estão propensas a desencadear uma reação química conhecida como a Reação Álcali-Agregado (RAA). Na tentativa de minimizar o desencadeamento desta reação, pode-se controlar o teor de álcalis, embora isso não seja garantia da não ocorrência da RAA, utilizar agregados não reativos, ou ainda utilizar adições minerais. O grande benefício das adições minerais, especialmente as pozolanas, na mitigação da RAA, está associado ao fato das mesmas consumirem hidróxido de cálcio para formarem silicato de cálcio hidratado adicional, reduzindo a permeabilidade e a mobilidade de álcalis. No entanto, têm-se visto que os materiais pozolânicos sílicoaluminosos apresentam desempenho superior aos materiais silicosos, na RAA, tendo como consenso o papel protagonista da presença de alumínio. No entanto, o comportamento na mitigação da RAA pode ser distinto, dependendo do tipo de pozolana empregada. Assim, o objetivo geral deste trabalho é avaliar a influência dos parâmetros químicos e mineralógicos de materiais cimentícios suplementares na mitigação da RAA. Empregou-se o método acelerado das barras de argamassa para investigar o comportamento de três MCS ricos em sílica e alumina: a Cinza Volante (CV), o Metacaulim (MK) e o Resíduo de Cerâmica Vermelha (RCV). Foram consideradas duas idades de cura – 48h e 28 dias – e empregou-se ainda, misturas auxiliares com sílica ativa em teor semelhante ao de sílica amorfa presente nos MCS; com pó de quartzo, para compor um padrão secundário de referência, permitindo avaliar o efeito da redução de consumo de cimento; e, para balizar a avaliação do teor de alumina, misturas com hidróxido de alumínio [Al(OH)3]. Os materiais foram caracterizados quanto aos parâmetros físicos, químicos e mineralógicos. Analisou-se ainda, a composição química da solução aquosa dos poros das diferentes misturas e a microestrutura das barras de argamassa de referência após o ensaio acelerado. O agregado foi classificado como uma obsidiana composta basicamente por vidro vulcânico e os resultados do ensaio acelerado indicam que os MCS empregados apresentam potencial mitigador, porém em diferentes níveis. Constatou-se que, embora nas amostras curadas por 28 dias tenha ocorrido ligeiro aumento das expansões, o tempo de cura não exerceu influência significativa nos resultados. Ao incorporar Al(OH)3, observou-se um comportamento linear das expansões, de modo que quanto maior o teor de Al(OH)3 menores são os valores de expansão. Entretanto, este comportamento não foi verificado com os materiais pozolânicos. O teor total de alumina caracterizado para MK, CV e RCV, foi na ordem de 38%, 21% e 17%, respectivamente, retornando expansões aos 28 dias de ensaio de 0,03%, 0,02% e 0,08%. Destaca-se que os menores resultados de expansão foram observados na mistura com CV, que, por sua vez, apresentou concentração de alumínio na solução dos poros próximo à zero. Sabe-se que a alumina atua na inibição da dissolução da sílica reativa, através da sua incorporação na estrutura de sílica, formando uma espécie de zeólita e, assim, a caracterização da solução dos poros da CV pode ser também um indicador da maior efetividade da alumina da CV na mitigação da RAA. Ainda, observou-se, para a mistura com RCV, que o teor de ferro, principalmente o identificado na forma hematita, parece interferir na dissolução da alumina o que pode ter prejudicado o potencial de mitigação da RAA pela alumina neste caso. Além disso, a forma cristalina ou amorfa de como estes elementos estão presentes nos MCS parece influenciar no potencial de mitigação. Assim, acredita-se que não somente o teor de alumina exerça influência na redução das expansões, mas também os minerais e a estrutura cristalina na qual o alumínio se apresenta no material podem ser indicativos da sua incorporação nas partículas de sílica.;
Abstract Concrete structures produced with cements of high alkali content and reactive aggregates, when located in humid environments are prone to develop a chemical reaction known as the Alkali-Aggregate Reaction (AAR). In order to minimize the development of this reaction, the alkali content can be controlled by the use of non-reactive aggregates, although this does not guarantee the reaction complete mitigation. Another alternative is the use of mineral additions, especially pozzolans, whose benefit is associated with the fact that it consume calcium hydroxide to produce additional hydrated calcium silicate, reducing the permeability and mobility of alkalis inside concrete. Recent researches have shown that aluminosilicate pozzolanic materials present higher performance in AAR mitigation than siliceous materials. It is consensus that aluminum presence have a protagonist role. However, the mitigation behavior of AAR may be different depending on the type of pozzolanic material employed. Thus, the general objective of this work was to evaluate the influence of chemical and mineralogical parameters of aluminosilicate pozzolans in the mitigation of AAR. The accelerated mortar bars method was used to investigate the behavior of three mineral admixtures rich in silica and alumina: Fly Ash (FA), Metakaolin (MK) and Red Ceramic Waste (RCW). Two curing ages were considered - 48h and 28 days - and auxiliary mixtures with silica fume were used, with similar content of amorphous silica; with powder quartz to compose a secondary reference standard, allowing the evaluation of cement consumption reduction effect; and, to mark the evaluation of the aluminum content, mixtures with aluminum hydroxide [Al(OH)3]. The materials were characterized for physical, chemical and mineralogical parameters. The chemical composition of the pores aqueous solution of the mixtures and the microstructure of the reference mortar bars after the accelerated test were also analyzed. The aggregate was classified as an obsidian composed basically of volcanic glass and the results of the accelerated test indicate that the used pozzolans present mitigating potential, but at different levels. It was found that the curing time had no significant influence on the results, despite the slight increase of expansions measured in samples cured for 28 days, before the accelerated test. By incorporating Al(OH)3, a linear behavior of expansions was observed in which as higher the content of Al(OH)3, the lower the expansion values are. However, this behavior was not verified with the pozzolanic materials. The total aluminum content for MK, FA and RCW was 38%, 21% and 17%, respectively, resulting in expansions at the 28 day test of 0.03%, 0.02% and 0.08%. It is noteworthy that the lower expansion results were observed in the mixture with FA, which also presented aluminum concentration in the pore solution close to zero. It is known that alumina acts in the inhibition of the reactive silica dissolution by its incorporation in the silica structure, forming a kind of zeolite and, therefore, the characterization of the solution of the pores of the FA can also be an indicator of the greater effectiveness of the alumina from FA in the mitigation of AAR. In addition, it was observed that the mixture with RCW that the iron content, mainly identified in the hematite form, seems to interfere in the dissolution of the aluminum, which may have hampered the AAR mitigation potential by aluminum in this case. The crystalline or amorphous form of how these elements are present in pozzolans seem to influence the potential for mitigation. Thus, it is believed that not only the alumina content exerts influence on the expansion reduction, but also its mineral and crystalline structure, in which the aluminum present in the material may indicate its incorporation into the silica particles.;
Palavras-chaves Reação álcali-agregado; Mitigação; Materiais cimentícios suplementares; Aluminossilicatos; Alcali-aggregate reaction; Mitigation; Supplementary cementitious materials;
Área(s) do conhecimento ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Civil;
Tipo Dissertação;
Data de defesa 2018-08-16;
Agência de fomento CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior;
Direitos de acesso openAccess;
URI http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/7419;
Programa Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil;


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