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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.44.1993.tde-25062015-102757
Documento
Autor
Nome completo
Valdir Aparecido Zampieri
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 1993
Orientador
Banca examinadora
Kihara, Yushiro (Presidente)
Bettencourt, Jorge Silva
Damasceno, Eduardo Camilher
Sbrighi Neto, Claudio
Valarelli, Jose Vicente
Título em português
Cimento portland aditivado com pozolanas de argilas calcinadas: fabricação, hidratação e desempenho mecânico
Palavras-chave em português
Cimento Portland (Produção)
Resumo em português
O uso adequado de pozolanas de boa qualidade possibilita a produção de cimentos especiais, de menor custo de fabricação e de maior durabilidade que os correspondentes sem adição. O emprego de pozolanas proporciona, adicionalmente, ganhos significativos em termos de produtividade e uma extensão da vida útil dos equipamentos de produção e do próprio jazimento calcário. A diversidade de características e desempenhos das pozolanas dificulta sobremaneira a seleção e qualificação dos diversos materiais disponíveis. Face às limitações dos métodos tradicionais de determinação da "atividade pozolânica", propõe-se uma metodologia alternativa, na qual as pozolanas são investigadas sob diferentes conteúdos de Ca(OH)2. A metodologia proposta proporciona uma melhor definição da qualidade e desempenho da pozolana e, paralelamente, o conhecimento da exata proporção de hidróxido de cálcio que a mesma fixa após um determinado período de reação. No que se refere à evolução da resistência mecânica, verifica-se que o desempenho dos cimentos aditivados com pozolanas de argila é variável e grandemente dependente das características da pozolana, do teor de adição e do tempo de cura considerado. Os cimentos de melhor evolução de resistência foram obtidos com as pozolanas mais reativas (de rápida reação) e que desenvolvem produtos de reação de grande capacidade cimentícia. As argilas calcinadas que apresentam elevados teores de quartzo (>30%) e demandam maior quantidade de água são de desempenho inferior. Constata-se, por outro lado, que a resistência dos cimentos aditivados não cresce linearmente com a capacidade de fixação de hidróxido da pozolana. As pozolanas de argila de grande capacidade de fixação de Ca(OH)2 são particularmente adequadas para aquelas situações onde se requer pastas com a menor basicidade possível. Quando adicionadas em elevadas proporções (acima de 40%), todavia, a parcela de clínquer do cimento não produz hidróxido suficiente para a completa reação dessas pozolanas, verificando-se, nestes casos, uma sensível redução nos valores de resistência mecânica dos cimentos. Embora em geral não utilizadas pela indústria cimenteira, as argilas que originalmente exibem uma certa quantidade de carbonatos associados podem proporcionar pozolanas de excelente desempenho. A queima necessária à ativação dos argilominerais (700-800º) promove uma descarbonatação parcial dos carbonatos e a geração simultânea de fases hidraulicamente ativas ("proto-clínquer"). Obtém-se, como consequência, uma pozolana de maior reatividade e que proporciona cimentos de melhor evolução de resitência nas idades iniciais. O menor requerimento de Ca(OH)2 das mesmas, face ao caráter pouco mais básico, permite que sejam adicionadas em elevadas proporções (até 50-60%), sem que se esgote o hidróxido liberado pelo clínquer. Mesmo nessas proporções, a resistência pode superar o limite de 32 MPa imposto por norma. As características mineralógicas e composicionais dos clínqueres também influenciam o desempenho mecânico dos cimentos aditivados. As influencias do clínquer são entretanto menos expressivas que aquelas decorrentes das alterações na constituição, reatividade e teor da adição pozolânica. Idealmente, o clínquer empregado na produção de cimentos com pozolanas deve exibir um elevado teor de alita (65-70%), ser constituído de cristais pequenos e reativos (dimensão média próxima de 30µm) e, adicionalmente, mostrar uma relação C3A/C4AF superior a 1.
Título em inglês
Not available.
Palavras-chave em inglês
Not available.
Resumo em inglês
The proper use of good quality pozzolans assures the production of special cements of lower manufacturing costs and higher durability than the corresponding cement without possolan. In addition, the use of pozzolans allows significant productivity gain and also increases the useful life of equipments and limestone deposits. However, the different characteristics and performance of pozzolans raise difficulties for the adequate selection and qualification of the available materials. In view of the inaccuracy of the tradicional "pozzolanic activity" determination methods, an alternative methodology is proposed, whereby the pozzolans are investigated under different contents of calcium hydroxide. The proposed methodology outlines a better prediction of the pozzolan quality and performance and permits, at the same time, the knowledge of the correct proportion of calcium hydroxide combined by the pozzolan, after a given reaction period. Regarding the mechanical strength evolution, it has been found cements added with clay pozzolans have a variable performance, wich is influenced by the pozzolan characteristics, the admixture content and curing time. Cements with the best strength evolution were obtained from reactive pozzolans, which usually develop reaction products of a high binding capacity. Burned clays which have a high content of quartz (>30%) and require a greater quantity of water showed a poorer performance. On the other hand, it is realized that cements with pozzolanic admixtures do not show a linear increase of the strength with the hydroxide combining capacity of the employed pozzolan. Clay pozzolans with great Ca(OH)2 combining capacity are particularly suitable to situations where pastes with a minimum basicity are required. However, when such pozzolans are added in large quantities (over 40%), the remaining clinker does not produce enough hydroxide for the complete reaction of the pozzolan, in which case the mechanical strength of the cements undergoes a substancial reduction. Although in general not used by the cement industry, clays which originally show a certain amount of associated carbonates can produce pozzolans of excellent performance. The burning required for the activation of clay minerals (700 - 800ºC) causes a partial decomposition of the carbonates and a simultaneous generation of hydraulically active phases ("protoclinker"). As a consequence, a pozzolan of higher reactivity is obtained which allows the manufacturing of cements of better strength evolution at earlier ages. The smaller requirement of Ca (OH)2, in view of its more basic nature, allows the addition of high percentages (up to 50-60%) of such pozzolans, without exhausting the hydroxide released by the clinker. Even with such contents, the strength after 28 days reaction can exceed the limit of 32 MPa dictated by brasilian standards. The mineralogical and compositional characteristics of the clinker also affect the mechanical performance of the blended cements. The effects of clinker alternations are however less expressive than those derived from changes in composition, reactivity and content of pozzolanic admixture. Ideally, the clinker used for the production of pozzolan blended cements should exhibit a high content of alite (65-70%), should consist of small and reactive crystals (with average dimensions of approximately 30µm) and should also show a C3A/C4AF ratio greater than 1.
 
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Zampieri_Doutorado.pdf (12.15 Mbytes)
Data de Publicação
2015-06-26
 
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