Hidratação e reologia de clínquer Portland com diferentes fontes brasileiras de sulfato de cálcio (gipsita e fosfogesso)

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Costa, Rayara Pinto
• Orientador(a): Kirchheim, Ana Paula
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Cimento portland; Fosfogesso; Hidratação do cimento; Reologia
• Palavras-chave em Inglês: Phosphogypsum; Natural gypsum; Portland cement; Hydration; Rheology
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/232693

O fosfogesso é um resíduo que vem sendo empregado por indústrias cimenteiras como fonte de sulfato de cálcio para controlar o tempo de pega em cimentos Portland. Ele é gerado durante a produção do ácido fosfórico, o qual é utilizado em fertilizantes. Uma vez que possui sulfato de cálcio em sua composição, pode ser utilizado para controlar a hidratação do aluminato tricálcico (3CaO·Al2O3), uma das fases mais importantes e reativas do clínquer Portland, responsável pelas características de início e fim de pega assim como pela trabalhabilidade do cimento no estado fresco. Este resíduo é também uma alternativa sustentável à gipsita natural que é extraída de reservas naturais não renováveis. Entretanto, o fosfogesso possui certas impurezas em sua composição química, como fosfatos e fluoretos solúveis, que se não removidas, podem alterar a cinética de hidratação e propriedades reológicas do cimento Portland, provocando atrasos nos tempos de pega, ou até mesmo redução na resistência mecânica. Assim, objetivou-se neste trabalho avaliar os efeitos da substituição da gipsita natural pelo fosfogesso como regulador do tempo de pega durante a hidratação e na reologia de sistemas com clínquer Portland. Para isso foram produzidos cimentos com gipsita (GIP) e dois fosfogessos (FOS A e FOS B) nacionais com diferentes proporções de SO3total (2,5-5,5%). Dividiu-se o programa experimental em cinco fases: caracterização físico-química das matérias-primas; produção e caracterização física dos cimentos; avaliação da hidratação; reologia das pastas de cimento; determinação do efeito do fósforo e fluoreto solúvel na hidratação dos cimentos. As matérias-primas foram caracterizadas fisicamente por meio de ensaios de massa específica, granulometria a laser, superfície específica por BET, morfologia por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e quimicamente por fluorescência de raios-X (FRX), espectrometria de emissão atômica por plasma acoplado indutivamente (ICP-OES), pH, termogravimetria (TG/DTG) e cromatografia iônica, e mineralogicamente por difração de raios X (DRX). Já os cimentos produzidos foram avaliados fisicamente no estado anidro por BET e granulometria a laser. As matrizes cimentícias produzidas com estes cimentos em pasta foram examinadas por calorimetria isotérmica, reometria rotacional, mini-slump, DRX e TG com 01, 03, 07 e 28 dias e determinouse as resistências à compressão em argamassa nas mesmas idades mencionadas. Finalmente, simulou-se a presença dos fluoretos e fosfatos solúveis quimicamente (0,3-2%) para monitorar a cinética de hidratação por calorimetria isotérmica nas pastas. Em relação aos resultados, FOS B mostrou pH ácido e contaminação por fosfato solúveis. Não foi possível detectar fosfatos solúveis em FOS A e GIP. Além disso, os cimentos com FOS B produziram curvas de fluxo de calor com períodos de indução mais prolongados, enquanto aqueles com FOS A e GIP exibiram comportamentos bastante similares. Os dados de reometria rotacional mostraram que os cimentos GIP têm tensões de escoamento e viscosidade superior aos demais. No entanto, o mini-slump mostra que os cimentos com FOS A tem espalhamentos superiores àqueles com GIP. Também, não se detectou diferenças entre os produtos de hidratação formados e o ensaio de resistência à compressão sugere que FOS A pode ser substituto à gipsita natural. Já a simulação dos fosfatos e fluoretos solúveis mostrou que os períodos de indução se prolongaram com as contaminações de fosfato. Em contrapartida, os fósforos solúveis geraram impactos menos significativos.