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Universidade Federal de Minas GeraisEscola de Engenharia Departamento de Engenharia de Materiais e Construo

Curso de Especializao em Construo Civil

Monografia

ATIVAO DE CIMENTO SIDERURGICO

Autor: Romrio Sales Pereira Orientadora: Adriana Guerra Gumieri

Janeiro/2010

ROMRIO SALES PEREIRA

ATIVAO DE CIMENTO SIDERURGICO

Monografia apresentada ao Curso de Especializao em Construo Civil da Escola de Engenharia UFMG

nfase: Materiais para construo civil Orientadora: Adriana Guerra Gumieri

Belo Horizonte Escola de Engenharia da UFMG 2010

SUMRIO1. INTRODUO........... .......................................................................................... ..8 1.1. Objetivos ....................................................................................................... 10 2. METODOLOGIA .................................................................................................. 11 3. REVISO BIBLIOGRFICA ................................................................................. 12 3.1. Histrico do uso do cimento siderrgico como aglomerante ......................... 12 3.2. Atividade hidrulica das escrias .................................................................. 15 3.2.1. Composio qumica ........................................................................... 16 3.2.2. Estrutura, resfriamento e grau de vitrificao da escria ..................... 17 3.2.3. A reatividade das escrias e sua relao com a composio qumica e o estado vtreo ................................................................................... 18 3.3. Mecanismo de avaliao da atividade hidralica das escrias de alto forno. 18 4. PRINCIPAIS ATIVADORES DE ESCRIA DE ALTO FORNO ............................ 20 4.1. Ativador qumico ........................................................................................... 20 4.2. Ativador fsico ............................................................................................... 21 4.3. Cimento de escria e silicatos alcalinos ....................................................... 23 4.3.1. Caractersticas das escrias ............................................................... 24 4.3.2. Composio qumica e concentrao dos ativadores ......................... 26 4.3.3. Desempenho no estado plstico ......................................................... 28 4.3.4. Desempenho no estado endurecido.................................................... 29 4.3.4.1 Resistncia mecnica ................................................................. 29 4.3.4.2 Aspectos relacionados com a durabilidade ................................. 31 4.3.4.3 Outros aspectos .......................................................................... 33 5. CONCLUSO ...................................................................................................... ..35 6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ..................................................................... ..36

LISTA DE FIGURASFigura 1 - Diagrama triangular que mostra a faixa de composio qumica das escrias em relao a outros materiais ..................................................................... 16

LISTA DE TABELASTabela 1 - Composio qumica das escrias brasileiras ........................................... 17 Tabela 2 - Ativao fsica das escrias por moagem ................................................. 21 Tabela 3 Resultados de ensaios fsicos e mecnicos de escrias ativadas fisicamente ................................................................................................................ 22 Tabela 4 - Resumo da composio qumica de ativadores encontrada na bibliografia ................................................................................................................................... 26

RESUMO

O uso de escria de alto forno como aglomerante alternativo ao cimento Portland tem sido objeto de vrios estudos no Brasil e no exterior. O estudo bibliogrfico aqui relatado mostrou que o conhecimento do poder aglomerante da escria de alto forno vem desde meados do sculo XIX (1865). A escria de alto forno comercializada no Brasil a preos inferiores a vinte dlares por tonelada. Esta diferena de preos entre o cimento Portland (cento e quarenta dlares a tonelada) e a escria, torna possvel o uso intensivo de ativadores, mesmo os de maior preo, viabilizando no Brasil tecnologias que em outros paises no seriam competitivas. Diversas publicaes abordam a funo aglomerante da escria quando misturada a substncias ativadoras (cal, hidrxido de sdio, gipsita e silicato de sdio). Pode-se dizer que o cimento Portland um caso particular de ativador da escria. Alm de representar vantagens ao meio ambiente por ser um resduo, a escria apresenta boas possibilidades de emprego, principalmente pelo baixo custo e por suas vantagens tcnicas das quais se destacam a elevada resistncia mecnica, a boa durabilidade em meios agressivos e o baixo calor de hidratao.

Palavras-chave: escria de alto forno, cimento Portland, aglomerante, ativador.

1. INTRODUOA escria de alto-forno um subproduto da produo de ferro-gusa, que consiste na transformao do xido de ferro do minrio em ferro metlico, por uma reao de reduo com carvo coque, em alto forno, a uma temperatura de 1400C. A cinza do carvo e as impurezas do minrio so escorificadas por calcrio e dolomita introduzidos no processo como fundentes. Pelo teor elevado do xido de clcio denominada escria bsica, diferenciandose da escria cida, subproduto do refino do ao. A proporo escria/ferro depende do teor de ferro no minrio, do teor de impureza do carvo e da matria prima. Para as condies nacionais a proporo de 300 kg de escria por tonelada de ferro gusa. O uso de escria de alto forno como aglomerante alternativo ao cimento Portland tem sido objeto de vrios estudos no Brasil e no exterior. Alm de representar vantagens ao meio ambiente por ser um resduo proveniente da produo do ferro gusa, a escria apresenta boas possibilidades de emprego em substituio parte do clnquer, principalmente pelo baixo custo e por suas vantagens tcnicas das quais se destacam a elevada resistncia mecnica, a boa durabilidade em meios agressivos e o baixo calor de hidratao. Segundo a NBR 5735 em seu item 3.3, conceitua escria granulada de alto forno como: Subproduto do tratamento de minrio de ferro em alto forno, obtido por resfriamento brusco, constitudo em sua maior parte de silicatos e aluminossilicatos de clcio. Sua composio qumica deve atender relao:

CaO

MgO SiO2

Al 2 O3

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Nesta definio, observa-se que, alm da exigncia relativa composio qumica, existe a exigncia de que a escria deve ser obtida pelo resfriamento brusco, o que a torna granulada, ou seja, a sua estrutura interna de natureza vtrea, haja vista que com o resfriamento repentino no h cristalizao e quando finamente moda e adequadamente ativada poder, ento, hidratar-se e endurecer, atravs da formao de cristais. Uma escria com composio qumica e grau de vitrificao adequados, quando misturados com gua poder hidratar-se e cristalizar-se, promovendo ento o 8

endurecimento do conglomerado (concretos ou argamassas), desde que seja adequadamente ativada. Para tal so necessrios dois ativadores, um de natureza fsica e outro de natureza qumica: Do ponto de vista fsico, a finura da escria, propiciar uma maior ou menor velocidade de hidratao por conferir uma maior ou menor rea de contato da escria com a gua, ou seja, quanto maior essa rea maior e mais eficiente ser a velocidade de hidratao. Do ponto de vista qumico, quando a escria entra em contato com a gua comea a dissolver-se, mas uma pelcula superficial formada rapidamente sobre os gros. Esta pelcula deficiente em Ca2+ e inibe o avano da reao de hidratao; para que a reao continue, necessrio que o pH seja mantido em valor alto (VOINOVITCH et al., 1980). No cimento Portland, a dissoluo do clnquer por ataque hidroltico (ao das molculas de gua), sendo a alcalinidade mantida pelo hidrxido de clcio e lcalis liberados. A escria pode ser ativada se houver um suprimento de ons OH-, pois sua dissoluo se d por ataque hidroxlico (ataque pelos ons OH ). Entre outras fontes de ativador podem ser citados: o hidrxido de sdio, silicato de sdio, cal hidratada, (TAYLOR, 1977; JOHN, 1995). Porm a escria de alto forno, como mostrado acima, por si s no possui o mesmo poder aglomerante que o cimento Portland, estando a o foco deste trabalho, que fazer uma reviso bibliogrfica sobre aditivos que possam ativar a escria, e resultar em caracteristicas prximas de aglomerantes de cimento Portland.-

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1.1. ObjetivosEste trabalho tem como objetivo fazer uma reviso bibliogrfica sobre aditivos que possam ativar a escria, e resultar em caracteristicas prximas de aglomerantes de cimento Portland a serem utilizados em argamassas e concretos em geral.

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2. METODOLOGIAEste manuscrito baseado em uma pesquisa de carter qualitativo em relao a utilizao de cimento siderrgico em substituio total ou parcial ao cimento portland. Foram realizadas pesquisas em literaturas cientficas, livros tcnicos, dissertaes, artigos publicados nos ltimos trinta anos. As escrias granuladas de alto-forno em contato com a gua endurece de forma extremamente lenta, limitando a aplicao comercial. A utilizao de ativadores aceleram o processo de hidratao da escria transformando em um aglomerante com grande potencial de aplicao, melhorando algumas caractersticas comparadas ao cimento Portland. Neste estudo ser analizado os tipos de ativadores e formas de ativao de escria de alto forno para utilizao em concreto e argamassa, em substituio ao cimento Portland.

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3. REVISO BIBLIOGRFICA 3.1. Histrico do uso do cimento siderrgico como aglomerantePara alguns autores, a capacidade aglomerante da escria granulada de alto forno j era conhecida antes que Aspdin registr