Desenvolvimento de geopolímeros “one-part” à base de metacaulim e lama vermelha

Abstract

Diversos estudos têm apontado a utilização da ativação alcalina de subprodutos industriais no desenvolvimento de aglomerantes alternativos ao cimento Portland, dentre os quais destacam-se os geopolímeros. Estes são materiais formados em meio fortemente alcalino, pela ativação de precursores com altos teores de aluminossilicatos e baixos teores de cálcio reativo, levando à organização de uma estrutura tridimensional pseudo-zeolítica, com características amorfas e semicristalinas. A produção dos materiais álcali-ativados pode ser realizada basicamente em metodologia two-part (misturam-se os precursores sólidos com os ativadores já solubilizados) ou one-part (homogeneízam-se os precursores e ativadores sólidos e adiciona-se a água no momento da utilização). Apesar de acelerar os mecanismos de reação e dificultar o controle do tempo de pega dos compósitos produzidos, a mistura one-part evita o transporte e manuseio de soluções aquosas, facilita a dosagem e aplicação no local, e reduz o impacto ambiental associado à sua cadeia produtiva. Este trabalho apresenta uma revisão bibliográfica sobre os materiais álcali-ativados na construção civil, na qual ressaltam-se suas classificações, mecanismos de reação, matérias-primas, e metodologias de produção. Posteriormente, são apresentados os estudos de avaliação da influência do teor de areia em argamassas geopoliméricas à base de metacaulim, seguida das investigações quanto à influência do teor de água/precursor, tratamento termoquímico do precursor e concentração alcalina nas propriedades físicas e mecânicas de argamassas geopoliméricas one-part produzidas à base de metacaulim e lama vermelha. Foram conduzidos ensaios de caracterização das matérias-primas e das argamassas no estado fresco e endurecido, e os resultados indicam a viabilidade da aplicação da lama vermelha, após tratamento térmico, como substituição parcial de 25 % do metacaulim na produção de argamassas geopoliméricas one-part curadas termicamente a 60 °C (por exemplo, até 11 MPa em 07 dias na resistência à compressão). Com isso, buscou-se investigar alternativas seguras e práticas para a reutilização do rejeito da indústria do alumínio, ao passo que também se pesquisou potenciais substitutos do cimento Portland como aglomerante na produção de pastas e argamassas, por meio da ativação alcalina. Palavras-chave: Geopolímero. One-part. Metacaulim. Lama Vermelha.

Several studies have shown the alkaline activation of industrial by-products to develop alternative binders to Portland cement, among which geopolymers stand out. These materials are formed in a strongly alkaline medium by the precursors' activation with high aluminosilicates levels and low reactive calcium levels, leading to a three- dimensional pseudo-zeolitic structure organization, with amorphous and semi- crystalline characteristics. The alkali-activated materials production can be carried out basically in a two-part methodology (the solid precursors are mixed with the activators already solubilized) or one-part (the precursors and solid activators are homogenized, and a certain amount of water at the time of use). Despite accelerating the reaction mechanisms and making it difficult to control the setting time of the composites produced, the one-part mixture avoids the transport and handling of aqueous solutions, facilitates dosing and application on-site, and reduces the environmental impact associated with its productive chain. This work presents a bibliographic review on alkali-activated materials, highlighting the classifications, reactions mechanisms, the various precursors and activators materials used, and production methodologies. The experimental part presents the study of the sand content influence in metakaolin geopolymeric mortars' physical and mechanical properties. Evaluations on the water/precursor content and thermochemical treatment on the metakaolin and red mud-based one-part geopolymers were also carried out. Raw materials and fresh and hardened mortars were characterized, and results indicate the red mud feasibility after heat treatment as a partial replacement of 25 % of metakaolin in the production of one- part geopolymeric mortars thermally cured at 60 °C (e.g., up to 11 MPa at 07 days on compressive strength). By these means, safe and practical alternatives were sought to the waste reuse from the aluminum industry, investigating potential substitutes for Portland cement as a binder in the production of pastes and mortars. Keywords: Geopolymer. One-part. Metakaolin. Red mud.