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Insight dos artigos Evaluation of reactivity indexes and durability properties of slag-based geopolymer concrete incorporating corn cob ash – 2020 Introdução A produção global de cimento Portland (CP) é responsável tanto pelas necessidades anuais de energia quanto pelas emissões anuais de dióxido de carbono (CO2) de 3 e 9% respectivamente. Acordo climático de Paris em 2017 limita as emissões CO2 em 800 gigatoneladas. A redução nas emissões de CO2 na construção é prioridade por meio da redução de utilização do cimento com investigações por substituições totais ou parciais. O método mais utilizado é a substituição parcial de cimento por suplementos cimentícios. Estes são majoritariamente resíduos de outras indústrias, tais como cinzas volante, cinzas de carvão, cinzas vulcânicas, sílica ativa, metacaulim e escória de alto forno, ou de resíduos agrícolas, como por exemplo, cinza da casa de arroz, cinza de sabugo de milho. Cinza da casa de castanha de caju e outros. Conclusão A resistência a compressão aumentou conforme se aumenta a substituição. A proporção de aumento é complexa pois durante o processo de dissolução, a fase vítrea do gel de aluminossilicato da escória de alto-forno reage com os ativadores alcalinos resultando em um gel de aluminossilicato amorfo, responsável pela formação da matriz cimentícia, o que resulta em maior resistência. A maior concentração de ativador indicou a menor resistência, pois o cátion OH- excedeu a saturação e não reagiu, tornando-se um obstáculo para o ganho de resistência. Após ensaio o peso das amostras (cubos) em solução de MgSO4 a 5%, o concreto geopolimérico varia de 3 a 5% enquanto o concreto de cimento Portland varia de 7 a 10%. Paralelamente a resistência a compressão varia de 6 a 10% para concreto geopolimérico contra 10 a 29% para concretos de cimento Portland, considerando 90 dias de exposição. A deterioração do concreto de cimento Portland está associada à consequencia crítica do ataque de sulfato de magnésio ao CSH, que se forma gesso expansivo e etringita que induzem a expansão, lascamento e rachaduras. O que não e observado no Concreto geopolimérico pois não tem Ca(OH)2 e mono-sulfo-aluminato. A reatividade do ligante composto por Escória de alto-forno e Cinza do Sabugo de milho aumenta com o aumento de teores de CaO, MgO e Al2O3 oriundos do aumento do teor de Escória, porém a reatividade diminui com o aumento de SiO2, fe2O3 e SO3 devido ao aumento do teor de Cinza do sabugo de milho. Durability and microstructural studies on fly ash blended self-compacting geopolymer concrete - 2020 Introdução
O geopolímero é um produto obtido por meio de reação química que ocorre em material de origem geológica ou materiais de subproduto, como cinza volante, escória de alto-forno, cinza de casca de arroz etc. juntamente com líquidos alcalinos (à base de sódio ou potássio). A durabilidade do concreto é a capacidade de suportar ação de intemperismo, ataque químico e abrasão, mantendo suas propriedades de engenharia desejadas. Cinza volante com alto teor de cálcio são, normalmente, excluídas pois a presença elevada de cálcio pode dificultar o processo de polimerização e modificar a microestrutura. Conclusão Quanto aos testes de durabilidade (ataque ácido, ataque de sulfato, sorvidade, absorção de água e teste rápido de permeabilidade ao cloreto). Observaram que houve redução de densidade em todas as amostras, porém a menor, da ordem de 1,1% é verificada no concreto geopolímero com cinza volante Classe C. A menor perda de resistência devido ao ataque ácido, também é para concreto geopolímero com cinza volante Classe C, da ordem de 11,87%. Nos testes de resistência a sulfatos o concreto geopolímero com cinza volante Classe C apresentou ganho na densidade de 1,45%, aumentando a resistência a compressão em 6,32%. Houve perda de resistência devido ao ataque de ácido foi em média 19,59%. Quanto ao ensaio de ataque por sulfato, houve aumento na densidade de 1,45%. Os sais solúveis presentes nos testes aumentaram a resistência à compressão. O aumento da resistência foi de 6,32%. O concreto geopolímero com cinza volante tinha alta permeabilidade de íons de cloreto. As propriedades de fixação instantânea da cinza volante classe C ajudaram na geopolimerização eficiente com entrada mínima de cloreto do concreto, mostrando boas características contra corrosão. Durability performance of fly ash-based geopolymer concrete buried in saline environment for 10 years – 2021 Introdução O concreto geopolimérico identifica-se como um material complementar material cimentício e tem sido amplamente investigado. Redução na pegada de carbono e aumento do uso de resíduos industriais como, por exemplo, cinzas volantes, cinzas de fundo e escória de alto-forno granulada e moída. Em um ligante geopolimérico, precursores de aluminossilicato são ativados por solução alcalina. Durante esse processo na solução alcalina e, no estágio seguinte, o aluminato e silicato passam por equilíbrio de especiação, gelificação, reorganização e polimerização e endurecimento.
O concreto geopolímero é mais suscetível à penetração de sulfato do que concreto de cimento Portland. O concreto geopolímero apresentou alcalinidade significativamente maior em ambiente salino. Effect of binder content and recycled concrete aggregate on freeze-thaw and sulfate resistance of GGBFS based geopolymer concretes – 2021 Introdução Geopolímeros, que estão entre os polímeros inorgânicos, têm uma estrutura de cadeia formado em uma espinha dorsal de íons de alumínio e silício. Na síntese de geopolímero, é necessário misturar materiais reativos de alumina-silicato com soluções alcalinas fortes. É um material alternativo sustentável e ecologicamente correto com baixa pegada de carbono. É obtido a partir do poli- condicionamento de aluminossilicato. São sólidos ativados por uma solução líquida de silicato alcalino. A quantidade, o tipo e a finura do ligante usado no concreto são os parâmetros que afetam a densidade da pasta, pois durante o processo de gelo-degelo, em repetidos ciclos, expandem afetando a resistência à compressão dos concretos geopolímero à base de escória. Cada ciclo cria tensões internas no concreto, que aumentam os defeitos internos do concreto, causando novos danos. Usualmente, os defeitos são expansão, rachaduras internas e perda de massa no concreto e no cimento. Resultados e discussões A resistência a compressão reduziu conforme é acrescentado o agregado de concreto reciclado, porém essa perda é diminuída conforme é aumentado o teor de ligante. Mas ainda assim é significante, pois o agregado de concreto reciclado possui pasta de cimento, agregado e zona de transição interfacial mais fraca. Assim, a perda de resistência à compressão devido à diminuição do teor de ligante foi devido à insuficiência de materiais ligantes para ligar os agregados crescentes na matriz. Quanto ao efeito do gelo-degelo na resistência à compressão, conforme aumentou-se a quantidade de ligante, obteve-se menor quantidade de vazios, reduzindo a quantidade de água que penetra na amostra. Porém, ao passo que se insere maior quantidade de agregado reciclado, aumenta-se a absorção da água, aumentou-se as tensões internas, consequentemente estrutura mecânica mais fraca. Quanto ao efeito do ataque por soluções de sulfato na resistência à compressão reduziu de acordo com a quantidade de ligante e de agregado reciclado. De acordo com acréscimo de ligante o percentual de perda é diminuído, porém aumentado com o acréscimo do agregado reciclado. Isso ocorre por causa da
capacidade do agregado reciclado absorver 3x mais água que os naturais e a presença de duas zonas de transição interfacial. Behavior of polyvinyl alcohol fiber reinforced geopolymer composites under the coupled attack of sulfate and freeze-thaw in a marine environment – 2021 Introdução O aluminato tricálcico (C3A) no cimento é a principal matéria-prima para a formação de etringita, e o Ca(OH)2 gerado no processo de hidratação do silicato de cálcio (C3S) no cimento pode participar diretamente da reação de corrosão do sulfato. Portanto, o conteúdo de C3A e C3S do cimento tem uma influência importante na resistência ao ataque do sulfato. O uso de geopolímero pode substituir parte do cimento, reduzir o conteúdo de C3A e, assim, reduzir os materiais para reação de ataque do sulfato. O geopolímero pode melhorar a durabilidade do concreto sob ataque de sulfato e a ciclos de gelo-degelo, porém, assim como o concreto de cimento Portland pode gerar rachaduras macroscópicas que funcionam como portas abertas para intrusão de sulfato e resultam na redução da durabilidade. Assim, o implemento de fibras, tais como fibra de polipropileno, fibra de aço, fibra de vidro, fibra de polietileno, fibra de álcool polivinílico são soluções pesquisadas. Resultados O aumento da massa é devido ao número de microfissuras gerados pelos ciclos de gelo-degelo que permitem a entrada do sulfato que reage formando cristalização e reações químicas, resultando em produtos expansivos que preenchem os poros. Quanto à resistência a compressão o incremento de cinza volante reduziu a resistência, mesmo reduzindo volume dos poros que são afetados pelos ciclos de gelo-degelo. Avaliando a resistência após ataque de sulfatos e magnésio, o efeito da bentonita é a redução da resistência conforme se avança nos ciclos. Pelo método de emissão acústica para monitorar o processo de dano da amostra durante a compressão axial em tempo real, identificou-se que a adição de cinza volante e bentonita influenciou os sinais. Ao passo que se aumenta a quantidade de cinza volante e bentonita, a intensidade e a densidade do sinal ficam reduzidas, e a distribuição do sinal relativamente uniforme. Experimental Study on the Mechanical Properties and Durability of High-Content Hybrid Fiber–Polymer Concrete – 2021 Introdução O polímero desemulsiona dentro da estrutura do concreto para formar um filme e preenche os vazios do concreto, formando uma rede estrutural com os produtos de hidratação do cimento, o que acaba alterando a microestrutura interna do concreto.
Geopolímeros produzidos com cinza volante em ambientes de ácido sulfúrico tem sua resistência à compressão aumentada devido à presença de ricos recursos de Aluminossilicato em concretos geopoliméricos, o que resulta em uma maior produção de CSH gel. A maior parte da resistência à compressão do concreto geopolímero é adquirido nos primeiros dias de vida. Em ensaios de flexão de viga com barras de aço, observou-se que o concreto geopolímero com cinza volante, quando exposto a um ambiente ácido, tem a adesão com as barras prejudicada. External sulfate attack: comparison of several alternative binders – 2021 Introdução Ataque externo de sulfato é o processo de degradação do concreto que envolve reações expansivas entre íons sulfato provenientes de uma fonte externa e as fases nas matrizes endurecidas. Os mecanismos de degradação variam de acordo com vários fatores, como o tipo de ligante utilizado, o traço de concreto e o tipo e concentração dos compostos de sulfato que atacam o material. No caso de argamassas produzidas com escória ativada por álcali, não se apresenta alteração estrutural ou expansão sob ataque de Na2SO4, dada a ausência de CH e a indisponibilidade de alumínio para reação com sulfatos devido à formação de hidrato de aluminossilicato de cálcio (C–A–S–H) e hidrotalcita (M5AH13) - é um composto químico com a fórmula Mg6Al2(OH)16(CO3).4H2O, que é conhecido como hidróxido duplo lamelar de alumínio-magnésio - durante a hidratação. Resultado A microfissura identificada não foi atribuída à precipitação de fase expansiva, mas provavelmente foi devido à alteração física da amostra durante a preparação, como por exemplo, coleta da amostra, polimento. O geopolímero à base de metacaulim mostrou ausência de fases de sulfato, como etringita ou gesso, pois seu conteúdo de óxidos de cálcio (CaO) é muito baixo. Esse fato leva a maior durabilidade em relação ao ataque externo de sulfato devido à não formação de CH, que é altamente afetado. Mechanical and durability performance evaluation of heat cured low calcium fly ash based sustainable geopolymer concrete – 2022 Introdução Atualmente, dada a crescente demanda por infraestrutura e habitações, aumenta-se o número de construções novas, tendo o concreto com o principal material aplicado, por ser mais durável. Porém, o material ligante, cimento, usado no concreto convencional gera efeitos adversos ao meio ambiente, pois
consome uma grande quantidade de recursos naturais, além de liberar toneladas de gases de efeito estufa por meio de seu processo de fabricação. O concreto geopolimérico pode abrir caminho para superar o problema, pois é um material de construção cimentício ativado por álcalis de alto desempenho e com baixo impacto ambiental. No concreto geopolimérico, uma pasta geopolimérica formada por uma mistura de cinzas volantes e líquidos alcalinos, une agregados soltos, grossos e finos para formar o concreto. As cinzas volantes com teor de cal inferior a 15% são categorizadas como cinzas volantes de baixo teor de cálcio (Classe F) e são consideradas mais adequadas para uso em concreto geopolimérico devido à presença preponderante de sílica e alumina. O líquido alcalino desempenha um papel importante no processo de polimerização. Uma combinação de solução de hidróxido de sódio (NaOH) e solução de silicato de sódio (Na2SiO3) tem sido o líquido alcalino mais comumente usados em concreto geopolimérico. A molaridade do hidróxido de sódio afeta muito a resistência à compressão do concreto geopolimérico assim quanto maior a molaridade maior a resistência à compressão. Recomenda-se para melhores resultados a faixa de molaridade de 8M até 16M. O concreto geopolimérico é altamente coeso e rígido com abatimento médio em seu estado fresco devido à alta viscosidade da solução de silicato de sódio. Superplastificantes podem ajudar a melhorar sua trabalhabilidade. A temperatura de cura do concreto geopolimérico é uma variável importante, pois em as mais altas aceleram o processo de polimerização e aumenta a resistência à compressão. Recomenda-se a cura a vapor ou em estufa de ar quente com faixa de temperatura de 60 a 90 °C durante 24 h. Além de melhor resistência, a temperatura influencia na excelência da resistência ao ataque de sulfato. Resultados Os resultados de compressão diminuíram conforme a temperatura de cura ultrapassou 60 °C. Altas temperaturas de cura favorecem a fase cristalina das cinzas volantes, para participar da polimerização e acelerar a taxa de reação de polimerização nas primeiras idades, endurecendo, portanto, em ritmo mais rápido. Porém, temperaturas além de certo limite cessam a formação de gel CSH na matriz, provocando a formação de microporos e microfissuras, resultando em uma diminuição da resistência a compressão. Após ataque de sulfato a resistência foi reduzida. A perda de resistência à compressão deve-se principalmente à razão pela qual os íons de sulfato na solução Na2SO4 atacam diretamente a ligação Si-O-Si do concreto geopolimérico, quebrando. Além disso, os íons de sulfato reagem com o gel de aluminossilicato expandindo e causando micro rachaduras no concreto geopolimérico.
outras misturas devido à alta densidade, compactação e formação de hidratos de aluminossilicato devido à alta taxa de polimerização. Quanto a penetração de cloreto, misturas com cinza de casca de arroz com 10% de fibra de basalto apresentaram a menor profundidade de penetração, o que denota que é altamente resistente a penetração de ataque de cloreto. Mais porosidade leva a menos resistividade e baixa resistência à cloreto. Assim, o concreto geopolímero à base de casca de arroz apresentou maior resistividade e menor coeficiente de difusão efetivo. Quanto a resistência ao sulfato, misturas com cinza de casca de arroz com 10% de fibra de basalto apresentaram a menor expansão. Durability of geopolymer concrete with addition of polypropylene fibre – 2021 Introdução O geopolímero inorgânico é um material Si-O-Ai tridimensional com propriedades cerâmicas, sendo a sua composição química à base de álcalis igual a dos materiais zeolíticos naturais. Porém, com uma diferença, pois o geopolímero apresenta microestrutura mais amorfa. A polimerização ocorre sob condições alcalinas. A água divide-se, progressivamente, durante o processo, e unidades tetraédricas são alternativamente conectadas aos precursores do polímero compartilhando átomos de oxigênio, o que resulta na formação de um geopolímero mais amorfo. Devido à características cerâmicas, o geopolímero apresenta comportamento quase frágil semelhante às amostras de concreto de cimento convencionais de baixa resistência inicial. Portanto, é necessário melhorar a resistência e a durabilidade do concreto geopolímero. Resultados As fibras de polipropileno têm impacto significativo nas estruturas de vazios do material, causam contração autógena, pois a cura não consegue atingir os furos microscópicos internos gerados pela fibra de polipropileno, resultando em autodessecação. O uso de fibra de polipropileno melhora o comportamento do Concreto Geopolimérico ao inibir a penetração de cloreto, aumentando a longevidade. Depois do ataque de sulfatos por quatro semanas não houve sinais de erosão na superfície ou rachaduras, apenas após oito semanas é que pequenas erosões foram observadas. Após o ataque de sulfatos, observou-se que a resistência compressão diminuiu com o aumento da adição de fibra de polipropileno até 0,6%. O resultado do ataque de cloreto revelou pouca perda de massa, indicando que a solução de cloreto tem pouquíssimo efeito no concreto geopolimérico.
Improvement in Durability and Mechanical Performance of Concrete Exposed to Aggressive Environments by Using Polymer – 2022 Introdução A durabilidade do concreto permite que resista à ação das intempéries, ataques químicos e deterioração física sem comprometer suas propriedades de engenharia. A durabilidade e a vida útil maior, por exemplo, dependem da permeabilidade, ou seja, da interconectividade dos poros do concreto. Assim sua permeabilidade e fissuração precisam ser controladas para atingir maior vida útil. Durability analysis and optimization of a binary system of waste cement concrete and glass - based geopolymer mortar – 2022 Introdução Conclusão Em misturas de geopolímero com vidro finamente moído, observou-se que a fluidez aumentou conforme o seu incremento. Efeito observado dada a sua superfície lisa e intrínseca do vidro, juntamente com a baixa absorção de água. Outra razão por trás da fluidez comparativamente ser maior quando incrementado resíduo de vidro é o teor de CaO, que é quase a metade no resíduo de construção. Este CaO forma hidratos com ligações sialatos em geopolímero e a taxa de formação de hidratos é muito mais rápida do que a geolimerização. Ao substituir resíduo de construção por vidro finamente moído no concreto geopolimérico, tem-se o aumento da resistência a compressão. Fato atribuído pela presença de sílica amorfa do vidro que passa por uma alta taxa de dissolução e forma uma forte ligação polissialato multisiloxo. Porém quando se é acrescido o teor de substituição de vidro por resíduo de construção, observa-se a redução da resistência. Fato ocorre, pois a disponibilidade de SiO2 é abundante enquanto íons de Al4+ é reduzido. Tal relação, de Si/Al, deve estar entre 3 e 4 para obter um produto geopolimérico de boa qualidade. Quanto a densidade, a matriz com 100% de resíduo de construção apresentou a maior ascensão capilar, demonstrando ser extremamente porosa. Ao passo que se adiciona o vidro, houve diminuição na capilaridade. Após incremento, observou-se um aumento na densidade aparente. Após ataque de ácido clorídrico durante 90 dias, observou-se a redução da massa dado ao mecanismo característico de reação de ácido aos geopolímero. O ácido atua em dois mecanismos diferentes sobre os geopolímero: primeiramente é a incrustação das amostras devido à sua natureza corrosiva e em segundo é a formação de sais de cálcio que desintegram os ligantes.
de agregados reciclados na durabilidade do concreto ainda não foram estudados em detalhes. O papel compensatório dos precursores de geopolímero, juntamente com agregados reciclados, na durabilidade dos concretos geopolímero sob condições de cura ambiente, ainda não foi explorado suficientemente. Relataram correlação positiva entre os valores de resistência à compressão e as proporções de agregados naturais (escória, sílica ativa e cinza volante). Isso pode ser devido à natureza amorfa da escória e ao teor de cálcio, o que resulta no desenvolvimento de produtos à base de cálcio como o CSH, que absorvem pequenas quantidades de alumínio em sua estrutura e forma o gel CASH. Os materiais ativados por álcalis são normalmente categorizados em dois sistemas de gel. Um é um sistema com uma razão Ca/Si elevada composto principalmente por géis CASH, outro é um sistema com razão Ca/Si baixa que produz principalmente géis de aluminossilicato alcalino (NASH). A coexistência de géis NASH e CASH foi relatada em sistemas misturados ativados por álcalis, aumentando a resistência à compressão. Após ataque de solução de ácido sulfúrico, as amostras de concreto geopolímero não apresentaram deterioração visível ou erosão superficial aparente. Porém, ao final de 190 dias imersos em soluções de Na2SO4 e MgSO4, relataram eflorescência visível possivelmente devido à disponibilidade de produtos à base de cálcio. O dano ao concreto geopolimérico foi agravado pelo ataque de sulfato visto que a reação da solução de sulfato de sódio e do gel CASH resulta em uma formação limitada de gesso e pequenas alterações nas estruturas químicas. A quebra do CASH em hidrato de silicato de magnésio e alumínio (MASH) na matriz é viabilizada pela solução de sulfato de magnésio. A durabilidade está associada à estabilidade dos principais produtos de reação (géis CASH e NASH), além disso, oferecem comprimentos de cadeia mais longos e reticulação mais densa que o gel CSH do concreto de cimento Portland. Os concretos geopolimérico são caracterizados pela presença de precursores de aluminossilicato. Assim os compostos de sílica e alumina na matriz do concreto geopolimérico reagem com Ca(OH)2 e produzem gel CASH e NASH mais estáveis, o que resulta em menor penetração da solução ácida, produzindo menor perda de peso. O CASH e o NASH têm efeito de preenchimento nos poros do concreto geopolimérico, o que resulta em uma matriz mais densa, diminuindo a absorção de água. A adição de escória e sílica leva a um aumento da resistência a soluções ácidas nos concretos geopolimérico. Tal fato é devido à coexistência do gel CSH e CASH com produtos geopolimérico (gel NASH).
