Valorização de fonte alternativa de sulfato de cálcio para a produção de argamassas autonivelantes

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2013A argamassa autonivelante é um material de baixa viscosidade constituído por aglomerante, areia, água e aditivos. Sua principal característica é a elevada fluidez, visto que apresenta grande habilidade de espalhamento e nivelamento. Existem dois tipos de argamassas autonivelantes: à base de sulfato de cálcio (normalmente anidrita) e à base de cimento (Portland ou Sulfoaluminoso). Àquelas de sulfato de cálcio possuem rápido endurecimento, sem retração acentuada e pouca fissuração, contudo, podem ser sensíveis à umidade. Uma maneira de melhorar essa característica se dá mediante a utilização do cimento aluminoso. O uso deste tipo de cimento, que é rico em alumina, ocorre normalmente em sistemas ternários de cimento aluminoso, sulfato de cálcio e cimento Portland. Esses sistemas ternários são designados etringíticos e esta denominação está relacionada ao principal produto hidratado que é a etringita (C3A.3CS.H32). O fosfogesso, ou gesso químico, pode ser uma fonte de sulfato de cálcio para as argamassas autonivelantes. Pode-se obter a forma de sulfato de cálcio denominada anidrita a partir de seu tratamento térmico. Deste modo, com base na calcinação do fosfogesso nas temperaturas de 350°, 450°, 550° e 650° foi produzida uma anidrita sintética, chamada de fosfoanidrita (FGA). FGA, fosfogesso seco (FG REF) e Hemidrato Beta foram os tipos de sulfatos de cálcio utilizados para a produção de argamassas autonivelantes em sistemas ternários e binários. Os sulfatos de cálcio foram caracterizados por granulometria a laser, ATD/TG, DRX, MEV, solubilização e solubilidade. A caracterização permitiu detectar a obtenção da anidrita II, que é uma forma pouco solúvel. As argamassas autonivelantes foram avaliadas quanto à resistência mecânica, espalhamento e sua manutenção, tempo de escoamento mediante o funil- V, tempo de pega, calorimetria e degradação em água por ciclos de imersão e imersão-secagem. Por meio do estudo dos cristais formados e sua morfologia, por DRX e MEV, identificou-se a influência do tipo de sulfato de cálcio usado e também do sistema aglomerante em propriedades de absorção de água por capilaridade, isotermas de adsorção, estabilidade dimensional e compatibilidade ambiental. Os resultados mostraram que, tanto o período quanto a temperatura de calcinação do fosfogesso, são fundamentais para o melhor desempenho de argamassas autonivelantes, entretanto, o sistema de aglomerantes mostrou-se, igualmente, ser um fator determinante. Conseguiu-se produzir um sistema etringítico a partir do uso de FGA em argamassas autonivelantes e constatou-se que estas argamassas, quando elaboradas com FGA calcinada por período de 4 horas em temperatura superior a 450°C, são resistentes da degradação em água. A morfologia da etringita é extremamente influente na estabilidade dimensional dos materiais, pois se detectou a etringita massiva que causa fissuração e expansão no estado endurecido The self-leveling underlayment is a material of low viscosity consisting of binder, sand, water and additives. Its main feature is the high fluidity, since it has great ability to spread and level itself. There are two types of self-leveling underlayments: based on calcium sulfate (anhydrite usually) and based on cement (Portland or Sulfoaluminate). Those of calcium sulfate have rapid hardening, without pronounced shrinkage and little cracking, however, may be sensitive to moisture. For improving this characteristic the calcium aluminate cement is typically used. The use of this type of cement, which is rich in alumina, normally occurs in ternary systems of calcium aluminate cement, calcium sulfate and Portland cement. These blends are called ettringite systems and this name is related to the main hydrated product which is the ettringite (C3A.3CS.H32). The phosphogypsum or chemical gypsum, can be a source of calcium sulfate for the production of self-leveling underlayments. The anhydrite can be obtained from heat treatment. Thus, based on phosphogypsum calcining at temperatures of 350°, 450°, 550° and 650° it was produced a synthetic anhydrite, called phosphoanhydrite (FGA). FGA, phosphogypsum dried (FG REF) and beta hemihydrate were the types of calcium sulphates used for the production of self-leveling underlayments in binary and ternary systems. The calcium sulphates were characterized by laser granulometry, DTA/TG, XRD, SEM, solubility and solubilization. The characterization made possible to detect the obtention of the anhydrite II, which is a slightly soluble form. The self-leveling underlayments were evaluated for mechanical strength, consistency and its maintenance, flow time with the funnel-V, setting time, calorimetry and degradation in water by cycles of immersion and immersion-drying. Through the study of crystals formed and their morphology, by XRD and SEM, it was found the influence of the type of calcium sulfate used and also of the binder system in properties like water absorption by capillary, adsorption isotherms, dimensional stability and compatibility environment. The results showed that both the period and the calcination temperature of phosphogypsum are key to the improved performance of self-leveling underlayments, however, the binder system proved to be a determinative factor as well. It was possible to produce an ettringite system from the use of FGA in self-leveling underlayments and it was found that these mortars prepared with FGA when calcined for 4 hours at temperature above 450°C are resistant to water degradation. The morphology of ettringite is extremely influential in the dimensional stability of materials because the massive ettringite that causes expansion and cracking in the hardened state was detected

Influence of Supplementary Cementitious Materials on Fresh Properties of 3D Printable Materials

The development of printers and materials for 3D Printing Construction during the last two decades has allowed the construction of increasingly complex projects. Some of them have broken construction speed records due to the simplification of the construction process, particularly in non-standard geometries. However, for performance and security reasons the materials used had considerable amounts of Portland cement (PC), a constituent that increases the cost and environmental impact of 3D Printable Materials (3DPM). Supplementary Cement Materials (SCM), such as fly ash, silica fume and metakaolin, have been considered a good solution to partially replace PC. This work aims to study the inclusion of limestone filler, fly ash and metakaolin as SCM in 3DPM. Firstly, a brief literature review was made to understand how these SCM can improve the materials' 3DP capacity, and which methods are used to evaluate them. Based on the literature review, a laboratory methodology is proposed to assess 3DP properties, where tests such as slump and flow table are suggested. The influence of each SCM is evaluated by performing all tests on mortars with different dosages of each SCM. Finally, a mechanical extruder is used to extrude the developed mortars, which allowed us to compare the results of slump and flow table tests with the quality of extruded samples. (c) 2022 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland