Kihara, Y.

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Cadernos Espinosanos (E-Journal)

A SÍNTESE DA TOBERMORITA E SUA APLICAÇÃO NA ENGENHARIA DE MATERIAIS Y.Kihara1 ° mineral tobermorita (Ca5(OH)2S~016.4~O) foi descrito por HENDLEY (1880) em Tobermory, Escócia (CLARINGBALL & HEY, 1953) e ocorre em região de contato entre diabásio e calcário, associado com a scawtÍta (Gry(Si6018)(C03).H20), preenchendo amígdalas em rochas larníticas do contato (McCONNELL, 1954). No processo de hidratação do cimento portland, em condições de cura hidrotermal (autoclave), a cinética de hidratação do cimento é acelerada, promovendo a formação de produtos de hidrdtação mais desenvolvidos e cristalizados, distintos daqueles normalmente observados em condições normais de hidratação. ° principal produto de reação é o silicato de cálcio hidratado, com estrutura similar ao mineral tobermorita, responsável pelo desenvolvimento das resistências mecânicas (RAMCHANDRAN, 1%5). A hidratação acelerada do cimento, por autoclave, permitiu o desenvolvimento de vários produtos cimentíceos, dentre os quais se destaca o concreto celular autoclavado. É um concreto leve, homogêneo, de natureza siliciosa e com estrutura granular fina e porosa, produto de uma hidratação acelerada de mistura de cimento portland, cal, areia e incorporador de ar, curada a alta temperatura (180 a 2000 C) e pressão (11 a 15 atmosferas). Dentre as suas propriedades destacam-se a baixa densidade (0,3 a 1,0 g/m3), resistência mecânica de 3 a 6MPa, baixa condutividade e trabalhabilidade semelhante à madeira (SHORT & KINNIBURG, 1978; CEB, 1978). A química do processo de formação de tobermorita fundamenta-se na reação entre o cálcio e a sílica provenienteS da hidratação dos silicatos cálcicos do cimento, complementada pela adição de cal e material silicioso (quartzo, pumicito, cinzas volantes, etc.). lDepartamento de Mineralogia e Petrologia, Instituto de GeociênciasjUSP, São Paulo. A cinética ,de reação depende da relação molar Cao jSi02, da finura dos materiais de partida, da natureza dos materiais silicosos, do tempo de reação (cristalização) e das condições de cura hidrotermal (TAYLOR, 1960; KALOUSEK, 1968). O estudo da cinética de reação e das condições de formação e cristalização de tobermorita sintética, fundamentado na microestrutura e composição mineraló~ca de concretos celulares autoclavados constitui o objetivo desta pesquisa. A parte analítica está sendo realizada com 12 amostras experimentais e industriais, utilizando-se das técnicas de difratometria de raios X, análises térmicas (ATD-TG) e microscopia eletrônica de varredura. A análise por difratometria de raios X revelou composição similar entre as o amostras. A tobermorita de 11 A, principal produto de reação, e o quartzo residual constituem as fases principais. Subordinadamente, em proporções variadas, ocorrem C-S-H (I), calcita, vaterita, dolomita, portlandita, mica e clorita. Não foi constatada a presença de fases de alta temperatura (xonotlita e hillebrandita) e nem de fases com alta relação CaOjSi02. Estudos comparativos fundamentados nas relações de intensidades entre as raias do quartzo (100 e 201) e tobermorita (002, 220, 040 e 427) permitiram avaliar o grau de cristalinidade da tobermorita e a freqüência de quartzo residual nas amostras. A análise termodiferencial e termogravimétrica das amostras permitiu estudar o comportamento térmico, bem como estimar o conteúdo de quartzo residual e de tobermorita, fundamentado no pico endométrico a 5750 C decorrente da transformação de quartzo Q - fj e no pico exotérmico à 8260 C da tobermorita (Fig. 5). A análise por microscopia eletrônica de varredura (MEV) permitiu o estudo da modologia e micro estrutura dos cristais de tobermorita, bem como de sua relação com os grãos de quartzo residual. As imagens obtidas por MEV revelam que os cristais de tobermorita são preferencialmente tabulares e alongados (Fig. 1), formando agregados cristalinos justapostos, sem orientação preferencial (Fig. 2). A presença de grãos de quartzo residual é relativamente comum e de freqüência variada entre as amostras. Caracterizam-se por não apresentarem bordas de reação na superfície dos grãos. A região de intedace entre o grão de quartzo e a de cristalização da tobermorita é descontínua (Figs. 3 e 4) com orientação da cristalização da tobermorita, perpendicular à superfície dos grãos (Fig. 5). As características e propriedades do concreto celular autoclavado dependem da natureza das fases formadas, distribuição de vazios, do grau de cristalização e da microestrutura desenvolvida pelos cristais de tobermorita. A cinética de reação de formação de tobermorita e a definição de parâmetros mineralógicos que permitam atuar no controle de 178 qualidade e no desenvolvimento tecnológico do material são temas em investigação. REFERÊNCIAS BffiUOGRÁFICAS ClARINGBULL, G.F. & HEY, M.H. (1953) A re-examination of tobermorite. MineraIogk:al Magazine, 29:960-962. McCONNELL, I.D.C. (1954) The hydrate ca1cium silicate riversideit, tobermorite and plombierite. Mineralogical Magazine, 30:293-305. RAMACHANDRAN, V.S. (1965) Applications of differential tbenDaI aaalysis ia CellleDt Chemistry. New York, Chemica1 Publishing Company. 308p. SHORT, A & KINNIBURGH, W. (1978) Ligbtweigbt ooncrete. Chap.17: Aerated concrete -manufacture and properties. London, Aplied Science Publishers Ltd. cOMITÉ EURO-IN1ERNATIONAL DU BÉTON (CEB) (1978) AutocIaved aerated concrete. Lancaster, The Construction Press Ltd. TAYLOR, H.F.W. (1960) Hydrotermal reactions in the system Cao - Si02 - H20 and the steam curing of cement and silica products. In: IN1ERNATIONAL SYMPOSIUM ON THE CHEMISTRY OF CEMENT,4., Washington, 1960. Proceedings. Washimgton. V.1, p.167-190. KALOUSEK, G.L. (1968) Higbt - Temperature steam curing of coocrete at high pressure. In: IN1ERNATIONAL SYMPOSIUM ON THE CHEMISTRY OF CEMENT, 5., Tok.yo, 1968. Proceedings. Tok.yo. V.3, p.523-562. 179 Figuras 1, 2, 3, e 4 - Cn.au tabulares de tobennorita (1) junto a ~ mal cri .. Jizados de silic:ato de cálcio hidratado (CSH) de forma reaclUhada (FI&. 1). Tcuura caraa:eristic:a formada pelos c::riItaia tabularea de tobennorita no concreto celular autoclavado (Fi&. 2). Grão de quartzo (Q) reaidual, ICID borda de reação, com criltaJizaçAo de tobennorita na supertIcie (Fia. 3). Detalhe do grão de quartzo com c:mta1iz·çio de tobcrmorita perpendi~ à supertIcie do grão. TG ATO 60 180 826 Te- curva tennogravim6trica A'ID - curva tennodiferencial T - curva de temperatura Figura 5 - Tennograma de concreto celular autoclavado. 

A síntese da tobermorita e sua aplicação na engenharia de materiais

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