Desenvolvimento de cimentos á base de silicatos utilizando rochas vulcânicas
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2019-10-18
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Cruz, Robinson Carlos Dudley
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Os cimentos à base de silicatos (CBS) são materiais cerâmicos obtidos através das reações entre materiais sólidos ricos em silício e alumínio e uma solução alcalina forte. Estes CBS são produzidos a temperaturas próximas da temperatura ambiente e podem apresentar elevadas resistência mecânica, estabilidade química e térmica quando processados corretamente. Os precursores sólidos empregados na produção desses materiais, apresentam, na sua grande maioria, estruturas amorfas, o que favorece a sua dissolução e reatividade em geral em ambientes alcalinos. Observa-se que, quando utilizados precursores sólidos com estrutura predominantemente cristalina, a estabilidade química (resistência hidrolítica) destes materiais não é adequada. Neste trabalho, avaliou-se o desempenho de rochas basálticas em três distribuições de tamanho de partícula e soluções de silicato de sódio de diferentes composições químicas. Notou-se que o método de processamento convencional e os modelos cinéticos de formação apresentados na literatura não resultaram na formação de CBS estáveis quimicamente. Desta forma, propôs-se um modelo cinético simplificado e uma nova rota de processamento que permitiram o desenvolvimento de CBS estáveis quimicamente produzidos com matéria-prima cristalina e silicato de sódio. Concluiu-se, portanto, que a estabilidade química dos CBS não está relacionada com a natureza da estrutura atômica dos seus precursores sólidos, mas sim com as relações químicas ideais de óxidos equivalentes e a retirada ou a estabilização total da água presente na estrutura do material.
Resumo
Silicate based cements (SBC) are ceramic materials obtained through the reaction between solid silicon and aluminium-rich materials and a strong alkaline solution. Such SBC are produced at temperatures close to ambient and can present high mechanical strength and chemical and thermal stability, if correctly processed. The solid precursors used in the production of these materials present, in most cases, amorphous structures, which favour their dissolution and general reactivity in alkaline environments. It has been observed that, when predominantly crystalline solid precursors are used, the material’s chemical stability (hydrolytic resistance) is not adequate. In this work, the performance of basaltic rocks with three different particle size distributions was evaluated against sodium silicate solutions with different compositions. It was observed that the conventional processing route and formation kinetic models reported in the literature did not result in chemically stable SBC. Therefore, a simplified kinetic model and a new processing route were set forward to enable the development of chemically stable SBC from crystalline raw materials and sodium silicate. Thus, it could be concluded that chemical stability is not dependent on the nature of the atomic structure of the solid precursors but rather on ideal chemical relationships between equivalent oxides and the removal or complete stabilization of the water remaining in the material’s structure.