Otimização de um adjuvente para betão à base de Lenhosulfonatos

Abstract

Os lenhosulfonatos são subprodutos formados durante a produção de pasta celulósica através do cozimento ao sulfito ácido. Esta matéria-prima além de ser queimada para recuperação de reagentes e de energia, tem diversas utilidades, sendo, por exemplo, utilizada no fabrico de adjuvantes para betão, que representa a sua maior área de aplicação. Os adjuvantes são líquidos ou pós que são adicionados durante a amassadura do betão, tendo como finalidade alterar as propriedades técnico-económicas do betão, seja no estado fresco ou endurecido. Com esta dissertação pretende-se resolver o problema de instabilidade de um adjuvante produzido pela Sika Portugal SA, localizada em Ovar, tendo como objetivo evitar a sedimentação/flutuação de precipitado no produto, de modo a não afetar tanto a performance do adjuvante em betão, como o custo de material. Inicialmente recolheram-se os precipitados formados quer no produto, quer no reservatório da matéria-prima. Estas substâncias foram analisadas por espectroscopia de infravermelho (FTIR-ATR) e de 13C CP-MAS RMN e brevemente identificadas. Como a empresa já utilizava surfactantes não iónicos na produção do adjuvante, optou-se primeiramente pela via de surfactantes de origem semelhante, para tentar estabilizar a solução, recorrendo ao princípio de balanço hidrofílico-lipofílico (HLB) em sistema líquido-líquido. Após várias tentativas com diferentes surfactantes não iónicos e com diferentes percentagens dos dois surfactantes mais utilizados pela empresa nesta área, não se obteve nenhum resultado satisfatório. Sendo assim optou-se por outras vias, nomeadamente o estudo de surfactantes catiónicos ou adição de um composto capaz de aumentar a solubilidade dos compostos precipitados, com alteração do pH. Visto que, com a última opção se obteve bons resultados com ajuste do pH para 5,0-6,5, não havendo sedimentação/flutuação de precipitado no produto, colocou-se fora de questão o estudo de surfactantes catiónicos, uma vez que estes iriam encarecer o produto em demasia, em comparação com a última via. Com o problema de estabilização resolvido, o produto otimizado foi testado em argamassa e posteriormente em betão. Porém como o adjuvante otimizado é mais caro que o produto padrão, foram produzidas mais duas alternativas com o objetivo de manter custo de material igual ao custo do padrão, sendo que ambas foram também testadas em argamassa e betão. Após a exclusão de duas alternativas, devido ao custo de material/performance no betão, conclui-se que a alternativa escolhida tem uma performance em betão semelhante ao produto padrão. Para confirmar os resultados testou-se a alternativa escolhida em betão, com outro tipo de cimento e em sinergia, e mais uma vez confirmou-se que a opção escolhida acompanha o produto padrão, com a vantagem de ter um custo de material ligeiramente mais baixo que o adjuvante padrão.

Lignosulphonates are by-products formed during the production of cellulosic pulp through acid sulphite cooking. This raw material besides being burned for the recovery of reagents and energy, has several applications, for example, it can be used in the manufacture of concrete admixtures, which is its area of major application. Admixtures are liquids or powders that are added during the production of concrete with the purpose of modify the technicaleconomic properties of the concrete, whether fresh or hardened. The aim of this theses is to solve a problem of instability of an admixture produced by Sika Portugal, SA, located in Ovar, with the finality to avoid the sedimentation/flotation of the precipitate in the product, so not to affect both performance of the admixture on concrete and cost material. Initially, the precipitates formed whether on the product and on the raw material tank were collected. These substances were analyzed and identified by infrared spectroscopy (ATR-FTIR) and RMN 13C CP-MAS. Since the company already used nonionic surfactants in the production of the admixture, it was firstly chosen by means of surfactants of similar origin, to try to stabilize the solution, using the principle of hydrophilic-lipophilic balance (HLB) in a liquid-liquid system. After several experiments with different nonionic surfactants and different percentages of the two surfactants most used by the company in this area, no satisfactory result was obtained. Therefore, other alternatives were chosen, namely the study of cationic surfactants or the addition of a compound capable of raise the solubility of the precipitates, with pH changes. Since good results were obtained with the last option, though pH adjustment to 5,0-6,5, were there was no sedimentation/flotation of the precipitate, the study of cationic surfactants was put aside since they would make the product more expensive when compare to the last alternative. With the stabilization problem solved, the optimized product was tested in mortar, and later in concrete. However, since this optimized admixture is more expensive than the standard product, two alternatives were produced with the purpose of maintaining the material cost equal to the cost of the standard admixture, both of which were also tested in mortar and concrete. After the exclusion of two alternatives due to cost of material/performance in concrete, it can be concluded that the chosen alternative has a performance in concrete similar to the standard product. To confirm the results, the chosen alternative was tested in concrete, with another type of cement and in synergy, and once again it was confirmed that the chosen option follows the standard product, with the advantage of having a slightly lower material cost than the standard admixture.