Desenvolvimento de argamassas com base em novas combinações de ligantes minerais

Abstract

Numa sociedade em que o desenvolvimento sustentável é um tema cada vez mais presente no dia-a-dia, é necessário estudar ou desenvolver processos ou alternativas mais ecológicas, que causem menor impacto no ambiente. O ligante mineral mais utilizado na indústria de argamassas de colagem é o cimento Portland, o qual é responsável pela emissão de uma elevada quantidade de gases com efeitos de estufa. Assim, neste projeto foram estudadas formulações e desenvolvidas argamassas com base em novas combinações de ligantes minerais com o objetivo de o substituir totalmente. De modo a utilizar uma escória granulada de alto forno (resíduo proveniente de indústrias metalúrgicas) como ligante maioritário, foi necessário recorrer a soluções que compensassem a sua baixa reatividade. Para tal, procedeu-se à combinação com cimento de aluminato de cálcio (CAC), em pequena quantidade, para formar uma argamassa de colagem rápida. A partir de formulações base derivadas de estudos internos e trabalhos anteriores, fez-se o desenvolvimento das argamassas com a combinação destes ligantes minerais, de modo a resolver dois desafios: (i) o tempo de vida da pasta e (ii) os baixos valores de resistência mecânica após imersão em água. Relativamente ao tempo de vida da pasta, avaliou-se o poder molhante e transferência resultantes da adição de adjuvantes retardadores de presa, nomeadamente o ácido cítrico, EDTA, ácido tartárico e citrato de zinco, tratando-se o último da melhor opção. Com este estudo, conseguiu-se chegar a uma formulação que apresentou resistências mecânicas de 0,43 às 6 horas, 1,15 às 24 horas e 0,8 N/mm2 após cura em imersão. Adicionalmente, foi efetuado um estudo de caracterização das fases formadas após hidratação dos ligantes recorrendo-se para tal à termogravimetria acoplada com calorimetria diferencial de varrimento que indicou que a combinação dos dois ligantes minerais aparenta reduzir a conversão do CAC, tratando-se de um sinal de estabilidade nas fases formadas. O estudo das fases formadas por microscopia de varrimento eletrónico acoplada com espectroscopia de dispersão de raios X foi inconclusivo no que concerne à morfologia. Relativamente à composição elementar esta deverá ser complementada recorrendo à difração de raios X das fases cristalinas. Por fim, a avaliação da sustentabilidade ambiental resultante da combinação dos ligantes minerais mostrou que a combinação do CAC com a escória de alto forno, resulta em argamassas de presa rápida, mais sustentáveis que as típicas formulações de presa rápida de cimento Portland e CAC.

In a society where sustainable development is a topic that is increasingly present in everyday life, it is necessary to study or develop processes or alternatives that have less impact on the environment. The mineral binder most used in the glue mortars industry is Portland cement which is responsible for the emission of a high amount of greenhouse gases. Therefore, in this project different formulations have been studied and mortars based on new combinations of mineral binders developed, in order to completely replace it. In order to use ground granulated blast furnace slag (a residue from metallurgical industries) as the main mineral binder, it was necessary to adopt solutions to compensate the low reactivity of this binder. For that purpose, a small amount of calcium aluminate cement (CAC) was used to yield a fast bonding mortar. From base formulations derived from internal studies and previous works, the development of the mortars based on the combination of these mineral binders was evaluated aiming at addressing two challenges: (i) the open time of the paste and (ii) the low values of mechanical resistance after immersion in water. Regarding the open time of the paste problem, the wetting and transferability resulting from the addition of adjuvants, namely citric acid, EDTA, tartaric acid and zinc citrate, was evaluated with the latter being the best option. From this study, a formulation has been achieved which yielded mechanical strengths of 0.43 at 6 hours, 1.15 at 24 hours and 0.8 N/mm2 after immersion cure. Additionally, the phases formed upon hydration of the binders have been characterized using thermogravimetry coupled with differential scanning calorimetry. The results obtained indicated that the combination of the two mineral binders appears to reduce the conversion of the CAC, being a signal of stability of the formed phases. The use of scanning electronic microscopy coupled with X ray dispersion spectroscopy was inconclusive in what regards the morphology of the phases formed. Regarding the chemical composition, this needs to be further studied by X ray diffraction of the crystalline phases. Finally, the environmental sustainability evaluation resulting from the combination of the mineral binders showed that this combination results in a fast-setting mortar more sustainable than the typical fast-setting formulations based on Portland cement and CAC.