Caracterização da hidratação de fases cimentícias em argamassas

Abstract

Tendo em conta que a produção de cimento Portland está associada a uma pegada ecológica significativa, a Saint-Gobain Weber tem vindo a explorar diversas estratégias com vista à sua substituição parcial ou total nas formulações de argamassas. A substituição do cimento Portland tradicional em argamassas por alternativas como escórias, cinzas volantes, ou cimento de aluminato de cálcio é uma tendência crescente. Porém, este processo exige um conhecimento mais profundo das reações que lhes estão associadas, por forma a garantir toda a potencialidade destes sistemas. Assim, no sentido de desenvolver processos ambientalmente mais sustentáveis, têm sido realizados diversos estudos, em colaboração com a Universidade de Aveiro, nos quais se visa a avaliação das fases formadas no processo de hidratação, e a respetiva cinética. Considerando a relevância do assunto acima exposto e a dificuldade em selecionar as técnicas de caracterização mais expeditas, esta dissertação visou essencialmente um estudo sistemático da literatura acerca das técnicas de caracterização química e estrutural mais utilizadas pela comunidade científica. Uma vez que se verificou que a difração de Raios X (XRD), a termogravimetria (TG), a calorimetria diferencial de varrimento (DSC), e a microscopia eletrónica de varrimento (SEM) correspondem às análises mais frequentes para a caracterização de sistemas de ligantes minerais e materiais cimentícios, nos diferentes capítulos são descritos os princípios de funcionamento de cada uma dessas técnicas. Posteriormente, foi realizada uma revisão da literatura tendo como base a aplicação de cada uma dessas técnicas na análise de dois casos particulares: sistemas constituídos por escórias de alto-forno e sistemas à base de cimento de aluminato de cálcio. Adicionalmente, é ainda apresentada uma breve referência a outras técnicas cuja utilização tem sido menos frequente como por exemplo a liofilização, a porosimetria, a espectrometria de plasma indutivamente acoplado (ICP) e a ressonância magnética nuclear (NMR). Por fim são apresentados os resultados obtidos para um caso prático com base num sistema de ligantes minerais composto por cimento de aluminato de cálcio e escória de alto forno, sendo que as fases de hidratação formadas foram caracterizadas por DSC e XRD.

Given that the production of Portland cement is associated with a significant ecological footprint, Saint-Gobain Weber has been developing several ways to partially or totally replace it in mortars. The replacement of Ordinary Portland Cement by granulated blustfurnace slags, fly ashes or calcium aluminate cement as alternatives is a current growing trend. However, this requires a deep understanding of the reactions involved, to take full advantage of the potential of these alternative mineral ligands. Thus, to develop environmentally more sustainable processes, various studies have been developed in collaboration with the University of Aveiro, aiming at the chemical and structural characterization of the phases formed during the hydration process and corresponding kinetics. Considering the relevance of the challenge described above and the difficulty in selecting the most useful characterization techniques, this dissertation consists essentially in a systematic literature review of the techniques of chemical and structural characterization that have been most frequently used by the scientific community. It has been found that X-Ray diffraction (XRD), thermogravimetry (TG), differential scanning calorimetry (DSC) and scanning electron microscopy (SEM) have been the most used techniques for the characterization of mineral binders and cementitious materials. Therefore, after a brief introduction to the topic, in the following different chapters, the fundamentals of each of these techniques are described, which is followed by a review of works reported in the literature for two specific systems: blast furnace slag based and calcium aluminate cement. Additionally, other less frequently used techniques are also discussed such as lyophilization, porosimetry, inductively coupled plasma (ICP) and nuclear magnetic resonance (NMR). As final step of this dissertation, DSC and XRD have been used to characterize the hydration phases formed using a mineral binder system composed of calcium aluminate cement and blast furnace slag, which basically consists in a study case.