Avaliação de parâmetros físico-químicos na produção de geopolímeros constituídos por vidro vulcânico e silicato de sódio alternativo

A indústria do cimento Portland é responsável por gerar cerca de 7% das emissões globais de CO2. Diversos estudos têm buscado o desenvolvimento de aglomerantes alternativos com desempenho similar ao cimento Portland, que tenham uma produção menos agressiva ao meio ambiente e que possam atender às demandas de consumo. Os cimentos geopoliméricos vêm demonstrando potencial para atender tais requisitos, sendo compostos por dois elementos principais: o material precursor e o ativador alcalino, que ao serem homogeneizados dão início ao processo de dissolução e rearranjo da SiO2 e Al2O3. O material precursor pode ser originado a partir de resíduos industriais ou pozolanas naturais, que apresentam uma composição majoritária em Al e Si em estado amorfo; entretanto, a utilização do silicato de sódio comercial para produzir o ativador alcalino aumenta consideravelmente as emissões de CO2 e a energia incorporada do material. Os materiais geopoliméricos apresentam propriedades mecânicas e de durabilidade satisfatórias, porém certas associações dos fatores constituintes podem causar instabilidade em termos de resistência ao longo do tempo ou tornar o material suscetível à eflorescência ao entrar em contato com a água. Assim, o objetivo geral deste trabalho é avaliar a influência de parâmetros físico-químicos no comportamento mecânico e de durabilidade dos geopolímeros constituídos por vidro vulcânico e silicato de sódio residual produzido a partir da cinza de casca de arroz. Foram realizados ensaios mecânicos e, com base nos resultados, foi desenvolvido um modelo matemático para descrever o comportamento mecânico da pasta de cimento variando a combinação de quatro fatores (módulo de sílica, molaridade, relação solução/aglomerante e temperatura de cura), verificando o desenvolvimento de resistência ao longo do tempo nas idades de 1, 7, 28, 63 e 91 dias. Foi verificada também elevada expansibilidade do material quando em contato com a água e ensaios complementares foram realizados para determinar a origem da deterioração das amostras: difração de raios X, fluorescência de raios X, análise petrográfica e termogravimétrica. As pastas de cimento apresentaram comportamento mecânico compatível com a ampla variedade de funções atribuídas ao cimento Portland na construção civil, com resistência máxima de 181,8 MPa. Com base na análise estatística, a combinação com Ms=2, Mol=12 mol, SAgl=0,45 e Temp=20ºC representa o melhor desempenho mecânico, considerando desenvolvimento de resistência inicial e final, com ganho de resistência contínuo ao longo do período de tempo analisado. Há indícios que a origem da limitação de durabilidade ao entrar em contato com a água esteja relacionada com a insuficiência de alumina reativa no material precursor (vidro vulcânico) que pode resultar na formação de géis instáveis. De forma geral, o material apresenta potencial mecânico para a utilização na construção civil, no entanto a sua degradação completa na presença de umidade gera a necessidade de realizar testes para verificar a sua durabilidade, além de aprofundar o conhecimento quanto a origem do mecanismo de expansão.