CONCRETOS GEOPOLIMÉRICOS

O Brasil tem uma das maiores jazidas de caulim do Mundo, tudo o que precisa para produzir cimentos com maior qualidade e ecologicamente corretos que podem ser adicionados em torno de 10% no traço dos concretos, em relação a quantidade de cimento Portland.

BREVE RESUMO HISTÓRICO

Desde a antiguidade o Homem utiliza os chamados “cimentos” (aglomerantes) como material de construção sendo que a partir de 1824 surgiu o Cimento Portland, principal aglomerante moderno utilizado nas argamassas e nos concretos em todos os Países. No caso dos concretos, são o segundo elemento mais consumido no mundo, só perdendo para a água e tendendo a continuar crescendo conforme perspectivas de mercado feitas até 2050.

Com base em estudos realizados dos concretos egípcios e outros povos da mesma época, 0 a 4500 a.c., a partir de 1979 o Prof. Eng. Joseph Davidovits, França, inventou e patenteou os aglomerantes chamados geopoliméricos (uma nova classe de material, contratipo de polímeros orgânicos feitos do petróleo), feitos de rochas, argilas cauliníticas calcinadas e moídas, ricas em alumínio. O geopolímero é formado em reação química, ativação alcalina, em condições favoráveis ao usuário, ou seja, sem riscos, pode ser por exemplo reação do metacaulim MK-750 com silicato solúvel (forma uma resina polimérica com excelentes propriedades) ou também pode ser aplicado nas argamassas e concretos. Desenvolveu cimentos geopoliméricos (reação de metacaulim e escória, à base de rocha e à base de fly ash) de baixo consumo de energia e baixa emissão de CO2.

Em 2013, foi publicado o resultado de estudos realizados no Berkeley Lab (Lawrence Berkeley National Laboratory) por uma equipe de pesquisa da Universidade da Califórnia, Berkeley, liderada pelo Prof. Eng. Dr. Paulo Monteiro, brasileiro, de amostras de concretos romanos colhidas na Baia Pozzuoli, próxima de Nápolis, Itália. Concretos com idade em torno de 2000 anos ou mais. Com auxílio do Advanced Light Source (ALS), um dos maiores equipamentos para pesquisas eletromagnéticas moleculares por ultravioleta ou raios X, foi possível identificar a extraordinária formação molecular nas amostras, constituídas por aluminossilicatos de cálcio hidratado (C-A-S-H), compostos muito estáveis quimicamente e mais resistentes. Compostos idênticos aos originados nas reações de hidratação do metacaulim. Portanto, os romanos também já sabiam fazer concretos geopoliméricos.

No Brasil, a Empresa Metacaulim do Brasil, pioneira na produção em escala industrial da América Latina do aglomerante METACAULIM, contratou em 2002, a Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (USP), com supervisão do Prof. Eng. Dr. Paulo Helene para estudar e analisar a influência do produto MetacaulimHP como adição de alta eficiência em concretos de cimento Portland, para duas faixas de resistência, de 40 a 70 MPa e de 60 a 95 MPa, com excelentes resultados. O MetacaulimHP é produzido pela calcinação e moagem criteriosa de argilas cauliníticas, constituído principalmente por compostos à base de sílica e alumina na fase amorfa (vítrea), proporcionando alta reatividade com o hidróxido de cálcio presente no concreto (devido ao cimento Portland). Portanto, recomendável seu uso em argamassas e concretos de cimento Portland porque melhoram as propriedades mecânicas, tais como durabilidade e resistência à compressão, tração e abrasão. Promove também inúmeros benefícios, tais como redução e controle das reatividades álcali-agregado em até 95%, resistência a sulfatos, ácidos e outros agentes químicos, redução da penetração de cloretos em até 75%, redução da corrosão de armaduras, diminuição do calor de hidratação e das fissuras de retração, diminuição da porosidade e permeabilidade, melhoria da estética superficial, controle de eflorescências, desgastes, melhoria na reologia (melhor desempenho ao longo da vida útil), menor exsudação na concretagem, redução na reflexão em concretos projetados, maior fluidez e menos segregação em concretos autoadensáveis. (fonte: Relatório Técnico Estudo da Influência do Metacaulim HP como Adição de Alta Eficiência em Concreto de Cimento Portland, de

07/05/2004, Dep. de Engenharia de Construção Civil, Esc. Polit. da Univ. de São Paulo, resp. Eng. Paulo Helene e Eng. Marcelo Medeiros)

QUANTO A SUSTENTABILIDADE

Os geopolímeros contribuem para a conservação do Meio Ambiente de forma sustentável, exatamente por consumirem muito menos combustível fóssil para sua produção e ao mesmo tempo por emitirem em torno de apenas 10% de CO2 na sua fabricação, em relação ao cimento Portland e por contribuírem para a redução do uso do cimento nos concretos, conforme estudos realizados pelo Dr. Davidovits e confirmados no estudo realizado na USP pelo Dr. Paulo Helene, citado acima.

O Metacaulim HP contribui com até 14 créditos para a obtenção da certificação LEED, selo de referência mundial para obras sustentáveis, principalmente quanto a:

- redução de emissão de CO2, a curto prazo devido ao menor consumo de cimento e devido a baixa emissão durante a fabricação do próprio metacaulim. A médio e longo prazo pela redução nas manutenções e recuperações das estruturas de concreto armado.

- permite o uso de materiais regionais (agregados), controlando as reações expansivas e prejudiciais ao concreto e argamassa, tal como a reação álcali-agregado que pode ocorrer entre o cimento e agregados de qualidade inferior, portanto melhor aproveitamento de materiais disponíveis próximos das obras, menor impacto ambiental com exploração de jazidas distantes.

- permite o uso de resíduos industriais e da construção civil, tais como, cerâmicos, vidros, pneus, sílica de fundição dentre outros usados como agregados ou aglomerantes e que possam causar reações prejudiciais ao concreto ou argamassa, neutralizando seus efeitos.

APLICAÇÕES

O Metacaulim HP Ultra, atualmente produzido e comercializado pela Metacaulim do Brasil, quando adicionado às argamassas ou aos concretos feitos com cimento Portland, reage promovendo maior cristalização na pasta (água + aglomerante) reduzindo sua porosidade, aumentando a resistência mecânica e à patologias, melhora a hidratação do cimento e reduz o calor de hidratação bem como as fissuras de retração durante a cura, permitindo assim que seja utilizado em todos os segmentos da construção civil que utilize cimento Portland, tais como:

- obras especiais e de infraestrutura, portos, barragens, ferrovias, pontes, saneamento (água e esgoto), pavimentação, etc.

- obras de edificações, residenciais, comerciais, industriais, nas fundações e nas estruturas, painéis de vedação, etc.

- fabricação de artefatos de cimento, pré-moldados, estacas, lajes, vigas, pilares, blocos para alvenaria, telhas, palanques, gradis, caixas de gordura, caixas de passagem, tanques, tubos, galerias, calhas, etc.

- pisos industriais, pavimentos pré-fabricados

- argamassas e grautes

Além da construção civil, também pode ser utilizado em outros segmentos, tais como cerâmicas, tintas, etc.

QUANTO A MELHORIA DO DESEMPENHO NOS CONCRETOS COM METACAULIM

Conforme resultados obtidos no estudo realizado pelo Dr. Paulo Helene, citado acima, os concretos com adição de Metacaulim HP apresentaram uma considerável melhoria em seu desempenho que pode ser avaliada em relação aos concretos sem adição através de ensaios que forneceram como indicadores os seguintes parâmetros como exemplo:

Resistência Mecânica à Compressão

Num traço de concreto de cimento Portland, contendo 420 kg CP V ARI, 743 kg areia lavada, 1055 kg brita 12,5/25 mm, 174 litros de água e 3,36 kg de aditivo superplastificante, com Fck = 61,5 MPa aos 28 dias, ao se adicionar 10% de Metacaulim HP Ultra:

a) Para manter a mesma resistência aos 28 dias – pode-se reduzir o cimento para 310 kg ( - 110 kg, 26% ) e adicionar 31 kg de Metacaulim (10%). Ajustar areia para 789 kg (+46 kg, 6%), brita para 1110 kg (+55 kg, 5%), aditivo para 2,73 kg (-0,63 kg, - 19%).

b) Para manter a mesma quantidade de aglomerante – reduzir o cimento para 382 kg de tal forma que somado a 38 kg de Metacaulim (10%) é igual a 420 kg de aglomerante, reduzir a areia para 710 kg (-33 kg, -4,4%), aumentar a brita para 1130 kg (+75 kg, 7%), manter a água e plastificante nas quantidades originais. O Fck aos 28 dias resultou em 73,6 MPa (aumento de 19,6%)

Aos 182 dias o Fck do traço original que deu 63,8 MPa aumentou para 81,4 MPa, aumento de 27,6%.

Durabilidade

Reatividade álcali-agregado (% expansão 16 dias) – original = 0,26, a) 0,03, b) 0,03 {limite < 0,10%

Resistência ao sulfato (% expansão 42 dias) – original = 0,06, a) 0,01, b) 0,01 {limite <0,03%

Penetração de íons cloreto (Coulombs 28 dias) – original = 1680, a) 670, b) 460 {limite <1000 C

Resistividade elétrica (Kohm.cm 28 dias) – original = 25, a) 90, b) 115 {limite >60 kohm

Retração por secagem (% 28 dias) – original = 0,17, a) 0,05, b) 0,07 {limite <0,10%

Penetração de água sob pressão (mm 28 dias) – original = 14, a) 7, b) 5 {limite <10 mm

Absorção de água (% 28 dias) – original = 5,3, a) 3,2, b) 2,5 {limite <4,5%

Pode-se observar neste exemplo acima que neste concreto, caso mantido o Fck, aos 28 dias, com a adição do metacaulim é possível reduzir o cimento em até 26%, resultando em economia no custo. E, mesmo assim, ocorre melhora nos parâmetros que promovem maior durabilidade ao mesmo tempo que promove o atendimento aos limites normatizados. Ou seja, mesmo mantendo a mesma resistência mecânica que o traço original, com a adição do metacaulim o concreto terá maior durabilidade porque terá maior resistência à reatividade a álcali-agregado, maior resistência a sulfatos, maior resistência à penetração de íons cloretos, maior resistividade elétrica, menor retração por secagem, menor permeabilidade, menor absorção de água, evitando assim possíveis patologias inclusive prevenindo a corrosão nas armaduras.

E, caso seja mantida a mesma quantidade de aglomerante, com a adição do metacaulim ocorre um aumento de praticamente 20% na resistência mecânica à compressão aos 28 dias, a qual vai aumentando e aos 182 dias já atinge em torno de 28% em relação ao traço original. Além disto, os principais parâmetros de durabilidade melhoram, atendendo aos limites normatizados, significando que este concreto terá maior vida útil, menor ocorrência de patologias, portanto, menor custo futuro com manutenção e ou recuperação estrutural.

É importante ressaltar a importância da resistência aos sulfatos que o Metacaulim promove no concreto feito com cimento Portland, o que permite a aplicação em obras que terão contato com meios agressivos sulfatados, tais como, redes de esgoto cloacal ou industrial, água do mar ou alguns tipos de solos. Conforme a Norma NBR 5737, qualquer um dos cinco tipo básicos de cimento podem ser considerados resistentes aos sulfatos desde que obedeçam pelo menos uma das condições descritas no ítem 4.4 – Cimentos Portland Resistentes aos Sulfatos, Guia Básico de Utilização do Cimento Portland, BT-106, pág. 14. No caso, o cimento com adição de metacaulim adquire características de cimento do tipo pozolânico.

QUANTO AO USO

O Metacaulim HP Ultra pode ser adicionado diretamente na mistura, junto com o cimento, na porcentagem de 5% a 15% (conforme catálogo do fabricante), em substituição ao cimento (retirar até o dobro de cimento em relação a quantidade adicionada de metacaulim dependendo da finalidade a que se destina o concreto). É fornecido em sacos de 20 kg, big-bag de 600 a 800 kg ou a granel 15 a 25 ton (caminhão com silo).

QUANTO AO MERCADO DO CONCRETO

Antes mesmo de qualquer análise de mercado para a aplicação das argamassas e dos concretos feitos com cimento Portland, é preciso considerar cada vez mais a questão ambiental, ou seja, o grande desafio da indústria mundial do cimento Portland é conseguir mitigar as emissões dos gases de efeito estufa de forma a tornar a produção sustentável.

Assim como em todo o Mundo, no Brasil também acontece a evolução tecnológica na fabricação do cimento Portland, por exemplo, mudança de sist. de via úmida para sist. de via seca, preaquecedores e precalcinadores, queimadores especiais, maçaricos ecológicos, moinhos e separadores de alta eficiência, etc. E, também para ajudar a mitigar as emissões, temos os cimentos compostos (cimentos com adições), com isto diminui a quantidade de cimento nos concretos (mantendo a quantidade de aglomerante).

Com a adição do Metacaulim HP Ultra, aumenta ainda mais esta mitigação pois permite a redução da quantidade de cimento no traço, uma excelente contribuição para a sustentabilidade na construção civil.

Em virtude do cimento Portland ter se tornado um vilão no mercado do concreto, devido ao que já foi exposto acima, torna o ambiente favorável a novos tipos de cimento que promovam menores emissões de gases de efeito estufa, mas até o momento praticamente todos ainda não são viáveis economicamente. O único que tem baixo custo de produção e não aumenta o custo é o cimento com adição de metacaulim, ou seja, cimento polimérico se assim pudermos classificar.

Estudos e pesquisas de mercado mostram que a tendência de mercado para o concreto é crescente mundialmente, ou seja, segue o crescimento da população numa média mundial em torno de 1,9 ton/hab/ano e no Brasil de 0,3 a 0,4 ton/hab/ano. No mercado brasileiro, predomina o consumo do concreto com Fck médio em torno de 30 MPa.

Portanto é visível a necessidade da mitigação das emissões, no caso, reduzindo cada vez mais o consumo do cimento Portland, que poderá ser feito basicamente de duas maneiras:

- com a adição do metacaulim, promovendo a redução do cimento no traço

- com a melhoria da qualidade do concreto, aumentando a resistência mecânica por exemplo, ou seja, estruturas de concreto com Fck maior, mais esbeltas, menor volume de concreto, consequentemente menor consumo de cimento. (condicionado aos devidos cálculos estruturais e atendimento às Normas Técnicas vigentes para cada aplicação)

Então, além de todas as melhorias promovidas pelo metacaulim nas argamassas e nos concretos, é uma grande solução ecológica e economicamente viável, para o mercado do concreto e da construção civil. Uma boa solução também para nossas obras públicas, pois além de aumentar a vida útil, reduz a necessidade de gastos com manutenção e recuperação, até porque é fato notório que faltam recursos públicos para manutenções e recuperações prediais e obras em geral, não cabe aqui entrarmos no mérito das causas. Assim como o concreto, o metacaulim tem perspectiva crescente de mercado.

BIBLIOGRAFIA

- Battagin, Arnaldo Forti - ABCP – Associação Brasileira de Cimento Portland, Concrespaço Rodada do Conhecimento, 26 a 28/08/2015, Apresentação Por Dentro dos Novos Tipos de Cimento que Estão Sendo Desenvolvidos e Aplicados.

- Vieira, Eng. Glécia - ABCP – Associação Brasileira de Cimento Portland, Concrete Show 2016, Seminário - Desafios de Projeto, Produção e Aplicação do Concreto, Palestra Panorama do Mercado de Concreto.

- Davidovits, Prof. Joseph - Geo-Pol Geopolymer System, Apresentação Geopolímero Para Principiantes.

- ABCP – Associação Brasileira de Cimento Portland, Guia Básico de Utilização do Cimento Portland, BT-106 (Boletim Técnico), dez 2002, SP.

- Yang, Sara – To Improve Today’s Concrete, Do As The Romans Did, Research, Science & Enviroment, Technology & Engineering, Berkeley News, June 4, 2013 (Eng. Paulo Monteiro’s research with his team)

- Metacaulim HP Ultra – Catálogo Técnico, Metacaulim do Brasil Ind. e Com. Ltda.