Influencia de la finura y el contenido de caolinita de la arcilla calcinada en las propiedades de cementos ternarios (lC3) producidos con materias primas del Paraguay
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Data
2025-08-11
Autores
Gonzalez Denton, Christian Gabriel
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Resumo
O cimento de argila calcinada e calcário (LC3) surge como uma alternativa menos emissiva ao cimento Portland comum, ao substituir até 50% do clínquer por calcário e argila, materiais abundantes na crosta terrestre e amplamente disponíveis em países em desenvolvimento, como Brasil e Paraguai. Os fatores que influenciam as propriedades físicas, mecânicas e de durabilidade das matrizes LC3 são a finura e o percentual de caulinita da argila. Portanto, este estudo investiga a influência da finura de argilas calcinadas com diferentes teores de caulinita nas propriedades do cimento LC3 produzidos com matérias-primas do Paraguai (argilas, calcário e clínquer). Primeiramente, 7 argilas foram coletadas de diferentes locais e avaliadas de acordo com o teor de caulinita por termogravimetria (TG). Duas argilas com 38% (A38) e 44% (A44) de caulinita foram selecionadas e calcinadas em mufla estática a 800°C por 1 hora. Os materiais (argilas, calcário, gipsita e clínquer) foram moídos separadamente em moinho de bolas e de rolos até obter a finura desejada. A granulometria das outras matérias-primas foi fixada, variando apenas a da argila, em mais fina e menos fina, com valores de D50 de 3 (f4) e 8 (f8), respectivamente. Foram fabricados 4 cimentos LC3 combinando as argilas e as finuras (A38f4, A38f8, A44f4 e A44f8). O estudo de sulfatação foi realizado por meio de ensaio de início e fim de pega (ABNT, 2018) em cimentos com percentuais de gipsita de 4 a 5,5%. Nos cimentos fabricados foram realizados ensaios no estado anidro (FRX, Granulometria a laser) e hidratado (DRX, Tempo de pega e Calorimetria Isotérmica), além do estudo de resistência à compressão em pastas em corpos de prova de 25 x 50 mm e em argamassa conforme a NBR 7215 (ABNT, 2019). Os cimentos fabricados atendem às especificações químicas e físico-mecânicas da Norma Paraguaia NP 17 044 80 (INTN, 2007). Observou-se que cimentos produzidos com argilas com maior teor de caulinita demandam mais água, e quanto maior a finura do cimento, menores são os tempos de início e fim de pega. As análises de calorimetria indicaram sulfatação correta de todos os cimentos fabricados (5% de gipsita), com o aparecimento de picos de silicato e aluminatos bem definidos. O estudo de resistência em pasta apresentou medições bastante dispersas, com uma queda de resistência de 10 a 33% aos 91 e 126 dias em todos os cimentos. Os cimentos produzidos atingiram resistência à compressão em argamassas superior a 40 MPa aos 28 dias (C 40), com um aumento de resistência de 12% e 5% em A44 e A38 respectivamente aos 28 dias devido ao aumento da finura. A maior finura, associada a uma moagem mais intensa, conseguiu compensar a menor percentual de caulinita na argila do cimento LC3 - A38f4, superando o cimento LC3 - A44f8 e, inclusive, alcançando resistências comparáveis ao cimento produzido com argila de maior teor de caulinita e finura (LC3 - A44f4) em idades avançadas. De uma forma geral, apesar de utilizar uma percentagem de clinquer inferior à do cimento de referência, conseguiu-se uma maior resistência, permitindo poupanças económicas e redução de emissões, sem perda de desempenho.
Resumen
El cemento de arcilla calcinada y caliza (LC3 ) surge como una alternativa menos emisiva al cemento portland ordinario, mediante la sustitución de hasta 50% de clinker por caliza y arcilla, materiales abundantes en la corteza terrestre y ampliamente disponibles en países en vías de desarrollo, como Brasil y Paraguay. Los factores que influencian en las propiedades físicas, mecánicas y de durabilidad de matrices LC3 son la finura y el porcentaje de caolinita de la arcilla. Por lo tanto, este estudio investiga la influencia de la finura de arcillas calcinadas con diferentes contenidos de caolinita en las propriedades del cemento LC3 producidos con materias primas del Paraguay (arcillas, caliza e clinker). Inicialmente, fueron colectadas 7 arcillas de diferentes sitios y evaluadas de acuerdo con el porcentaje de caolinita por termogravimetría (TG). Fueron seleccionadas dos arcillas de 38 (A38) y 44% (A44) de caolinita y calcinadas en mufla estática a 800° por 1 hora. Los materiales (arcillas, caliza, gipsita y clinker) fueron molidos separadamente en molino de bolas y rodillos hasta la obtención de la finura deseada. Se fijó la granulometría de las demás materias primas, variando únicamente la de la arcilla en más fina y menos fina con valores de D50 de 3 (f4) y 8 (f8) respectivamente. Se fabricaron 4 cementos LC3 combinando las arcillas y las finuras (A38f4, A38f8, A44f4 y A44f8). El estudio de sulfatación se realizó mediante ensayo de tiempo de fraguado (ABNT, 2018) en cementos con porcentajes de gipsita de 4 a 5,5%. En los cementos fabricados se realizaron análisis en estado anhidro (FRX, Granulometría a laser) e hidratado (DRX, Tiempo de fraguado y Calorimetría Isotérmica), además del estudio de resistencia a compresión en pastas en cuerpos de prueba de 25 x 50 mm y en mortero conforme la NBR 7215 (ABNT, 2019). Los cementos fabricados cumplen con las especificaciones químicas y Físico-mecánicas de la Norma Paraguaya NP 17 044 80 (INTN, 2007). Se observó que cementos producidos con arcillas con más caolinita demandan más agua y a mayor finura del cemento se reduce los tiempos de inicio y fin de fraguado. Los análisis de calorimetría indicaron correcta sulfatación de todos los cementos fabricados (5% de gipsita) con la aparición de los picos de silicato y aluminatos bien definidos. El estudio de resistencia a compresión en pasta presentó medidas muy dispersas, y una caída de resistencia de 10 a 33% a los 91 y 126 días en todos los cementos. Los cementos producidos lograron resistencia a compresión en morteros superior a 40 MPa a los 28 días (C 40). Con un incremento de resistencia en 12 y 5 % en A44 y A38 respectivamente a los 28 días gracias al aumento de la finura. La mayor finura asociada a una mayor molienda logró compensar el menor porcentaje de caolinita en la arcilla en el cemento LC3 - A38f4 superando al cemento LC3 - A44f8 e inclusive alcanzando resistencias comparables al cemento producido con arcilla de mayor caolinita y finura (LC3 - A44f4) en edades avanzadas. De manera general, se alcanzaron mayores resistencias a pesar de emplear menor porcentaje de clinker que el cemento de referencia, posibilitando ahorros económicos y reducción de emisiones, sin pérdida de desempeño.
Abstract
Calcined clay and limestone cement (LC3 ) emerges as a less emissive alternative to ordinary Portland cement, by replacing up to 50% of clinker with limestone and clay, materials abundant in the Earth's crust and widely available in developing countries, such as Brazil and Paraguay. The factors that influence the physical, mechanical, and durability properties of LC3 matrices are the fineness and the kaolinite content of the clay. Therefore, this study investigates the influence of the fineness of calcined clays with different kaolinite contents on the properties of LC3 cement produced with raw materials from Paraguay (clays, limestone, and clinker). First, 7 clays from different sites were collected and evaluated according to the kaolinite content by thermogravimetry (TG).Two clays with 38% (A38) and 44% (A44) kaolinite were selected and calcined in a static muffle at 800°C for 1 hour. The materials (clays, limestone, gypsum, and clinker) were ground separately in ball and roller mills until the desired fineness was achieved. The granulometry of the other raw materials was fixed, varying only the clay fineness, with D50 values of 3 (f4) and 8 (f8), respectively. Four LC3 cements were produced by combining the clays and fineness levels (A38f4, A38f8, A44f4, and A44f8). The sulfation study was carried out through an initial and final setting time test (ABNT, 2018) on cements with gypsum percentages from 4 to 5.5%. In the manufactured cements, both anhydrous (XRF, laser granulometry) and hydrated (XRD, setting time, and isothermal calorimetry) analyses were performed, in addition to the study of compressive strength in pastes using 25 x 50 mm test specimens and mortar according to NBR 7215 (ABNT, 2019). The cements produced meet the chemical and physical-mechanical specifications of the Paraguayan Standard NP 17 044 80 (INTN, 2007). It was observed that cements produced with clays containing higher kaolinite content require more water, and higher fineness of the cement reduces the initial and final setting times. Calorimetry analysis indicated correct sulfation in all cements produced (5% gypsum), with well-defined silicate and aluminate peaks. The paste strength study showed very scattered measurements and a strength drop of 10 to 33% at 91 and 126 days in all cements. The cements produced achieved compressive strength in mortars greater than 40 MPa at 28 days (C 40), with a strength increase of 12% and 5% in A44 and A38, respectively, at 28 days due to the increase in fineness. The higher fineness associated with more intense grinding was able to compensate for the lower kaolinite content in the clay in LC3 - A38f4 cement, surpassing LC3 - A44f8 cement, and even achieving comparable strengths to the cement produced with higher kaolinite and fineness (LC3 - A44f4) at advanced ages. In general, despite using a lower percentage of clinker than the reference cement, higher strengths were achieved, enabling economic savings and emissions reduction, without loss of performance.
Descrição
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como parte integrante dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil.
Palavras-chave
argila, cimento, calcário, resistência