Atuação de aditivos superplastificantes à base de policarboxilato e polímeros mitigadores de argilas em sistemas LC3

Abstract

A compreensão da cinética de hidratação e das propriedades no estado fresco é essencial para o desenvolvimento e aplicação eficiente de misturas cimentícias. No entanto, os cimentos de calcário e argila calcinada (LC3) ainda enfrentam limitações quanto à disponibilidade de aditivos químicos capazes de interagir de forma eficaz com argilas calcinadas, proporcionando fluidez adequada. Soma-se a isso a influência da fonte de sulfato de cálcio, que também afeta significativamente o desempenho das matrizes à base desse ligante, exigindo uma melhor compreensão de seu comportamento. Diante desse contexto, o presente estudo tem como objetivo avaliar o desempenho de diferentes aditivos superplastificantes à base de éter policarboxilato, com e sem agente mitigador de argila, em sistemas LC3, bem como o impacto da variação da fonte de sulfato de cálcio nesses sistemas. Para tanto, foram inicialmente realizadas caracterizações físicas, químicas, morfológicas e mineralógicas dos materiais utilizados. Em seguida, diferentes técnicas analíticas foram empregadas para investigar o comportamento das misturas em função das variáveis supracitadas, incluindo calorimetria isotérmica, DRX in-situ, reometria rotacional, potencial zeta, carbono orgânico total, resistência mecânica e análise ambiental. Os resultados evidenciaram que o comprimento da cadeia polimérica dos superplastificantes, aliado à presença de aditivos mitigadores de argila, promoveu efeitos positivos na adsorção e dispersão das partículas cimentícias, sem comprometer as propriedades no estado endurecido e os indicadores ambientais de dióxido de carbono equivalente. Verificou-se ainda que a substituição da gipsita pelo hemidrato alterou significativamente a cinética de hidratação e as propriedades reológicas, em função da maior solubilidade deste material. Por fim, conclui-se que é possível controlar a fluidez e manter a resistência mecânica por meio do ajuste adequado do teor de sulfato de cálcio, viabilizando a produção dos cimentos LC3 com desempenho técnico e ambiental compatível com as exigências da construção civil.

Understanding hydration kinetics and fresh-state properties is essential for the development and efficient application of cementitious mixtures. However, limestone and calcined clay cements (LC3) still face limitations regarding the availability of chemical additives that can effectively interact with calcined clays, providing adequate flowability. This is further complicated by the influence of the calcium sulfate source, which significantly affects the performance of matrices based on this binder, necessitating a deeper understanding of its behavior. Given this context, this study aims to evaluate the performance of different polycarboxylate ether-based superplasticizer additives, with and without a clay mitigating agent, in LC3 systems, as well as the impact of varying the calcium sulfate source on these systems. To this end, physical, chemical, morphological, and mineralogical characterizations of the materials used were initially performed. Subsequently, various analytical techniques were employed to investigate the behavior of the mixtures as a function of the aforementioned variables, including isothermal calorimetry, in-situ XRD, rotational rheometry, zeta potential, total organic carbon, mechanical strength, and environmental analysis. The results showed that the polymer chain length of the superplasticizers, combined with the presence of clay-mitigating additives, had a positive effect on the adsorption and dispersion of cementitious particles, without compromising the hardened properties or the environmental indicators, including the carbon dioxide equivalent. It was also found that replacing gypsum with hemihydrate significantly altered the hydration kinetics and rheological properties, due to the greater solubility of this material. Finally, it is concluded that it is possible to control flowability and maintain mechanical strength by adjusting the calcium sulfate content appropriately, enabling the production of LC3 cements with technical and environmental performance that meets the requirements of the construction industry.