Cerâmica (Dec 2011)
Avaliação preliminar do emprego de arenito zeolítico da região nordeste do Brasil como material pozolânico para cimento Portland Preliminary evaluation of sandstones from northeastern Brazil with pozzolanic properties for Portland cement
Abstract
As zeolitas possuem atividade pozolânica normalmente sem a necessidade de ativação térmica, por isto têm sido empregadas na produção de cimento e concreto hidráulicos desde a época do império romano. Hoje em dia são utilizadas na fabricação do cimento Portland através da substituição do clinquer em percentuais que variam entre 5 e 20%, dependendo da reatividade e da finura da zeólita. Em razão disto, são muito importantes do ponto de vista econômico e ambiental, principalmente quando não necessitam de tratamento térmico para adquirirem caráter pozolânico satisfatório, porque reduzem significativamente a energia de produção do clinquer e a liberação de CO2 proveniente tanto da descarbonatação da calcita como da combustão de combustíveis fósseis. Contudo, dados sobre reservas de zeólitas naturais são escassos e imprecisos. No Brasil, não existe conhecimento sobre depósitos naturais de zeólitas que possam ser explorados comercialmente. No nordeste do Brasil existe a ocorrência de zeolitas sedimentares relacionadas a arenitos descoberta nos anos 2000. Estes arenitos são constituídos de quartzo, argilominerais e zeolitas naturais (estilbita). O objetivo geral desse trabalho foi avaliar se esta zeólita natural presente no arenito possui atividade pozolânica satisfatória para ser empregada como adição mineral em cimentos Portland. No programa experimental o arenito zeolítico passou por beneficiamento através da remoção, por peneiramento, do quartzo e outros minerais inertes, de modo a concentrar a zeólita estilbita e com isto verificar as propriedades pozolânicas deste mineral. No estudo experimental foram empregadas as técnicas de difração de raios X, calorimetria, ensaios químicos e de determinação da atividade pozolânica em argamassas de cal hidratada e cimento Portland. Os resultados mostraram que o arenito zeolítico acelerou a hidratação do cimento Portland devido a extrema finura do material. O arenito apresentou atividade pozolânica, sendo a estilbita responsável por este comportamento. Entretanto, a reatividade foi ligeiramente inferior ao mínimo exigido para ser empregado em escala industrial como pozolana. Estudos complementares são necessários para averiguar se o tratamento térmico entre 300 °C e 500 °C pode aumentar a atividade pozolânica do arenito devido a destruição da estrutura cristalina tanto da estilbita quanto da esmectita presente no arenito.Natural zeolites usually exhibit pozzolanic activity without any additional treatment, e.g. thermal activation. They have been used for building since the ancient Roman Empire times in the production of hydraulic cements and concretes. Nowadays, there are many discussions involving the natural zeolites pozzolanic reactivity in the incorporation of the Portland cement composition. The appropriate use of pozzolans enables the production of special cements with lower manufacturing cost and with a greater durability in comparison with the corresponding cements without addition. In Brazil, zeolite consumption comes either from the importation of foreign countries or synthetic products. No zeolite mine is available in the country and only few geological occurrences were already described in the literature without any commercial interest. In northeast Brazil, the Geological Survey (CPRM) discovered zeolite-bearing sandstones related to Cretaceous sedimentary rocks of the Parnaíba Paleozoic Basin. The main purpose of this paper is to evaluate the possible use of such sandstones as pozzolan for using in Portland cements (CPI-S). A bulk sample of the zeolitic sandstone (AZ) was collected in the field. In the laboratory, preparation included drying, milling and sieving at the following grain-size fractions, in order to remove quartz and concentrate the zeolite: 100# (AZ-1), 200# (AZ-2) and 325# (AZ-3). After mineralogical evaluation, the AZ-2 fraction was selected for further analysis and assays. The experimental study was mainly based on mineralogical characterization, including: X-ray diffraction (XRD), chemical analysis and heat flow calorimetry, besides pozzolanic activity assay and compressive strength. The results show that the mineralogical composition of the zeolitic sandstone is mainly quartz, zeolite (stilbite) and smectite. Stilbite is the main pozzolanic phase, and the smectite can also play an important role. The hydration of the Portland cement was accelerated due to the very fine grained nature of the material. Meanwhile, the reactivity obtained was slightly below the standard requirements to be used in industrial scale. Additional studies should be carried out in order to evaluate if a further thermal treatment (between 300 °C and 500 °C) may increase the pozzolanic activity due to the stilbite destruction around this temperature. The same happens with kaolinite that needs thermal treatment above 550 ºC to convert to the amorphous phase metakaolin in order to be used as one of the most commons pozzolans in the cement industry. The main purpose was to contribute for the production of an alternative kind of cement which produces less pollution to the environment (CO2 decrease in the atmosphere) with cost saving. In addition, it is expected to contribute for the exploitation of the sedimentary zeolites occurrences which have been relatively well studied from a geological point, but are still not mined.
Keywords
