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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36052| Título: | Influência da composição química do cimento supersulfatado sujeito à carbonatação natural |
| Título(s) alternativo(s): | Influence of the chemical composition of supersulfated cement under natural carbonation |
| Autor(es): | Ré, Julia Kich de |
| Orientador(es): | Luz, Caroline Angulski da |
| Palavras-chave: | Concreto - Aditivos Cimento - Composição Concreto de alta resistência Agregados (Materiais de construção) Concrete - Aditives Cement - Composition High strength concrete Aggregates (Building materials) |
| Data do documento: | 10-Fev-2025 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Pato Branco |
| Citação: | Ré, Julia Kich de. Influência da composição química do cimento supersulfatado sujeito à carbonatação natural. 2025. Dissertação (Mestrado em Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2025. |
| Resumo: | O cimento supersulfato (CSS) é um aglomerante composto majoritariamente por escória de alto-forno, além de sulfato de cálcio e um ativador alcalino. O CSS apresenta diversas propriedades como boa resistência à compressão em idades avançadas, baixo calor de hidratação e bom desempenho em águas marinhas, contendo alto teor de sulfato. Entretanto, o CSS possui suscetibilidade à carbonatação. Devido ao teor baixo ou nulo de portlandita, a etringita (AFt) e o silicato de cálcio hidratado (C-S-H), as principais fases hidratadas do CSS, são mais suscetíveis à carbonatação. O comportamento do CSS frente à carbonatação natural e o impacto de sua composição sobre seus produtos hidratados não são completamente compreendidos, dificultando a verificação da performance e a previsão de vida útil desse material. Logo, o presente estudo tem como objetivo avaliar o comportamento mecânico e microestrutural de diferentes composições de CSS frente à carbonatação natural. Foram analisadas três formulações de CSS, combinando duas escórias de alto-forno (EP e EB) e dois tipos de ativadores alcalinos, cimento Portland e hidróxido de potássio. As amostras foram expostas em ambiente de laboratório com concentração de CO2 próxima de 0,05% por até 28 semanas. Os ensaios incluíram monitoramento da resistência à compressão e medidas de profundidade de carbonatação ao longo do tempo. Análises microestruturais de difração de raios X (DRX) e termogravimetria (TG/DTG) foram realizadas para monitorar a carbonatação das fases hidratadas (AFt e C-S-H) e a formação de carbonatos de cálcio. Além disso, foi possível observar que a escória EP favorece a formação de AFt, enquanto a escória EB favorece a formação de C-S-H. Os resultados apontaram que as composições com escória de alto-forno EB, com maior teor de SiO2 apresentaram maior profundidade de carbonatação e perda de resistência mecânica, enquanto a com escória de alto-forno EP, que apresenta maior teor de CaO, mostrou melhor desempenho. As análises microestruturais evidenciaram que o C-S-H sofreu carbonatação em maior intensidade do que a AFt. O uso de KOH como ativador alcalino resultou nos piores desempenhos mecânicos e nas maiores profundidades de carbonatação em comparação às demais formulações. Os achados confirmam a elevada suscetibilidade do CSS à carbonatação, com avanço acelerado da frente carbonática e redução significativa da resistência mecânica, especialmente nas composições com escória EB. Além disso, foi observada a decomposição da AFt e a descalcificação do C-S-H, aliados com a formação de carbonatos de cálcio, em todas as formulações. Esses resultados ressaltam a importância de aprofundar o entendimento sobre os mecanismos de carbonatação no CSS, a fim de desenvolver estratégias que aprimorem sua durabilidade e desempenho. |
| Abstract: | Supersulfated cement (SSC) is a binder composed mainly of blast furnace slag, along with calcium sulfate and an alkaline activator. SSC exhibits various properties, such as good compressive strength at advanced ages, low heat of hydration, and good performance in marine environments with high sulfate content. However, SSC is susceptible to carbonation. Due to its low or negligible portlandite content, ettringite (AFt) and calcium silicate hydrate (C-S-H), the main hydrated phases of SSC, are more prone to carbonation. The behavior of SSC under natural carbonation and the impact of its composition on its hydrated products are not yet fully understood, making it difficult to assess performance and predict the service life of this material. Therefore, the present study aims to evaluate the mechanical and microstructural behavior of different SSC compositions under natural carbonation. Three SSC formulations were analyzed, combining two types of blast furnace slag (EP and EB) and two types of alkaline activators, Portland cement and potassium hydroxide. The samples were exposed in a laboratory environment with a CO₂ concentration of approximately 0.05% for up to 28 weeks. The tests included monitoring compressive strength and measuring carbonation depth over time. Microstructural analyses using X-ray diffraction (XRD) and thermogravimetry (TG/DTG) were conducted to track the carbonation of hydrated phases (AFt and C-S-H) and the formation of calcium carbonates. Additionally, it was observed that EP slag favors the formation of AFt, whereas EB slag promotes the formation of C-S-H. The results indicated that compositions with EB blast furnace slag, which has a higher SiO₂ content, exhibited greater carbonation depth and loss of mechanical strength, whereas the composition with EP blast furnace slag, which has a higher CaO content, showed better performance. Microstructural analyses revealed that C-S-H underwent carbonation more intensely than AFt. The use of KOH as an alkaline activator resulted in the worst mechanical performance and the greatest carbonation depths compared to the other formulations. The findings confirm the high susceptibility of SSC to carbonation, with an accelerated progression of the carbonation front and a significant reduction in mechanical strength, especially in compositions with EB slag. Furthermore, the decomposition of AFt and the decalcification of C-S-H, along with the formation of calcium carbonates, were observed in all formulations. These results highlight the importance of further understanding the carbonation mechanisms in SSC to develop strategies that enhance its durability and performance. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36052 |
| Aparece nas coleções: | PB - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil |
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