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Webinar Primavera 2013

Princípios básicos da ciência geopolimérica

Parte I

http://www.geopolymer.com.br


Webinar 2013 - Parte I

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O Webinar 2013 está dividido em 2 partes. Na primeira parte discutiremos sobre:

• Aplicação e comercialização.

• O que é um geopolímero.

• As 6 regras básicas no processamento geopolimérico.

Na segunda parte, vamos abordar os seguintes temas:

• Princípios da ciência geopolimérica de aluminossilicato.

• Geopolímero resistente ao fogo e ao calor.

• Testes de durabilidade.

• Normas para cimento geopolimérico e as questões sobre cimentos com baixas emissões de CO2.

Quando falamos de geopolímero, na verdade de concreto geopolimérico muitas pessoas entendem que são cinzas volantes álcali-ativadas.

Essas pessoas estão erradas quanto à aplicação de um termo genérico que eu coloquei em domínio público há 30 anos; geopolímero não é um produto, mas sim um conceito, uma ciência, uma tecnologia. Na verdade, temos um ligante geopolimérico, resinas geopoliméricas, pintura, revestimento, argamassa, cimento geopolimérico, concreto geopolimérico e compósitos geopoliméricosdefibrade carbonoeassim por diante.

Quais as vantagens da química geopolimérica?

Um ligante geopolimérico em resina tem a vantagem de ser à base de água; não contém nenhum solvente tóxico e não emite qualquer fumaça tóxica.

Também é muito fácil de limpar com água.



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Para compósitos de fibra de carbono de alta tecnologia resistente ao fogo e ao calor, nós temos na imagem abaixo à direita um compósito de geopolímero/carbono que não queima e à esquerda temos um compósito de epóxi/carbono que queima.

Por exemplo, temos abaixo uma empresa alemã que está divulgando o Sinnocoat Geopolymer; proteção contra corrosão com aplicação de spray, resistência à corrosão do aço.

Para tintas e revestimentos que são resistentes à corrosão, você vai encontrar várias páginas na internet que retratam esta propriedade.

Em relação ao cimento geopolimérico sabemos que é livre de carbonato de cálcio, tem baixas emissões de CO2, exige baixo consumo de energia e utiliza subprodutos e resíduos industriais.

E para os tijolos geopoliméricos (LTGS), cura do geopolímero em baixa temperatura. Nós sabemos que é possível fabricar tijolos em uma temperatura de 70°C.



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Temos no resumo: “A invenção se refere a uma matriz para materiais compósitos fibrosos termoestruturais obtidos pela síntese de geopolímero à base de cristobalita nanocristalina... A cristobalita nanocristalina resulta da cristalização de micelas geopoliméricas... por um tratamento térmico em uma temperatura entre 600°C e 800°C.”

Abaixo, outra patente publicada por uma empresa europeia que trabalha com molde aquecido para moldagem de compósitos poliméricos.

Isto foi apresentado na Conferência SAMPE, nos EUA em 2011.

Com qual objetivo? Para carros de corrida, para carros de corrida de Fórmula 1, assim como esta Ferrari.

1. Aplicações e comercialização

Agora vamos olhar para aplicações espetaculares que são totalmente diferentes.

Há inúmeras patentes que descrevem aplicações, por exemplo, esta que foi publicada em 2011 sob o título “Matrix based on nanocrystalline: Cristobalite for a thermostructural fibrous composite material”.



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SAMPE significa:Society for Advanced Materials and Process Engineering (sociedade para materiais avançados e engenharia de processos), esta é uma conferência de alta tecnologia nos EUA, para diversas aplicações.

Por exemplo, nós estamos lidando aqui com ferramenta para compósito cerâmico aquecido eletricamente para fabricação sem autoclave de estruturas de compósitos grandes.

Temos aqui um molde de geopolímero de 50 metros de comprimento e estrutura aquecida eletricamente, para produzi-lo é necessário muito know-how e habilidade.

Para qual propósito? Para fabricar as asas que são usadas em moinhos de usinas eólicas.

Outra patente publicada em 2012: “Geopolymer and epoxy simultaneous interpenetrating polymer network composition, and methods for the same related applications”

E no resumo temos: “Uma interpenetração simultânea de rede polimérica - composição geopolímero-epóxi:

• Primeiro: um agente de cura epóxi à base de água, uma fonte de aluminossilicato, sílica amorfa.

• Segundo: resina epóxi + solução de silicato alcalino. Os dois componentes são misturados para produzir uma composição SIN-GE que cura em temperatura ambiente.

As composições podem ser usadas como revestimentos, adesivos, argamassas, materiais de fundição e similares”.



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Aqui uma notícia muito interessante do estado de Victoria, na Austrália, publicado em dezembro 2011, Rockwoll Waste Briquette Plant: “Único fabricante de isolamento de lã de rocha na Austrália encontrou uma maneira de capturar, reciclar e reutilizar toneladas de resíduos gerados a partir do processo de fabricação”.

“A lã de rocha é formada de várias rochas, como basalto, pedra cálcaria e escória de ferro. As rochas são fundidas em um forno para formar uma lava que pode ser transformada em fibras gerando 450 kg de resíduos para 1 tonelada fabricada. O projeto de 1714 milhões de dólares, consta da utilização de um geopolímero para ligar os resíduos. A primeira deste tipo no mundo, a fábrica estava operando desde março de 2007, mas tornaram-na pública somente em 2011”.

“Usando seu próprio geopolímero, o resíduo é agregado e forma pequenos tijolos. Os briquetes são colocados novamente no forno e transformados em fibras de lã de rocha para isolamento”.

Assim, o geopolímero tem a mesma composição química que as rochas. Tem basalto, vai para o forno artesanaleproduzfibras.

Temos várias aplicações desse tipo sendo utilizadas pela indústria, porém ninguém tem conhecimento sobre isso.

Na China, há indústrias que estão fabricando painéis para fachada, materiais para fachada corta-fogo.

Esses painéis são vendidos no sudeste da Ásia e Austrália, e são compostos por uma lâmina de alumínio entre o núcleo de geopolímero. É à prova de



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fogo; resistente ao fogo.

Eu coloquei esta notícia no site do Geopolymer Institute em fevereiro de 2011, porque a empresa BASF lançou um produto geopolimérico. A indústria química alemã PCI Augsburg Gmbh, uma subsidiária da indústria química mundial BASF, lançou um graute de geopolímero para o público em geral. Eles afirmamousoda tecnologia geopolimérica.O produto foi apresentado em várias feiras e exposições internacionais; começaram na Alemanha e no Reino Unido, e em seguida na França.

É interessante você seguir os argumentos que estão descritos no catálogo da empresa sobre este graute geopolimérico. A propaganda francesa é entusiasta: "Abaixo o trabalho doméstico, fim da escravidão... juntas limpas para todos, geopolímero para sempre...".

Temos uma empresa em Praga, na República Tcheca, Europa, que lançou um produto geopolimérico. A empresa é a Vodni Sklo, uma indústria de silicato que está fabricando a resina geopolimérica para aplicações especiais.

Este é outro tipo muito diferente de aplicação, publicada em maio de 2012 no “The Journal Pharmaceutical Sciences”, na verdade o resultado de um estudo que começou em 2009, na Upsala University, na Suécia, pela equipe do professor Engqvist.



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Qual o problema aqui? O que eles estão fazendo?

“Influence of Drug Distribution and Solubility on Release from Geopolymer Pellets - A Infinite Element Method Study”. Estão usando o geopolímero à base de metacaulim e adicionando algumas moléculas de drogas muito úteis no sistema. Realizam testes a fim de obter drogas muito específicas para parâmetros como tamanho e composição dapílula quepodemser ajustadasno final paraobter uma ótima microestrutura; condição química para uma liberação segura e adequada das pílulas geopoliméricas na administração oral de drogas altamente potentes. Eles mencionam opioides.

Quais são as condições? Quais são as propriedades do geopolímero? Primeiramente, ele é resistente ao ácido. Assim, quando ingerido leva tempo para ser digerido, e é microporoso por isso libera as drogas muito lentamente, por 24 horas. Entao, esta é uma aplicação muito interessante.

Algo totalmente diferente; estamos chegando a aplicação de cimentos e concretos: “Water retention properties of porous geopolymers for use in cooling applications”. Isso foi feito por uma equipe de cientistas do Japão e por Kenneth Mackenzie da Nova Zelândia.

O que é isso? “A elevação das temperaturas nas grandes cidades apresentam um problema crescente, especialmente no verão”.

“...Este efeito resulta do aumento da quantidade de calor gerado pela atividade humana (veículos, condicionadores de ar, e assim por diante) e por causa do aumento das superfícies cobertas por materiais artificiais com alta capacidade de absorção de energia solar.

Por exemplo, a temperatura média em Tóquio aumentou 3-4°C durante os últimos 100 anos.

Relacionado a este aquecimento, o número de noites em que a temperatura em Tóquio não fica abaixo de 25°C (conhecidas como "noites tropicais") aumentou 10-15 há uma década para cerca de 40°C nos dias atuais.

Este fenômeno de aquecimento é chamado de "efeito de ilha de calor". Como um método possível para contrariar o efeito de ilha de calor, investigamos um sistema de refrigeração passiva usando a evaporação da água absorvida pelos poros do geopolímero”.



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A porosidade para concreto geopolimérico é uma boa propriedade que deve ser explorada. É claro, não podemos fechar a porosidade, mas para este tipo de aplicação é algo que é muito importante.

Continuando com cimentos e concretos, você sabe que nós lançamos em 1988, quando eu estava nos EUA trabalhando com a Lone Star Industry, o cimento Pyrament.

Como foi desenvolvido?

No esquema abaixo temos um exemplo de aplicação: na região temos um grupo que iniciou a concretagem, esta equipe é da Pyrament e ao mesmo tempo um Boeing partiu do JFK, em Nova Iorque. Uma hora depoisestavaresistenteosuficienteparatransitarsobreele,após4horasestavaresistenteosuficientepara trafegar sobre o concreto, e após 6 horas o jato que estava no JFK, estava pronto para aterrisar.

O que aconteceu com este material? O que aconteceu há 24 anos? Eu recebi uma carta que dizia: “Minha primeira experiência usando o cimento Pyrament foi há 23 anos quando fomos os primeiros a utilizá-lo para substituir o concreto danificado em pistas de pouso e decolagem e taxiamento no aeroporto de Atlanta. O principal cruzamento da pista de pouso e decolagem na base aérea de Charleston, na Carolina do Sul, foi substituído com uma mistura de concreto utlizando o cimento Pyrament há cerca de 20 anos.

Eu acabei de saber que eles vão remover e substituir uma das pistas, mas o cruzamento reparado com o cimento Pyrament ainda está em boas condições e será mantido. Em 1991, uma pista inteira foi substituída na base aérea de Barksdale, Louisiania, usando concreto feito com cimento Pyrament. 20 anos depois a pista ainda está sendo usada pelo avião de bombardeio B52 da Força Aérea dos EUA. Utilize esta informação como quiser”. (David L. Barton, Presidente, Prime Resins, Inc., EUA).

Recebi este e-mail no ano passado: “Eu gostaria de compartilhar o sucesso comercial de nossa tecnologia geopolimérica para blocos e ladrilhos para pavimentação da combinação de escória de aciaria, fly ash e escória granulada de alto-forno. A tecnologia foi desenvolvida, transferida e a produção comercial começou... foi produzido cerca de 0,5 milhão de tijolos e conseguimos o primeiro pedido de compra de US$ 3.000.000 e fornecimento.

Finalmente, estamos planejando ter 10 instalações comerciais na Índia nos próximos 5 anos...

Dr. Sanjay Kumar, pesquisador principal, Energy & Environment, National Metallurgical Laboratory, Council of Scientific & Industrial Research, Jamshedpur - 831 007, Índia.

O que é isso? Trata-se de ladrilhos para pavimentação de escória de aciaria. Um processo ecologicamente



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correto, l ivre de cimento e que ut i l iza a geopolimerização.

Ano passado, em outubro, eu publiquei esta notícia: ‘World first’ production run: 2,500 tonnes of geopolymer. Isso foi apresentado pela empresa australiana ROCLA que está trabalhando com concreto pré-moldado feito de geopolímero desde 2000. Eu estive na ROCLA, em Sidney, na Austrália, e eles estavam realizando vários testes em tubos de esgotos; aqui temos o que eles descrevem sobre a fabricação de 3000 dessas criptas de cimento geopolimérico e concreto geopolimérico.

Esta é a mais recente patente publicada em 2012: “Geopolymer cement of the calcium

ferro-aluminosilicate polymer type and production process”.

Resumo: “Ligante ou cimento geopolimérico do tipo ferro-aluminossilicato [-Fe-O-Si-O-Al-O-], com alguns átomos de Al substituídos por átomos de Fe, o conjunto satisfazendo a seguinte fórmula bruta: (Ca,Na,K).(FeO)x.(SiOAlO)1-x.(SiO)y, com x<0,5 e 0<y<25. Este ligante ou cimento é o resultado da geopolimerização do geopolímero de Ca com ferro-metacaulim Fe-MK-750”.

E este é o material que eles estão utilizando para o desenvolvimento do cimento geopolimérico à base de (Na, K, Ca)-(ferro-sialato); ele contém muito ferro e é vermelho. Você encontra essas rochas no mundo inteiro praticamente. A empresa Banah UK, do Reino Unido, Irlanda do Norte, está desenvolvendo esse produto.



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2. O que é geopolímero?

Em 2006, eu estava envolvido em um projeto europeu de pesquisa composto por 06 instituições europeias. Tivemos um de nossos encontros na Bélgica. Eu estava no escritório do meu parceiro belga e vi em sua mesa um livro com o seguinte título: “Survey of alkali activated reactive rocks”, escrito por pesquisadores geólogos belgas e pensei: “Isso é bom, os geólogos belgas já estão procurando matérias-primas para fazer geopolímeros”. Eu abri o livro e para minha decepção não era isso, era um estudo sobre reação álcali-agregado do cimento Portland com agregados que induzem a deletéria reação álcali-agregado ou reação álcali-sílica, o que é um problema da indústria de concreto em campos de aplicação, e por causa disso a ativação alcalina tem uma má reputação.

Portanto, um geopolímero não é um composto álcali-ativado, um geopolímero não é um metacaulim álcali-ativado, não é um fly ash álcali-ativado, ogeopolímero não é uma sílica álcali-ativada. O geopolímero é o resultado de uma geopolimerização em meio ácido ou alcalino. Oh, não é alcalino? Não, o meio ácido também fornece bons geopolímeros.

As aplicações geopoliméricas que eu iniciei foram nas áreasdefogoecalor,istoéoqueeufiznocomeçoe discutiremos sobre este assunto amanhã. Então, nós temos as aplicações de cimento e concreto, aplicações de tecnologia ambiental que são muito importantes e claro, aquecimento global, emissões de CO2, o que também é um problema, e utilizo meu conhecimento arqueológico, meu conhecimento em ciência geopolimérica para decifrar as respostas sobre tecnologias antigas.

Se você observar a estrutura química dos geopolímeros relacionada com a relação atômica Si:Al temos: relação 1:1, é o que chamamos aqui de rede tridimensional de baixa tecnologia, cerâmicas, tijolos, proteção contra fogo. Quando aumentamos a relação para 2:1 temos cimento com baixa emissão de CO2 e encapsulamento reativo. Quando aumentamos as relações entramos nas aplicações industriais: ferramenta para equipamento de fundição,



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compósitos resistentes ao calor, proteção contra fogo e em seguida, se continuarmos, entramos em um caráter mais polimérico e em seguida em uma rede bidimensional e terminamos com compósitos resistentes ao fogo e ao calor.

Esta é a ciência; isso será encontrado no livro "Geopolymer Chemistry & Applications" e nós podemosfornecerumadefiniçãoclaradoqueéumgeopolímero: um geopolímero é essencialmente um composto químico mineral ou uma mistura de compostos que consistem de unidades repetidas, por exemplo, óxido de silício-(-Si-O-Si-O-), sílico-aluminato (-Si-O-Al-O-), ferro-sílico-aluminato (-Fe-O-Si-O-Al-O-) ou alumino-fosfato (-Al-O-P-O-), originados através de um processo de geopolimerização.

A microestrutura dos geopolímeros é essencialmente dependente da temperatura:

•É amorfo sob raios X em temperatura ambiente;•Mas evolui para uma matriz cristalina em

temperaturas acima de 500°C;

Podemos distinguir duas rotas de síntese:

•Em meio alcalino (Na+, K+, Li+, Ca++, Cs++ e similares);

•Em meio ácido com ácido fosfórico e ácidos húmicos.

Geopolimerização é o processo de combinação de várias moléculas pequenas conhecidas como oligômeros numa rede ligada covalentemente. As sínteses geoquímicas são realizadas através de oligômeros (dímero, trímero, tetrâmero, pentâmero) que fornecem estruturas unitárias reais da estrutura macromolecular tridimensional.

Vamos focar em apenas uma espécie, os geopolímeros de aluminossilicatos, que contêm silício e alumínio.

É claro, se não há alumínio, a relação Si:Al=0, nós temos os silicatos que chamamos de siloxo, -Si-O-Si-O-, e a cadeia é a cadeia de polissiloxo; com Si:Al=1, isto é um sialato, polissialato; Si:Al=2, -Si-O-Al-O-Si-O-, um siloxossialato, polissiloxossialato; Si:Al=3, -Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-, isto é um dissiloxossialato e polidissiloxossialato.

Em 2000, T. W. Swaddle e sua equipe comprovaram a existência de moléculas isoladas de aluminossilicatos solúveis (oligômeros).

Nafiguraacima,temosprimeirooortossialatoqueéuma molécula importante; esta é a primeira etapa da geopolimerização. A seguir temos um dímero e depois outro dímero em forma triangular, isto representa um ciclo. Em seguida temos um ciclo e uma molécula,



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ramificada,istorepresentaumtetrâmero.Etemosentão, um ciclo muito importante que contém 3 Si para 1 Al, que é também uma molécula muito importante na geopolimerização, uma etapa química.

Uma grande melhoria em sua pesquisa foi a de que o estudo foi realizado em temperaturas muito baixas, tão baixas quanto -9°C.

Na verdade, descobriu-se que a polimerização em temperatura ambiente de oligossialatos estava ocorrendo numa escala de tempo de cerca de 100 milisegundos, ou seja, 100 a 1000 vezes mais rápida que a polimerização de unidades de ortossilicato, oligossiloxo. Em temperatura ambiente ou mais elevada, a reação é tão rápida que não pode ser detectada com equipamento de análise convencional.

Então como podemos obter esses oligômeros, essas moléculas tão importantes para iniciar a geopolimerização?

Guangxi na China. Trata-se do precursor geopolimérico sintético com Si:Al = 1, ou seja metacaulim sintético, MK-750.

Isto foi feito por métodos de sol-gel. Eu não estou desenvolvendo isso agora, e o material que se obtém tem uma estrutura molecular que é exatamente equivalente a um metacaulim natural. Os dados de ressonância magnética nuclear revelaram após calcinação a 300-800°C, que ele tem os mesmos átomos de Al(V) que o metacaulim natural MK-750.

E se você observar o espectro do 27Al e sua relação com a temperatura, nós encontramos um típico Al(V). O metacaulim sintético produz o geopolímero regular com o pico do Al em 55 ppm.

O primeiro passo é a mistura de sílica solúvel e aluminato solúvel, e então produzimos todas as moléculas que policondensam e geopolimerizam ou podemos usar o processo sol-gel; outro processo que é usado em grandes quantidades é a despolimerização, que é a alcalinização de compostos de aluminossilicato. Estes são aluminossilicatos naturais ou artificiais que sãodegradados, deteriorados, a fim de fornecer as moléculas iniciais.

A seguir temos um artigo publicado em 2010 pela equipe do professor Xue-min Cui na Universidade de



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Nós estamos lidando com a despolimerização do metacaulimnaturalouartificial,MK-750.Quaissãoas etapas?

Nafiguraacimaestãoasmoléculas,secontinuarmosdessa maneira, temos as partes reativas do metacaulim, temos a alcalinização e estamos produzindo a primeira etapa. Este é o Na que está chegando, o oxigênio, e iniciamos a despolimerização,degradação,definindoacadeiasiloxo e transformando-a no primeiro oligômero muito importante, o ortossialato, que reagirá com ortossilicatos, condensará e produzirá o primeiro elemento quadrático tão importante da geopolimerização: 4 Si, 1 Al e também NaOH e o NaOH volta, e isso funciona.

Nós não necessitamos de um acesso do NaOH para a geopolimerização, mas temos um acesso durante a volta da geopolimerização, é como uma catalisação. Catalisação de fato; estamos sempre usandoumdéficitdeálcalisparaproduzirprodutosgeopoliméricos.

Esses ciclos policondensam para encontrar a forma defitaetambémháaproduçãodeNaOHquevoltaparaareação,eesseselementosemformadefitairão formar a primeira etapa da matriz geopolimérica. Contém água e após desidratação ou desidroxilação

e tratamento térmico obtemos a rede tridimensional. Parece complicado, mas esta é a maneira de como é feito, e esta estrutura é muito precisa.

Se você observar sob o microscópio ótico, a configuraçãodaargamassade cimentoPortland,você verá areia e cristais, cristais de CSH e se você olhar a argamassa geopolimérica, você verá areia e mais nada, é totalmente amorfo. E, por ser amorfo todos dizem: “Isto é um gel, marmelada”. Errado. Isto não é um gel, ele tem uma nanoestrutura que é muito precisa.

Mas você tem que olhar a estrutura sob o microscópio eletrônico como foi feito em 2003 por minha amiga professora Kriven da Universidade de Illinois, EUA. E o que temos aqui?



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Temos partículas muito pequenas que têm dimensões de 10 nanômetros. Isto é o resultado da geopolimerização e tem a mesma dimensão que os polímeros orgânicos.

Se você observar a dimensão desta micela geopolimérica que resulta da geopolimerização - 10 nanômetros - e comparar com a sílica coloidal (30nm),sílicaativaeflyash,temosumapartículamuito pequena.

Você verá a diferença, você entenderá que o geopolímero é um nanomaterial, e é esta partícula que fornece todas as propriedades do geopolímero, que é sintetizada das propriedades das matrizes.

3. 6 regras básicas no processamento do geopolímero para aluminossilicatos de Na e K e (Na, K, Ca)-polissialato

Regra nº 1: Dominar os aluminossilicatos

Eu recebi a visita de uma equipe de três cientistas que estavam representando as duas maiores instituições científicasetecnológicasdeseupaís.Elesestavamenvolvidos em um projeto de pesquisa intitulado: “Re-construction material with cold fly ashes”. Após 2 anos de tentativas, eles não alcançaram os objetivos, vieram até mim e perguntaram: “Professor, o que temos feito de errado? O que temos que fazer para melhorar os nossos resultados?”

Eu respondi: “Vocês estão lidando com fly ash. Vocês sabem o que é um fly ash?” Eles olharam para mim e responderam: “Não, não, fly ash é fly ash, você sabe...”.

Você sabia que há diferentes tipos de fly ash dependendo de como foi produzido? Na tabela abaixo temos os minerais que estão no carvão: quartzo, caulinita, ilita, pirita, calcita e a temperatura em que foi produzido.

Por exemplo, a 850°C obtemos o quartzo, metacaulim, ilita, sulfeto de ferro e cal (CaO). Cal livre pode causar flash setting. A 1500°C o quartzo se transforma em cristobalita, metacaulim em vidro, e assim por diante; e a 1800°C, tudo se transforma em vidro.

Vocêsabiadisso?Então,vocêprecisasaberafimdeconhecer,verqualflyashutilizar,qualiráreagir.

E se vocêobservarnafiguraa seguir aestruturadessas cinzas volantes: a 850°C não há esferas, mas o restante das argilas a 850°C, 1250°C têm pequenas



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esferas, cenoesferas, a 1250°C também, mas temos outras partículas remanescentes, a 1500°C tudo está claro; a 1600°C é homogêneo; a 1500°C também, e a 1800°C nós temos algo muito pequeno em dimensão. Estas são cinzas volantes totalmente diferentes, algumas delas irão reagir adequadamente.

Regra nº 2: Entenda sua reatividade química

Por exemplo, estamos lidando com caulinita, metacaulim, quartzo, feldspato, pozolana, todos são materiais reativos?

Eu li uma pesquisa realizada por uma equipe que envolvida no estudo de matérias-primas. Eles estavamanalisandoareatividadeafimdeproduzirgeopolímeros para aplicação em prédios.

Assim,elesfizeramaanáliseelementardosóxidos,porém não conseguiam entender o que realmente

estava acontecendo porque eles esqueceram de observar a parte principal do conhecimento que precisamos quando estamos lidando com material geológico que é a mineralogia.

Na tabela a seguir temos alguns exemplos:

Temos três amostras: 1, 2, 3 (SiO2, AI2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O, Fe2O3, TiO2 e perda ao fogo). Se analisarmos o SiO2 está alto nas três amostras; AI2O3 está médio, alto, médio; o CaO baixo, baixo, alto e assim por diante, perda ao fogo de 5,6; 11,2; 0,9. Esta amostra não está boa, absolutamente, mas ela tem uma grande quantidade de cálcio.

Contém carbonato de cálcio? Não, porque a perda ao fogo é baixa. Então, é uma rocha. As pessoas dizem que este ingrediente é a pozolana, que é usado como aditivo para o cimento Portland, mas do ponto de vista geopolimérico não reage porque não contém outros produtos químicos, e para ter certeza você temqueverificaramineralogia.

Estas são argilas que contêm grande quantidade de materiais como água, que removeremos durante a calcinação, e se olharmos para os minerais que temos dentro; embora tenhamos caulinita, quartzo, rutílio e goethita; goethita é algo que se deve ter cuidado ao analisar; caulinita, quartzo, ilmenita, rutílio,



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é de ferro titânio, hematita é de ferro Fe2O3, e aqui temos anortita, este é silicato de cálcio, quartzo, diopsídio e assim por diante. Isto é uma rocha pura, não vai reagir; é um bom filler, mas não é um precursor geopolimérico. Este será um bom precursor geopolimérico para fazer o cimento geopolimérico do tipo ferro-sialato, e isto proporcionaria um cimento médio e que resultará em tijolos muito bons.

Regra nº 3: Sistemas de fácil utilização

Este é o capítulo 19 de meu livro.

Você sabe que na química atestamos produtos que se tornam agressivos, corrosivos. Temos os produtos corrosivos e os produtos irritantes. Quais são esses produtos?

A seguir temos uma lista de produtos corrosivos e uma lista de produtos irritantes, que eu chamo de hostil e amigável.

O produto amigável pode ser manuseado, não necessita de nenhuma proteção especial. Como exemplos temos a cal hidratada, o cimento Portland e a escória de ferro. Os outros como a cal virgem, NaOH, KOH são hostis, perigosos. Temos também o metassilicato de sódio, com razão molar SiO2:Na2O igual a 1, que muitas pessoas estão usando para sua geopolimerização ou para melhorar a ativação alcalina. É um material muito cáustico, hostil. O silicato solúvel com razão molar menor que 1,6 também é hostil. Sistemas amigáveis devem ter menos silicato, com razão molar maior do que 1,65, e é isso que estamos fazendo em nosso cimento geopolimérico e em nossos ligantes geopoliméricos, e caso precise que ele seja mais cáustico, um sistema hostil só poderá ser manuseado por químicos e não por qualquer pessoa ou por um pobre coitado em campo.

Regra nº4: Entendendo o silicato solúvel

Capítulo 5 do meu livro sobre a estrutura molecular do silicato solúvel.

Isto é muito importante, e particularmente, ninguém fala sobre esse fato, mas é uma regra muito importante e eu vou dizer. Quando eu comecei a analisar a invenção do ligante geopolimérico, em 1978, nós estávamos usando uma solução de silicato de sódio que comprávamos na mercearia e de fato tínhamos um problema pois cada



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garrafa fornecia uma viscosidade diferente em nosso sistema. Nós não tínhamos uma regularidade total. Mesmo se as informações nas etiquetas indicassem que o silicato de sódio era sempre o mesmo material, para nós, em nossa química geopolimérica era sempre diferente.

Assim, aprendemos a estabilizar estes silicatos, aprendemos como fazê-los de forma adequada, porque entendemos a estrutura com que estamos lidando.

Estas são as variações estruturais das moléculas de silicatos de sódio (oligômeros) em solução:

Isto foi estudado há 15 anos sob espectroscopia de ressonância magnética nuclear. Temos acima um oligômero, isto é um silicato solúvel; dímero 2 Si; trímero 3 Si e aqui os triângulos; tetrâmero, quadrado novamente; pentâmero e temos mais e mais e mais moléculas maiores. Estas moléculas vão induzir diferentes viscosidades, vão induzir diferentes reações e assim por diante.

Temos que saber o que você tem em seu sistema e se você realmente tem uma mistura de tudo isso, mas você deve saber qual é a predominante no sistema.

Vou mostrar alguns exemplos:

Razão molar 3,3

É o silicato solúvel que você comprou. Foi fabricado pela fusãodequartzoenafiguraacima temosaestrutura das moléculas do silicato de sódio que você obtém, no vidro. Esta molécula, este silicato édissolvidoafimdeproduzirasoluçãodesilicatode sódio, e obtemos espécies diferentes como hexâmeros, com diferentes formatos, e isto também representa quartzo na solução. Então, quando você compra um silicato de sódio nesta relação (RM 3,3) você também tem quartzo nele.

Razão molar 2

Esta é uma razão média que não é frequentemente fornecida pela indústria de silicato de sódio. Começamos com as estruturas dissolvidas, temos



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trímeros, moléculas pequenas e a mistura de moléculas pequenas.

Razão molar = 1 (metassilicato)

É um produto cáustico. Veja o vidro; temos aqui moléculas muito pequenas no início e durante as dissoluções nós temos os trímeros, um monômero, um dímero e tetrâmero. Você vê que esta é uma mistura de vários átomos, várias espécies.

É muito comum cientistas prepararem a solução de silicato sozinhos. Eles usam sílica ativa mais NaOH/KOH para produzir o silicato de sódio e utilizam apenas um critério: começam a usar quando a soluçãoestátransparente.Issonãosignificanadaem termos de estrutura.

Eles não sabem nada sobre a análise estrutural; eles não sabem qual mistura, quais moléculas eles têm, e dependendo do tempo, dependendo da maneira como foi fabricado, dependendo de diversos itens,

dependendo da sílica ativa e assim por diante, nós temos produtos que não são, que não têm as mesmas propriedades, o que significa que a qualidade não é garantida com este tipo de preparação. Você tem que estudá-la até que você tenha a análise estrutural a fim de entender o que você verdadeiramente obtém. É a maneira de fabricação para obter produtos de boa qualidade.

Regra nº 5: Substitua o Na+ pelo K+

Substitua o sódio pelo potássio sempre que puder. As pessoas pensam: “Mas o potássio é tão caro. Eu quero produzir um produto que seja barato. Eu não me importo com a qualidade. Substituir o sódio pelo potássio, por quê?”

Nográficoacimatemosaresistênciaàcompressãoaos 28 dias do cimento geopolimérico, um ligante geopolimérico ou DAVYA 30 com 100% de silicato de potássio, e alcançamos resistência de 90 MPa com endurecimento em temperatura ambiente. Se nós reduzirmos a quantidade de silicato de potássio para 75%, temos 70 MPa, e se compararmos com a mesma solução de silicato de sódio, sem alterar nada, apenas substituindo o sódio pelo potássio, alcançamos 55 MPa, o que representa quase a metade da resistência do potássio.



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Portanto, qual é o melhor sódio ou potássio?

Bem, as propriedades são totalmente diferentes, e maisdoqueissoseobservarmosográficoabaixosaberemos qual é a viscosidade de acordo com a temperatura do silicato de sódio, e também qual a viscosidade do silicato de potássio de acordo com a temperatura.

Viscosidade a 20°C, a viscosidade do silicato de potássio é de 200 e a viscosidade do silicato de sódio é de 2000.

É óbvio que você precisa de mais viscosidade; você teráproblemasparamisturá-lo,eafimdereduzirouparamelhorarafluidezouareologiaouaviscosidadevocê adiciona mais sódio. Você terá que gastar mais dinheiro mesmo usando uma matéria-prima barata. Substituindoporpotássio,vocêobterámaisfluidez,oquesignificaqueusarámenossilicatodepotássio.Esta é a verdade. E nós sempre utilizamos o silicato de potássio. Todos os parceiros que trabalham comigo estão usando silicato de potássio e produzem bons produtos, bons cimentos.

Regra nº 6: As etapas de mistura devem ser bem definidas e sempre respeitadas

Evite a adição de água na mistura.

Eu tenho muitos problemas com pessoas que sempre

adicionam água, porque a mistura está muito viscosa. Eu não sei a reologia correta. Eu digo: “Não. Ok, você tentou. Você coloca água na primeira mistura, e depois adiciona em seu endurecimento antes da mistura completa. Por quê?”

Em primeiro lugar, tente reduzir a quantidade de água, porque você conhece a relação entre o teor de água e a resistência, isso é óbvio.

Em segundo lugar, esta é a experiência que temos nográficoacima:temosotempoeatemperaturaeestamos colocando geopolímero polissiloxossialato de potássio; esta é uma resina geopolimérica, esta é uma resina padrão com metacaulim curada a 80°C, temos então uma reação isotérmica, e se você medir a temperatura, verá que atinge 110°C, que certamente é alta. Então, replicarei a mesma mistura, adicionamos um pouco de águanamistura a fimde obtermos um sistemamais fluido.Oendurecimentoocorreunamesmacondição de medida da temperatura e descobrimos que a temperatura nunca é superior a 100°C, o quesignificaque,oquetemosaquiéaáguaqueestáevaporando. Issoéágua fisicamente ligada,enquanto que na primeira mistura nós temos a água quimicamente ligada, e que estava na rede. Aqui, ao adicionar água durante a mistura você irá adicionar a água que está fora da rede, é a água livre que irá escapar, e sobre a temperatura é isso que você



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mede aqui.

Não misture todos os pós juntos.

O geopolímero é regularmente e de fato bicomponente e tem dois ingredientes: o endurecedor que é líquido, e o precursor que é em pó (metacaulim ou outros).

As pessoas geralmente misturam o precursor geopolimérico em forma de pó com fillers que eles usamparafabricararesina,umpómuitofinoouparaproduzir concreto, que consiste em uma quantidade de areia e agregados. Errado!

Não, por favor, não faça isso. Você tem primeiro que preparar o ligante geopolimérico. A química deve estar correta. Você deve ter os dois materiais, os dois ingredientes, reagindo juntos inicialmente antes de adicionar os fillers, pois de outra forma você corre o risco de ter uma certa quantidade de endurecedor que será absorvida ao redor dos fillers, e eles não farão parte da reação, eles estarão lá e você terá um pHmaiselevadonofinal,vocêiráterfluorescência,você terá fissuras, você vai ter todosos tiposdeinconvenientes em suas propriedades.

Esta é a forma de como as pessoas que utilizam o cimento Portland fazem a mistura e eles estão apenas transferindo a forma de misturar do cimento Portland para a preparação do cimento ou concreto geopolimérico. Errado!

Você deve preparar o ligante ou cimento geopolimérico primeiro. Eles reagem quimicamente apenas aplicando água ao clínquer.

Não se preocupe com o armazenamento do ligante; se preparar o ligante em eventos você deverá armazená-lo em câmara fria.

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