O papel do metacaulim no concreto

(1) Melhorar a resistência da pasta de cimento e da argamassa, sendo a alta resistência um dos indicadores do concreto de alto desempenho. Um dos principais objetivos da adição de metacaulim é melhorar a resistência da argamassa de cimento e do concreto.

Poon et al. (2001) realizaram testes de resistência à compressão em pastas de cimento com relação água/cimento de 0,3, preparadas substituindo o cimento Portland por 0-20% (fração mássica) de caulim e sílica em pó. Os resultados mostraram que a resistência à compressão das pastas de cimento contendo de 5% a 20% de caulim foi superior à do cimento de referência em todas as idades, com o cimento contendo 10% de caulim apresentando um aumento de 20% na resistência aos 28 e 90 dias em comparação com o cimento de referência. O cimento contendo de 5% a 10% de sílica em pó também apresentou um aumento de 20% na resistência aos 28 e 90 dias em comparação com o cimento de referência. Sua resistência aos 28 e 90 dias é equivalente à do cimento de caulim, mas sua resistência inicial é inferior à do cimento de referência. A análise sugere que isso pode estar relacionado à forte aglomeração do pó de sílica utilizado e à dispersão insuficiente na pasta de cimento.

(2) Li Keliang et al. (2005) estudaram os efeitos da temperatura de calcinação, do tempo de calcinação e do teor de SiO2 e Al2O3 no caulim sobre a atividade do metacaulim para melhorar a resistência do concreto de cimento. Concreto de alta resistência e polímeros de solo foram preparados utilizando metacaulim. Os resultados mostram que, quando o teor de caulim é de 15% e a relação água/cimento é de 0,4, a resistência à compressão aos 28 dias é de 71,9 MPa. Quando o teor de caulim é de 10% e a relação água/cimento é de 0,375, a resistência à compressão aos 28 dias é de 73,9 MPa. Além disso, quando o teor de metacaulim é de 10%, seu índice de atividade atinge 114, o que é 11,8% maior do que a mesma quantidade de pó de silício. Portanto, acredita-se que o metacaulim possa ser usado para preparar concreto de alta resistência.

Qian Xiaoqian et al. (2001) estudaram a relação tensão-deformação axial à tração do concreto com teores de caulim de 0, 0,5%, 10% e 15%. Eles descobriram que, com o aumento do teor de caulim, a deformação máxima da resistência à tração axial do concreto aumentou significativamente, enquanto o módulo de elasticidade à tração permaneceu praticamente inalterado. No entanto, a resistência à compressão do concreto aumentou significativamente, e a relação entre resistência à compressão e resistência ao cisalhamento diminuiu correspondentemente. Quando o teor de caulim é de 15%, a resistência à tração e a resistência à compressão do concreto correspondem a 128% e 184%, respectivamente, da resistência do concreto de referência.

Cao Zhengliang et al. (2004) constataram, em seu estudo sobre o efeito de reforço do pó ultrafino de metacaulim no concreto, que, sob a mesma fluidez, a argamassa contendo 10% de metacaulim apresentou um aumento de 6% a 8% na resistência à compressão e à flexão após 28 dias. O desenvolvimento inicial da resistência do concreto misturado com metacaulim foi significativamente mais rápido do que o do concreto padrão. Comparado ao concreto de referência, o concreto contendo 15% de metacaulim apresentou um aumento de 84% na resistência à compressão axial tridimensional e de 80% na resistência à compressão axial aos 28 dias, enquanto o módulo de elasticidade estático apresentou um aumento de 9% em 3D e de 8% aos 28 dias.

Huang Zhan et al. (2008) estudaram o efeito de diferentes proporções de mistura de metacaulim e escória na resistência e durabilidade do concreto. Os resultados mostram que a adição de metacaulim ao concreto com escória melhora tanto a resistência quanto a durabilidade do concreto. A proporção ideal de escória para cimento é de aproximadamente 3:7, resultando em uma resistência ideal do concreto. A diferença de resistência à flexão do concreto composto é ligeiramente maior do que a do concreto com escória pura, devido ao efeito da cinza vulcânica do metacaulim. Sua resistência à tração por compressão diametral é maior do que a do concreto de referência.

Yang Fengling et al. (2011) utilizaram quantidades iguais de metacaulim, cinzas volantes e escória para substituir o cimento, e misturaram separadamente metacaulim com cinzas volantes e escória para preparar concreto. A trabalhabilidade, a resistência à compressão e a durabilidade do concreto foram estudadas. Os resultados mostraram que, quando o caulim foi utilizado para substituir de 5% a 25% do cimento em quantidades iguais, a resistência à compressão do concreto em todas as idades foi melhorada; quando o caulim foi utilizado em quantidades iguais para substituir 20% do cimento, a resistência à compressão em cada idade foi ideal. A resistência aos 3, 7 e 28 dias foi 26,0%, 14,3% e 8,9% maior, respectivamente, do que a do concreto sem adição de caulim. Isso indica que, para o cimento Portland tipo II, a adição de metacaulim pode melhorar a resistência do concreto preparado.

Zhang Chengbo et al. (2012) utilizaram escória de aço, metacaulim e outros materiais como principais matérias-primas para preparar cimento geopolimérico, substituindo o cimento Portland tradicional e alcançando o objetivo de conservação de energia, redução do consumo e transformação de resíduos em recursos valiosos. Os resultados mostraram que, quando o teor de aço e de cinzas volantes era de 20%, a resistência do bloco de teste aos 28 dias atingiu um nível muito alto (95,5 MPa). À medida que a quantidade de escória de aço adicionada aumenta, ela também pode desempenhar um papel importante na redução da retração do cimento geopolimérico.

Chen Guocan (2010) adotou a rota técnica de “cimento Portland + aditivo mineral ativo + agente redutor de água de alta eficiência”, a tecnologia de concreto de água magnetizada e o processo de preparação convencional, e conduziu experimentos de preparação de concreto de escória de pedra de ultra-alta resistência e baixo carbono, utilizando matérias-primas de origem local, como pedras e escória. Os resultados indicam que a dosagem adequada de metacaulim é de 10%. A relação massa/resistência da contribuição do cimento por unidade de massa do concreto de escória de pedra de ultra-alta resistência é cerca de 4,17 vezes maior que a do concreto comum, 2,49 vezes maior que a do concreto de alta resistência (CAR) e 2,02 vezes maior que a do concreto de pó reativo (CPR). Portanto, o concreto de escória de pedra de ultra-alta resistência preparado com baixa dosagem de cimento representa a direção do desenvolvimento do concreto na era da economia de baixo carbono.

(3) Após a adição de caulim com resistência ao gelo ao concreto, o tamanho dos poros do concreto é bastante reduzido, melhorando o ciclo de congelamento-descongelamento do concreto. Feng Naiqian (2002) descobriu que, sob um certo número de ciclos de congelamento-descongelamento, o módulo de elasticidade da amostra de concreto com 15% de teor de caulim aos 28 dias de idade é significativamente maior do que o do concreto de referência aos 28 dias de idade. A aplicação combinada de metacaulim e outros pós ultrafinos minerais no concreto pode melhorar muito o desempenho de durabilidade do concreto.