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A aplicação da sílica ativa em concretos iniciou-se na busca por soluções para os problemas que os rejeitos industriais causavam ao meio ambiente. Sem valor econômico, mas de excelente qualidade pozolânica, as primeiras pesquisas se iniciaram na década de 1950 [92]. Nos dias de hoje, a produção mundial de sílica ativa é de cerca de 1 milhão de toneladas por ano, sendo a Noruega e os Estados Unidos os maiores produtores. Além da aplicação em concretos, a sílica ativa está sendo aplicada também em refratários, fertilizantes, como filer para vulcanização de borracha e plásticos, em cimento para poços petrolíferos e cosméticos[93,94].

No Brasil, a sílica foi pela primeira vez utilizada na confecção de um elemento estrutural em 1985, na confecção de pilar para a Companhia de Desenvolvimento Habitacional do Estado de São Paulo – CDHU [95]_.

2.5.1 Produção

A sílica ativa é um subproduto da fabricação de silício metálico ou de ligas de ferro-silício a partir de quartzo de elevada pureza e carvão, em forno elétrico de eletrodos de arco submerso. Esse subproduto é um dióxido de silício amorfo (SiO2), a qual é gerada como um gás dentro dos fornos elétricos em arco durante a redução de quartzo puro. O SiO que se desprende na forma de gás se oxida e condensa em um material composto de partículas esféricas extremamente pequenas, com aspecto vítreo e muito reativas.

Nos processos de fabricação de ligas Fe-Si, a matéria-prima não apresenta a mesma qualidade daquela utilizada na produção de silício metálico, podendo conter quantidades variadas de SiO2 e devendo, portanto, ser analisada quanto à sua potencialidade para uso em concretos. Parte dessa sílica poderá ser cristalina e conter carbono, o que afeta diretamente as propriedades físicas e químicas do material.

Os principais fatores associados à qualidade da sílica ativa são granulometria, área específica e a pozolanicidade, função da sua característica amorfa. A sílica ativa deve ser vítrea (teor de SiO2 maior de 85%) e possuir área especifica extremamente alta, que deve estar entre 13 e 25 m²/g, sendo 20 m²/g o valor típico, medido por adsorção de nitrogênio (BET). Isso resultaria em um diâmetro médio de 0,15 µm, considerando uma partícula esférica. As sílicas cristalinas podem gerar a silicose, altamente prejudicial à saúde.

2.5.2 Propriedades Físicas

O tamanho das partículas de sílica ativa varia de 0,01μm a 1μm, e o método comumente utilizado para medir o tamanho das partículas é o método de granulometria a laser, porém, o que realmente é medido é o tamanho do aglomerado e não o tamanho individual das partículas. O método para propiciar a desaglomeração das partículas é o banho ultrasônico e a extensão da desaglomeração depende da energia aplicada; no entanto, a técnica não serve para medir o tamanho da partícula[96]. A sua área específica superficial apresenta um valor de aproximadamente 20 m²/g, quando medida por

adsorção de nitrogênio (BET). Já o cimento Portland comum, em torno de 0,4m²/g. Quanto maior a área especifica da sílica ativa, maior a quantidade de água para envolver totalmente os grãos.

A massa especifica da sílica ativa varia entre 2,1 g/cm³ e 2,65 g/cm³, dependendo do processo de fabricação do material e sua massa unitária assume valores entre 0,2 g/cm³ e 0,7 g/cm³.

2.5.3 Efeitos da Sílica Ativa

Em compostos cimentícios, a sílica ativa atua de duas maneiras: ação química (pozolânica) e física (efeito fíler). Na hidratação do cimento, os principais compostos formados são o silicato de cálcio hidratado (C-S-H) e o hidróxido de cálcio (CH). Por meio de reação pozolânica com CH, a sílica ativa presente no concreto possibilita a produção de uma quantidade adicional de C- S-H. Esta porção de C-S-H apresenta melhor capacidade de adesão quando comparada àquela produzida normalmente pela hidratação do cimento. Como consequência, tem-se o aumento da resistência química e à compressão do material.

A alteração da microestrutura, principalmente na Zona de Transição Interfacial (ZTI), com produção de C-S-H adicional, produzido pela reação sílica ativa, deixa o concreto mais resistente ao ataque de agentes agressivos.

Outra função da sílica ativa é atuar como fíler, pois, uma vez que estas adições são normalmente cerca de 50 a 100 vezes menores que uma partícula de cimento, ela poderá preencher vazios criados pela água livre na matriz. Esta função, conhecida como empacotamento, refina a microestrutura do concreto, criando uma estrutura porosa muito mais densa [77]_.

Na Figura 2.20 é apresentado um esquema do efeito da sílica ativa na Zona de Transição Interfacial, entre o agregado e a matriz. As Figuras 2.20(a) e 2.20(b) correspondem ao concreto sem sílica, formando uma região menos densa na interface. Já as Figuras 2.20(c) e 2.20(d) mostram o concreto com sílica ativa, com intensa formação de C-S-H, reduzindo a porosidade na ZTI.

Na Figura 2.20(a) é observado grande espaço preenchido pela água em torno do agregado, devido à exsudação e ao empacotamento deficiente dos grãos de cimento na interface. Na Figura 2.20(b) mostra a Zona de Transição em estágio mais avançado, com o preenchimento do hidróxido de cálcio e silicato de cálcio hidratado. Nota-se, ainda, a presença de espaços vazios, alguns dos quais preenchidos com materiais aciculares, provavelmente etringita (Aft).

Figura 2.20 Atuação da sílica ativa na Zona de Transição Interfacial (agregado – pasta) [97]_.

Na Figura 2.20(c) se observa que o mesmo espaço ocupado pela água na Figura 2.20(a) é preenchido por partículas de sílica ativa. E, em comparação com a Figura 2.20(b), a Figura 2.20(d) mostra a zona de transição menos porosa, em um estágio também mais avançado.

Devido à redução do número e tamanho dos capilares que poderiam exercer influência na contaminação e deterioração do concreto, a sílica ativa contribui não apenas para incrementar as propriedades mecânicas, mas também para torná-lo mais resistente à agressividade ambiental.

Assim, a utilização da sílica ativa é indicada para estruturas de concreto armado, especialmente em meios de alta agressividade, uma vez que proporciona maior proteção contra o ataque por sais e águas salinas. Ao

minimizar os efeitos destes agentes agressores, tem-se uma redução nos custos com manutenção das peças de concreto armado.

2.6 Normatização e critérios para produção de postes de concreto