Os ensaios de calorimetria por condução isotérmica foram realizados no Laboratório de FURNAS Centrais Elétricas S.A. - Aparecida de Goiânia utilizando o calorímetro de condução isotérmica Thermometric TAM AIR (Figura 3.17) composto de oito canais com controle de temperatura, fabricado pela TA Instruments com as características apresentadas na Tabela 3.9 e com aquisição de dados feita pelo software PicoLog.
55
Tabela 3.9 –Especificações do equipamento TAM AIR utilizado nos esnaios de calorimetria de condução isotérmica.
Amplitude de temperatura 5oC a 90oC
Tipo do termostato Air
Estabilidade do termostato ±0,02oC
Capacidade máxima de amostra 20 ml
Limite de detecção 4µW
Precisão de detecção ±20µW
Figura 3.17 - Vista geral do calorímetro por condução isotérmica.
O objetivo desse ensaio é avaliar a liberação de calor proveniente das reações químicas do contato do cimento com a água e demais adições, possibilitando analisar a influência do PSA e da nanosílica nas reações de hidratação das pastas de cimento estudadas.
Preparo e execução do ensaio
Para a execução dos ensaios de calorimetria foram realizados testes de mistura para determinar a melhor metodologia para as pastas. Com a utilização de adições minerais (NS) e no PSA, suspeitou-se que a energia de mistura do misturador interno do equipamento seria insuficiente para dispersão adequada dos materiais. Com isso realizou-se ensaios com algumas pastas realizando as misturas dentro e fora do calorímetro.
A sequência de preparo das amostras internamente e execução do ensaio está descrita a seguir:
1. Pesagem da diluição dos componentes líquidos em balança de precisão; 2. Pesagem de 3g do cimento;
56
4. Pesagem dos componentes líquidos (água, NS e SP) nas seringas do conjunto de ampola e misturador;
5. Introdução do cimento e PSA dentro da ampola;
6. Mistura externa dos componentes sólidos por 30 segundos;
7. Introdução do conjunto dentro do calorímetro de condução isotérmica; 8. Estabilização da temperatura (25oC) por no mínimo uma hora;
9. Cadastro das amostras no software e pesquisa de linha de base (estabilidade da leitura de calor gerado) de cada um dos canais do calorímetro;
10. Após atingir a linha base, pode ser iniciado o ensaio. Os motores de cada conjunto foram ligados individualmente para mistura interna das amostras. Começou-se a aquisição dos valores gerados de liberação de calor pelo software;
11. Foram injetados os componentes líquidos das seringas num tempo aproximado de 1 minuto e 30 segundos e posterior mistura por mais 10 minutos;
12. Duração total do ensaio de 72 horas com aquisição de dados com frequência média de 3 segundos.
Na Figura 3.18 estão apresentadas algumas etapas citadas acima do preparo e execução do ensaio interno.
Figura 3.18 - Processo de preparo das amostras e execução do ensaio: a) pesagem do cimento; b) Pesagem do PSA; c) Pesagem do conjunto ampola e seringas; d) colocação dos elementos líquidos nas seringas; e) Conjunto pesado com os elementos líquidos;
f) Colocação do conjunto ampola e seringas dentro do calorímetro por condução isotérmica.
(a) (b) (c)
57
Para a realização da mistura externa das pastas, foi utilizada a mesma metodologia de mistura dos ensaios reológicos descritos no capítulo 3.3.1. Essa metodologia, porém, não permite a aquisição dos dados de liberação de calor completos, uma vez que a mistura é introduzida no equipamento num período em que já estão ocorrendo as reações de hidratação do cimento, perdendo, assim, dados do primeiro pico de liberação de calor.
A sequência de preparo das amostras externas e execução do ensaio está descrita a seguir: 1. Determinação da linha de base do calorímetro com os canais vazios;
2. Início da estabilização de sinal pelo calorímetro (45min);
3. Mistura das pastas externamente como descrito no capítulo 3.3.1; 4. Introdução da pasta pronta na ampola e pesagem de sua quantidade; 5. Execução do lacre das ampolas;
6. Introdução das ampolas com as pastas e as ampolas vazias nos canais;
7. Marcação do tempo decorrido do contato líquido-sólido até a introdução da ampola no calorímetro;
8. Calculo da quantidade de cada componente a partir do peso da amostrra inserida na ampola para cadastro dos componentes no software;
9. Início da aquisição de dados (72 horas com aquisição de dados a cada 3 segundos). Na Figura 3.19 estão apresentadas algumas etapas citadas acima do preparo e execução do ensaio externo.
Figura 3.19 - Processo de preparo das amostras e execução do ensaio externo: a) pesagem da ampola; b) introdução da pasta na ampola; c) realização do lacre da ampola
(a) (b) (c)
Após realizados os ensaios das pastas REF e PSA30 NS2 interna e externamente, foram comparados os resultados obtidos pelo calorímetro (Figura 3.20) e a aparência visual das pastas (Figura 3.21).
58
Figura 3.20 - Resultados de calorimetria das pastas REF e PSA30 NS2 misturadas dentro e fora do calorímetro.
Figura 3.21 - Processo de preparo das amostras e execução do ensaio: a) pasta REF com mistura INTERNA; b) pasta REF com mistura EXTERNA c) pasta PSA30 NS2 com mistura INTERNA d) pasta PSA30 NS2 com mistura EXTERNA.
(a) (b)
(c) (d)
Com relação aos gráficos de liberação de calor observou-se que as pastas misturas externamente ao calorímetro apresentaram halos das curvas mais largos e intensidades de calor liberada menores. A pasta REF ainda apresentou um pequeno retardo quanto ao tempo de ocorrência do pico de formação de C-S-H, CH e AFt, podendo ser causado pela diferença na
59
energia de mistura. Visualmente (Figura 3.21), as pastas misturadas internamente não se mostraram homogêneas, com ocorrência de aglomerações, o que pode ter influenciar na quantidade de calor gerado.
Dada essa análise, optou-se por fazer todas as misturas do programa experimental externamente, uma vez que apresentaram resultados mais consistentes e pastas mais homogêneas, mesmo com a perda do primeiro pico de hidratação.
60
4 ANÁLISES E RESULTADOS
Neste capítulo foram analisados e discutidos os resultados obtidos durante o programa experimental dos comportamentos das adições de PSA e NS nas pastas de cimento individualmente e em conjunto, além de um estudo estatístico dos resultados, referentes aos ensaios reológicos ao longo do tempo.
Por último foram analisadas as influencias das adições na liberação de calor, pelos resultados obtidos nos ensaios de calorimetria por condução isotérmica.