ESCÓRIA GRANULADA DE ALTO FORNO

A escória é um sub-produto da produção de ferro-gusa, que consiste na transformação do óxido de ferro do minério em ferro metálico, por uma reação de redução com carvão, em alto forno, a uma temperatura de 1400 oC. A cinza do carvão e as impurezas são escorificadas por calcário e dolomito introduzidos no processo como fundentes.

Um resfriamento lento da escória leva à formação de uma estrutura sólida estável, composta de silicatos de Ca-Al-Mg, e especialmente melilita, que é uma solução sólida de gelenita (C2AS), akermanita (C3MS2) e mervinita (C3MS2). Estas

escórias cristalizadas possuem propriedades mecânicas similares ao basalto e são utilizadas como agregados miúdo e graúdo.

Quando resfriada bruscamente, finamente dividida e em mistura com a água, também desenvolve resistência mecânica, mas para ser aplicada na prática é necessário que se utilizem ativantes que acelerem as reações de hidratação, como o cimento Portland. A escória é denominada aglomerante hidráulico potencial, porque endurece mesmo não moída.

Não se deve confundir a sua atividade hidráulica com a das pozolanas. Enquanto a pozolana consome cal para formar compostos hidráulicos, a escória é capaz de desenvolver estes compostos, desempenhando a cal o papel de acelerador destas reações. A escória em água endurece e libera cal, podendo o pH atingir o valor 11, de modo análogo ao cimento Portland; deve-se lembrar que esta analogia é qualitativa mas não quantitativa.

Outros compostos hidráulicos que podem ser utilizados para se ativar a escória são os hidróxidos de sódio e de potássio, carbonato de sódio, cloreto de cálcio e sulfato de sódio, em geral adicionados em pequena quantidade. Essas substâncias têm pouco interesse, pois causam eflorescência, promovem corrosão metálica e reduzem a resistência mecânica da mistura escória-cimento Portland.

A composição química é muito importante na determinação das propriedades hidráulicas da escória, pois ela determina a sua basicidade e estrutura cristalina.

O resfriamento brusco é conseguido industrialmente através de lançamentos de jato de água ou ar sob pressão sobre a escória fundida. Este processo provoca a formação de grãos vítreos de até 4 mm de diâmetro, que após a moagem são reduzidos a grãos menores que 45 µm. A fase vítrea permite alta reatividade química, pois tem uma estrutura bastante desordenada. Partículas menores que 10 µm contribuem para as resistências iniciais do concreto até 28 dias e partículas entre 10 e 45 µm contribuem para as resistências a longo prazo.

É sabido que o excessivo calor de hidratação, principalmente nas primeiras idades de maturação do cimento Portland, pode afetar a durabilidade a longo termo. É importante assegurar que a evolução de calor seja controlada, permitindo assim que a mistura desenvolva uma microestrutura densa, homogênea e livre de fissuras. A incorporação de escória, promove um benefício mais significativo para a durabilidade do que para a resistência.

forno e do superplastificante na redução do calor de hidratação. Fazendo-se uma manipulação da finura da escória de alto forno, podemos aumentar a sua capacidade de redução do pico de calor (figura 2.15).

Figura 2.14 – Influência da escória e do superplastificante na evolução do calor de hidratação do concreto (SWAMY e BARBOSA, 1997)

Figura 2.15 – Influência da finura da escória com superplastificante na evolução do calor de hidratação do concreto (SWAMY e BARBOSA, 1997)

Das análises dos resultados dos gráficos das figuras 2.14 e 2.15, podemos concluir que:

• superplastificantes com retardadores de pega podem estender o pico do tempo da evolução do calor de hidratação por um fator de quase dois;

• a substituição parcial do cimento por 50% de escória com um fator a/mc de 0.4, por outro lado reduziu o pico de calor em 60%;

• a utilização combinada de escórias e superplastificantes podem retardar o pico de calor num mesmo fator do primeiro caso acima supracitado;

• com uma cuidadosa seleção do superplastificante, do nível de substituição do cimento e da relação a/mc, o retardo no tempo de pega e a evolução do calor de hidratação, podem ser controlados.

Segundo SWAMY e BARBOSA (1997), a hidratação inicial da escória de alto forno é lenta porque depende da decomposição da fase vítrea pelos íons de hidroxila liberados durante a hidratação do cimento Portland em idades mais avançadas. Assim, tem-se no geral, uma redução e também um retardo no pico de temperatura do concreto devido à hidratação do cimento Portland.

Como a mistura de cimento Portland e escória contêm mais sílica do que cimento Portland puro, o resultado da hidratação é uma maior quantidade de CSH. Assim a microestrutura da pasta resultante é mais densa.

A liberação progressiva dos álcalis pela escória, juntamente com a formação do hidróxido de cálcio pelo cimento Portland, implica numa reação continuada da escória por longo tempo, e conseqüentemente, num aumento da resistência a longo prazo.

Escórias com grãos mais finos resultam numa maior evolução da resistência a longo prazo. Alguns resultados comparativos são mostrados na figura 2.16.

Figura 2.16 – Influência da finura da escória no desenvolvimento da resistência do concreto (taxa de substituição de 50%) (SWAMY e BARBOSA, 1997)

A cura úmida prolongada (maior que sete dias) em misturas com escória é muito importante, pois a hidratação inicial lenta resulta num sistema de poros capilares que permite a perda de água em condições de secagem. Caso isso ocorra , a hidratação não irá continuar. Assim uma cura úmida longa, implicará num maior desenvolvimento de resistência a longo prazo (figura 2.17), além de resultar também numa estrutura porosa mais fechada, o que proporcionará uma maior resistência a ataques ácidos.

Figura 2.17 – Influência das condições de cura no desenvolvimento da resistência de concretos com escória (SWAMY e BARBOSA, 1997)

A adição de escória de alto forno ao cimento Portland pode conferir benefícios significativos na qualidade e durabilidade. Entretanto, a incorporação sem critérios deste material pode alterar a capacidade de contribuir para uma melhor performance da mistura, mas através de processos criteriosos de dosagem, execução e cura podemos obter propriedades desejáveis que são vistos a seguir.

Assim sendo, a escória granulada de alto forno proporcionará obtenção de misturas com as seguintes características: (i) baixo calor de hidratação; (ii) maiores tempos de pega; (iii) menores taxas de retração na mistura plástica; (iv) formação de uma maior quantidade de CSH; (v) maior resistência a longo prazo; (vi) menor quantidade de poros; (vii) maior resistência a ataques de sulfatos e cloretos; (viii) menores taxas de segregação e exsudação; (xix) maior durabilidade.

Por fim, vale a pena ressaltar que existem escórias com alto teor de alumina (Al2O3) que são mais reativas, portanto se o objetivo da adição da escória na mistura de

cimento Portland é para redução do calor total gerado deve-se evitar este tipo de material.