Microscopia Eletrônica de Varredura com EDS

Como já referido, os ensaios de microscopia eletrônica de varredura (MEV) com espectroscopia de raios-X por dispersão em energia (EDS) foram realizados nas misturas (i) solo – 10% VM – 5 % CC e (ii) solo – 30% VM – 12% CC curadas de forma selada a 23°C e 40°C de temperatura ao longo de 7 dias. Findado o tempo de cura, as amostras eram secas a temperatura ambiente durante um dia e prosseguiam para os procedimentos que envolviam os ensaios, os quais foram realizados em um microscópio de varredura por emissão de campo modelo Inspect F50. De modo a aumentar a nitidez das imagens, as amostras eram metalizadas com íons de carbono antes de prosseguirem ao microscópio, motivo pelo qual esse elemento pode aparecer nos espectros de EDS.

Através dos resultados de MEV estimava-se avaliar de forma visual eventuais transformações na morfologia da microestrutura do solo em decorrência das adições de pó de vidro moído e cal de carbureto, em um ambiente hidratado. Os resultados verificados com o EDS possibilitaram a avaliação da composição química geral das misturas e em determinados pontos de interesse. Logo, comparações com o solo em seu estado natural foram possíveis. A apresentação dos resultados inicia com as imagens de MEV para cada mistura e condição de cura, seguida de conclusões parciais e apresentação dos resultados de EDS para alguns pontos. Um EDS geral comparando a composição química do solo com a das misturas (i) e (ii) é apresentado ao final deste item.

As figuras 99, 100, 101 e 102, expostas na sequência, apresentam os resultados dos ensaios de MEV para a mistura (i), composta por 10 % de VM e 5 % de CC, curada a 23°C durante 7 dias. Ampliações de 400, 1000, 2500 e 10000 vezes foram empregadas.

Figura 99: Imagem de MEV da mistura (i) curada a 23°C e ampliada 400 x

(foto do autor)

Figura 100: Imagem de MEV da mistura (i) curada a 23°C e ampliada 1000 x

(foto do autor)

Figura 101 – Imagem de MEV da mistura (i) curada a 23°C e ampliada 2500 x

Figura 102 – Imagem de MEV da mistura (i) curada a 23°C e ampliada 10000 x

Figura 101: Imagem de MEV da mistura (i) curada a 23°C e ampliada 2500 x

(foto do autor)

Figura 102: Imagem de MEV da mistura (i) curada a 23°C e ampliada 10000

(foto do autor)

Das imagens acima, quando comparadas às do solo apresentadas no item 4.1.1, percebe-se que as partículas na mistura (i) se encontram em um estado de maior agregação, havendo mais pontos de ligação aparente entre essas. Tal fenômeno deve-se, provavelmente, à adição de cal

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que promove a floculação em sistemas dessa natureza. A mesma tendência foi observada por Consoli et al. (2016) na estabilização do mesmo solo com cal hidratada. Além disso, nota-se uma mudança considerável na textura da superfície das partículas, a qual passa a ser mais irregular, possivelmente em decorrência da presença do hidróxido de cálcio e partículas de pó de vidro moído. Não foi possível a confirmação através de identificação visual de silicato de cálcio hidratado (C-S-H), pois até então não havia estrutura formada que se assemelhasse a tal composto ligante.

De maneira análoga ao apresentado para a mistura curada a 23°C, as figuras 103, 104, 105 e 106 expõem os resultados dos ensaios de MEV para a mesma mistura (10 % de VM e 5 % de CC) curada a 40°C durante 7 dias. As mesmas ampliações de imagem foram empregadas (400, 100, 2500 e 10000 x).

Figura 103: Imagem de MEV da mistura (i) curada a 40°C e ampliada 400 x

(foto do autor)

Figura 104: Imagem de MEV da mistura (i) curada a 40°C e ampliada 1000 x

Figura 105: Imagem de MEV da mistura (i) curada a 40°C e ampliada 2500 x

(foto do autor)

Figura 106: Imagem de MEV da mistura (i) curada a 40°C e ampliada 10000 x

(foto do autor)

As imagens de MEV feitas na mistura (i) com cura a 40°C revelaram uma estrutura distinta em comparação com a do solo original e com a mesma mistura curada a 23°C. A despeito da mesma estrutura floculada quando comparada ao solo em si, a cura a 40°C implicou uma transformação mais evidente na textura superficial dos grãos do solo. Foi possível a identificação visual do que parece ser C-S-H, C-A-S-H, ou algum composto ligante correlato, ligando duas partículas de solo na imagem da figura 105 e em outras partículas. Tal reconhecimento está de acordo com o observado por Saldanha (2018), Dash e Hussain (2012), Yoobanpot e Jamsawang (2014), dentre outros, e é corroborado pelos resultados anteriormente apresentados de difração de raios- X.

Os resultados de EDS das regiões 1 e 2, destacadas na figura 105 (2500 x), são apresentados a seguir na figura 107. Nota-se que a primeira é relativa a uma partícula do solo na qual há a presença de elementos com maior massa atômica (pontos mais claros da imagem), os quais devem corresponder ao ferro (Fe) e ao cromo (Cr). A segunda, por sua vez, situa-se no local identificado como C-S-H ou C-A-S-H e, de fato, pela composição química verificada, pode ser referente a um composto ligante hidratado dessa natureza.

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Figura 107: EDS dos pontos 1 e 2 para a mistura (i) curada a 40°C (elaborado pelo autor)

As imagens de MEV para a mistura composta por 30% de VM e 12% de CC (ii) curada a 23°C ao longo de 7 dias são expostas nas figuras 108, 109, 110 e 111, a seguir. O padrão de apresentação é o mesmo utilizado anteriormente, sendo empregadas as ampliações de 400, 1000, 2500 e 10000 vezes.

Figura 108: Imagem de MEV da mistura (ii) curada a 23°C e ampliada 400 x

(foto do autor)

Figura 109: Imagem de MEV da mistura (ii) curada a 23°C e ampliada 1000 x

Figura 110: Imagem de MEV da mistura (ii) curada a 23°C e ampliada 2500 x

(foto do autor)

Figura 111: Imagem de MEV da mistura (ii) curada a 23°C e ampliada 10000 x

(foto do autor)

Para a mistura (ii), as distinções com relação ao solo e à mistura (i) são muito mais evidentes. Nota-se uma estrutura bastante floculada, mesmo na imagem com ampliação de 400 x. Há uma agregação muito mais notável das partículas que compõem o solo em decorrência da incorporação de 12 % de cal de carbureto. Além disso, partículas de vidro moído, dada sua adição de 30 %, são facilmente identificadas em todas as imagens. Na figura 109 (ampliação de 1000 x), por exemplo, nota-se uma aglomeração de partículas de solo, vidro e cal que formam um único grande grão da mistura. Outro aspecto importante é a sensível mudança na textura superficial das partículas com relação ao solo e à mistura (i).

Ainda, nas figuras 110 e 111, nota-se a presença de uma estrutura com formato prismático, de aspecto bastante distinto se comparado às demais que compõem o material analisado. Trata-se, provavelmente, de algum mineral presente no solo, talvez um cristal de quartzo. No entanto, a despeito dessas características, não foi possível a identificação visual de compostos ligantes como o C-S-H para a cura a 23°C, o que está de acordo com o anteriormente verificado nos ensaios de DRX. Os resultados de EDS para duas regiões destacadas na figura 110 são apresentados a seguir (figura 112) e exibem a composição química das partes destacadas. Nota- se a grande concentração de cálcio e silício na região 2 e de ferro, correspondente às partículas mais claras na imagem, no espectro 1. Nesse sentido, é possível que a região 2 corresponde a um silicato de cálcio hidratado com estrutura amorfa e/ou fracamente cristalina.

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Figura 112: EDS dos pontos 1 e 2 para a mistura (ii) curada a 23°C (elaborado pelo autor)

Por sua vez, as mesmas imagens para a mistura (ii), porém com cura a 40°C durante 7 dias, são expostas na sequência (figuras 113, 114, 115 e 116). As mesmas condições de ampliação de imagem foram empregadas nesse caso.

Figura 113: Imagem de MEV da mistura (ii) curada a 40°C e ampliada 400 x

(foto do autor)

Figura 114: Imagem de MEV da mistura (ii) curada a 40°C e ampliada 400 x

Figura 115: Imagem de MEV da mistura (ii) curada a 40°C e ampliada 2500 x

(foto do autor)

Figura 116: Imagem de MEV da mistura (ii) curada a 40°C e ampliada 10000 x

(foto do autor)

Nota-se que a estrutura da mistura (ii) para a cura a 40°C é bastante distinta com relação ao solo original e à mesma mistura curada a 23°C. Também, a despeito dessa apresentar estrutura floculada, a textura superficial dos grãos difere sensivelmente da observada na mesma mistura curada à menor temperatura. A imagem ampliada 2500 vezes (figura 115) expõe a aglomeração de grãos de solo, vidro moído e cal ligados pelo que parece ser silicato de cálcio hidratado (C- S-H) ou algum outro composto correlato. Essa região, provavelmente formada por C-S-H, é destacada na mesma imagem e tem aspectos semelhantes aos observados na mistura (i) quando curada a 40°C, estando de acordo com o que foi constatado por Saldanha (2018), Dash e Hussain (2012), Yoobanpot e Jamsawang (2014), dentre outros. No entanto, não há como identificar as causas das distinções observadas entre as misturas (i) e (ii), já que em ambos os teores de cal de carbureto e pó de vidro moído são diferentes. Mais provável é que a variação nos teores de ambos os materiais tenha acarretado nas distinções observadas.

O ponto mais claro na figura 113, e destacado como (1) na figura 117, é composto majoritariamente pelo elemento zircônio, como atestam os resultados de EDS expostos a seguir nas figuras 117 e 118. Esse metal pode ser encontrado como elemento traço em solos distintos (PARAHYBA et al., 2009). Além disso, foi feita a verificação da composição química de uma partícula próxima (2), na qual foi detectada a presença de cálcio em uma estrutura que pode ser um composto ligante hidratado, como o C-S-H, envolvendo uma partícula do solo. Lembrando que não foi encontrada a presença de cálcio no solo natural, conforme exposto no item 4.1.1, e

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não se nota a existência de grãos de cal de carbureto e pó de vidro moído desprendidos na região (2) em que se realizou o espectro, o que reforça a possibilidade da região marcada ser um ligante.

Figura 117: Imagem ampliada da mistura (ii) curada a 40°C (foto do autor)

Figura 118: EDS dos pontos 1 e 2 para a mistura (ii) curada a 40°C (elaborado pelo autor)

As figuras 119, 120 e 121, a seguir, apresentam os resultados de EDS para o solo, para a mistura (i) e para a mistura (ii). Nessas, apresenta-se a composição química elementar, sendo excluídos da análise o carbono, por ser o material utilizado na metalização, e o oxigênio, por ser considerado irrelevante na análise.

Figura 119: EDS do solo desconsiderando a presença de carbono e oxigênio (elaborado pelo autor)

Figura 120: EDS geral da mistura (i) (elaborado pelo autor)

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Figura 121: DS geral da mistura (ii) (elaborado pelo autor)

Dos resultados apresentados acima, nota-se a mudança na composição química das três amostras avaliadas em decorrência das adições de cal de carbureto e pó de vidro moído. A participação do alumínio (Al) na composição geral dos espécimes cai de 20 % para 16,50 e 12,60 % nas amostras (i) e (ii), respectivamente, já que o pó de vidro moído (VM) contém pouco alumínio em sua composição quando comparado ao solo dispersivo. A mesma tendência de queda é observada para o silício (Si), de 58,60 % para 50,70 % (mistura i) e 44,94 % (mistura ii). Por outro lado, nota-se o incremento na quantidade de sódio (Na), pois o mesmo material (VM) apresenta quantidades significativas desse elemento em sua composição. O cálcio (Ca), por sua vez, inexiste no solo original e sua quantidade cresce ao passo que aumentam as quantidades adicionadas de vidro moído e cal, materiais ricos em cálcio. Nesse sentido, a variação na quantidade dos outros elementos pode ser explicada pela substituição do solo pelo pó de vidro moído e pela cal de carbureto. Logo, verificou-se uma queda nas quantidades de magnésio (Mg), potássio (K), titânio (Ti) e ferro (Fe).

5 DISCUSSÃO E CONSIDERAÇÕES FINAIS

Com base no que foi exposto e comentado ao longo do presente trabalho, apresentam-se conclusões e sugestões para trabalhos futuros.