Substrato Sólido Concreto e Amostras da Matriz

Concretos refratários contêm em suas composições partículas com tamanho médio da ordem de milímetros a nanometros. Esta variação de tamanhos e as diversas fases constituintes contribuem para que este seja um material multifásico e heterogêneo. A complexa composição química do sólido e a presença de agregados é um dos principais fatores que afetam negativamente a possibilidade de implantação do método da molhabilidade na avaliação dos materiais refratários.

Todavia, alguns ensaios com substratos preparados a partir da composição completa do concreto 10SBC foram realizados e comparados com os testes desenvolvidos sobre a superfície da matriz desta mesma composição refratária. Somente sólidos com a superfície retificada foram estudados nesta etapa do trabalho. A Figura 4.27 mostra uma seqüência de fotos coletadas durante o experimento com a matriz do concreto 10SBC e a escória ES05.

Figura 4.27 Evolução do molhamento da escória ES05 na matriz da composição 10SBC: (a) 930ºC, (b) 1255ºC, (c) 1275ºC, (d) 1337ºC, (e) 1431ºC, (f) 1480ºC, (g) 1550ºC e (h) 1550ºC depois de 10 minutos nesta temperatura. ES05

1 cm

10SBC

(a) (b) (c) (d)

Com o aumento da temperatura houve a deformação do cilindro com a formação do líquido, espalhamento da mesma sobre o substrato refratário e obtenção de ângulos de contato menores que 90 graus, indicando o bom molhamento do substrato. Várias escórias foram utilizadas nesta avaliação, no entanto, somente os resultados da composição ES05 são apresentados aqui. As fotografias das amostras da matriz e concreto após os ensaios são mostradas na Fig. 4.28. Além disso, o comportamento do ângulo de contato em função da temperatura também é apresentado na Fig. 4.29.

Figura 4.28 Fotografias das amostras após teste com a escória ES05 sobre: (a) matriz e (b) concreto 10SBC. 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 0 20 40 60 80 100 120 Â n g u lo d e C o n ta to ( º) Temperatura (ºC) ES05 / matriz ES05 / concreto

Figura 4.29 Comportamento do ângulo de contato em função da temperatura nos substratos retificados do concreto 10SBC.

1 cm

A presença de agregados nas amostras dos concretos foi um dos fatores que alterou o espalhamento do líquido sobre os substratos sólidos avaliados.

No caso dos concretos, a diminuição do ângulo de contato foi mais ampla do que a apresentada nos experimentos sobre a composição da matriz, devido principalmente as diferenças dos teores de carbono contidos nos sólidos. Por exemplo, para a preparação das amostras da matriz foi feita a normalização dos teores dos constituintes do concreto 10SBC com d50 < 75 m, levando ao aumento dos teores das fontes de carbono e antioxidantes.

Sabe-se que na prática a presença de carbono proporciona uma redução da molhabilidade da escória, diminuindo a deterioração dos materiais refratários. Portanto, o uso de 21%-p de carbono na composição das amostras da matriz (ver Tabela 3.8) pode ter contribuído para diminuir o molhamento e o espalhamento do líquido sobre este substrato quando comparado com as amostras do concreto.

Adicionalmente, os sólidos obtidos após tratamento térmico possuem poros que modificam o equilíbrio na linha tripla [50, 77]. Portanto, a reprodutibilidade dos resultados obtidos sobre amostras da matriz e do concreto foi avaliada em virtude do grande número de parâmetros que podem influenciar e mudar o comportamento do molhamento em alta temperatura. Para isso, o efeito do tamanho da gota no espalhamento do líquido foi investigado, uma vez que a composição 10SBC continha agregados com tamanho máximo de partículas igual a 4,75 mm e caso a gota do liquido seja muito pequena, o ângulo de contato pode não ser representativo para o material como um todo.

Corpos de prova de concreto com diâmetro de 40 mm e altura igual a 10 mm e amostras das escórias com 8 mm de diâmetro e 8 mm de altura foram preparadas para estes ensaios. Conforme apresentado nas Fig. 4.30 e 4.31, o uso de cilindros maiores de escória promoveu a formação de elevada quantidade de líquido e pronunciado espalhamento deste na superfície do concreto 10SBC.

Figura 4.30 Evolução da molhabilidade da escória ES0 no substrato retificado do concreto 10SBC: (a) 820ºC, (b) 1194ºC, (c) 1225ºC, (d) 1228ºC, (e) 1230ºC, (f) 1389ºC, (g) 1468ºC e (h) 1550ºC.

Figura 4.31 Fotos das amostras obtidas após três testes distintos (temperatura máxima atingida = 1530o_{C) envolvendo a escória ES0 e o concreto 10SBC.}

No entanto, as medidas do ângulo de contato somente foram acompanhadas até a temperatura de 1530o_{C devido ao acentuado} espalhamento do líquido e a algumas restrições do equipamento.

O espalhamento preferencial da escória ES0 foi observado quando este líquido estava em contato com alguns agregados de alumina. Assim, a presença de agregados de Al2O3 e SiC induziram à obtenção de um espalhamento assimétrico das escórias, decorrentes das diferenças das tensões interfaciais geradas na superfície do concreto.

1 cm 1 cm

Estes aspectos contribuíram para revelar a reduzida reprodutibilidade do comportamento de molhamento das escórias sobre amostras de concreto (Fig. 4.32). Além disso, as diferenças observadas também podem ter sido causadas pela infiltração do líquido na porosidade das amostras.

1300 1350 1400 1450 1500 1550 0 20 40 60 80 100 Exp. 1 Exp. 2 Exp. 3 Â n g u lo d e C o n ta to ( º) Temperatura (ºC)

Figura 4.32 Ângulo de contato versus temperatura da escória ES0 no substrato retificado do concreto 10SBC em 3 experimentos diferentes.

O aumento no tamanho das amostras das escórias minimiza o efeito da rugosidade da superfície sólida e baixos valores de ângulos de contato são obtidos com o aumento da temperatura. Entretanto, o efeito da força da gravidade pode alterar o espalhamento da escória sobre o sólido e existe um limite no aumento do tamanho da gota para que este não afete a medida do molhamento. Quando apenas o ângulo de contato é necessário, pequenas gotas com massa típica de 10-2 - 10-1 g (p.e., no caso dos cilindros com 3 mm de diâmetro e 5 mm de altura) são mais recomendadas, pois a deformação do líquido pela gravidade pode ser desconsiderada sob tais condições [77].

Por outro lado, o comportamento do molhamento sobre a superfície das amostras da matriz do concreto 10SBC é reprodutível, como exibido na Fig. 4.33. O desvio padrão de três ensaios realizados nestes substratos confirma este efeito e a qualidade do acabamento aliada ao pequeno tamanho

dos cilindros das escórias pode ter sido os responsáveis pela obtenção de tais resultados. 1300 1350 1400 1450 1500 1550 50 60 70 80 90 100 110 120 Â n g u lo d e C o n ta to ( º) Temperatura (ºC) Curva Média

Figura 4.33 Ângulo de contato versus temperatura da escória ES0 sobre a matriz retificada do concreto 10SBC com seu desvio padrão – considerando 3 experimentos.

Outras escórias também foram avaliadas sobre os substratos da matriz e do concreto 10SBC, porém os resultados coletados seguem a mesma tendência verificada com a ES0 e por isso eles não serão apresentados aqui.

Baseado nos dados obtidos nos experimentos envolvendo dois tamanhos diferentes de substratos sólidos e de cilindros de escórias, optou-se por continuar o estudo apenas com as amostras da matriz das composições refratárias com dimensões de 25 x 25 x 10 mm3 _{(com a superfície retificada) e} corpos de prova cilíndricos de 3 mm de diâmetro e 5 mm de altura para as escórias.