Evolução microestrutural de pastas geopoliméricas do sistema metacaulim-NaOH-Na2SiO3 curado à temperatura ambiente: um estudo de durabilidade

Abstract

Os impactos ambientais associados à produção de cimento Portland têm impulsionado o desenvolvimento de ligantes alternativos, entre os quais se destacam os geopolímeros à base de aluminossilicato reagidos com álcalis. Esta pesquisa teve como objetivo avaliar a evolução microestrutural e sua relação com o desempenho físico-mecânico e a durabilidade a longo prazo de pastas geopoliméricas do sistema metacaulim–NaOH–Na2SiO3, preparadas sem adição externa de água e curadas à temperatura ambiente por até 12 meses. Cinco composições foram desenvolvidas utilizando planejamento de misturas, variando os teores de metacaulim, hidróxido de sódio e silicato de sódio. As pastas foram caracterizadas nos estados fresco e endurecido por meio de mini abatimento, tempo de pega, calorimetria isotérmica, FTIR, espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios X (DRX). Adicionalmente, foram realizados ensaios de absorção de água por capilaridade, densidade aparente e porosidade, resistência à compressão, adsorção de nitrogênio (BET/BJH) e porosimetria de intrusão de mercúrio (MIP) em diferentes idades de cura. Os resultados mostraram que as pastas geopoliméricas apresentam uma estrutura predominantemente amorfa associada à formação de uma nanoestrutura de aluminossilicato, com fases cristalinas residuais, como quartzo proveniente do metacaulim não reagido. Observou-se evolução microestrutural ao longo do tempo, com densificação da matriz e refinamento da estrutura dos poros em idades iniciais, seguidos de estabilização estrutural em idades mais avançadas. Evidenciou-se uma relação direta entre a microestrutura e o desempenho do material, com variações na resistência à compressão e no comportamento de transporte de fluidos em função da composição e do tempo de cura. Além disso, a presença de fases residuais e a conectividade dos poros influenciaram diretamente a durabilidade e o desempenho mecânico das pastas, atuando como descontinuidades na matriz e contribuindo para a formação de microfissuras em idades avançadas. Uma descoberta crucial foia perda de resistência à compressão observada aos 12 meses em algumas composições, correlacionada com o aumento da porosidade aparente, maior absorção capilar de água e retração por secagem variando de 0,35% a 0,87%. Diferentemente das demais composições, a amostra 5C(41MK 54SS 5HS), apresentou maior estabilidade mecânica ao longo do período analisado, mantendo a resistência à compressão aos 12 meses, mesmo diante das transformações microestruturais observadas, configurando-se como a composição com melhor desempenho em termos de durabilidade a longo prazo. A composição 3V(40MK 56SS 4HS), destacou-se por apresentar menor retração e uma estrutura de poros mais refinada emidades iniciais, porém não manteve o mesmo nível de estabilidade mecânica em idades avançadas, evidenciando que a estabilidade dimensional isolada não é suficiente para garantir a durabilidade do material. Conclui-se que a durabilidade a longo prazo de pastas geopoliméricas à base de metacaulim é governada pelo equilíbrio entre a cinética de reação inicial e a evolução da estrutura de poros em estágios avançados, com o quartzo residual atuando como sítio preferencial para a nucleação de microfissuras.