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Type: Tese de Doutorado
Title: Estudo das propriedades das argamassas refratárias úmidas com o tempo de estocagem
Authors: Manoel Roberio Ferreira Fernandes
First Advisor: Paulo Roberto Gomes Brandao
First Referee: Sergio Luiz Cabral da Silva
Second Referee: Paulo Osório Ribeiro Caldeira Brant
Third Referee: Alamar Kasan Duarte
Abstract: A avaliação das argamassas refratárias é comumente realizada, no meio refratarista, sob um enfoque macroscópico onde se observa a trabalhabilidade através da variação da plasticidade das argamassas e sua resistência, após secagem e após queima, por meio da variação da força ligante. A aderência de uma argamassa à base do substrato de um tijolo refratário se dá por processo mecânico e químico. Esta aderência, medida pelo ensaio de força ligante, tende a apresentar, após secagem, resultados ligeiramente menores que após a queima, devido à formação de fases cerâmicas após a queima. A fim de demonstrar as variações do comportamento reológico e das propriedades mecânicas com o tempo de estocagem para duas diferentes classes de argamassas úmidas à base de silicato de sódio, foram realizados ensaios de penetração, em intervalos pré-determinados, ao longo de 12 meses, além de ensaios de força ligante e análise microestrutural das interfaces argamassa/tijolo refratário, para cada classe de argamassa. A seleção e variação de matérias-primas e aditivos constituintes foram realizadas conforme critérios experimentais práticos do próprio autor, devido à escassez de trabalhos publicados sobre o assunto. A base experimental deste trabalho foi construída a partir de dois tipos de argamassas úmidas ligadas a silicato de sódio: uma silicoaluminosa, argamassa à base de chamote silicoaluminoso, argila e bissilicato de sódio, e outra aluminosa à base de alumina eletrofundida, argila e bissilicato de sódio. As variações no preparo das argamassas para o estudo foram a quantidade de água definida pela penetração desejada, a adição de aditivos modificadores de interface sólido/água, como o NaOH, coíon modificador de cargas superficiais, e CMC carboximetilcelulose macromolécula modificadora da viscosidade do sistema em estudo. A reologia das argamassas silicoaluminosas estudadas foi mais afetada que a das argamassas aluminosas devido à diferença na porosidade de seus constituintes. Foi observado, de uma maneira geral, que a perda de plasticidade das argamassas foi reduzida quando se introduziram aditivos modificadores de interface sólido/água nos experimentos. Nos primeiros 15 dias de estocagem, algumas argamassas úmidas apresentaram uma mudança elevada em sua reologia, passando do estado fluido ao estado gelatinoso. A maior evidência de alteração reológica foi observada para argamassa de classe silicoaluminosa sem adição de aditivos e a menor para a classe aluminosa aditivada. As análises microestruturais da interface argamassa/tijolo foram realizadas utilizando-se microscopia eletrônica de varredura com microanálise EDS (MEV-EDS) que permitiram a identificação do íon sódio das argamassas penetrando nos microporos e poros do tijolo refratário. Conclui-se, através deste estudo, que as suposições sobre as modificações reológicas realmente estão predominantemente relacionadas aos aspectos de absorção capilar, notadamente a distribuição de poros muito pequenos. Quando se criam condições para dificultar a absorção, esta característica reológica da argamassa é menos afetada ao longo do tempo. Não se pode afirmar que ocorreu perda de resistência mecânica quando se adicionaram aditivos modificadores de interface sólido/água às argamassas. Observou-se que, de maneira geral, os melhores resultados dos testes de força ligante ocorreram após tratamento térmico a 1400ºC por 5 horas, para ambas as classes de argamassas estudadas.
Abstract: The evaluation of refractory mortars is commonly performed in the refractories industry under a macroscopic approach where the mortars workability is observed by means of the plasticity and its resistance after drying and further burning through strength bonding. The adherence of a mortar on the base from the substrate of a refractory brick occurs by mechanical or chemical mechanism. This adhesion is measured by the test of bonding strength and tends to show after drying, results slightly lower than after burning due to the formation of ceramic phases after burning. In order to demonstrate the changes in the rheological behavior and the mechanical properties with the storage time for the two different kinds of wet mortars based on sodium silicate binder, workability tests were conducted at predetermined intervals along twelve months, furthermore tests of bonding strength and microstructural analysis of interfaces mortar/refractory brick for each type of mortar were also performed. The selection and variation of the raw materials and constituent additives were made according to the authors own experimental and practical criteria, due to scarcity of articles or papers published about the subject. The basis of this experimental study was built up from two types of wet mortar linked to the same sodium silicate: one of them as mortar basis of fireclay chamote, clay and sodium silicate and the other aluminous mortar basis of fused alumina, clay and sodium silicate. The variations for preparing the mortars for this study were the amount of water defined by the workability desirable, the adding of additives modifiers of the interface solid / water, such as NaOH co-ion modifier superficial charges and CMC carboxymethylcellulose - a macromolecule that modifies the viscosity of system. The rheology of fireclay mortars studied was more affected than high alumina mortars due to the difference in porosity of its raw materials constituents. In general, it was observed that the loss of plasticity of the fireclay mortars was reduced when additives, modifiers of the interface solid/water, have been introduced in these experiments. In the first 15 days of storage wet mortars showed a big change in its rheology, from fluid to gelatinous state. The greatest evidence of change was observed for mortars rheological behavior for the fireclay classes without additives and the lowest one was for the high alumina classes with additives. The microstructural analyses of the interface refractory mortar/brick were conducted using scanning electron microscopy with EDS microanalysis (SEM-EDS) that led to the identification of sodium ion from the mortar penetrating into the micropores of the refractory brick. It is possible to conclude that the assumptions about the rheological changes truly are predominantly related to adsorption capillary mechanisms and when conditions are created for making this capillarity adsorption difficult, the mortars rheological characteristic is less affected during the storage. It was not confirmed that the loss of strength that occurred when modifiers, additives for the solid interface/water, were added in mortars during its mixing. In general, for both classes of mortars studied it was observed that the best strength bonding results have occurred after heat treatment at 1400°C during 5h.
Subject: Engenharia metalúrgica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/CMBC-8XNGTL
Issue Date: 12-Jul-2012
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