Sílvio_Mazza

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA 
ESCOLA POLITÉCNICA 
MESTRADO EM ENGENHARIA AMBIENTAL URBANA – MEAU 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SILVIO DE CERQUEIRA MAZZA 
 
 
 
 
 
 
 
ESTUDO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS E DA 
ADERÊNCIA ENTRE ARGAMASSA DE REPARO COM 
CIMENTO GEOPOLIMÉRICO E SUBSTRATO DE 
CONCRETO COM CIMENTO PORTLAND. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Salvador 
2009 
 
SILVIO DE CERQUEIRA MAZZA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ESTUDO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS E DA 
ADERÊNCIA ENTRE ARGAMASSA DE REPARO COM 
CIMENTO GEOPOLIMÉRICO E SUBSTRATO DE 
CONCRETO COM CIMENTO PORTLAND. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Projeto de Pesquisa em Produção e Gestão do 
Ambiente Construído do Mestrado em Engenharia 
Ambiental Urbana (MEAU) da Universidade Federal 
da Bahia (UFBA) através do DCTM (Departamento 
de Ciências e Tecnologia dos Materiais), a ser 
desenvolvido na cidade de Salvador, na 
Universidade Estadual Norte Fluminese (UENF) na 
cidade de Campos dos Goytacazes e na Universidade 
Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), apoiado pela 
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de 
Nível Superior (CAPES), através do Programa 
Nacional de Cooperação Acadêmica (PROCAD), 
como requisito parcial para obtenção do grau de 
Mestre em Engenharia Ambiental Urbana. 
 
Orientadora: Profª. Dra. Vanessa Silveira Silva. 
Co-orientador: Profº. Dr. Dylmar Penteado Dias 
 
 
Salvador 
2009 
RESUMO 
 
 
Nenhuma edificação é durável, pois é composta de materiais, cujas 
propriedades variam em decorrência de sua interação com o meio ambiente. O 
problema da pouca durabilidade das construções implica no surgimento das 
Patologias. Com o surgimento das Patologias das Construções, se torna necessária 
o reparo, recuperação, reforço e restauro da mesma. Neste trabalho, se optou por 
avaliar o comportamento das argamassas com cimento Geopolimérico de 
diferentes resistências no reparo de estruturas de concreto convencional, na busca 
de um melhor conhecimento teórico-experimental a respeito do geopolimero e da 
aderência entre esses materiais. Na parte experimental, serão utilizadas técnicas de 
analise de espectroscopia (DRX), ensaios para caracterização da composição 
química (Eflorescência de Raios X), Granulometria a Laser, Análise Térmica, 
ensaios mecânicos (resistência à compressão e à tração, resistência de aderência à 
tração direta e ao cisalhamento na flexão) e de microscopia (MEV) da interface 
argamassa/substrato. Utilizou-se os Álcalis (Cimento Geopolimérico) como 
aglomerante substituindo totalmente o cimento Portland na composição da 
argamassa de reparo. Esta pesquisa é importante para a compreensão do 
comportamento de novos materiais para reparo e recuperação de estruturas em 
concreto. 
 
 
Palavras-chave: Argamassa Geopolimérica, Comportamento Mecânico do 
Geopolimero, Reparo, Aderência. 
 
 
 
 
 
Sumário 
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................................. i 
LISTA DE TABELAS ............................................................................................................................... ii 
CCAAPPÍÍTTUULLOO 11.. INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 1 
1.1 MOTIVAÇÃO ............................................................................................................................... 1 
1.2 JUSTIFICATIVA ........................................................................................................................... 1 
1.2.1 Aspectos Cientificos .............................................................................................................. 1 
1.2.21 Aspectos Tecnologico ........................................................................................................... 1 
1.2.3 Aspectos referentes a apoios institucionais .......................................................................... 2 
1.2.4 Aspectos Ambientais ............................................................................................................. 2 
1.2.5 Aspectos Economicos ........................................................................................................... 3 
1.3 OBJETIVO GERAL ....................................................................................................................... 3 
1.4 OBJETIVOS ESPECIFICOS ............................................................................................................ 3 
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO ........................................................................................................ 4 
CCAAPPÍÍTTUULLOO 22.. CONSIDERAÇÕES GERAIS ......................................................................................... 5 
2.1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................................. 5 
2.2 PATOLOGIAS DAS CONSTRUÇÕES................................................................................................ 9 
2.3 DURABILIDADE E REPARO EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ...................................................... 12 
2.4 ARGAMASSAS DE REPARO ........................................................................................................ 14 
2.5 ADERÊNCIA .............................................................................................................................. 15 
CCAAPPÍÍTTUULLOO 33.. CARACTERIZAÇÃO DO CIMENTO GEOPOLIMERICO .................................... 18 
3.1 HISTÓRICO DO CIMENTO GEOPOLIMERICO ................................................................................ 18 
3.2 OBTENÇÃO, ESTRUTURA E PROPRIEDADES DO CIMENTO GEOPOLIMÉRICO ................................ 20 
3.2.1 Elevada resistência inicial .................................................................................................. 21 
3.2.2 Péga rapida ........................................................................................................................ 21 
3.2.3 Baixa permeabilidade ......................................................................................................... 22 
3.2.4 Elevada resistencia à abrasão ............................................................................................ 22 
3.3 ÁLCALI-ATIVAÇÃO ................................................................................................................... 22 
CCAAPPÍÍTTUULLOO 44.. METODOLOGIA ........................................................................................................... 23 
4.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................... 23 
CCAAPPÍÍTTUULLOO 55.. OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DO CAULIM E DO METACAULIM ........ 24 
5.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................... 24 
5.2 OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DO CAULIM ............................................................................ 24 
5.3 OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DO METACAULIM ................................................................... 25 
5.3.1 Moagem do metacaulim ...................................................................................................... 26 
5.4 CARACTERIZAÇÃO DO CAULIM E DO METACAULIM .................................................................. 27 
5.4.1 DRX – Difração de raios X ................................................................................................. 27 
5.4.2 Granulometria a Laser .......................................................................................................28 
5.4.3 Área superficial específica ................................................................................................. 29 
5.4.4 Análise térmica ................................................................................................................... 30 
5.4.5 Espectroscopia de florescência de raios X ......................................................................... 32 
5.4.6 MEV – Microscopia eletrônica de varredura ..................................................................... 33 
CCAAPPÍÍTTUULLOO 66.. RESULTADOS E ANALISES DO CAULIM E DO METACAULIM ...................... 34 
6.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................... 34 
6.2 OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÀO DO CAULIM ............................................................................ 34 
6.3 OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÀO DO METACAULIM ................................................................... 34 
6.3.1 Calcinação inicial .............................................................................................................. 35 
6.3.2 Calcinaçãi final .................................................................................................................. 37 
6.3.3 Moagem do metacaulim ...................................................................................................... 38 
6.4 CARACTERIZAÇÃO DO CAULIM E DO METACAULIM .................................................................. 38 
6.4.1 DRX – Difração de raois X ................................................................................................. 39 
6.4.2 Granulometria a Laser ....................................................................................................... 43 
6.4.3 Área superficial específica ................................................................................................. 46 
6.4.4 Análise térmica ................................................................................................................... 47 
6.4.5 Espectroscopia de florescência de raios X ......................................................................... 53 
6.4.6 MEV – Microscopia eletrônica de varredura ..................................................................... 55 
CCAAPPÍÍTTUULLOO 77.. PROPRIEDADES E COMPORTAMENTO MECÂNICO DOS MATERIAIS ....... 59 
7.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................... 59 
7.2 COMPORTAMENTO SOB COMPRESSÃO ...................................................................................... 60 
7.2.1 Tipo de ruptura do concreto e das argamassas de reparo ................................................ 60 
7.2.2 Elasticidade linear e Lei de Hooke ..................................................................................... 61 
7.2.3 Diagrama tensão x deformaçào do concreto à compressão ............................................... 61 
7.2.4 Módulo de elasticidade e fatores que que afetam essa propriedade .................................. 62 
7.2.5 Coeficiente de Poisson ........................................................................................................ 64 
7.2.6 Energia de deformação....................................................................................................... 65 
7.2.7 Ductilidade ......................................................................................................................... 65 
7.3 COMPORTAMENTO SOB TRAÇÃO .............................................................................................. 65 
7.3.1 Resistência à tração por compressão diametral ................................................................ 66 
7.3.2 Resistencia à tração direta ................................................................................................. 66 
7.3.3 Resistencia à tração na flexão ............................................................................................ 66 
7.3 COMPORTAMENTO DA ADERÊNCIA DE ARGAMASSAS AO SUBSTRATO ....................................... 66 
7.3.1 Resistência de aderência ao cisalhamento na flexão .......................................................... 66 
CCAAPPÍÍTTUULLOO 88.. PROGRAMA EXPERIMENTAL ................................................................................. 69 
8.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................... 69 
8.2 COMPOSIÇÃO DOS MATERIAIS .................................................................................................. 69 
8.2.1 Cimento ............................................................................................................................... 70 
8.2.2 Agregados ........................................................................................................................... 71 
8.2.2.1 Agregado graúdo ............................................................................................................. 72 
8.2.2.2 Agregado miúdo ............................................................................................................... 73 
8.2.3 Água .................................................................................................................................... 74 
8.3 PRODUÇÃO DO CONCRETO ........................................................................................................ 75 
8.3.1 Dosagem do concreto ......................................................................................................... 76 
8.4 PRODUÇÃO DAS ARGAMASSAS ................................................................................................. 78 
8.4.1 Escolha das argamassas geopolimericas de reparo ........................................................... 78 
8.4.2 Dosagem (Traço) das argamassas geopolimericas ............................................................ 80 
8.4.3 Preparo das argamassas geopolimericas ........................................................................... 81 
8.4.4 Dosagem e preparação do graute comercial de referência................................................ 84 
8.5 PREPARAÇÃO DAS FORMAS ...................................................................................................... 84 
8.6 MOLDAGEM DOS CORPOS-DE-PROVA DE CONCRETO................................................................. 86 
8.7 MOLDAGEM DOS CORPOS-DE-PROVA DE ARGAMASSAS DE REPARO .......................................... 88 
8.8 DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES DO CONCRETO NO ESTADO FRESCO ................................ 89 
8.9 COMPORTAMENTO MECÂNICO DOS MATERIAIS ........................................................................ 91 
8.9.1 Comportamento sob compressão ........................................................................................ 92 
8.9.2 Comportamento sob tração ................................................................................................ 93 
8.9.2.1 Ensaio de resistência à tração por compressão diametral .............................................. 93 
8.9.2.2 Ensaio de resistência à tração direta ............................................................................... 95 
8.9.2.3 Ensaio de resistência à tração na flexão .......................................................................... 97 
8.9.3 Comportamento da aderência das argamassas de reparo ............................................... 103 
CCAAPPÍÍTTUULLOO 99.. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS ............................................ 111 
9.1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................................... 111 
9.2 ENSAIOS MECÂNICOS .............................................................................................................111 
9.3 COMPORTAMENTO MECÂNICO DO CONCRETO ........................................................................ 111 
9.3.1 Comportamento tensão versus deformação sob compressão ........................................... 111 
9.3.2 Comportamento tensão versus deformação lateral e axial do concreto ........................... 112 
9.3.3 Resistência à compressão axial do concreto do substrato................................................ 113 
9.3.4 Módulo de deformação do concreto do substrato ............................................................ 114 
9.3.5 Coeficiente de Poisson do concreto do substrato ............................................................. 116 
9.4 COMPORTAMENTO DAS ARGAMASSAS .................................................................................... 117 
9.4.1 Comportamento tensão versus deformação sob compressão ........................................... 117 
9.4.2 Resistência à compressão axial das argamassas de reparo ............................................. 119 
9.4.3 Módulo de deformação das argamassas de reparo .......................................................... 123 
9.5 COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS OBTIDOS DO GRÁFICO TENSÃO VERSUS DEFORMAÇÀO ........ 125 
9.5.1 Resistência à compressão axial do substrato e das argamassas ...................................... 125 
9.5.2 Análise do módulo de deformação experimental do concreto e das argamassas ............. 126 
9.5.3 Análise do módulo de deformação calculado do concreto (NBR 6118:2003) .................. 129 
9.5.4 Índice de tenacidade na compressão ................................................................................ 129 
9.6 RESISTÊNCIA À TRACÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL ......................................................... 132 
9.6.1 Comportamento da carga e da tensão ao longo do tempo para o concreto e reparo ...... 132 
9.7 RESISTÊNCIA À TRACÃO INDIRETA DO CONCRETO E DAS ARGAMASSAS .................................. 135 
9.8 RESISTÊNCIA À TRACÃO NA FLEXÃO ...................................................................................... 136 
9.8.1 Comportamento do concreto e do reparo sob tração na flexão ....................................... 136 
9.9 RESISTÊNCIA À TRACÃO DIRETA ............................................................................................. 159 
9.9.1 Comportamento do concreto e do reparo sob tração direta ............................................. 159 
CCAAPPÍÍTTUULLOO 1100.. CONCLUSÕES ........................................................................................................... 160 
10.1 CONCLUSÕES ......................................................................................................................... 160 
10.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ................................................................................ 160 
REFERÊNCIAS .................................................................................................................................... 161 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
 
Dissertação do Mestrado/UFBA/MEAU/Escola Politécnica/2009. 1 
 
CCaappííttuulloo 11.. 
IINNTTRROODDUUÇÇÃÃOO 
 
1.1 Motivação 
Pesquisas envolvendo a utilização do cimento geopolimérico na construção civil 
estão sendo realizado em vários países, a exemplo da França, Espanha, Portugal, Austrália, 
Estados Unidos, África do Sul e Brasil, sendo que os maiores avanços científicos e 
tecnológicos alcançados até o momento ocorreram neste último país. 
Os resultados obtidos, referidos na bibliografia consultada, indicam uma 
versatilidade do Concreto com Cimento Geopolimérico, motivando este proponente a dar 
continuidade na pesquisa desse material (cimento geopolimérico). Um estudo do 
comportamento desse material, como argamassa no reparo de estruturas deterioradas, se faz 
necessário para que sua futura aplicação na construção civil seja confiável, especialmente 
na área de reparo\recuperação\reforço de estruturas. 
 
 
1.2 Justificativa 
Este trabalho visa avaliar o comportamento das argamassas com cimento 
Geopolimérico de diferentes resistências no reparo de estruturas de concreto convencional, 
na busca de um melhor conhecimento teórico-experimental a respeito da aderência entre 
esses materiais. Esta pesquisa é importante para a compreensão do comportamento de 
novos materiais para reparo e recuperação de estruturas em concreto. 
A seguir são apresentados diversos aspectos previstos pelo projeto, no âmbito 
científico, tecnológico, institucional e ambiental, sendo fácil comprovar a necessidade de 
estudo que contribua para a utilização do cimento geopolimérico no país, tendo por base as 
matérias primas disponíveis. 
 
1.2.1 Aspectos científicos 
Estudos sobre a caracterização e emprego do cimento geopolimérico na 
construção civil, já foram objetos de vários trabalhos (DIAS, 2001, SILVA, 2000, 
THOMAZ, 2000, BARBOSA, 1999), no entanto, não conseguiram descrever 
  
 
Dissertação do Mestrado/UFBA/MEAU/Escola Politécnica/2009.   2 
 
satisfatoriamente todos os problemas relacionados ao desempenho mecânico e à 
durabilidade do mesmo. O presente projeto traz o estudo das propriedades de aderência 
entre o concreto de cimento Portland e argamassas de cimentos geopoliméricos com 
diferentes idades, sendo o ultimo utilizado no reparo de estruturas degradadas, dessa forma 
contribuindo com os estudos já realizados nessa área. 
 
1.2.2 Aspectos tecnológicos 
O desenvolvimento de tecnologias de produção, no âmbito nacional, do cimento 
geopolimérico é de fundamental importância para atender as demandas do mercado interno 
de novos materiais, em especial no que se refere às matérias-primas e produtos utilizados 
em reparo, reforço e recuperação de estruturas de concreto armado. 
 
1.2.3 Aspectos referentes a apoios institucionais 
Instituições que apóiam este projeto de pesquisa: CAPES (Coordenação de 
Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior), através do PROCAD (Programa Nacional 
de Cooperação Acadêmica); UFBa (Universidade Federal da Bahia), através da orientação 
da Profª Dra. Vanessa Silveira Silva do DCTM (Departamento de Ciências e Tecnologia 
dos Materiais); UENF (Universidade Estadual do Norte Fluminense), através da co-
orientação do Profº. Dr. Dylmar Penteado Dias do LECIV (Laboratório de Engenharia 
Civil); UFRJ (Universidade Federal do Rio de Janeiro), através da colaboração do Profº. 
Dr. Marcos Martinez Silvoso do LABEST/COPPE(Laboratório de Estruturas). 
Os pesquisadores vinculados a este projeto possuem amplos conhecimentos e 
experiência em pesquisas científicas na área de materiais cimentícios e poliméricos. 
 
1.2.4 Aspectos ambientais 
A necessidade de redução de consumo de energia e de emissão de CO2 é uma 
exigência constante na indústria de cimento Portland, forçando a melhoria da eficiência dos 
processos de fabricação, assim como o aproveitamento de resíduos e subprodutos de outras 
indústrias como adição. 
O clínquer de cimento Portland é fabricado a partir da calcinação do calcário e de 
sílica de acordo com a seguinte reação: 
5CaCO3 + 2SiO2 → (3CaO,SiO2) + (2CaO,SiO2) + 5CO2 
  
 
Dissertação do Mestrado/UFBA/MEAU/Escola Politécnica/2009.   3 
 
Na produção de 1 tonelada de cimento Portland que por sua vez, necessita de 1,5 
ton. de calcário, é gerado diretamente 0,55 toneladas de dióxido de carbono (CO2) químico, 
mais 0,40 toneladas de CO2, referente a queima de combustíveis fósseis. Simplificando: 
1 t de cimento Portland ≅ 0,671 t de CO2 
O CO2 é um dos mais importantes gases causadores do efeito estufa. O CO2 se 
acumula na atmosfera e retém o calor que a Terra precisaria refletir de volta para o espaço a 
fim de manter sua temperatura,ou mesmo baixá-la a valores de décadas atrás. 
É nesse ponto que o cimento geopolimérico supera em muito o cimento Portland, 
pois sua principal vantagem é a redução da emissão de CO2 na fase de produção. Com um 
investimento similar e menor gasto de energia, em termos de emissão de CO2, pode-se 
produzir de 5 a 10 vezes mais cimento geopolimérico que a tecnologia do cimento Portland, 
reduzindo ainda a emissão de CO2 em torno de 80 a 90% (DAVIDOVITS, 1994). 
 
1.2.5 Aspectos Econômicos 
 
 
1.3 Objetivo Geral 
Esta pesquisa tem como objetivo geral estudar as propriedades de aderência entre 
o concreto de cimento Portland (substrato) e argamassas de cimento geopolimérico de 
diferentes resistências. Esta pesquisa é importante para a compreensão do comportamento 
de novos materiais para reparo e recuperação de estruturas em concreto. 
 
 
1.4 Objetivos Específicos 
São objetivos específicos desta pesquisa: 
1. obtenção e caracterização do metacaulim (matéria-prima para produção do 
cimento geopolimérico); 
2. estudo de dosagem da argamassa de reparo com cimento geopolimérico, da 
argamassa de reparo de referência e do concreto com cimento Portland 
(substrato). 
3. avaliação mecânica das argamassas de reparo e do concreto de substrato; 
  
 
Dissertação do Mestrado/UFBA/MEAU/Escola Politécnica/2009.   4 
 
4. avaliação da resistência de aderência à tração direta e ao cisalhamento na 
flexão do sistema reparo/substrato; 
5. avaliação microestrutural da interface da argamassa de reparo e o substrato de 
concreto; 
6. estudo comparativo do desempenho quanto à aderência das diferentes 
argamassas de reparo com cimento geopolimérico (30 MPa e 50 MPa) e a 
argamassa de referência. 
 
 
1.5 Estrutura do trabalho 
Esta dissertação está estruturada em dez capítulos. O capitulo 1 apresenta o que 
motivou esse trabalho, bem como sua justificativa e os objetivos da pesquisa. O capitulo 2, 
faz uma revisão das patologias das construções, que quando recorrentes, leva ao estudo das 
reabilitações da construções, fazendo alusão a durabilidade e ao reparo em estruturas de 
concreto, tipos de argamassas de reparo e ao fenômeno da “aderência” entre reparo e 
substrato. No capitulo 3 apresenta a caracterização do cimento geopolimerico, traçando um 
histórico dos cimentos geopoliméricos, forma de obtenção, sua estrutura e propriedades, 
além de fazer uma revisão sobre a álcali-ativação. No Capitulo 4 é apresentada a 
metodologia adotada no programa experimental. A forma de obtenção e caracterização do 
caulim e do metacaulim e o estudo realizado 
No capitulo 5 é apresentado a obtenção e caracterização do caulim e do 
metacaulim. O capitulo 6 é apresentado os resultados e analises do caulim e do metacaulim. 
No capitulo 7 é apresentado as propriedades e comportamento mecânico dos materiais, sob 
compressão e sob tração. O capitulo 8 apresenta o programa experimental, tacando a 
composição dos materiais, a produção do substrato e do reparo e a moldagem dos corpos-
de-prova. No capitulo 9 é apresentado e analisado os resultados do comportamento 
mecânico do concreto e das argamassas de reparo. Por fim, no capitulo são colocadas as 
principais conclusões obtidas da pesquisa fazendo sugestões para trabalhos futuros. 
 
 
  
 
Dissertação do Mestrado/UFBA/MEAU/Escola Politécnica/2009.   5 
 
CCaappííttuulloo 22.. 
CCOONNSSIIDDEERRAAÇÇÕÕEESS GGEERRAAIISS 
 
2.1 Introdução 
O nosso planeta enfrenta hoje um desafio ambiental cuja falta de resolução ou 
adiamento, poderá vir a ditar o fim da civilização humana, tal como a conhecemos. Em 
termos ambientais a ação do homem tem sido muito prejudicial à natureza, consumindo 
tudo e poluindo tudo numa lógica de devastação sem paralelo, agravada pelo fato de 
somente a alguns assistir o direito de consumir e poluir (com apenas 5% da população 
mundial, os Estados Unidos consomem cerca de um terço dos materiais do planeta). O 
resultado final é um planeta poluído quase até ao limite, e que ironicamente parece 
caminhar no sentido de uma nova idade do gelo (TORGAL, 2007). 
Os padrões atuais de consumo da civilização humana revelaram dimensões de 
natureza intergeográfica tão evidentes, produzindo conseqüências noutros países e afetando 
futuras gerações. Um relatório do IPPC (Painel Intergovernamental sobre Alterações 
Climáticas) refere qualquer coisa como 200 milhões de refugiados, em conseqüência da 
provável subida do nível da água do mar. Outros investigadores acreditam mesmo que o 
ponto de não retorno foi já atingido, não sendo por isso já possível evitar um ciclo 
interminável de catástrofes naturais, que levará a que no prazo de 100 anos a humanidade 
possa ficar reduzida a aproximadamente 20% da população atual. As preocupações 
ambientais da sociedade atual começaram a ganhar maior relevo após a realização em 1972 
da Conferência das Nações Unidas sobre o Ambiente Humano em Estocolmo. Contudo, 
somente em 1987 adquiriram uma perspectiva mais incisiva, a partir da publicação do 
Relatório Bruntland - é o documento intitulado Nosso Futuro Comum, e onde pela primeira 
vez aparece consignada a expressão do desenvolvimento sustentável, como aquele que 
"permite satisfazer as necessidades do presente sem comprometer as possibilidades das 
gerações futuras satisfazerem as suas". Posteriormente em 1992, na Conferência do Rio, em 
que estiveram presentes 176 países e 102 Chefes de Estado e de Governo, foram aprovados 
por unanimidade a Declaração do Rio sobre o Ambiente e Desenvolvimento, a Declaração 
de Princípios Sobre as Florestas e a Agenda 21, bem como a Convenção Sobre as 
          
 
Dissertação do Mestrado/UFBA/MEAU/Escola Politécnica/2009.   6 
 
 
Alterações Climáticas e a Convenção Sobre a Diversidade Biológica. Em 1993 a União 
Européia desenvolveu o 5º Programa para o Ambiente e Desenvolvimento, no qual se 
estabelece a necessidade de uma maior abrangência das políticas do ambiente. Na 
seqüência dos compromissos assumidos por Portugal no âmbito da Agenda 21, foi 
elaborado em 2002 um documento intitulado Estratégia Nacional para o Desenvolvimento 
Sustentável (ENDS), o qual foi recentemente atualizado até ao ano 2015 (TORGAL, 2007). 
Este consiste num conjunto coordenado de atuações nas dimensões Econômica, Social e 
Ambiental, permitindo "assegurar um crescimento econômico célere e vigoroso, uma maior 
coesão social e um elevado e crescente nível de proteção e valorização do ambiente". 
É a indústria da construção civil a atividade humana que mais degrada e causa os 
maiores impactos ao meio ambiente. Na produção do ambiente construído e em toda sua 
cadeia produtiva, são gerados impactos desde sociais a ambientais negativos. Sozinha, esta 
indústria é a maior consumidora global de recursos naturais, além de poluidora, a exemplo 
do que ocorre com o cimento, que para sua produção, é responsável por 7,9% da emissão 
de CO2 na atmosfera (Reschke, 2005), correspondendo na America Latina a 621 Kg de 
CO2/Tonelada de cimento (Figura 2.1). Além disso, a indústria da construção a nível 
mundial consome mais matérias-primas (aproximadamente 3000 Mt/ano, quase 50% em 
massa) (TORGAL, 2007) que qualquer outra atividade econômica. O aumento da 
população mundial (até ao ano 2030 espera-se que aumente mais de 2000 milhões de 
pessoas) e as necessidades implícitas em termos de construção de edifícios e outras infra-
estruturas, agravará ainda mais o consumo de matérias-primas não renováveis, bem assim 
como a produção de resíduos. 
          
 
Dissertação do Mestrado/UFBA/MEAU/Escola Politécnica/2009.   7 
 
 
 
Figura 2.1 – Participação da America Latina, em maior parte representada pelo Brasil, como uma das mais 
baixasemissões de CO2/Toneladas de cimento (Fonte: ABCP,2009). 
 
A ameaça da alteração do clima na Terra, responsável nas últimas décadas por 
inúmeras catástrofes naturais que resultaram em perdas de milhares de vidas e avultados 
prejuízos econômicos, é um dos grandes desafios ambientais a que a sociedade atual tem 
que fazer face. Para essa ameaça muito contribuem as emissões de gases responsáveis pelo 
aumento do efeito estufa (GEE – Gás de Efeito Estufa), sendo o dióxido de carbono um dos 
gases que mais contribuem para esse aquecimento com uma percentagem de 60% do total. 
Provenientes fundamentalmente do uso intensivo de combustíveis fósseis, da deflorestação 
e da indústria do cimento, que é responsável por 5% das emissões mundiais de CO2. 
A produção de cimento Portland, não é possível sem a emissão de CO2, devido a 
descarbonização do calcário (CaCO3), quando incinerado conjuntamente com argilas a 
aproximadamente 1450º C, para a produção do clinquer de acordo com a seguinte reação: 
3CaCO3 + SiO2 → Ca3SiO5 + 3CO2; de acordo com a qual, a produção de 1 tonelada de 
cimento, gera 0,55 toneladas de CO2 de origem química, a que acrescem 0,39 tonelada de 
CO2 por tonelada de cimento devidos ao uso de combustíveis fósseis para a produção de 
energia necessária ao fabrico deste material, o que equivale a afirmar de maneira 
simplificada que durante a produção de 1 tonelada de cimento se produz igualmente 1 
tonelada de CO2, conforme citado por TORGAL (2007). 
          
 
Dissertação do Mestrado/UFBA/MEAU/Escola Politécnica/2009.   8 
 
 
A indústria de cimento, atualmente faz substituição parcial do clínquer por 
subprodutos com características pozolânicas, tais como cinzas volantes, escórias de alto 
forno, resíduos de minas e pedreiras de maneira a minimizar os níveis de emissões, 
conseqüentemente reduzindo seus custos. Ainda, assim, o potencial de redução de emissões 
obtido dessa forma é bastante limitado. A comunidade cientifica tem investido muito na 
pesquisa e no desenvolvimento de ligantes alternativos ao cimento Portland capazes de um 
melhor desempenho, quer em termos ambientais quer mesmo em termos da sua 
durabilidade, mas que não conseguiram até agora afirmar-se como substitutos efetivos do 
cimento Portland, devido em parte, fundamentalmente ao baixo custo daquele material, em 
relação a outros aglomerantes em escala comercial (Torgal, 2007). 
A sustentabilidade de uma indústria, tal como a da construção civil e em 
particular o caso dos materiais de construção assume um papel primordial, justificando o 
aprofundamento no assunto. Sendo assim, é valida uma revisão da literatura sobre 
investigações no âmbito da sustentabilidade dos materiais de construção e em particular, da 
pesquisa e investigação de material menos poluidor que o Cimento Portland, como é o caso 
do Geopolímero. 
Em termos históricos (Tabela 2.1), este tipo de material já é estudado a algum 
tempo, porém o termo geopolimero, foi patenteado em 1978 por Joseph Davidovits. 
Tabela 2.1: Cronologia sobre alguns acontecimentos acerca do cimento geopolimerico. 
Autor Ano Descrição 
Feret  1939  Cimentos com escórias
Purdon  1940  Combinações alcalis‐escórias
Glukhovsky  1959  Bases teóricas e desenvolvimento de cimento alcalino 
Glukhovsky  1965  Primeiros cimentos alcalinos
Davidovits  1979  Termo “ Geopolimero”
Malinowski  1979  Caracterização de aquedutos milenares
Forss  1983  Cimento tipo F (Escórias – alcalis – superplasificante) 
Langton e Roy  1984  Caracterização de materiais em edificios milenares
Davidovits e Sawyer  1985  Patente do cimento “ Pyrament “
Krivenko  1986  Sistemas R2O – RO ‐ SiO2 ‐ H2O
Malolepsy e Petri  1986  Ativação de escórias sintéticas
Malek. et al.  1986  Cimentos de escórias com resíduos radioativos
Davidovits  1987  Comparação entre concreto correntes e concretos militares 
Deja e Malolepsy  1989  Resistência ao ataque de cloretos
Kaushal et al.  1989  Cura adiabatica de ligantes alcalinos com residuos nucleares 
          
 
Dissertação do Mestrado/UFBA/MEAU/Escola Politécnica/2009.   9 
 
 
Roy e Langton  1989  Analogias dos concretos milenares
Majundar et al.  1989  Ativação de escórias – C12A7
Talling e Brandstetr  1989  Ativação alcalina de escórias
Wu et al.  1990  Ativação de cimento de escórias
Roy et al.  1991  Presa rápida de cimentos ativados alcalinamente
Roy e Silsbee  1992  Revisão sobre cimentos ativados alcalinamente
Palomo e Glasser  1992  Metacaulim com CBC
Roy e Malek  1993  Cimento de escórias
Glukhovsky  1994  Concreto milenares, modernos e futuros
Krivenko  1994  Cimentos alcalinos
Wang e Scrivener  1995  Microestrutura de escórias ativadas alcalinamente
Feret  1939  Cimentos com escórias
* Fonte: Modificada de Roy, Della M. (1999). 
 
2.2 Patologias das Construções 
Os problemas patológicos nas construções não dizem respeito somente aos 
conceitos de engenharia, podem estar relacionados ao descaso na concepção ou 
desconhecimento em relação às características e comportamentos dos materiais, também a 
possíveis interferências do meio ao qual estará exposta a edificação. 
Outros focos de surgimento de problemas patológicos estão relacionados à fase 
de execução por parte dos profissionais, pela utilização da estrutura, pela não realização de 
manutenções ou quando a deterioração é causada pelo mau uso da edificação. 
Em vista desta problemática, a cada dia é ratificada a necessidade do amplo 
conhecimento das características de todos os materiais envolvidos no processo construtivo, 
bem como no reparo, restauro, recuperação e reforço de estruturas de concreto, e atrelado a 
esta corrente segue a necessidade da conscientização do conceito de durabilidade, pois 
nenhum material é indefinidamente durável, suas características e propriedades são 
alteradas com o passar do tempo. 
Em resposta a estas observações haverá certamente uma minimização de custos, 
tanto na produção como em eventuais manutenções nas estruturas. 
Segundo Aranha e Dal Molin (1993) as manifestações patólogicas referentes à 
execução, representam as maiores incidências de danos na construção civil, função da 
grande ocorrência de procedimentos inadequados) pois estudos foram realizados em seis 
estados brasileiros (Amapá, Amazonas, Maranhão, Pará, Rondônia e Roraima) 
comprovando uma elevada porcentagem das manifestações patológicas tem origem nestas 
          
 
Dissertação do Mestrado/UFBA/MEAU/Escola Politécnica/2009.   10 
 
 
etapa, diferente do que ocorre em países da Europa, que atribui a etapa de projeto (onde 
grande variedade de ações pode ser tomada), como responsável pela maioria das 
manifestações patológicas ocorrentes Figura 2.2. As falhas de projeto são em geral, mais 
graves do que as falhas de qualidade dos materiais ou de má execução. É sempre preferível 
investir mais tempo no detalhamento e nos estudos da estrutura que, por falta de previsão, 
tomar decisões apressadas ou adaptadas durante a execução. 
 
 
Figura 2.2 – Distribuição das origens dos problemas patológicos com relação às etapas de produção 
das obras civis. Fonte: Aranha e Dal Molin (1976 - 1993). 
A constante busca por soluções de problemas enfrentados diariamente em 
canteiros de obras é o fator que move diversas pesquisas em níveis Nacionais e 
Internacionais, entretanto, apesar de grandes avanços, muitos destes problemas ainda 
persistem. 
Após analise realizada, por Andrade, (1997), da distribuição das diversas origens 
das manifestações patológicas em estruturas de concreto, verificou-se que a maioria dos 
problemas patológicos são corrigidos empregando sistemas de reparo (83%), conforme 
verificado na Figura 2.3.. 
 
          
 
Dissertação do Mestrado/UFBA/MEAU/Escola Politécnica/2009.11 
 
 
 
Figura 2.3 – Distribuição dos métodos de reabilitação empregados nas estruturas. Fonte: Andrade 
(1997). 
Um dos problemas relacionados à tecnologia dos concretos estruturais reside na 
ligação ou aderência entre o concreto e a argamassa de reparo com cimento Portland 
executados com diferentes idades, composições e resistências. 
As dificuldades geradas neste tipo de ligação atingem desde a retomada de uma 
concretagem durante a execução de uma estrutura ou, sua continuidade depois de 
determinado tempo, por suspensão temporária de atividades, ampliações ou ainda, nos 
casos de recuperação da estrutura, quando afetada por alguma patologia associada à 
deterioração do concreto e/ou armadura. 
Como decorrência dessa situação, a ligação concreto novo (ou argamassa nova) 
versus concreto velho fica prejudicada, pois, nesse local se dará o ponto mais frágil da 
ligação, que é a zona de interface ou zona de transição, como pode ser observado na Figura 
2.4 
 
Figura 2.4– Zona de transição entre argamassa e concretos de diferentes idades. Fonte: adaptada de 
SANTANA (2004). 
          
 
Dissertação do Mestrado/UFBA/MEAU/Escola Politécnica/2009.   12 
 
 
Segundo Mehta (1994), a zona de transição representa a região interfacial entre 
as partículas de agregado graúdo e a pasta. A zona de transição é geralmente a parte mais 
fraca em comparação com os outros dois componentes principais do concreto, e 
conseqüentemente, exerce uma forte influência no seu comportamento mecânico. 
Nesse sentido, diversos projetos de pesquisa interligando a Engenharia Civil e a 
área tecnológica da Ciência e Engenharia de Materiais estão sendo realizados na EESC-
USP e na UENF, no desenvolvimento de técnicas e na utilização de novos materiais para a 
elaboração de concretos e argamassas mais resistentes e duráveis. No caso, a presente 
pesquisa está visando colaborar para a ampliação do conhecimento nesta área. 
 
 
2.3 Durabilidade e Reparo em Estruturas de Concreto 
É essencial que as estruturas de concreto desempenhem as funções que lhe foram 
atribuídas, que mantenham a resistência e a utilidade que delas se espera, durante um 
período de vida previsto ou, pelo menos, razoável. Logo, uma longa vida útil pode ser 
considerada sinônimo de durabilidade, conseqüentemente sem necessidade de reparos. 
A durabilidade inadequada se manifesta por uma deterioração que pode ser 
originada por fatores externos ou por causas internas do próprio concreto (ANDRADE, 
1997). As diferentes formas de ação podem ser físicas, químicas ou mecânicas. As causas 
de deterioração mecânica podem ser impacto, abrasão, erosão ou cavitação. As causas 
químicas de deterioração podem incluir as reações álcali-sílica e álcali-carbonato. O ataque 
químico externo ocorre principalmente pela ação de íons agressivos, como cloretos, ácidos, 
sulfatos ou dióxido de carbono e muitos líquidos e gases naturais ou industriais. As causas 
físicas de deterioração compreendem os efeitos de altas temperaturas, diferenças de 
coeficientes de dilatação térmica do agregado e da pasta de cimento hidratado (NEVILLE, 
1997). 
Quanto maior for a durabilidade de um material ou de uma estrutura, maior será a 
sua vida útil e conseqüentemente menor será sua degradação precoce e o seu impacto 
ambiental. Se por exemplo aumentarmos a durabilidade do concreto de 50 para 500 anos, 
haverá uma redução do seu impacto ambiental de um fator de 10 vezes (TORGAL, 2007). 
Infelizmente são inúmeros os casos de deterioração precoce de estruturas de concreto 
          
 
Dissertação do Mestrado/UFBA/MEAU/Escola Politécnica/2009.   13 
 
 
armado, necessitando de reparos para recuperação e/ou reforço estrutural. Mehta (1994) 
cita um caso de deterioração de estacas 12 anos após a sua construção e também o caso de 
um túnel no Dubai que concluído em 1975, teve de ser completamente reparado em 1986. 
Há referencias também (TORGAL, 2007), que indica um estudo sobre pontes construídas 
na Noruega após 1970 em que 25% apresentavam deterioração por corrosão de armaduras. 
Torga (2007) indica ainda, que 40% das cerca de 600.000 pontes existentes nos Estados 
Unidos estariam afetadas pela corrosão, com um custo de reparação de aproximadamente 
50.000 milhões de dólares. A vulnerabilidade deste material fica a dever muito ao material 
ligante (cimento Portland), que apresenta uma elevada quantidade de cal, facilmente 
susceptível de ataque químico, situação agravada pela incapacidade do cimento Portland 
em conseguir uma boa aderência aos agregados o que induz níveis de permeabilidade 
relativamente elevados, facilitando o ingresso de água, gases e substancias agressivas, que 
provocam fenômenos de carbonatação e de corrosão das armaduras. A utilização por isso, 
de ligantes alternativos ao cimento Portland com uma durabilidade superior a este material, 
como é o caso dos ligantes ativados alcalinamente (geopolímero), constitui assim, um passo 
no sentido da sustentabilidade da construção. 
Existe varias tecnologias de reparo de estruturas, cada uma com suas aplicações 
especificas, variando de acordo com o mecanismo que predomina na deterioração ou a 
depender de como a estrutura se encontra. Podendo ser relacionado a intervenções que 
visam proteção de elementos estruturais e seu reparo superficial, recompondo a seção 
transversal do elemento e sua estética, ou reforçando a estrutura para recomposição da 
capacidade de carga ou mesmo para seu reforço. 
As falhas dos reparos, geralmente ocorrem nas fronteiras substrato/reparo 
(SELMO, 2007), devido a combinação de fissuras, deformações térmicas diferenciais e 
cargas aplicadas. As argamassas de reparo devem apresentar adequada capacidade de 
deformação, compatível com a deformação do substrato. Por isso, conforme citado por 
Selmo (2007), além da resistência de aderência da argamassa ao substrato, é esperado que o 
material de reparo apresente módulo de elasticidade o mais próximo possível do concreto 
reparado. 
 
 
          
 
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2.4 Argamassas de Reparo 
 
Segundo DAL MOLIN (2000), a argamassa de reparo deve ter compatibilidade 
mecânica com o concreto de reparo, além de resistência a compressão e à tração, módulo de 
deformação, coeficiente de dilatação térmica, estabilidade volumétrica e aderência entre 
outras propriedades, compatíveis com o substrato onde o reparo se aplica. 
RIPPER (1998) cita vários tipos de materiais para reparo, destacamos aqui os 
reparos com argamassas, podendo ser utilizada para reparos superficiais de qualquer 
tamanho em área, mas apenas para pequenas profundidades, e mantendo-se uma certa 
relação com a área. Normalmente, é empregada para os casos quando a camada de concreto 
de cobrimento das armaduras está deteriorada. 
O material a ser utilizado dependerá da natureza do serviço, das causas que o 
tornaram necessário e da finalidade do elemento estrutural. A argamassa a ser utilizada em 
reparos superficiais de concreto deve ser definida, basicamente, em função da deterioração 
ocorrida, na qualidade final desejada e no custo. 
O graute é um desses materiais de reparo que pode ser utilizada para reparar 
superficiais de qualquer tamanho em área, mas apenas para pequenas profundidades, e 
mantendo-se uma certa relação com a área. Normalmente, é empregada para os casos 
quando a camada de concreto de cobrimento das armaduras está deteriorada. 
SILVA JUNIOR (2001) apud MATTOS (2002), sugere que as argamassas de 
reparo, devam possuir os níveis mínimos de valores nas propriedades mais importante, 
conforme citado na Tabela 2.2. 
Tabela 2.2: Níveis mínimos para propriedades das argamassas dereparo. 
Propriedades Valor mínimo 
Resistência à compressão 10,0 MPa 
Resistência à flexão 2,0 MPa 
Resistência à tração 1,0 MPa 
Modulo de deformação 5,0 GPa 
* Fonte: Modificada de Silva Junior, 2001. 
 
 
          
 
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2.5 Aderência 
O uso de concretos de alto desempenho (a exemplo do concreto geopolimérico) 
está tornando obsoleto o uso de reparos feitos à base de resinas epóxi, pois sobre a 
superfície do substrato limpa, rugosa e úmida, consegue-se uma aderência de até 100%. 
Nos reparos em estruturas de concreto, a adequada composição de materiais e o 
amplo conhecimento sobre os mesmos podem resultar na confecção de um concreto ou 
argamassa de elevado desempenho (Geopolimérico), apresentando não só uma expectativa 
muito otimista no que diz respeito à durabilidade do reparo frente a agentes agressivos, mas 
também, de acordo com as condições do substrato, uma condição de aderência satisfatória, 
para que se restaure o caráter monolítico da estrutura. 
O fator-chave para uma melhor transferência de tensões entre diferentes 
concretos ou outros materiais é a melhoria da qualidade da interface material de 
reparo/concreto velho. O mecanismo de transferência de esforços de cisalhamento pela 
superfície de contato é semelhante à transferência de esforços da barra de aço para o 
concreto, por aderência, condição indispensável a qualquer tipo de reparo bem sucedido, e 
pode ser dividido em três parcelas: adesão; atrito e ação mecânica. 
Segundo SELMO (2007), a aderência é um termo genérico usado para descrever 
a resistência mecânica e o contato resultante entre a argamassa endurecida e uma base 
porosa, onde o tratamento do substrato e a reologia das argamassas determinam o 
desenvolvimento da aderência entre a argamassa de reparo e o substrato de concreto. 
SELMO (2007), cita que ao se analisar o mecanismo de aderência entre duas 
superfícies, é importante observar que esse mecanismo se desenvolve em duas etapas 
distintas, consecutivas e intrinsecamente correlacionadas, a primeira ocorre ainda no estado 
fresco, é a adesão inicial, ocorre quando a argamassa, ainda no estado plástico entra em 
contato com o substrato poroso; a segunda etapa, se processa ao com o endurecimento da 
argamassa, definida como a aderência propriamente dita. 
A metodologia para avaliação de aderência de argamassas de reparo é muito 
pouco discutida no Brasil, SELMO (1989) foi uma das primeiras pesquisadoras a estudar e 
a interpretar os fenômenos e mecanismos de aderência. Depois, Carasek (1996), 
questionando as conclusões do pesquisador antecessor, estudou também o fenômeno da 
aderência. No exterior já se dispõe de algumas normas para este fim. 
          
 
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Segundo CLÍMACO (1991), os ensaios utilizados na avaliação da aderência 
devem simular um estado de tensões que represente, as condições da estrutura em serviço; 
devem fornecer baixo coeficiente de variação, sendo sensível à propriedade medida e 
devem possuir um procedimento de teste de simples reprodução. 
No desenvolvimento das pesquisas sobre aderência, vários testes foram adotados, 
a principal diferença entre eles diz respeito ao tipo de esforço que é aplicado na interface 
entre os dois materiais. 
As normas francesas NF P 18-851 (1992), resistência de aderência ao 
cisalhamento na flexão; NF P 18-853 (1986), resistência de aderência à tração direta; NF P 
18-872, teste de compressão-cisalhamento em prisma com junta diagonal. 
A ASTM C882-78, avalia a resistência de aderência de uma resina epóxica pelo 
teste dos cilindros de 76x152mm de argamassa de cimento Portland. Os cilindros são 
reconstituídos pela colagem com epóxi de dois meios-cilindros ou por moldagem com nova 
argamassa, com um ângulo da junta de 30˚ em relação ao eixo do cilindro. 
Clímaco (1991) cita ainda, outros ensaios para a avaliação da aderência de 
sistemas de reparo, tais como: resistência de aderência à tração na flexão; resistência de 
aderência ao cisalhamento oblíquo por compressão; resistência de aderência ao 
cisalhamento direto. 
Nesse trabalho, o ensaio de resistência de aderência ao cisalhamento na flexão 
adotado foi o prescrito na NF P 18-851 (1986), conforme Figura 2.5, onde o entalhe recebe 
o material de reparo (graute e geopolimero). A análise do comportamento do reparo, basea-
se na NBR 12142 (1991) para determinação da resistência à tração na flexão e no modo de 
ruptura. 
O ensaio é realizado com a aplicação da carga através de dois cutelos superiores 
distantes 10 cm, com o corpo-de-prova reconstituído voltado com a argamassa de reparo 
para baixo e apoiada em outros dois cutelos distantes 30 cm. 
A interpretação dos resultados, depende do tipo de ruptura e pode ocorrer de 
cinco formas diferentes conforme Figura 2.6. 
 
 
 
          
 
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Figura 2.5 – Configuração do corpo-de-prova e do ensaio de resistência ao cisalhamento na flexão (NF P 18-
851, 1986). Desenho sem escala e dimensões em milímetros. 
 
 
Figura 2.6 – Tipos de ruptura possíveis. Ensaio NF P 18-851, (AFNOR)1992. 
 
  
 
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CCaappííttuulloo 33.. 
CCAARRAACCTTEERRIIZZAAÇÇÃÃOO DDOO CCIIMMEENNTTOO GGEEOOPPLLIIMMEERRIICCOO 
 
3.1 Histórico do Cimento Geopolimerico 
Durante a década de 70, muitos incêndios ocorridos na Europa fizeram com que 
o governo francês incentivasse estudos na área de novos materiais e de melhoria daqueles 
existentes. Os laudos médicos e boletins de ocorrência revelaram que a intoxicação por 
inalação dos gases liberados pela queima de materiais poliméricos orgânicos era a causa da 
morte da maioria das vítimas, e não somente as queimaduras e escoriações sofridas 
(DAVIDOVITS, 1994). 
Alguns pesquisadores franceses passaram a investigar as causas da durabilidade 
de alguns materiais que resistiram aos incêndios e, principalmente aqueles constituintes de 
estruturas antigas que permaneciam intactas, ou pouco abaladas. Das investigações, 
concluiu-se que o principal composto presente nessas estruturas era a calcita (CaCO3) e 
algumas espécies de vários aluminossilicatos complexos com estrutura amorfa 
(DAVIDOVITS, 1987). 
O uso de argilominerais naturais em conjunção com álcalis (3-6% NaOH e KOH) 
para produzir ligantes minerais de alto desempenho foi assunto de longos anos de 
investigação de Davidovits (1988), que percebeu o fato de que simples condições 
hidrotérmicas governam a síntese de alguns polímeros orgânicos e também de minerais 
feldspatóides e zeólitas resistentes ao calor. A literatura científica e o banco de patentes 
indicavam que, antes de 1978, a geoquímica, que engloba o estudo da síntese de zeólitas e 
redes moleculares, não tinha sido investigada para o desenvolvimento de ligantes e 
polímeros minerais. 
Os chamados geopolímeros ou polissialatos, uma terminologia adotada para 
abreviatura de poli-silico-aluminatos, foram descritos pela primeira vez em 1981, onde são 
apresentados vários exemplos de mistura de reagentes e processos de obtenção. Os 
polissialatos apresentam características particulares que revelam o seu grande potencial de 
aplicação como aglomerante, em substituição ao cimento Portland. Segundo o 
DAVIDOVITS, trata-se de uma adaptação moderna de processos de estabilização de solos 
 
 
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cauliníticos ou lateríticos com cal [Ca(OH)2], feita pelos antigos Romanos e Egípcios na 
confecção de aglomerantes estruturais.Em uma publicação, intitulada “The Pyramids: An Enigma Solved”, é afirmado 
que as grandes pirâmides do Egito foram erguidas, há 4500 anos atrás, com blocos 
moldados com este material. Baseando-se em estudos mineralógicos e químicos, foi 
constatado que os blocos não são de pedra calcária natural, e sim de um concreto feito a 
partir da mistura de pedregulhos de calcário caulinítico oriundos de Gizé com NaOH, 
produzido in situ pela mistura de cal [Ca(OH)2], barrilha [Na2CO3] e água. Segundo as 
análises, as pedras calcárias naturais são compostas por folhas fossilizadas dispostas 
paralelamente entre si, em camadas sedimentares (DAVIDOVITS, 1988). 
Nos blocos das pirâmides, entretanto, as camadas são orientadas aleatoriamente, 
como ocorre quando pedregulhos de calcário são aglomerados dentro do concreto. Estudos 
de difração de raios X de amostras removidas dos blocos das pirâmides de Cheops, 
Chefren, Teti e Sneferu indicam que a calcita (CaCO3) é a fase cristalina predominante. 
Entretanto, um material amorfo composto por silicatos e aluminossilicatos complexos e um 
material criptocristalino (zeólita do tipo analcima, Na2O×Al2O3×4SiO2×2H2O), 
acompanham a microestrutura (DAVIDOVITS, 1988). 
Estes compostos também são comumente encontrados em amostras de estruturas 
antigas existentes na Grécia, Cyprus e Itália, algumas com quase 9000 anos de idade. A 
excelente durabilidade dessas estruturas é considerada estar relacionada com a existência de 
tais compostos (DAVIDOVITS, 1988). 
Encontram-se em fase de desenvolvimento, em vários lugares do mundo, vários 
trabalhos de tese sobre a obtenção, caracterização e emprego dos geopolímeros 
(polissialatos). A cinética das reações de síntese, principais funções dos diferentes 
reagentes, influência da ordem de adição dos reagentes durante a síntese, além de outros 
fatores que afetam as suas propriedades foram estudados. Utilizando espectroscopia de 
ressonância magnética nuclear (RMN) no estado sólido, foi proposto um modelo molecular 
que representa o arranjo formado pelas cadeias poliméricas dos polissialatos. A resistência 
sob ataque químico e ciclagem térmica, o reforço com fibras contínuas e o desenvolvimento 
de concretos de matriz de cimento polissialato também estão sendo implementados. 
 
 
Dissertação do Mestrado/UFBA/MEAU/Escola Politécnica/2009.   20 
 
Excelentes resultados foram recentemente obtidos com a aplicação destes materiais em 
blindagens balísticas. 
Os ligantes obtidos por ativação alcalina são também usualmente conhecidos por 
ligantes geopoliméricos. Em termos históricos este tipo de ligante, foi objeto de intensas 
análises por parte de investigadores do Leste da Europa, contudo somente quando em 1978 
Joseph Davidovits introduziu o termo “geopolímero” tendo patenteado investigações sobre 
a polimerização de metacaulim é que a temática dos ligantes alcalinos sofreu um aumento 
considerável, quer em termos da investigação produzida, quer mesmo em termos de 
divulgação cientifica. Em termos físicos, os ligantes obtidos por ativação alcalina, 
compreendem fundamentalmente duas etapas, uma de dissolução da sílica e alumina da 
matéria prima, quando misturada com uma solução alcalina (ativador) e outra de 
policondensação e endurecimento dos produtos de reação numa estrutura polimérica. Ao 
nível fenomenológico, alguns investigadores afirmam que existem dois modelos distintos 
de ativação alcalina. As investigações sobre os ligantes ativados alcalinamente demonstram 
que é possível sintetizar ligantes a partir de resíduos aluminosilicatados ativados com 
soluções de elevada alcalinidade. No primeiro modelo, um bom exemplo é o da ativação de 
escórias de alto forno, um material com uma elevada percentagem de óxido de cálcio, que 
ao ser ativado com soluções alcalinas de baixa ou média concentração, origina produtos de 
reação do tipo silicato de cálcio hidratado (C-S–H). No segundo modelo, o material 
composto quase exclusivamente por sílica e alumina, é ativado por soluções alcalinas 
bastante concentradas originando-se uma reação de polimerização (DAVIDOVITS, 1988). 
 
 
3.2 Obtenção, Estrutura e Propriedades do Cimento Geopolimérico. 
Segundo (DIAS, 2001), para a obtenção do cimento geopolimérico, a fonte de 
alumínio empregada deve ser um aluminossilicato da família dos filossilicados 
(Si2O.5Al2O2), uma pozolana natural ou artificial apresentando estrutura amorfa com o 
alumínio em número de coordenação IV, substituindo isomorficamente o silício nas folhas 
tetraédricas. Como a razão Si/Al nesta pozolana é inferior a 3, uma fonte complementar de 
silício, silicato de sódio comercial, deve ser empregado. Para obter um pH da ordem de 14, 
necessário para dar início à polimerização, deve ser empregado também, como fonte 
complementar de álcali, hidróxido de sódio e de potássio. 
 
 
Dissertação do Mestrado/UFBA/MEAU/Escola Politécnica/2009.   21 
 
A estrutura básica do cimento geopolimérico (Figura 3.1), com razão Si/Al ≥ 2, 
consiste de unidades funcionais compostas por tetraedros de SiO4(2Al), com o alumínio em 
número de coordenação IV promovendo o cruzamento das cadeias poliméricas. 
 
Figura 3.1 - Estrutura tridimensional do cimento geopolimérico. Fonte: (DAVIDOVITS, 1988) 
Este arranjo tridimensional com ligações cruzadas estabelece uma estrutura 
irregular de baixa mobilidade, que resulta em propriedades particulares, tais como: 
 
 
a) Elevada resistência inicial 
Estudos realizados por Silva (1999), mostraram que o cimento geopolimérico, quando 
curado a 65ºC por 4h, atinge resistência à compressão da ordem de 45 MPa. Esse mesmo 
nível de resistência foi alcançado aos 3 dias de idade, quando curado ao ar e a temperatura 
ambiente (22ºC). Aos 28 dias de idade, alcançou 60 MPa. Já o cimento Portland ARI-PLUS 
atingiu somente 20 MPa, após 4h, quando curado a temperatura de 65ºC. Foi verificada 
também uma queda na taxa de desenvolvimento da resistência. Aos 28 dias, atingiu apenas 
36 MPa. Quando curado a temperatura ambiente, imerso em água em câmara úmida, sua 
resistência à compressão, aos 28 dias de idade, foi de 48 MPa. 
 
 
b) Pega rápida 
Estudos um pouco mais recentes (SILVA, 2000) mostraram que os tempos de início e fim 
de pega dos cimentos geopoliméricos foram iguais a 40min e 1h45min, respectivamente, ou 
seja, bem menores que aqueles apresentados pelos cimentos Portland (geralmente 1h15min 
e 4h para início e fim de pega, respectivamente). 
 
 
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c) Baixa permeabilidade 
Análises realizadas no microscópio eletrônico de varredura (DIAS, 2000) revelaram que o 
cimento geopolimérico possui microestrutura interna mais compacta em relação à do 
cimento Portland. Esta menor porosidade tem por efeito melhorar não somente as 
propriedades mecânicas, mas também a durabilidade do material. O cimento geopolimérico 
também apresentou uma rede de poros capilares bastante descontínuas, o que proporcionou 
maior resistência à penetração de agentes externos, que são à base dos fenômenos de 
hidrólise, de lixiviação ou de expansão e que prejudicam o concreto exposto a determinados 
tipos de ambientes agressivos (DIAS, 2001). 
 
 
d) Elevada resistência à abrasão 
Estudos de resistência ao desgaste mostraram que as perdas de massa por abrasão 
superficial sofridas pelo cimento geopolimérico foram 50% menores que aquelas 
apresentadas pelo cimento Portland convencional (SILVA, 2000). 
 
 
3.3 Álcali-ativação 
Cimentos novos, alternativos ao cimento Portland, de baixa emissão de CO2 têm 
sido muito estudados pelos pesquisadores em todo o mundo, além da busca de novas 
formas de utilização de subprodutos das indústrias, com uso detecnologias alternativas. 
Cimento álcali-ativado foi obtido e publicado pela primeira vez em 1985 por Davidovits. A 
química que explicam estes cimentos é através tecnologia de álcali-ativação de materiais 
ricos em sílica (SiO2) e alumina (Al2O3), diferente da química que envolve o cimento 
Portland, que contam com mecanismo de hidratação do silicato de cálcio (Vargas, 2006). 
Alguns investigadores, conforme cita PALOMO (1999) afirmam que existem 
dois modelos distintos de ativação alcalina. No primeiro modelo, ocorre quando um 
material com uma elevada percentagem de óxido de cálcio, origina produtos de reação do 
tipo silicato de cálcio hidratado (C-S–H), ao ser ativado com soluções alcalinas de baixa ou 
média concentração. No segundo modelo, o material é composto quase exclusivamente por 
 
 
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sílica e alumina e por intermédio de uma solução bastante alcalina é ativado, dando origem 
ao desencadeamento de uma reação de polimerização que foi patenteada por Davidovits. 
VARGAS (2006) cita ainda, que a álcali-ativação, também chamada de 
geopolimerização, transforma estruturas amorfas (ou parcialmente amorfas), através de um 
processo químico, em compósitos bem compactados e cimentantes. Para que ocorra, no 
entanto, esse processo, é necessário um meio fortemente alcalino, onde assim, é possível 
dissolver certa quantidade de sílica e alumina (SiO2 e Al2O3), bem como hidrolisar (que é 
decompor uma molécula pela ação da água) a superfície das partículas das matérias-primas. 
Segundo DAVIDOVITS (1985), é recomendado que se respeite determinadas 
razões atômicas, para se obterem bons resultados em termos mecânicos e de durabilidade, 
tais como os abaixo citados: 
0,20 < Na2O/SiO2 < 0,48 
3,30 < SiO2/Al2O3< 4,50 
0,80 < Na2O/ Al2O3 < 1,60 
Vários parâmetros interferem na estrutura e nas propriedades físicas dos 
materiais álcali-ativados, tais como: quantidade de água, história térmica da matéria-prima, 
grau de cristalinidade ou amorfismo, tamanho das partículas e cura térmica. Nesse 
processo, o desarranjo das ligações de Si-O-Si e de Al-O-Al, ocorrem através de reações 
exotérmicas, onde os íons de silício e alumínio passam para uma solução. A matéria-prima 
tem sua estrutura destruída, gerando novos produtos, que começam a cumular por um 
período de tempo (período de indução) com liberação de uma pequena quantidade de calor. 
Logo após, há uma condensação da estrutura (com forte liberação de calor), nessa fase é 
que há o aparecimento de um novo material com propriedades cimentícia, contendo 
estrutura mal ordenada, porém com alta resistência mecânica (Palomo, 1999) apud 
VARGAS (2006). 
 
  
 
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CCaappííttuulloo 44.. 
MMEETTOODDOOLLOOGGIIAA 
 
4.1 Introdução 
A metodologia é de caráter descritivo e de avaliação, do tipo experimental e 
quantitativo, onde as amostras a serem ensaiadas e analisadas terão como limitação o tempo 
e os custos, sendo os dados experimentais tabulados e tratados estatisticamente, através das 
medidas de dispersões e de tendência central. Será realizada uma revisão bibliográfica 
através de livros, artigos, dissertações de mestrado e de teses de doutorado sobre 
aglomerantes (cimento geopolimérico), erros construtivos, técnicas de reparos de estruturas 
e da propriedade de aderência entre materiais de diferentes idades. 
 
  
 
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CCaappííttuulloo 55.. 
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5.1 INTRODUÇÃO 
 
Neste trabalho foram estudados e caracterizados desde sua obtenção, um 
argilomineral, o caulim e o material resultante de sua decomposição térmica (após 
calcinação), o metacaulim. Também se utilizou, no programa experimental, outros materiais, 
tais como cimento e agregados, que serão descritos posteriormente. Os ensaios empregados na 
caracterização desses materiais foram os descritos a seguir. 
 
 
5.2 OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DO CAULIM 
 
A matéria prima utilizada na produção do geopolimero (argamassa de reparo 
utilizada no programa experimental), tem como origem o caulim calcinado – metacaulim. O 
caulim foi obtido diretamente da mineradora de caulim Monte Pascoal Ltda., logo após o 
beneficiamento (separação magnética para eliminar impurezas mineralógicas e tratamento 
para remover o ferro presente no minério para elevar o índice de alvura), extraída de uma 
jazida situada na cidade de Itamarajú, no sul do estado da Bahia, onde ocorrem grandes 
depósitos desse material. Conforme citado por BERTOLINO (2000), as minas localizadas 
nessa região, são constituídas por uma seqüência de aproximadamente 30 m de espessura, 
contendo aproximadamente 100 milhões de toneladas de minério. O caulim é um solo 
argiloso composto por aluminossilicatos lamelares e naturais, basicamente formado pela 
caulinita, resultantes de alteração química das rochas feldspaticas (por intemperismo ou 
meteorização - hidrotermica), esses depósitos pertencem a uma grande unidade geológica 
denominada Grupo Barreiras, formada por extensos depósitos de sedimentos terrígenos 
dispersos na forma de tabuleiros em patamares ligeiramente inclinados para o litoral. Os 
sedimentos são constituídos por camadas de espessura variada de sedimentos arenosos de 
coloração bege ou levemente esbranquiçado, ricos em caulinita e quartzo. Figura 5.1 mostra a 
localização da cidade de Itamarajú – Ba. 
 
  
 
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Figura 5.1: Localização da cidade de Itamarajú – Ba. Fonte: IBGE, 2009. 
 
 
 
5.3 OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DO METACAULIM 
 
Metacaulim é um material obtido do caulim, após tratamento térmico conveniente 
com vista à desidroxilação e alteração da coordenação do alumínio, material que pode ser 
ativado alcalinamente (Davidovits, 1991). Esta transformação ocorre pela perda de água da 
caulinita, dando origem a uma estrutura amorfa. Se o processo de calcinação continuar, a 
elevação da temperatura provoca uma recristalização da fase amorfa da metacaulinita para 
uma fase cristalina intermediaria chamada de espinélio até a nucleação da mulita (MOTHÉ, 
2004). 
O metacaulim já foi amplamente estudado em função da sua atividade pozolanica 
(por reagir bem com o óxido de cálcio) e devido ao seu efeito microfiler, tendo potencial de 
utilização como aditivo mineral para produção de concretos de alto desempenho similares aos 
obtidos com sílica ativa, conforme citado por CORDEIRO (2001). 
CORDEIRO, 2001 diz ainda que a argila caulinítica torna-se reativa quando 
calcinada entre 500º e 850ºC, pois nessa faixa de temperatura ocorre a desidroxilação da 
caulinita, resultando em um material amorfo, com estrutura desordenada e elevada 
reatividade. Vários fatores influenciam no comportamento reativo da metacaulinita, tais como 
tipo de forno, tempo de permanência, taxas de aquecimento e resfriamento. 
A desidroxilação da caulinita ocorre conforme equação x.xx, e em torno de 500˚C, 
Al2Si2O5(OH)4 → Al2Si2O7 + 2H2O (Equação x.xx) 
 (caulinita) (metacaulinita) ( gás) 
 
 
 
 
  
 
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5.3.1 Moagem do metacaulim 
 
A moagem diminui o tamanho das partículas de materiais sólidos, 
conseqüentemente aumentando a superfície especifica que melhora a velocidade de reação (ou 
atividade) de determinadas materiais-primas. Essa etapa supre alguma deficiência que 
porventura permaneça do processo de calcinação, conforme citado por DAL MOLIN (2002). 
Além disso,materiais mais finos resultam numa microestrutura mais uniforme e 
conseqüentemente, conduz a uma resistência mecânica elevada. 
Sabe-se que a evolução das reações e da resistência mecânica de materiais 
cimentícios é significantemente acentuada com o aumento da superfície especifica 
(VERBECK e HELMUTH, 1968). Alem disso, materiais mais finos resultam numa 
microestrutura mais uniforme e conseqüentemente, conduz a uma resistência mecânica 
elevada. 
No metacaulim o tamanho de suas partículas varia de 0,2 a 15 μm (DOMONE, 
2001) e sua área específica encontra-se em valores maiores que 12 m2/g (KHATIB e WILD, 
1996). 
As pozolanas podem contribuir para o ganho de resistência mecânica e redução de 
água para a trabalhabilidade devido o efeito físico das partículas na distribuição 
granulométrica do sistema. Este fenômeno é mais acentuado para pozolanas mais finas, como 
a sílica ativa e o metacaulim. O metacaulim possui diâmetro médio das partículas em 2,0 μm 
enquanto o cimento Portland 45 μm. 
A distribuição granulométrica influenciará principalmente no empacotamento e na 
distribuição das partículas que irão reagir com o hidróxido de cálcio livre ou servirão de 
material particulado que preencherá vazios intersticiais. Mesmo o material pozolânico que 
não reagiu pode ter a função de filler (GOLDMAN e BENTUR, 1992). 
A dureza e granulometria inicial do material são fatores que condicionam a 
evolução do Grau de Moagem. Segundo a bibliografia, para se ter uma alta reatividade, o 
diâmetro médio dos grãos tem que estar em torno de 3 μm. 
Volume mínimo do material a ser moído por vez deve seguir os seguintes critérios: 
≥ 25% do volume total do moinho e a quantidade de bolas, devem ser de 50 a 55% da 
capacidade liquida do moinho. 
Para uma melhor eficiência no processo de moagem deve ser iniciado com o 
material ainda quente, isto é recém saído do processo de calcinação (devido à ausência de 
  
 
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umidade no material resultante da calcinação), ou então sendo antes da moagem seco em 
estufa a 100 ºC. 
 
 
5.4 CARACTERIZAÇÃO DO CAULIM E DO METACAULIM 
 
O caulim adquirido da mineradora e o metacaulim produzido foram caracterizados 
por diversos ensaios, tais como difração de raios-X (DRX), granulometria à laser, 
determinação da área superfície especifica (BET), analise térmica (TG, DTG e DSC), 
espectroscopia por florescência de raios-X, microscopia eletrônica de varredura (MEV). 
 
5.4.1 DRX – Difração de raios X 
 
A técnica de difração de raios-X (DRX) possui um método que oferece uma forma 
prática para determinar a análise mineralógica de sólidos cristalinos. Se um cristal é exposto 
aos raios X de um determinado comprimento de onda, as camadas de átomos difratam os raios 
e produzem padrão de picos que é característico do mineral. A escala horizontal (ângulo de 
difração) de um padrão típico de DRX fornece o espaçamento do arranjo cristalino, enquanto 
a escala vertical (altura do pico) fornece a intensidade do raio difratado. Quando uma amostra 
submetida à análise por raios-X contém mais de um mineral, a intensidade dos picos 
característicos dos minerais individuais é proporcional às suas quantidades (MEHTA, 2008). 
Os raios X são radiações eletromagnéticas da mesma natureza da luz, mas com um 
menor comprimento de onda. Os comprimentos de onda utilizados nos ensaios de raios X 
variam de 0,5 – 2,5 A, enquanto o comprimento de onda da luz visível está em torno de 6000 
Angstroms. 
Os raios X podem ser em um tubo que possui um filamento de cobre ou tungstênio 
que irradia elétrons a altas velocidades e que atingem o anodo ou alvo. Através dessa colisão 
os raios X se irradiam em todas as direções, consistindo de raios com diferentes 
comprimentos de onda os quais dependem da variação da intensidade de voltagem utilizada 
no tubo para sua geração. O ensaio de difração de raios X consiste da geração controlada 
destes raios e seu direcionamento a um porta amostra que contém o material a ser analisado. 
Parte dos raios X que incidem na amostra são refratados segundo a Lei de Bragg, e captados 
em um mecanismo contador que converte os raios X em pulsos de corrente elétrica. O numero 
  
 
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de pulsos de corrente pela unidade de tempo é proporcional à intensidade dos raios-X que 
entram no contador. 
Após a calcinação do Caulim, os picos de Caulinita desaparecem, conseqüência da 
quebra da sua estrutura cristalina que se torna amorfa, onde nos difratogramas obtidos do 
DRX, devem ser visualizados alguns halos difuso, amorfos, largos e alguns picos cristalinos, 
através da interpretação desses difratogramas será escolhido o melhor aglomerante (o mais 
amorfo). 
A identificação dos componentes exige o conhecimento da distância interplanar 
basal, que é característica de cada composto cristalino e é o que permite a sua identificação. 
Quando a amostra é exposta a um feixe monocromático de raios X, cada cela unitária é capaz 
de difratar os raios X. O feixe difratado é expresso através de picos que se destacam da linha 
de base, registrados num difratograma que relaciona intensidades de difração obtidas em 
ângulos 2θ. 
Para quantificar o teor de amorfos presente no metacaulim, fez-se refinamento por 
Ritivield, utilizando um equipamento Bruker - AXS nas seguintes condições de operação: 
radiação de Co Kα (40 kV/35 mA); velocidade do goniômetro de 0,02º 2θ por passo com 
tempo de contagem de 3,0 segundos por passo e coletados de 5 a 80º (2θ). A interpretação 
qualitativa de espectro foi efetuada em software Bruker DiffracPlus e os espectros foram 
refinados e quantificados no software TOPAS R. Para esta análise é considerado aceitável um 
erro inferior a 6,0% , conforme citado por Fontes (2008). 
 
5.4.2 Granulometria a Laser 
 
A análise de distribuição de tamanho de partículas por difração a laser é uma 
técnica bastante utilizada para determinar a curva granulométrica de pós finos, como é o caso 
do caulim. 
Principio: a análise de distribuição de tamanho de partículas por difração a laser 
baseia-se no princípio (difração Frauhoffer) de que, quanto menor o tamanho da partícula, 
maior o ângulo de difração de um feixe luminoso que atravessa uma população de partículas. 
As partículas apresentam-se dispersas atravessando momentaneamente um feixe de 
laser causando difração, sendo as partículas de tamanho compatível com o comprimento de 
onda da luz. A intensidade da luz difratada é proporcional ao quadrado do tamanho da 
partícula e o ângulo de difração varia inversamente com o tamanho da partícula. 
  
 
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O resultado é apresentado em forma de gráfico e numa planilha. A granulometria 
foi determinada através das três amostras de caulim diferentes, que em forma de tabela 
apresenta o diâmetro em μm das porcentagens acumuladas, correspondentes a 10, 50 e 90%. 
Essa técnica não mede partículas individuais. Através de transformações 
matemáticas complexas (transformadas de Fourier inversa), calcula-se uma estatística de 
distribuição de tamanhos dessa população de partículas. Como a maioria das partículas reais 
não é perfeitamente esférica, o diâmetro estimado com esta técnica pode diferir do real. No 
caso de partículas muito alongadas ou achatadas, a diferença entre o valor estimado e o real 
pode chegar a mais de 1000% (Allen, 1990; http://www.instrutec.com.br) 
Amostra: a amostra para análise da granulometria por difração a laser pode ser em 
forma de pó, em suspensão ou em emulsão. Dependendo do equipamento, é possível avaliar 
materiais com diâmetros de partículas