Avaliação geológica e tecnológica de argilas pozolânicas do Distrito Federal e entorno

Abstract

Esta tese apresenta o estudo geológico, mineralógico, geoquímico, de coloração do cimento e de atividade pozolânica de argilas em cinco áreas do Distrito Federal e entorno. O objetivo principal é o de contribuir para o conhecimento científico de argilas pozolânicas utilizadas industrialmente na produção de cimento pozolânico. A compreensão da gênese e da evolução dos mantos intempéricos formadores de argilas pozolânicas, a correlação entre áreas, o estudo da atividade pozolânica das argilas, a prospecção e utilização industrial de argilas pozolânicas, completam o escopo do trabalho. Os perfis das áreas estudadas são interpretados como produto de intemperização de rochas pelíticas dos Grupos Paranoá e Canastra e são formados por rocha matriz e saprolito na parte inferior e por solum na parte superior dos mantos intempéricos. A caulinita é o mineral responsável pela atividade pozolânica das argilas. É produzida inicialmente no saprolito a partir de ilita ou muscovita e está presente por todo o manto intempérico como dois diferentes politipos. O politipo 1Md é bem definido no saprolito da porção inferior e o politipo 1A é o mineral dominante no solum da porção superior do manto intempérico. A intemperização das áreas ocorreu por meio de reações de hidrólise e o processo de lixiviação solubilizou Na, K, Ca, Mg e Fe e concentrou caulinita na porção médio-superior dos mantos intempéricos. A desferrificação provocou a mudança da cor dos mantos intempéricos de vermelho-amarelo no saprolito para bege claro no solum. O processo de caulinitazação possivelmente continua ocorrendo no presente. A calcinação a 800°C por 30 minutos provocou o colapso estrutural da caulinita, transformando-a em fase amorfa - metacaulinita. As argilas das áreas de Brazlândia (BRA), Santo Antônio do Descoberto (SAD), Sobradinho e Bonsucesso (BON), tornaram-se pozolânicas após a calcinação. As argilas pozolânicas de BRA, de SAD e da parte superior de BON não apresentaram mudanças de cor após calcinação. As argilas pozolânicas do perfil SA de Sobradinho e as argilas pozolânicas da parte basal de BON tiveram alteração de cor após a calcinação, podendo ser destinadas a mercados de cimento específicos. O “índice de atividade pozolânica com cimento aos 28 dias, em relação ao controle” (IAP) mostrou-se incongruente com os resultados obtidos com as argilas pozolânicas. Recomenda-se a substituição do IAP pelo ICR “índice de crescimento de resistência mecânica à compressão”, dado pela relação RMC2-RMC1/RMC1x100. O RMC1 indica a atividade pozolânica da argila com Ca(OH)2 e o RMC2 a atividade pozolânica da argila com cimento. Considerar-se-á pozolânica a argila, quando o ICR for maior ou igual a zero, mantidos os demais requisitos estabelecidos pela NBR 12653/92. Para adequada compreensão da formação de argila pozolânica e de sua preservação aos processos erosivos, são necessários estudos complementares em âmbito regional - aspectos geomorfológicos, estruturais e litológicos. Na prospecção de argilas pozolânicas os métodos mineralógicos fornecem bons indicativos de atividade pozolânica. Na fase final de pesquisa é imprescindível a utilização de métodos de medição de atividade pozolânica. A fim de se obter o melhor resultado técnico-econômico na aplicação industrial de argilas pozolânicas, é recomendável estudar a compatibilidade entre o clinquer produzido pela fábrica de cimento e a argila pozolânica. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

In this thesis, we report the study of geological, mineralogical, geochemical, color of cement and clay pozzolanic activity in five areas of the Distrito Federal, Brazil. The main purpose of this work is for contributing to scientific knowledge of pozzolanics clays used industrially in the production of pozzolanic cement. Understanding the genesis and the evolution of weathered mantles of pozzolanic clays, the correlation between areas, the study of pozzolanic activity of clays, the prospection and the industrial use of pozzolanics clays, complete the scope of the thesis. The profiles of the areas are interpreted as a weathering product evolved from pelitic rocks of the Paranoá and the Canasta Groups. The weathering mantles consist of parent rock and saprolite in the bottom of the mantle and of solum in the upper part of the weathering mantle. Kaolinite is the mineral responsible for the pozzolanic activity of the pozzolanic clays. The kaolinite is generated from illite and muscovite particles and is present throughout the weathering mantle as two different polytypes. The 1Md polytype is well defined within the saprolite of the bottom portion and the 1A polytype is the major mineral in the upper solum weathering mantle. The weathering process involves hydrolysis reactions. The leaching process caused the loss of Na, K, Ca, Mg and Fe and the kaolinite concentration in the medium-upper part of weathering mantle. The loss of Fe is responsible to change the mantle color from red-yellow on saprolite to beige-white on solum. Probably, this process is still occurring at present. Burning the clays at 800°C for 30 minutes destroyed the mineralogical structure of kaolinite, transforming it into an amorphous phase – metakaolinite. The clays from Brazlândia (BRA), Santo Antônio do Descoberto (SAD), Sobradinho and Bonsucesso (BON) areas, became pozzolanic after burning. The pozzolans clays from BRA, SAD and BON mines do not change the color after calcination. The pozzolans clays from SA profile (Sobradinho) and from the bottom portion of BON mine changed the color after burning. These pozzolans clays should be used in the special cements. The "pozzolanic activity index with cement after 28 days, compared to control” (IAP) was inconsistent with the results obtained with the pozzolanics clays. This thesis recommends the replacement of IAP by the ICR (growth index of compressive strength). The ICR is calculated by the ratio RMC2-RMC1/RMC1x100. The RMC1 indicates the pozzolanic activity of clay with Ca(OH)2 and RMC2 the activity of clay with cement. The pozzolanic clay would be considered if the ICR is greater than or equal to zero. The others requirements of NBR 12653/92 are kept the same. For proper understanding of pozzolanic clay formation and its preservation to erosion, additional studies are necessary at the regional level - geomorphological, structural and lithological aspects. During the prospect phase the mineralogical methods provides good indications of pozzolanic activity. During the research final phase is essential to use methods of pozzolanic activity evaluation. In order to get the best technical and economic results in the industrial application of pozzolanics clays, it is recommended to study the compatibility of clinker produced by the cement plant and the pozzolan clay.