Aplicação da difração de raios-X e método de Rietveld no estudo de Cimento Portland

Abstract

CAPÍTULO III -DIFRAÇÃO DE RAIOS-X E O MÉTODO DE RIETVELD AbstractThe project has focused on the application of X-ray diffraction and Rietveld method (XRDRietveld) on the characterization and quantification of Portland cement, and represents a pioneer scientific contribution on the theme in Brazil.Natural and artificial pozzolans, and also industrial byproducts that are highly available in the Brazilian industry were studied, as the blast furnace slags from steel works and fly ash from power stations. Furthermore components of laboratorial cements were studied, as clinker, limestone, gypsum, and finally the Portland cement with additions, prepared in laboratory.Hydration studies to follow the reactions in a cement paste were also performed using XRDRietveld.The Portland cement is composed by clinker, gypsum and fillers, as limestone, pozzolan and slags. Portland cement clinker is the sintered and pelletized product from calcination of an adequate mix of limestone and clay and minor corrective materials.The Rietveld method was introduced by Hugo Rietveld in 1969 and is based on the simulation of the whole diffraction spectrum from the components structural data, allowing for refining instrumental and crystallographic parameters. Quantitative values are obtained by comparing the calculated and actual diffractograms and minimizing differences mathematically through a least squares method. To develop the project several analytical traditional techniques were used with XRD: optical microscopy, electronic microscopic (SEM), X-ray fluorescence (XRF) and calorimeter.XRD-Rietveld presented as a high reproducibility technique with technical and logistics advantages. The evaluation of the instrumental conditions showed that to obtain a good quantitative result in reduced time were with a scan with 20s/step, a 10 minutes scan, possible with position sensitive detectors. Automatic (ADS) and fixed divergent slits (FDS) were tested, validating the technique in both conditions. The reduction in the time of analysis is very important to follow the cement industry interests on quality control. Para desenvolvimento do projeto foram utilizadas técnicas analíticas tradicionais como apoio, tais como a microscopia óptica de luz transmitida, microscopia eletrônica de varredura (MEV-EDS) e fluorescência de raios-X (FRX). Histórico do Cimento Portland CompostoA primeira referência a pozolanas é encontrada em Da Architetura, uma das mais antigas edições existentes do tratado de arquitetura escrito pelo romano Marcus "Vitruvius" Pollio (séc. As escórias de alto-forno foram aplicadas pela primeira vez na Alemanha em 1853. Na maioria dos países do mundo, elas são incorporadas como ingrediente dos cimentos Portland de altoforno contendo entre 25 e 70% em massa de escória. Percebeu-se que a cinza volante enriquecida em cálcio, produzida pela combustão de carvão sub-betuminoso e lignítico é mineralogicamente similar à escória granulada de alto-forno (Malhotra e Mehta, 1996). Um constituinte predominante de ambos é um vidro alumino-silicático enr...

Vidro vulcânico maciço: pozolana natural no oeste paulista

“…A determinação do percentual amorfo foi feita pela difratometria quantitativa de raios X, método de Rietveld (Gobbo, 2009), utilizando-se como padrão interno o fluoreto de lítio (griceita) em teor de 10%, por não apresentar picos sobre o halo amorfo da amostra (OU-619A) de vidro vulcânico selecionada. O difratograma (Figura 7) foi obtido nas mesmas condições anteriores citadas.…”

“…O gráfico de refinamento (Figura 7) pelo método de Rietveld da amostra de vidro vulcânico (OU-619A) que foi estudada por Gobbo (2009) mostra um bom ajuste entre os padrões observados e calculados, bem como um reduzido indicador estatístico (GOF = 4,3). O halo amorfo está ressaltado no difratograma entre 18 e 32º de 2θ, com ponto máxi-mo de altura de background entre 25 e 28 de 2θ.…”

“…Considerando que Gobbo (2009) determinou o teor de 69% de fase vítrea na amostra por difração de raios X-Rietveld, o valor do Chapelle com base neste teor é um consumo de 500 mg de CaO por grama ví-trea de vidro vulcânico. Registre-se também que a finura de todas as partículas está numa fração considerada boa para esses ensaios, ou seja, apresentam resíduos retidos na peneira 45 µm abaixo de 10%, muito embora a área específica superficial seja considerada baixa (+/-7000 cm 2 .g -1 ) uma vez que, normalmente, as pozolanas de origem vulcânica requerem moagem para alcançar a finura adequada e desenvolver as propriedades físicas e atividade química desejadas na argamassa e no concreto.…”

Formación tardía de etringita en fibrocemento.

“…El indicador estadístico utilizado para este refinamiento presento un valor elevado, GOF 17 =19,44, siendo que el recomendado para las condiciones de refinamiento utilizadas en este trabajo debería estar por debajo de 15. Esta discrepancia está reflejada principalmente por la falta de ajuste entre la curva calculada y la curva observada para la fase calcita donde esta puede influir cuando su porcentaje de adición de relativamente bajo (5%) (GOBBO, 2009). También se resalta la dificultad de obtener un ajuste próximo al ideal para un material de naturaleza polifásica como lo es el caso del cemento Portland cuya naturaleza química involucra muchos componentes de distinta naturaleza cristalina y que exige condiciones de precisión elevadas.…”

“…A través de la difracción de rayos X es posible identificar los compuestos cristalinos producidos por estas alteraciones, siempre que la concentración esté por encima de 5% (GOBBO, 2009). La identificación de las fases se hace posible por la aparición de un pico característico en el difractograma para cada estructura cristalina correspondiente a una determinada fase.…”