Avaliação da contaminação dos metais pesados em matrizes cimentícias por meio da espectroscopia de impedância eletroquímica

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2017.A avaliação ambiental dos materiais a base de cimento Portland, oriundos da incorporação de resíduos é um importante componente na análise do comportamento dos materiais de construção. Os metais pesados presentes nos produtos e subprodutos industriais podem lixiviar das matrizes cimentícias para o meio ambiente. O objetivo geral deste trabalho é investigar as matrizes cimentícias por meio da espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) para avaliar o desenvolvimento microestrutural das matrizes cimentícias durante o processo de hidratação e durante o processo de lixiviação. Argamassas foram produzidas e contaminadas com Cd, Cr, Pb e Zn, em diferentes concentrações. Ensaios de absorção de água, evolução da temperatura durante a hidratação das argamassas, módulo de elasticidade dinâmico pelo método de ultrassom, ensaio de lixiviação do tipo ensaio de tanque, a espectroscopia de impedância eletroquímica, dentre outros, foram realizados. O cromo acelerou as reações de hidratação das argamassas enquanto que o zinco retardou estas reações. A maior contaminação dos metais pesados aumentou a sorptividade das argamassas e esta propriedade está intimamente relacionada à resistência elétrica das argamassas. O maior teor de contaminação com os metais pesados aumentou o coeficiente de difusividade dos íons metálicos durante o ensaio de lixiviação. Na avaliação dos dados da EIE foram realizadas simulações com a utilização de softwares e desta maneira se determinou o erro entre os dados simulados e os dados experimentais. A partir dos valores de erro encontrados, verificou-se que as argamassas contendo metais pesados, isolados e em conjunto, apresentam o modelo de circuito elétrico de Voigt, composto por dois circuitos em série. Enquanto que as amostras de referência e as amostras contendo resíduos apresentaram um circuito de Voigt. A capacitância elétrica foi diretamente proporcional ao teor de retenção dos metais cádmio pelas argamassas. Por fim, a EIE se mostrou uma técnica muito sensível às alterações microestruturais ocorridas nas argamassas, foi sensível à presença dos matais pesados e se torna uma técnica promissora ao ser aplicada em matrizes cimentícias.Abstract : The environmental evaluation of cementitious materials from waste incorporation is an important component in the analysis of behavior of building materials. Heavy metals present in industrial products can leaching from the cementitious matrices to the environment. In view of that, using electrochemical impedance spectroscopy (EIS), this study aims to evaluate the microstructural development of cementitious matrices during the hydration and leaching processes. Mortars were produced and contaminated with Cd, Cr, Pb and Zn in different concentrations. Water absorption tests, hydration heat evolution rate, dynamic modulus of elasticity by ultrasound, tank leaching test and electrochemical impedance spectroscopy, among others, were carried out. Chromium accelerated the hydration reactions of the mortars, while zinc retarded such reactions. At the highest contamination rate with heavy metals, the sorptivity of the mortars increased and this property is closely related to the electrical resistance of the mortars. At the highest contamination rate with heavy metals, the diffusion coefficient of metal ions increased during the leaching test. In the evaluation of EIS were determined the error between experimental electrical data and fitting data using software. From the errors found, it was verified that contaminated mortars (isolated or in combination) showed a Voigt circuit model formed by two meshes. While in the reference mortars and in the samples with wastes, showed a Voigt circuit model with only one mesh. The electrical capacitance was directly proportional to the retention rate of the heavy metals in the mortars. Finally, the EIS is a susceptible technical to cementitious matrices and your microstructural changes and, it was efficient in to evaluate the presence of the heavy metals