Decreasing amounts of available ideal materials, as well as environmental and economic considerations, lead the cement industry to investigate new products to be used as supplementary cement materials. Dolomite, ideally CaMg(CO3)2, is a carbonate that is already used by the concrete industry as an aggregate but which can be thermally activated to form a mixture of MgO and CaCO3 that is often referred to as “half-burnt dolomite”. The production of this thermally activated dolomite and its use as an addition to Portland cement were investigated in this study. Half-burnt dolomite was successfully obtained under experimental conditions (i.e. temperature and atmosphere composition) which appear compatible with industrial production. The decomposition product consists of nanometric platelets of MgO within a porous calcite matrix. The reactivity of half-burnt dolomite, in aqueous solutions and cement paste, depends on the size of the MgO crystallites and on their accessibility to water (e.g. the surface area of the half-burnt dolomite), both parameters being influenced by the decomposition conditions and the properties of the dolomite. Sintering during partial decomposition seems to control, at least partially, the reactivity of half-burnt dolomite. The reactivity during early hydration stages (i.e. typically < 72 h), which needs to be high while cement is still plastic, is however incomplete. The addition of half-burnt dolomite to Portland cement is not found to influence significantly the properties of cement pastes and even induces an improvement of the compressive strength at 28 days at ~ 10 mass% replacement of cement by half-burnt dolomite. This study suggests that half-burnt dolomite is an interesting potential addition to Portland cement and so more work is recommended (e.g. tests and pilot scale production) with the objective of industrial application.

Orientador: José Manoel dos Reis Neto / Co-orientadores: Luiz Alberto Fernandes, Sidnei Pires Rostirolla / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná / Resumo: A região de Morro Azul é historicamente conhecida pela explotação de rochas metacalcárias, visando o fabrico da cal e produção de corretivo agrícola. Está localizada a noroeste da cidade de Almirante Tamandaré - PR, possuindo uma grande concentração de frentes de lavra. Mais de 30 empresas lavram hoje o metadolomito na Região, mas essas empresas que atuam na área conhecem, no máximo, as suas frentes de lavra atuais. Isto faz com que hoje tenhamos no Paraná, embora de forma mecanizada, uma lavra de subsistência, pois o desconhecimento geológico dos materiais extraídos impossibilita a implantação de qualquer estratégia de aproveitamento, tanto do ponto-de-vista mercadológico quanto social. O presente estudo teve como objetivo caracterizar os critérios estratigráficos e petroquímicos dessas rochas para que, posteriormente, esses critérios fossem aplicados em outras regiões. A validação empírica foi a meta presente durante todo trabalho, pois o conhecimento dos mineradores é relevante para que se faça uma geologia aplicada. O principal litotipo carbonático aflorante na região é o metadolomito, metamorfísado em baixo grau, com idade deposicional Meso a Neoproterozóica. Essas rochas são representativas de uma seqüência plataformal carbonática, atribuídas às unidades litológicas Morro Grande e Rio Branco, da Formação Capirú, Grupo Açungui. O método de análise faciológica na interpretação de ambientes de sedimentação de unidades fanerozóicas foi aplicado em exposições dessas rochas. Para tal foram empregados critérios de observação, descrição, amostragem, levantamento de seções colunares, petrografia e análises químicas de rochas. As fácies foram individualizadas pela geometria, constituição litológica, texturas, estruturas sedimentares deposicionais e biogênicas e a interpretação integrada dessas análises. Os resultados evidenciaram um guia prospectivo de valor para a região. Níveis sotopostos às fácies resultantes de dissolução cárstica (grutas e cavernas) e ausência de estruturas estromatolíticas (esteiras algais) são os mais promissores para a exploração do bem mineral. A região estudada apresenta-se polideformada, sendo que as diversas fases de deformação podem ser relacionadas a três principais sistemas de deformação. Há heterogeneidade nesta deformação, pois se encontram faixas incipientemente deformadas, onde podem ser observadas abundantes estruturas sedimentares. Para a classificação da rocha e identificação dos teores de CaO e MgO, foram utilizados os resultados de análises químicas e colorimetria de carbonatos em lâminas delgadas. Desta forma, a rocha explotada foi classificada como metadolomito destacando como característica fundamental suá homogeneidade composicional em níveis distintos. A qualidade do metadolomito da região de Morro Azul, e sua variação composicional não decorrem somente da faixa de metadolomito lavrada, mas também do nível estratigráfico explotado. Isto explica a seleção, por parte dos mineradores, de níveis preferenciais para exploração em detrimento de outros que acabam sendo abandonados e suas frentes de lavra desativadas. O principal resultado deste trabalho, foi a identificação de um guia prospectivo onde, através deste, é possível caracterizar os níveis próprios para explotação. Na região de Morro Azul, a exemplo de todo estado do Paraná, a explotação do metadolomito ainda se restringe aos usos mais tradicionais, tais como a produção de cal e corretivo agrícola. Além destes usos, essa rocha é fonte de matéria-prima para diversas outras aplicações. O desconhecimento das reservas, critérios de exploração e qualidades da matéria-prima são a causa contígua da deficiência de investimentos estratégicos no âmbito, cujo lance de crescimento tem sido refreado nos últimos anos. / Abstract: The region of Morro Azul, northwest o f Almirante Tamandare city - PR, is known by the exploitation o f metacalcareos rocks, for the manufacture o f the whitewash and production o f agricultural corrective. It possesses a great concentration o f mine fronts. More than 30 companies are exploiting the metadolomite in the region, but their current plowing fronts is all they know in terms o f Geology. Therefore, lime exploitation in Parana, although automated, is carried out as a subsistence plowing. The lack o f geolo^cal knowledge about the extracted material renders it impossible to stablish any stategic plan, be it of social or market character. The objective o f the present study is to determine stratigraphic and petrochemical criteria for those rocks so that, they can be applied to other areas. The empirical validation was a constant goal all along the research, because the miner knowledge is relevant for the geology to be applied. The main outcroping limestone lithotype in the area is the low grade metadolomite, with Meso to Neoproterozoic age. These rocks are representative of a platfonnal carbonatic sequence, associated with the Morro Grande and Rio Branco geological units o f the Capiru Formation - A9ungui Group. The faciological analysis method applied to the interpretation o f phanerozoic units sedimentation ambient was used in the outcrops. Observation, description, sampling, drawing o f collumnar sections, petro^aphical and chemical rock analyses were used. Te facies were individualized by the geometry, lithologic association, texture, sedimentary structures and the integrated interpretation o f all these. As a result o f this analysis, a valuable prospective guide fo rth e area was determined. Layers underlying the karst facies, characterized by dissolution grottos and caves and die absence o f stromatolitic structures (algal mats) are the most promising exploration targets. The area exhibits a complex deformation and the several phases can be related to three main deformation systems. The deformation is not homogeneous, showing up strips where it is veiy subtle, containing abundant sedimentary structures. For the rock classification and identification of the CaO and MgO grades, the results of chemical analyses and carbonate colorimetry on thin sections were analysed. From these analyses, the rock being exploited was classified as metadolomite and its compositional homogeneity in different levels was highlighted as fundamental characteristic. The ore quality in the region of Morro Azul and its compositional variation are not only related to the strip of metadolomite being exploited but also to the stratigraphic position. This explains the selection done by the miners, preffering certain levels for exploration, while others are abandoned or have their exploitation descontinued. The main result of this work was the determination of a prospective guide which allows for the identification of exploitable levels. In the Morro Azul area, as in the whole Parana, the metadolomite is still exploited for the most traditional uses, such as die production of whitewash and agricultural corrective. Besides these uses, this rock can be used for several other applications. The lack of knowledge on die reserves, exploration criteria and quality of the raw material are the immediate cause of the lack of strategic investments in the section, whose growth has been repressed in the last years.