Avaliação do potencial de expansão da escória de aciaria Pennsylvania Test Method (PTM 130)

O ensaio PTM-130 "Pennsylvania Test Method", criado em junho de 1976, revisado em maio de 1978 e adaptado pelo DER/MG "Departamento de Estradas de Rodagem de Minas Gerais" - DMA-1 "Divisão de Materiais" em 1982, visa avaliar o potencial expansivo da escória de aciaria. As escórias de aciaria, produzidas através dos diversificados processo de fabricação de aço, são geralmente de características expansivas, suscetíveis a excessivas mudanças de volume, podendo alcançar altíssimos níveis de expansão, em determinados casos, a expansão alcança valores próximos de 10%, esta exacerbada dilatação é atribuída à hidratação dos óxidos de cálcio e magnésio. Este método é também aplicável a qualquer outro material particular que apresentar suspeitas de características expansivas. O ensaio PTM 130 foi adotado pelo DNER. As normas: EM 262 (DNER, 1994) e PRO 263 (DNER, 1994) determinam que deva haver um rigoroso controle da expansão da escória de aciaria através do referido método (PTM-130).

Neste estudo, após a determinação da umidade ótima, da massa específica aparente seca máxima (2,370 g/cm3) e da umidade ótima (9,6%), os corpos de prova de escória de aciaria LD, oriundos do depósito da USIMINAS em Ipatinga MG, foram preparados conforme prescreve a metodologia Pensylvania test method (PTM-130), adaptado pelo DER/MG, através da sua Divisão de Materiais (DMA-1) em 1982. Foram realizados dois ensaios, cada um deles com três corpos-de-prova, moldados no dia 02/03/09; para cada ensaio, compactou-se um corpo de prova (CP) no ramo saturado, outro na umidade ótima e outro no ramo seco.

3.2.12.1 Aparelhos necessários para execução do ensaio

Os aparelhos necessários para a execução do ensaio PTM-130 são:

a) Molde: deve ser de metal, de forma cilíndrica com um diâmetro interno de 15,24 cm ± 0,13 mm e uma altura de 17,78 cm ± 0,13 mm, deve ser provido de um colar de extensão metálico de 5,08 cm de altura e uma base perfurada de metal (prato) de 9,53 mm de altura, deve ser recoberto com um preventivo antiferruginoso ou construído de aço inoxidável. As perfurações no prato de base não devem exceder 1,59 mm de diâmetro;

b) disco espaçador: um disco espaçador circular de metal de 15,08 cm de diâmetro e, 6,14 cm de altura;

c) soquete: soquete metálico cilíndrico de 5,1 cm de diâmetro de face inferior plana, e peso de 2,496 kg equipado com dispositivo para controle de altura de queda igual a 30,48 cm;

d) aparelhos medidores da expansão: uma haste metálica ajustável e prato perfurado, com perfurações não excedendo 1,59 mm de diâmetro e um tripé metálico para suportar o extensômetro medidor da expansão vertical acumulada; e) pesos: dois pesos metálicos anelares ou quatro pesos metálicos providos de

ranhuras, totalizando 4,54 kg com diâmetro de 14,92 cm e um orifício central 5,40 cm de diâmetro;

f) pesos: dois pesos metálicos anelares ou quatro pesos metálicos providos de ranhuras, totalizando 4,54 kg com diâmetro de 14,92 cm e um orifício central de 5,40 cm de diâmetro;

g) extensômetro: dial com leitura de 0,025 mm;

h) outros aparelhos, tais como: bandeja para mistura, esquadro, escala, tanque de imersão ou balde, papel filtro, pratos e estufa a 71 oC ± 3 oC.

3.2.12.2 Preparação da amostra para o ensaio PTM-130

Secar a amostra ao ar, posteriormente, passar a amostra na peneira de 50,8 mm, desprezar a fração retida nessa peneira. A fração passada na peneira de 50,8 mm

constituirá a amostra total, da qual serão retiradas as amostras para os ensaios de compactação e expansão. Essa amostra será chamada amostra inicial.

3.2.12.3 Amostra para a relação umidade ótima – densidade máxima

a) Da amostra obtida, em conformidade com a seção, 3.2.12.2, confeccionar com o auxílio do repartidor de amostras ou por quarteamento, uma amostra representativa de 6,36 kg ou mais;

b) passa-se esta amostra representativa na peneira de 19 mm e retido na peneira 4,8 mm, obtido de outra amostra representativa, conforme descrito na alínea (a) desta seção;

c) determinar a curva umidade ótima e a densidade máxima de acordo com o norma ME 049 (DNER, 1994), observando entretanto, que a escória de aciaria, no ensaio PTM-130, adaptado pelo DER/MG, deverá será compactada em três camadas iguais com 56 golpes por camada (energia modificada), com molde conforme seção 3.2.12.1 alínea a, disco espaçador em conformidade com o prescrito pela seção 3.2.12.1 alínea c; e que as amostras só serão utilizadas para teste de expansão. As energias utilizadas pelo DER/MG e pelo DNER/DNIT são equivalentes, conforme elucida a Tabela 3.3.

Tabela 3.3 – Energias utilizadas pelo DNER E DER/MG (DER/MG, 1982). ENERGIA (*) APLICAÇÃO _CAMADAS N.DE GOLPES POR N. DE

CAMADA SOQUETE (kg) (**) DISCO ESPAÇADOR (cm) (***) D N ER CONVENCIONAL SUBLEITO 5 12 4,5 6,3

INTERMEDIÁRIA BASE E _SUB-BASE 5 26 4,5 6,3

MODIFICADA BASE E _SUB-BASE 5 56 4,5 6,3

D

ER

/MG

CONVENCIONAL SUBLEITO 5 13 4,5 5,1

INTERMEDIÁRIA BASE E _SUB-BASE 5 29 4,5 5,1

MODIFICADA BASE E _SUB-BASE 5 59 4,5 5,1

MÉTODO PTM-130 GERAL 3 56 2,5 6,3

(*) As energias adotadas pelo DER/MG são equivalentes às do DNER.

(*) A energia do PTM-130 é equivalente às convencionais (DNER E DER/MG). (**) Valores referentes ao o peso do soquete, arredondados para uma casa decimal. (***) Valores referentes à altura do disco espaçador, arredondados para uma casa decimal.

3.2.12.4 Teste de expansão – procedimentos iniciais

Os três corpos-de-prova, com umidade próxima da ótima, sendo que um deles se situe no ramo seco, outro no ramo úmido e outro entre os anteriores, serão usados no teste de expansão. Coloque um disco de papel de filtro grosso na placa de base perfurada, inverta o molde com a escória compactada como obtida na seção 3.2.12.3 alínea c, fixando na mesma, a placa de base perfurada, de maneira que o papel de filtro fique em contato com a escória. Coloque a haste ajustável e a placa perfurada na amostra de escória compactada e aplique pesos para produzir sobrecargas de 4,542 kg. Submergir o molde e os pesos em água, pré-aquecida a 38 oC, permitindo a água livre acesso por cima e por baixo da amostra. Coloque a amostra submersa numa posição nivelada em uma estufa controlada para 71 oC ± 3 oC. Ajuste o tripé no colar de extensão, e coloque o dial do extensômetro, deve ser estabelecido de forma que seu pistão não seja muito estendido. Isto permitirá medidas do assentamento ou consolidação inicial da amostra.

3.2.12.5 Teste de expansão - procedimentos intermediários

Anotar a medida inicial, tomada 30 minutos após a colocação da amostra na estufa de 71 oC ± 3 oC. Esta medida é a leitura básica e permite a expansão térmica dos aparelhos de teste. As medidas devem ser anotadas no mínimo uma vez por dia, de preferência a mesma hora do dia, por um período de sete dias. Adicionar água suficiente, para que a amostra de teste permaneça completamente submersa. Esta água deve ser adicionada pelo menos duas horas antes da leitura do dia. Após o período de sete dias, a água deve ser removida do tanque ou balde, e mantida na estufa a 71 oC ± 3 oC, a condição de saturação, porém não submersa, deverá ser mantida por mais sete dias. As medidas de expansão, devem continuar conforme especificado na alínea b desta seção, e não devem ser anotadas, antes de duas horas, após adição de água na amostra. Um mínimo de 500 cm3 (meio litro) de água , deve ser adicionado à parte de cima da amostra todos os dias, com a finalidade de mantê-la completamente saturada. Após estas duas semanas de expansão, desmanche cuidadosamente a amostra de teste, verificando se houve alguma formação cristalina na superfície das partículas de escórias.

3.2.12.6 Teste de expansão – procedimentos finais

Calcule a porcentagem de expansão volumétrica, dividindo a leitura feita no extensômetro, menos a leitura base pela altura inicial da amostra 11,64 cm. A taxa de expansão é a curva do tempo em dias (eixo x) versus a porcentagem de expansão (eixo y), conforme Figura 3.13. As partes da curva desenvolvidas durante as condições de submersão e não submersa deverão ser claramente indicadas e as taxas de expansão deverão ser calculadas separadamente para cada uma destas duas partes referidas. As porcentagem da expansão volumétrica total, são obtidas com a leitura do extensômetro após 14 dias das condições estipuladas de submersão e não submersão, menos a leitura de base do extensômetro, dividida pela altura inicial da amostra 11,64 cm.

Figura 3.13 – Gráfico para determinação da taxa de expansão da escória de aciaria (DNER/MG, 1982).

Para este estudo, foram compactados dois ensaios com três corpos-de-prova cada, sendo que, um deles situado no ramo seco, outro no ramo úmido e outro na umidade ótima, sendo utilizadas para determinação do teste de expansão.

Os corpos de prova foram moldados no dia 02/03/09, e colocados em condição submersa a uma temperatura de 71 ºC ± 3 ºC. A leitura inicial com o extensômetro foi realizada após trinta minutos e, as demais leituras foram realizadas durante (14) quatorze dias no mesmo horário, sempre após duas horas depois da adição de água permitindo verificar a expansão térmica. Após a primeira metade do período, sete dias, a água do tanque foi retirada e a amostra foi mantida nas condições de saturação (não submersa), e na segunda metade, por mais sete dias, mantendo as leituras não devem ser anotadas, antes de duas horas, após adição de água na amostra.