4.1 - Objetivos
Neste capítulo pretende-se:
Descrever o estudo de soluções de tratamento do granulado de caroço de espiga de milho com calda de cimento;
Determinar a curva granulométrica do granulado tratado e compara-la com a do granulado simples e com a da argila expandida;
Determinar a massa volúmica, o teor de absorção de água e a baridade do granulado tratado e da argila expandida;
4.2 - Introdução
Em trabalhos de investigação desenvolvidos recentemente sobre a aplicação do granulado de caroço de espiga de milho como agregado leve no fabrico de betão não estrutural leve [9] e como agregado leve no fabrico de blocos leves de betão [1], verificou-se que o processo de secagem requerido do produto final era bastante elevado e superior ao período de tempo corrente nestes contextos (28 dias). Simultaneamente, também se verificou que, por vezes, existe uma debilitada ligação entre a pasta de cimento e o agregado de granulado de caroço de espiga de milho.
No sentido de contornar estes dois aspetos técnicos, que não favorecem nem o processo de fabrico de betão leve, nem o processo de fabrico dos blocos leves, foi imperioso, nesta fase do trabalho de investigação, estudar soluções técnicas simples, práticas e económicas capazes de solucionar estes problemas de uma forma contextualizada. Para o efeito, estudaram-se duas soluções alternativas de tratamento prévio do granulado de caroço de espiga de milho simples e que consistiram em envolver o respetivo granulado simples com um repelente à água (Solução 1) e a outra solução consistiu em envolver esse granulado simples numa calda de cimento (Solução 2). Em ambos os casos, pretende-se reduzir a capacidade de absorção de água de granulado simples e aumentar a massa volúmica. No segundo caso, também se pretende aumentar a capacidade de adesão ou de ligação entre a pasta de cimento e o agregado leve.
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Para além disso vai-se estudar diferentes procedimentos de envolvência do granulado numa calda de cimento, por forma a verificar qual dos procedimentos que mais se adequa, determinando a curva granulométrica e comparando com a da argila expandida. Pretende-se também determinar a massa volúmica, o teor de absorção de água e a baridade do granulado tratado (envolto numa calda de cimento).
4.3 - Granulado envolto numa calda de cimento
As soluções técnicas pensadas e analisadas anteriormente e que consistiram, no Caso 1, utilizar o granulado de caroço de espiga de milho simples e, no Caso 2, em embeber o granulado simples num produto repelente à água, não sortiram o resultado desejado, porque a impermeabilização do granulado não ocorreu e ele continuou a absorver uma quantidade significativa de água.
No trabalho [1] observa-se expeditamente que o granulado embebido numa calda de cimento aparentava apresentar um teor de absorção de água significativamente inferior ao do granulado simples. Essa discrepância de valores de teor de absorção de água era cerca de 200%. Como tal, achou-se importante dar continuidade à investigação desta solução técnica.
No entanto, uma das grandes desvantagens e limitação desta técnica e que também foram indicadas em [1] era que a mistura resultante após secagem apresentava-se sob a forma de uma camada dura e não em partículas, perdendo deste modo a característica de granulado. Como tal, em [1] foi necessário proceder à separação manual desta camada e de forma a ser possível obter partículas de granulado de caroço da espiga de milho envolto em pasta de cimento com as dimensões desejadas e idênticas às da argila expandida utilizadas correntemente no fabrico dos blocos de betão leve. Tendo em conta que esse processo de separação foi manual, a solução técnica mostrou-se ser muito pouco eficaz porque requereu muito tempo e um grande esforço em termos de mão-de-obra.
Outra desvantagem sentida foi que, após a peneiração do material desagregado manualmente, resultou um grande desperdício de material, cerca de 46%, Figura 4.1. Esse desperdício diz respeito à fração fina, sendo essencialmente o cimento utilizado no fabrico da calda de cimento.
Face ao exposto, verificou-se que o processo de tratamento do granulado envolto em uma calda de cimento proposto em [1], apesar de ser adequado tecnicamente, porque permite reduzir a capacidade de absorção de água do granulado e talvez reduzir o tempo de secagem do betão,
não parece ser eficaz em termos práticos por ser moroso e por resultar num grande desperdício, sendo pouco sustentável.
Figura 4.1:Percentagem de material fabricado em termos granulométricos e de desperdício [1]
Com o propósito de superar esta limitação de fabrico e para dar continuidade ao estudo desta técnica de tratamento prévio do granulado de caroço de espiga de milho simples, mostrou-se relevante estudar outros procedimentos alternativos capazes de melhorar a qualidade do granulado simples sem resultar em grandes desperdícios. Deste modo, foram estudados quatro procedimentos adicionais e que serão descritos seguidamente.
4.3.1 - Procedimento 1
O Procedimento 1 é muito semelhante ao procedimento adotado em [1] e que consiste em colocar num recipiente o cimento Portland de calcário Secil CEM II/B-L Classe 32,5 N e a água ao traço 1:1 (cimento:água), misturando-se os dois materiais com recurso a uma batedeira convencional, Figura 4.2.a. Deste modo, foi possível obter uma calda de cimento. Seguidamente, adicionou-se a mesma porção de granulado de caroço da espiga de milho simples, Figura 4.2.b.
a) Calda de cimento b) Mistura do granulado e da
calda de cimento c) Mistura final
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Após misturar bem todos os constituintes, Figura 4.2.c, verteu-se a mistura sobre um plástico disposto no pavimento do Laboratório de Materiais e Solos e em condições termo-higrométricas de laboratório. Neste caso, verificou-se que a mistura se apresentava excessivamente líquida, prevendo-se desde logo que, após a secagem, a mistura iria ficar agregada e tornando-se mais difícil a tarefa de separação dos grãos e, por conseguinte, aumentando a possibilidade de haver grande desperdício em termos de material. Na Figura 4.3, na Figura 4.4 e na Figura 4.5 é possível observar com detalhe diferentes fases de secagem natural da mistura e respetivo resultado do Procedimento 1 de preparação do granulado de caroço da espiga de milho simples.
Figura 4.3: Procedimento 1 no início da secagem Figura 4.4: Procedimento 1 após secagem (7 dias
de idade)
Como era de esperar, após a secagem da mistura verificou-se que havia partículas aglutinadas umas às outras, requerendo necessariamente de um processo de separação adicional e de modo a ser possível obter um produto com a granulometria corrente de fabrico de um betão leve ou de um bloco leve, Figura 4.5. Neste caso adotou-se o processo de separação manual, tornando este procedimento muito pouco eficaz.
Figura 4.5: Grãos unidos entre si após secagem, relativos ao Procedimento 1
Durante a tarefa de desagregação manual dos pedaços de material verificou-se que uma grande parte da pasta de cimento ficou em pó e à semelhança do sucedido em [1]. Este pó de cimento é um desperdício a evitar.
4.3.2 - Procedimento 2
Tal como se verificou, o Procedimento 1 de tratamento do granulado simples também mostrou algumas limitações porque a dificuldade de desagregação do material foi visível e a quantidade de desperdício de pó de cimento continuou a ser expressiva. Deste modo, pensou-se em construir um crivo de estrutura de madeira guarnecido com uma rede metálica de abertura de malha adequada, Figura 4.6. A abertura da malha da rede era ligeiramente superior à granulometria do granulado de caroço de espiga de milho tratado. O Procedimento 2 consiste então em forçar o material, após a mistura, a passar por este crivo, Figura 4.7. É importante referir que o material fabricado neste caso foi idêntico ao material experimentado no Procedimento 1, quer em termos de constituintes, quer em termos de traço e quer em termos de procedimento de fabrico.
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Após a realização desta experiência também se verificou a ocorrência das limitações do procedimento anterior. Neste caso, os grãos também ficaram aglutinados, Figura 4.8, Figura 4.9 e Figura 4.10, e foi necessário desagregar manualmente o material, resultando uma quantidade expressiva de resíduo de pó de cimento.
Figura 4.8: Procedimento 2 no início do processo de secagem
Figura 4.9: Procedimento 2 após secagem (7 dias de idade)
Figura 4.10: Grãos unidos entre si após secagem, relativos ao Procedimento 2
Também se realizou esta experiência com o crivo posicionado na vertical, Figura 4.11, mas a mistura não se desagregou como se pretendia. Face ao exposto, este procedimento de preparação do granulado também revelou algumas limitações importantes e não se mostrou adequado para este propósito.
Figura 4.11: Crivo posicionado na vertical
4.3.3 - Procedimento 3
Tendo em conta os resultados obtidos nos procedimentos precedentes foi então necessário equacionar um outro procedimento de preparação do granulado simples. Deste modo, surgiu o Procedimento 3 e que consiste em se ir adicionando, de forma gradual, granulado simples à mistura até que se elimine, ao máximo, a água oriunda da calda de cimento. Fez-se então uma calda de cimento (liquida) com o mesmo traço dos procedimentos anteriores, à calda adicionou- se o granulado necessário até eliminar qualquer vestígio de matéria liquida (calda de cimento), envolveu-se muito bem o preparado com auxilio a uma batedeira convencional. Outra particularidade deste procedimento foi que o preparado esteve sujeito, ao longo do tempo, a movimentos de rotação acelerados, com o auxílio de uma batedeira e de modo a impossibilitar que os grãos se agregassem entre si à medida que o preparado ia secando, Figura 4.12.
Figura 4.12: Separação dos grãos ao longo da secagem com auxílio de uma batedeira convencional
Após a realização deste procedimento de preparação e após se ter tido a certeza de que o granulado embebido na calda de cimento já não tinha condições para se reagrupar, colocou-se a mistura a secar e sob as condições de secagem anteriormente descritas, Figura 4.13 e Figura 4.14.
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Figura 4.13: Procedimento 3 no início da secagem Figura 4.14: Procedimento 3 após secagem (7 dias de
idade)
Face ao exposto, com esta metodologia é possível cumprir os objetivos pretendidos, ou seja, é possível embeber o granulado numa pasta de cimento, obter grãos soltos e bastante consistentes após secagem e evitar a produção de resíduos, Figura 4.15.
Figura 4.15: Grãos soltos após secagem, relativos ao Procedimento 3
4.3.4 - Procedimento 4
Apesar do Procedimento 3, descrito anteriormente, se ter mostrado adequado para a preparação do granulado de caroço de espiga de milho simples, ainda se verificou um ligeiro problema técnico e que era relativo ao facto de que, após a secagem do material, era visível que a superfície exterior das partículas de granulado simples não estava totalmente recoberta pela pasta de cimento e que, em alguns casos, essa pasta tendia a separar-se do granulado. Tendo em conta estes factos, pensou-se em se adicionar um aditivo, do tipo resina solúvel, à mistura e designar-se este procedimento de preparação de Procedimento 4.
Desta forma, pensou-se em recorrer a um produto da Sika, o SIKALATEX [20], Figura 4.16. Este produto trata-se de uma resina solúvel que se adiciona diretamente à água de amassadura de argamassas de cimento, de modo a melhorar as suas características, principalmente a aderência. Este produto tem a capacidade de tornar a argamassa mais plástica e mais trabalhável, aumentando a capacidade resistente à tração, limitando a fissuração e melhorando a dureza. A incorporação deste aditivo na mistura de uma argamassa pode então melhorar significativamente a sua aderência à generalidade dos suportes. Também tem a capacidade de impermeabilizar a argamassa.
Figura 4.16: Sikalatex® [20]
Neste caso, o traço utilizado continua a ser o mesmo adotado nas experiências desenvolvidas nos procedimentos anteriores. Apenas se adicionou o SIKALATEX numa proporção relativa a metade do volume de água. Quanto à mistura do granulado, adotou-se a mesma técnica do Procedimento 3. Na Figura 4.17 e na Figura 4.18 é possível observar o granulado tratado no início e após o processo de secagem.
Figura 4.17: Mistura referente ao Procedimento 4 Figura 4.18: Procedimento 4 após secagem (7 dias de
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Após a secagem natural do granulado, comprovou-se de facto as vantagens técnicas referentes à adição do SIKALATEX na mistura. A aderência da calda de cimento ao granulado de caroço da espiga de milho foi melhorada e não se observou vestígios de pó de cimento.
No entanto, neste trabalho de investigação, não se optou por este procedimento de tratamento do granulado simples, porque o objetivo principal consiste em encontrar uma solução o mais sustentável possível, nomeadamente em termos económicos. Deste modo, em todo o trabalho desenvolvido a partir desta fase, optou-se pelo Procedimento 3 de tratamento do granulado de caroço de espiga de milho simples.
4.4 - Granulometria do granulado tratado e da argila expandida
No subcapítulo 3.6, o estudo de avaliação da granulometria do granulado de caroço de espiga de milho simples obtido pelo processo de granulação proposto neste trabalho de investigação já foi apresentado.
Nesta fase, mostra-se importante estudar a granulometria da mistura de argila expandida que correntemente se utiliza no fabrico de blocos de betão leve e também estudar a granulometria do granulado de caroço de espiga de milho tratado pelo Procedimento 3.
A comparação das curvas granulométricas destes três tipos de agregados leves poderá auxiliar futuramente na definição do traço a adotar no fabrico de blocos de betão leve à base de agregado do tipo granulado de caroço da espiga de milho tratado, assim como, na análise de resultados de ensaio.
À semelhança do realizado anteriormente, seguiu-se a norma NP EN 933-1 2000 [15] referente à análise granulométrica de agregados pelo método de peneiração.
A Figura 4.19 mostra a curva granulométrica de uma mistura de partículas de argila expandida com dimensões compreendidas entre 1 mm e 16 mm e que é correntemente utilizada no fabrico de betão leve.
Figura 4.19: Curva granulométrica da argila expandida
Por sua vez, a curva granulométrica do granulado tratado está apresentada na Figura 4.20.
Figura 4.20: Curva granulométrica do granulado de caroço de espiga de milho tratado
Finalmente, a Figura 4.21 mostra a sobreposição das curvas granulométricas dos três materiais.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 80 40 25 16 12,5 8 4 1 0,25 0,063 Per cent agem cu mu la tiva qu e p assa (%)
Abertura quadrada dos peneiros (mm)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 80 40 25 16 12,5 8 4 1 0,25 0,063 Per cent agem cu mu la tiva qu e p assa (%)
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Legenda:
Figura 4.21: Sobreposição das curvas granulométricas
Após analisar as curvas granulométricas expostas anteriormente conclui-se que os três agregados leves não divergem muito entre si em termos de dimensões das partículas. O granulado tratado tem uma granulometria compreendida entre a granulometria do granulado simples e a da mistura de argila expandida. O facto dos grãos de caroço da espiga de milho estarem envoltos pela pasta de cimento justifica terem uma maior dimensão do que a do granulado simples. A mistura de argila expandida é constituída por partículas que geralmente apresentam uma dimensão ligeiramente superior à das partículas de granulado tratado.
A percentagem de finos (partículas cujas dimensões são inferiores a 0,063 mm, ou seja, as partículas que ficam depositadas no fundo) resultantes dos três materiais está apresentada na Tabela 4.1.
Tabela 4.1: Percentagem de finos
Material Finos (%)
Granulado simples 0,25
Granulado tratado 1,45
Argila expandida 0,30
Segundo a Tabela 4.1, é possível concluir que o granulado tratado apresenta uma maior percentagem de finos, sendo na maioria pó de cimento. Mas como o granulado já se encontra
separado não será necessário recorrer a nenhum processo de separação, logo não haverá, à partida, problemas com esta situação.
4.5 - Massa volúmica, teor de absorção de água e baridade do granulado tratado
Para a determinação da massa volúmica, do teor de absorção de água e da baridade do granulado de caroço da espiga de milho envolto em uma calda de cimento seguiu-se as normas de ensaio especificadas aquando da determinação para o granulado simples.
O objetivo principal deste capítulo é verificar se as características do granulado envolto numa calda de cimento se aproximam das características da argila expandida (Leca).
4.5.1 - Massa volúmica e teor de absorção de água do granulado tratado
Para a determinação da massa volúmica das partículas secas e do teor de absorção de água recorreu-se à mesma norma de ensaio usada para a determinação da massa volúmica do granulado simples, NP EN 1097-6 (Anexo C), referente a partículas de agregados leves [14].
4.5.1.1 - Procedimento de ensaio
Para a realização deste ensaio recorreu-se, de igual forma, a um picnómetro, a um funil e a uma grelha. Para seguir em conformidade com a norma [14] foram necessários dois provetes elementares com volumes compreendidos entre 0,5 l e 0,6 l e com dimensões compreendidas entre 4 mm e 31,5 mm. É importante referir que os provetes foram previamente secos numa mufla a uma temperatura de 60ºC.
4.5.1.2 – Apresentação de resultados
Para a determinação da massa volúmica e do teor de absorção de água, utilizaram-se as expressões (3.1) e (3.2), referidas no Capítulo 3.7.2. Na Tabela 4.2 pode-se observar os resultados obtidos para os dois provetes.
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Tabela 4.2: Massa volúmica e teor de absorção de água do granulado tratado após 24 horas Provete 1
Massa Volúmica = 474,823 kg/m3
Teor de Abs. Água = 67,5%
Provete 2
Massa Volúmica = 434,165 kg/m3
Teor de Abs. Água = 48,4%
Média aritmética
Massa Volúmica = 454,494 kg/m3
Teor de Abs. Água = 57,9%
Através da tabela anterior e comparando com os resultados obtidos para o granulado simples e para o granulado envolto em um repelente, pode-se concluir que o granulado envolto em uma calda de cimento tem uma massa volúmica de partículas secas superior. Além disso, atendendo a que a massa volúmica da argila expandida é de 550 ± 15 %, verifica-se que o granulado tratado apresenta uma massa volúmica muito próxima e um teor de absorção de água muito reduzido. Podendo-se considerar que o granulado envolto em uma calda de cimento tem as características muito próximas do pretendido.
4.6 - Baridade do granulado tratado
Tal como foi feito para o granulado simples, também para o granulado envolto em uma calda de cimento se achou primordial determinar a baridade. A determinação da baridade dos agregados em estudo em amostra não compactada foi feita segundo o procedimento descrito na EN 1097 - 3 referente a “Ensaios das propriedades mecânicas e físicas dos agregados. Parte 3: Determinação da baridade e do volume de vazios” [16]. Utilizou-se um recipiente cilíndrico em metal inoxidável, cuja relação entre a altura interior (hi) e o diâmetro interior (di) está compreendida entre 0,5 e 0,8, tal como sugere a norma. Para a determinação da baridade recorreu-se à expressão (3.3). Na Tabela 4.3 visualiza-se os resultados obtidos.
Tabela 4.3: Baridade do granulado de caroço de espiga de milho tratado
Amostra Baridade (kg/m3) Média (kg/m3)
1 327,43
326,85
2 326,85
3 324,52
Tendo em consideração que em [12] os valores obtidos para a argila expandida foi de 445 kg/m3, pode-se concluir que a baridade do granulado envolto em uma calda de cimento não se afasta muito da baridade da argila expandida.
4.7 - Considerações finais
As soluções técnicas pensadas e analisadas no capítulo anterior não sortiram o resultado desejado, porque a impermeabilização do granulado não ocorreu e ele continuou a absorver uma quantidade significativa de água, como tal, foi necessário pensar em outras soluções técnicas.
No trabalho [1] observou-se expeditamente que o granulado embebido numa calda de cimento apresentava um teor de absorção de água significativamente inferior ao do granulado simples, uma diferença de cerca de 200%. Como tal, achou-se importante dar continuidade à investigação desta solução técnica.
Porém, foi necessário fazer alguns ajustes nesta técnica já que apresentou algumas desvantagens, tais como, mistura após secagem não se apresentava sob a forma de partículas, necessidade de separação do material (separação manual e morosa) e necessidade de peneiração do material desagregado, levando ao desperdício de pó de cimento (cerca de 46 %). Tornando esta solução técnica muito pouco eficaz.
Com o propósito de superar esta limitação de fabrico e para dar continuidade ao estudo desta técnica de tratamento prévio do granulado de caroço da espiga de milho simples, mostrou-se