MÉTODOS DE ANÁLISE DA EXPANSIBILIDADE DA ESCÓRIA DE ACIARIA

O controle da expansão da escória de aciaria ocorre através dos métodos de análises, destacando-se os métodos: agulhas de Le Chatelier, autoclave, CBR "California Bearing Ratio", PTM–130 "Pennsylvania Testing Method" e o Steam Test (teste a vapor).

2.13.1 Método de ensaio de agulhas de Le Chatelier – NBR-11582 (ABNT, 1991)

O ensaio referente a norma NBR-11582 (ABNT, 1991) visa a identificação acelerada da expansibilidade em cimento Portland oriundo da hidratação de CaO e MgO, através das agulhas de Le Chatelier: MB 3435 (ABNT, 1991). Estas agulhas são pequenos cilindros com dimensões de (30 x 30) mm de diâmetro, com uma fenda em uma das geratrizes, onde são soldadas duas agulhas, posicionadas uma de cada lado da fenda (Figura 2.36). Na adaptação deste ensaio para análise da expansão da escória de aciaria, é elaborado um traço de argamassa de cimento e escória que é colocado nas agulhas do ensaio. A expansibilidade é determinada pelo afastamento das extremidades das agulhas, o que ocorre em função do aumento de diâmetro do cilindro. O ensaio pode ser realizado a frio ou a quente, entretanto, o ensaio a quente exige menor duração que o ensaio a frio (GEYER et al., 1998 apud PENA 2004).

Figura 2.36 - Agulha de Le Chatelier (PENA, 2004).

No ensaio de expansibilidade a quente, os corpos-de-prova são inicialmente imersos em água a temperatura ambiente por vinte e quatro (24) horas, e posteriormente, imersos em água a 100 ºC por um período de três (3) a cinco (5) horas. Há repetições deste ciclo até que a abertura das agulhas permaneça constante. No ensaio a frio, não ocorre à imersão em água a 100 ºC e, a duração aumenta para sete (7) dias. Deve-se utilizar o mínimo de cimento no traço, apenas para possibilitar a moldagem dos corpos de prova.

Um questionamento significativo com referência ao método das agulhas de Le Chatelier é a respeito da carbonatação da amostra, visto que, para a realização do ensaio, a escória de aciaria precisa ser moída. A moagem quebra os grãos e expõe uma superfície do agregado com compostos anidros, antes internos ao grão. A estabilização destes compostos antes do ensaio pode levar a resultados de potencial expansivo menor que o real. Uma consideração importante é que não existe normatização a respeito da adaptação deste ensaio para escória de aciaria. Assim os pesquisadores trabalham com diferentes proporções de escória, cimento e água na pasta que compõem os corpos-de- prova nos ensaios, o que pode levar a diferentes resultados (PENA, 2004)

2.13.2 Método de ensaio de Autoclave

O objetivo do ensaio em autoclave é a avaliação da expansibilidade dos óxidos de cálcio e magnésio no cimento Portland, conforme discrimina a norma C 151 (ASTM, 1993). Neste ensaio, os corpos-de-prova prismáticos (25 x 25 x 250) mm são moldados e, após

24 horas, submetidos à autoclave por três (3) horas, depois de alcançada uma pressão de 2 MPa. O limite desta norma é 0,8%. As condições dos ensaios em autoclave, como variação de pressão e tempo de ensaio, possuem confiabilidade desconhecida. Este ensaio não é muito utilizado em escórias de aciaria. Antigamente o ensaio em autoclave era utilizado para determinar expansibilidade do cimento Portland (MOTZ & GEISELLER, 2001 apud RODRIGUES, 2007).

A alta temperatura e pressão no ensaio modificam a microestrutura do material, além de simular condições que o material nunca encontraria, quando em utilização em obras de engenharia como, por exemplo, na pavimentação. E, mesmo para o cimento, ele é bastante contestado, devido as reações que ocorrem na microestrutura da pasta do aglomerante, com o aumento de temperatura e pressão (PENA, 2004).

2.13.3 Método de análise da expansão da escória de aciaria – CBR

Ao tratar-se do percentual de expansão da escória de aciaria LD, é necessário indicar qual metodologia será utilizada, pois cada tipo de ensaio apresenta um resultado diferenciado, pois as metodologias são desiguais. No meio rodoviário brasileiro, o método de ensaio: ME-049 (DNER, 1994) denominado como CBR ou ISC é largamente utilizado, neste ensaio o corpo de prova fica submerso por 96 horas num tanque com água em temperatura ambiente. Nesse ensaio e admitido até 0,5% de expansão. Método este que serviu de embasamento para a adaptação de outros métodos, como por exemplo, o Pennsylvania Testing Method (Método de Teste Pensilvânia - PTM-130).

2.13.4 Método de análise da expansão da escória de aciaria – PTM-130

O ensaio de expansão PTM-130 "Pennsylvania Testing Method" foi desenvolvido basicamente por Emery (1984), em Ontario, Canadá, na MacMaster University. Posteriormente o DER/MG fez uma adaptação, originando, assim, o ensaio PTM/130 adaptado pela Divisão de Materiais do DER/MG em 1982. Este ensaio, adaptado pelo DER/MG, foi adotado pelo DNER. As normas: ME 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 ensaio, o corpo de prova deverá permanecer 14 dias dentro de uma estufa a setenta e um graus centígrados (71 oC), sendo os sete primeiros dias totalmente submersos em água e os dias restantes apenas saturados com água. O limite aceitável de expansão é de 3%. A Figura 2.37, demonstra o percentual de expansão obtido na análise de uma amostra de escória de aciaria LD, pelo método PTM-130, com mais de seis meses de estocagem e outra curada pela metodologia citada anteriormente na seção 2.12.4, denominada como método acelerado. A reta em preto representa o limite permitido em norma.

Figura 2.37– Comparativo entre a cura pelo Método Acelerado (ACERITA) e a cura da escória sem tratamento (ARCELORMITTAL, 2008).

2.13.4.1 Comparativo entre os Métodos CBR e PTM-130

O método CBR apresenta aparentemente um percentual limite menor em relação ao método PTM-130, entretanto as verificações em laboratório têm demonstrado que esse método é mais restritivo que o primeiro, ou seja, uma vez que a expansão atende ao limite determinado no PTM-130, também atenderá ao critério de expansão pelo CBR (SILVEIRA et al., 2004).

2.13.5 Método de Ensaio Steam Test ou Ensaio a Vapor - EN 1744-1 (DIN, 1998)

A norma EN 1744-1 (DIN, 1998) especifica em sua seção 19.3 o método de determinação da suscetibilidade de expansão da escória de aciaria britada, resultante da hidratação tardia da cal livre e/ou do óxido de magnésio livre. São necessários no mínimo dois corpos-de-prova de 4,5 kg por amostra e cada um deve ser composto individualmente por uma granulometria específica. Conforme a EN 1744-1 (DIN, 1998) são utilizadas nas proporções de (0 - 22) mm de misturas secas de escória combinadas de acordo com a parábola de Fuller (Tabela 2.17) - correlaciona-se a proporção de massa por granulometria e devem ser tomadas a partir de agregados britados.

Tabela 2.17 - Parábola de Fuller EN-1744-1 (DIN, 1998).

Os valores máximos permitidos de expansão pela norma EN 1744-1 (DIN, 1998) e pelas normas: EN 13043 (CEN, 2003) e EN 13242 (CEN, 2002), elaboradas para escória de aciaria LD/EAF, estabelecem: independentemente do teor de óxido de magnésio (MgO) ser (≥) maior ou igual, ou mesmo (<) menor que 5%, a expansão ficará limitada a 5% para a categoria VA; para a categoria VB: 7,5%; para a categoria VC: 10%; para a categoria VD o teor de MgO deverá ser igual ou menor que 5%, porém, sem requisitos de controle da expansão. As categorias são estabelecidas conforme a utilização: VA = nobre, até a classificação VD = menos nobre. A umidade necessária à hidratação do CaO e do MgO é canalizada continuamente para a amostra preparada. O acréscimo de volume, obtido por meio do incremento da altura, é medido por um relógio comparador, acoplado à parte superior do equipamento e a partir do valor final encontrado, calcula-se a expansão da amostra de escória de aciaria. O tempo de estabilização pode variar entre: 24 horas, no caso da maioria das escórias tipo LD

GRANULOMETRIA (mm) MASSA (%) 0,0 - 0,5 15 0,5 - 2,0 15 2,0 - 5,6 19 5,6 - 8,0 10 8,0 - 11,2 11 11,2 - 16,0 15 16,0 - 22,0 15

(processo a oxigênio), e 168 horas, no caso da escória EAF (escória de aciaria elétrica) ou escórias LD de alto teor de óxido de magnésio (MgO > 5%). A curva de expansibilidade x tempo, no Steam Test, é função do tipo da escória de aciaria e, principalmente, dos teores de CaO e MgO presentes na amostra (MOTZ & GEISELER, 2001 apud RODRIGUES, 2007). A Figura 2.38 retrata o equipamento do Steam Test.

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Figura 2.38 – Equipamento do Steam Test (MOTZ & GEISELER, 2001 apud RODRIGUES, 2007).

2.14 PRINCIPAIS ESTUDOS REALIZADOS PARA CARACTERIZAÇÃO DA