O agregado leve

Em geral, são considerados agregados leves aqueles que possuem massa unitária em estado solto e seco abaixo de 1120 kg/m³ e podem ter aplicação em diversos tipos de concreto. O que determina esse peso leve do agregado é sua microestrutura celular ou a sua estrutura altamente porosa (Mehta e Monteiro, 2008). Os agregados leves podem ser classificados de duas formas quanto a sua origem, naturais ou artificiais (Rossignolo, 2009).

A obtenção dos agregados leves naturais é por meio da britagem de rochas ígneas vulcânicas, como pedra-pomes, escória ou tufo. Para a obtenção de agregados leves artificiais são necessários processar termicamente materiais, como, por exemplo, argilas, folhelhos, ardósia, diatomita, perlita, vermiculita, escória de alto forno e cinza volante. Existe uma ampla gama de agregados leves, entre 80 kg/m³ a 900 kg/m³ de massa unitária, os de menor massa unitária são geralmente mais frágeis sendo mais utilizados na produção de concretos isolantes térmicos sem função estrutural, enquanto os mais pesados, portanto mais densos, com estruturas menos porosas, são mais adequados aos concretos com função estrutural (Mehta e Monteiro, 2008). Esta gama de agregados e sua utilização são mostradas na figura 3.

3.2.1. Processo de Produção

Segundo Rossignolo (2009), os agregados leves podem ser produzidos de duas formas por sinterização e por forno rotativo (figura 4). O processo de sinterização pede que a matéria prima seja misturada com uma quantidade ideal de material combustível, carvão finamente moído ou coque. A partir daí o material é submetido a altas temperaturas utilizando-se uma grelha móvel, ocorrendo a expansão devido a formação dos gases, formando um clínquer irregular com aresta vivas, que deve ser britado para se adequar ao uso em concretos. Não tem recobrimento e está sujeito a altos índices de absorção de água. A massa unitária desses agregados fica entre 650 k/m³ e 900 kg/m³.

Figura 4 Superfície dos agregados leves: sinterização (a); forno rotativo(b). Fonte: Rossignolo, 2009.

Alguns materiais têm a característica de se expandir quando expostos à altas temperaturas, o processo do forno rotativo, ou nodulação, se aproveita dessa característica de algumas argilas. Essas argilas quando expostas à temperaturas entre 1000ºC e 1350ºC, tem parte de seus componentes fundidos formando uma massa viscosa, enquanto outras partes se decompõem quimicamente formando gases que são incorporados pela massa, expandindo o seu tamanho em até sete vezes. As partículas formadas nesse processo acabam tendo sobre a sua superfície uma camada vitrificada. Os gases incorporados a massa deixam a estrutura das partículas porosas internamente mesmo após o resfriamento. Esse processo produz agregados de granulometria variada de forma arredondada e regular, estrutura interna esponjosa microcelular, com uma superfície externa cerâmica vitrificada

de baixa permeabilidade. Devido a esta última característica tem a denominação de “encapado” (Rossignolo, 2009).

Santos et al. (1986) descreve as etapas da fabricação da argila expandida em fornos rotativos (Figura 5):

1) Homogeneização: a mistura é lançada em depósitos para mistura e homogeneização;

2) Desintegração: o material é triturado para ser reduzido à dimensões máximas de 50 mm;

3) Mistura e nova homogeneização: o material é levado por esteiras até um misturador, onde é trabalhado para atingir a trabalhabilidade adequada a extrusão. É feita a correção da água e podem ser utilizados aditivos para melhorar a plasticidade ou para aumentar a expansibilidade da argila;

4) Laminação: o material passa por cilindros rotativos que reduzem os torrões a dimensão máxima de 5 mm, deixando a mistura fica pronta para extrusão;

5) Pelotização: a extrusão continua a forçar o material contra uma placa com orifícios circulares, que vão influenciar no tamanho do agregado após a queima. Após a extrusão o material é cortado por uma lâmina rotativa. Isso forma as pelotas de argila que são levadas ao forno;

6) Secagem e queima: a parte mais importante do processo ocorre dentro do forno rotativo. Detalhes como a disposição de aletas internas que conduzem o material, a inclinação do forno, o tempo de permanência do material dentro do forno e outros específicos, são planejados de acordo com as características da argila utilizada para se obter maior eficiência tanto do processo como do produto final. Na primeira parte ocorre a secagem das pelotas. Na zona de combustão, geralmente em temperaturas entre 1000º a 1350º, as pelotas sofrem a expansão. O combustível do forno é geralmente óleo ou gás.

7) Resfriamento: na saída do forno, ventiladores sopram ar por um cilindro (o ar quente resultante do processo de resfriamento é aproveitado no interior do forno);

8) Classificação e estocagem: os agregados são classificados e separados por peneiras vibratórias para armazenamento e posterior comercialização;

Figura 5 - Forno rotativo. Fonte: http://www.google.com.br/imgres?q=leca+expanded+clay&hl, 2012.

O único tipo de agregado leve produzido no Brasil é a argila expandida, produzida em Várzea Paulista, interior do Estado de São Paulo, pela Cinexpan Indústria e Comércio Ltda. (figura 6).

Figura 6- Fábrica da Cinexpan. Fonte: Cinexpan, 2012. 3.2.2. Características dos agregados leves

Os agregados leves apresentam algumas características que influenciam fortemente o comportamento dos concretos leves produzidos. Rossignolo (2009) destaca algumas destas características:

a) A forma e a textura superficial: influenciam diretamente a resistência mecânica dos concretos, pois estão diretamente ligadas ao consumo de água necessária para obter a trabalhabilidade necessária. O processo de fabricação é quem comanda estas características, o agregado produzido por sinterização apresenta uma superfície mais rugosa e porosa, com formas angulosas. Isso lhe rende uma melhor aderência, porém também aumenta o consumo da pasta de cimento, consequentemente a massa específica do concreto, a absorção de água e a água necessária para melhorar a trabalhabilidade. Os agregados, como argila expandida, produzidos em fornos rotativos, apresentam uma superfície mais lisa e formato arredondado, o que diminui a absorção de água, proporciona uma melhor trabalhabilidade com baixo fator água/cimento, porém o formato esférico também acaba facilitando a segregação.

b) Estrutura interna: a estrutura interna porosa dos agregados leves é a responsável pela sua baixa massa específica, o que é uma vantagem quando se fala na massa especifica do concreto leve, mas que afeta negativamente a resistência e o módulo de deformação. A distribuição dos poros assim como seu tamanho também influencia o comportamento mecânico do agregado, quanto menores e mais uniformes mais resistentes são os agregados, porém mais densos (o inverso também é verdadeiro).

c) A porosidade e absorção de água: duas características ligadas entre si e intimamente ligadas a efeitos nas propriedades do concreto fresco e no processo de hidratação do cimento. A alta absorção de água pelo agregado leve pode: aumentar a retração por secagem, formação de excesso de bolhas de ar, aumento da massa específica e redução da resistência ao fogo, porém pode trazer melhorias na zona de transição e na cura interna do concreto.