A reação álcali-agregado, dividida em reação álcali-sílica, álcali-silicato e álcali- carbonato, acontece no interior do concreto e pode ser explicada como uma reação química entre álcalis, provenientes principalmente do cimento, e alguns minerais reativos presentes no agregado. O produto gerado, pela reação álcalis agregado, pode deteriorar a estrutura de concreto, pois tem caráter expansivo na presença de umidade, acarretando, deste modo, expansão, fissuração, redução da resistência, como também, aumento da permeabilidade do elemento.
Em 1940, na Califórnia, Stanton, identificou um processo como sendo uma reação deletéria que ocorria entre os constituintes do concreto, a sílica do agregado e os álcalis do cimento, o qual denominou reação álcali-agregado. Em constatações experimentais, a reação era capaz de formar eflorescências brancas, causar expansão e fissurações; Tais fatos puderam ser observados em diversas estruturas reais afetadas na Califórnia, durante os anos 1920 a 1930 (STANTON, 1940).
Vários autores passaram a estudar os mecanismos de expansão da RAA, tais como Hansen (1940), Vivian (1952), Van Aardt e Visser (1977), Dent Glasser e Kataoka (1981), Deng e Tang (1993), Prezzi, Monteiro e Sposito (1997), Hasparyk (1999) entre outros. Tais estudos que contribuíram para o esclarecimento de fatores intervenientes, tais como: o processo químico envolvido, a identificação dos minerais reativos, as conseqüências, a partir da identificação de casos reais de estruturas afetadas por esta patologia.
As expansões e fissurações devidas à RAA podem comprometer o concreto, resultando em perda de resistência, elasticidade e durabilidade. Metha e Monteiro (2008). Segundo Correa (2002), a reação álcali-agregado é uma reação expansiva
que se processa entre os álcalis ativos (disponíveis) existentes no interior do concreto, com certos minerais presentes na estrutura cristalina do agregado, sendo uma reação de evolução bastante lenta, podendo levar anos para se manifestar.
De acordo com Figueroa e Andrade (2007), diversas ocorrências foram estudadas e investigadas em todo mundo, vários fóruns e congressos foram realizados para discutir o assunto, com o objetivo de definir causas, saber como ocorre o processo de deterioração e quais as medidas mitigadoras, além de outros fatores importantes relacionados a este tipo de problema no concreto, propiciando a criação de regulamentos específicos e normas técnicas em vários países, tais como: Guide to
the Evaluation and Management of Concrete Structures Affected by Alkali-Aggregate Reaction, no Canadá; State of the Art Report on Alkali-Aggregate Reactivity (ACI),
nos Estados Unidos; Strutural effects of alkali-silica reaction- Technical guidance on
the appraisal of existing structures, na Inglaterra; NBR 15577- Agregados –
Reatividade álcali-agregado, no Brasil.
Segundo Hasparyk (1999), existem mais de 20 casos confirmados de barragens afetadas por esta reação no Brasil, dentre eles encontram-se a barragem Apolônio Sales, localizada na divisa entre a Bahia e Alagoas; as barragens de Billings/Pedras, situadas no estado de São Paulo; as barragens de Furnas, em Minas Gerais e a barragem Joanes, no estado da Bahia.
Antigamente, quando se falava em reação álcali-agregado, pensava-se em obras debarragens e obras de grande porte. Atualmente as reações podem ser encontradas em diversos tipos de estruturas de concreto, como foram constatadas na Região Metropolitana de Recife onde vários estudos mostram que edifícios apresentam manifestações patológicas compatíveis com RAA (FIGUERÔA e ANDRADE, 2007).
Os diversos métodos normatizados auxiliam na avaliação do comportamento do agregado, na combinação cimento-agregado quanto à reatividade potencial e, em casos potencialmente reativos, direcionam as condições adequadas de uso desses agregados a fim de se evitar o desencadeamento da reação expansiva com o passar do tempo ou mesmo avaliar estruturas de concreto que já apresentam indícios da
RAA. No Brasil, o método foi normatizado pela Associação Brasileira de Normas Técnicas através da NBR 15777-4 (ABNT, 2008).
De acordo com Thomas et al., (2006), o método consiste em executar barras de argamassas com os mesmos materiais empregados no concreto e submetê-las a um banho térmico de 80ºC de solução de hidróxido de sódio (NaOH) por 14 dias. Os resultados de expansão são avaliados após 16 dias, contados a partir da data da confecção das barras. Ainda de acordo com o autor, o método não é indicado para as reações do tipo álcali-carbonato. Este método também é utilizado para a avaliação dos inibidores da RAA.
Thomas et al. (2006) concluíram que os resultados do método, apesar de não traduzirem com precisão a realidade, podem garantir a segurança de prevenção da RAA. Entretanto, Sanchez (2008) afirma que o método, embora de fácil execução e prático, tem apresentado resultados incoerentes em campo. Alguns agregados, indicados como reativos no ensaio, têm se apresentado inócuos no campo (falso- positivos), bem como, agregados indicados como inócuos no ensaio, demonstraram ser reativos no campo (falso negativos).
4 MATERIAIS E MÉTODOS
Este capítulo descreve os materiais e métodos utilizados para caracterizar e avaliar as cinzas de cavaco de eucalipto obtidas após a queima em caldeira provenientes das indústrias da Mesorregião do Alto Paranaíba e do Triângulo Mineiro em Minas Gerais e interior de São Paulo, incorporadas em substituição parcial do cimento em compósitos cimentícios.
Na Figura 4.1 é possível visualizar a madeira de Eucalipto antes e após o processo de transformação em cavaco. A DPA/Nestlé relata que este processo é necessário para facilitar o armazenamento, o controle de umidade, o transporte e o abastecimento da caldeira.
Figura 4-1: Produção do cavaco de Eucalipto
A figura 4.2 mostra a correia transportadora que leva o cavaco de eucalipto do silo de armazenamento ao ponto de queima na caldeira. A DPA/Nestlé utiliza caldeiras com queima de lenha de Eucalipto em todas as suas unidades em Minas Gerais, interior de São Paulo e demais regiões do Brasil. A caldeira utilizada na empresa utilizada filtros tipo manga para recolhimento dos resíduos logo abaixo da grelha e na saída do ciclone.
Figura 4-2: Caldeira alternativa alimentada com cavaco de lenha de Eucalipto
Para nortear o estudo das características físico químicas da cinza de cavaco de eucalipto e bem como analisar a sua reatividade a partir da incorporação em compósitos cimentícios foi desenvolvido um fluxograma com o planejamento da pesquisa, o qual é apresentado na figura 4.3.
As cinzas geradas pela queima da lenha de cavaco de Eucalipto representa hoje um grande passivo ambiental para a empresa e tem o seu descarte final monitorado pelos órgãos ambientais.
4.1
Materiais utilizados
4.1.1 Água
A água potável empregada foi proveniente de abastecimento local, fornecida pela concessionária local (COPASA). Para manter um padrão em todos os ensaios a água utilizada foi submetida a um processo de destilação no laboratório de Edificações do CEFET/MG Campus Araxá.
4.1.2 Cimento Portland
Dentre os inúmeros tipos de cimento Portland fabricados no Brasil, optou-se pela utilização de um cimento com baixo teor de adições minerais, buscando desta forma não interferir dos resultados da pesquisa.
O cimento Portland de alta resistência inicial tem alta reatividade em baixas idades em função do grau de moagem a que é submetido. O clínquer é o mesmo utilizado para a fabricação de um cimento convencional, mas é submetido a uma queima diferenciada e por esta razão propicia resistências elevadas nas idades iniciais (24 hs e até 3 dias). É largamente utilizado em produção industrial de artefatos, onde se exige desforma rápida, concreto convencional e protendido, pisos industriais e em argamassa armada. Devido ao alto calor de hidratação, não é indicado para concreto massa. Contém adição de até 5% de fíler calcário. A ausência de
pozolanas não o torna indicado para concreto com agregado potencialmente reativos e deletérios.
O cimento utilizado neste estudo foi o cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CPV ARI), produzido pela cimentos LIZ. Segundo a NBR 5733 (1991) este cimento possui em sua constituição, teores entre 95 e 100% de clínquer e sulfato de cálcio, com a adição de até 5% de material carbonático na produção do aglomerante (tabela 4-1).
Tabela 4-1: Características cimento LIZ CPV ARI - Premium
Características cimento LIZ CPV – ARI Premium
Resistência à compressão Finuras Tempo de pega
Idades 1 dia 3 dias 7 dias 28 dias #325
(%) Blaine m2/KG Início de pega Fim de pega NBR 5733 14,0 24,0 34,0 - - ≥ 280 ≥ 60 ≤ 600 CPV ARI LIZ 27,3 40,3 45,5 52,5 1,2 544 121 172
Fonte: LIZ cimentos, 2010
Os resultados do ensaio do cimento LIZ CPV ARI Premium são apresentados na figura 4.4.
Fonte: LIZ cimentos, 2010
A coleta do aglomerante resumiu-se ao transporte entre o ponto cedente e o local de estocagem, não havendo a necessidade da realização de procedimentos complementares, sendo analisado posteriormente o relatório de ensaio fornecido pela indústria cimenteira para compreensão das características do cimento Portland empregado neste trabalho.
4.1.3 Agregado miúdo
4.1.3.1 Areia natural
Os agregados utilizados no concreto, brita e areia – desempenham uma função primordial, pois representam de 75% a 85% do seu volume. Também requerem atenção no momento da dosagem, já que suas características nem sempre são uniformes. Esta particularidade impõe cuidados especiais no momento de receber os materiais nas unidades produtoras, caso contrário o concreto pode ter desempenho totalmente diferente daquele calculado previamente nos estudos dos traços em laboratório. Toda a areia natural utilizada para moldagem dos corpos de prova nesta pesquisa é proveniente do mesmo lote e foi mantida em estufa a 60ºC para eliminação de umidade e constância de massa.
4.1.3.2 Areia normatizada
A areia normatizada utiliza nesta pesquisa foi adquirida junto ao Instituto de Pesquisas tecnológicas (IPT), a produção de areia normal obedece à norma ABNT NBR 7214/82. Areia normal brasileira é material de referência para os ensaios de controle da qualidade de cimentos Portland, que é um dos constituintes da argamassa empregada na moldagem de corpos de prova utilizados para classificar os cimentos nas classes 25, 32 e 40. Ou seja, as propriedades de resistência do cimento, obtidas por meio das argamassas, vão caracterizar as do concreto nas diferentes estruturas em obras civis. O IPT é o único a produzir esse material no Brasil e por isso atende à indústria do cimento em todo o território nacional. Hoje,
são vendidas cerca de 30 toneladas por mês dessa areia, ou 75% da produção, para essas empresas.
De acordo com o IPT, esse material é certificado por meio de ensaios granulométricos e petrográficos dos componentes. A areia normal brasileira é classificada em quatro frações granulométricas, ou seja, material retido entre peneiras de abertura nominal de 2,4 mm e 1,2 mm (grossa); 1,2 mm e 0,6 mm (média grossa); 0,6 mm e 0,3 mm (média fina) e 0,3 mm e 0,15 mm (fina). Seus usos estão se expandindo para outras aplicações normativas como ensaios de caracterização de cal hidratada, avaliação de compactação de solos e de verificação de rugosidade do concreto em pistas de aeroportos.
4.1.3.3 Areia de basalto
A areia de basalto utilizada para confecção dos corpos de prova foi obtida a partir da britagem do agregado graúdo coletado na Usina Hidrelétrica de Nova Ponte (basalto). Após a britagem o material foi peneirado e classificado em quatro frações granulométricas, de acordo com a norma para produção de areia normal brasileira. Ou seja, foi utilizado na pesquisa o material retido entre peneiras de abertura nominal de 2,4 mm e 1,2 mm (grossa); 1,2 mm e 0,6 mm (média grossa); 0,6 mm e 0,3 mm (média fina) e 0,3 mm e 0,15 mm (fina).
4.1.4 Cal hidratada
Também chamado de cal viva ou virgem, é um composto sólido branco. A cal (óxido de cálcio, CaO) é preparada pela calcinação do carbonato de cálcio e é usada em argamassas, em cerâmicas, na indústria farmacêutica, na desodorização de óleos. O cálcio tem importantes aplicações como constituinte de ligas de chumbo e de alumínio, como agente redutor na obtenção de outros metais a partir dos seus óxidos, como desoxidante para o ferro, aço, cobre e suas ligas.
Por aquecimento dá a cal viva, que reage com a água formando a cal hidratada (Ca(OH)2); esta, misturada com água e areia, forma a argamassa. Por aquecimento
em forno elétrico de óxido de cálcio com coque, forma-se carboneto de cálcio, vulgarmente chamado de "carbite"; este, por sua vez, reagindo com água produz acetileno, um dos mais importantes compostos da química orgânica.
O óxido de Cálcio é uma das substâncias mais importantes para a indústria, sendo obtida por decomposição térmica de calcário (900°C), segundo a transformação representada pela equação química:
CaCO3(s) = CaO (s) + CO2(g)
O óxido de cálcio é usado para produzir hidróxido de cálcio, como base barata para o tratamento de solos ácidos, e na metalurgia extrativa para produzir escória contendo as impurezas (especialmente areia) presentes nos minérios de metais. São propriedades CaCO3:
- ponto de fusão: 2570º C; - ponto de ebulição: 2850 ºC;
- massa específica real: 3,32 g/cm³.