Teor de umidade

Na Tabela 7, são apresentados os resultados do ensaio para a determinação do teor de umidade de cada amostra, realizado de acordo com a ABNT NBR NM 24:2003.

Tabela 7: Teor de umidade das amostras de EFP.

AMOSTRA Teor de umidade natural (%) A1 A2 A3 1 0 2

As amostras de EFP não foram secas antes de serem recebidas no Laboratório de Materiais de Construção da Faculdade de Tecnologia e verifica-se na Tabela 7 que:

• As amostras (A1, A2 e A3) chegaram com pouca ou nenhuma umidade;

• A amostra 1 apresenta apenas a umidade obtida do seu resfriamento e armazenamento que foram feitos ao ar livre;

• A amostra 2 não apresenta nenhuma umidade devido ao resfriamento brusco em que a amostra não entra em contato com água, sendo resfriado somente o recipiente em que está armazenada;

• A amostra 3 apresenta maior teor de umidade que as demais devido ao seu resfriamento acontecer por pelotização, em que a EFP recebe jatos de água e vapor até estar adequada para o manuseio.

5.1.2 Massa específica

Os valores de massa específica determinados para as amostras (A1, A2 e A3) situaram-se entre 2,76 e 3,07 g/cm3 _{(Tabela 8) os quais são coerentes com a} literatura e com os principais aglomerantes utilizados na construção civil.

Tabela 8: Massa específica dos materiais.

A1 A2 A3 Cimento Metacaulim

Massa específica

(g/cm³) 2,76 3,07 2,98 3,12 2,53

As amostras A2 e A3 apresentaram valores similares ao do CP V-ARI (aglomerante hidráulico) e a amostra A1 ao do Metacaulim (2,53 g/cm³) e Fíler Calcário (2,58 g/cm³), ambos materiais pozolânicos. Com base nos estudos de Yi et al. (2012) a massa específica das escórias é mais elevada que a de outros materiais naturais, variando entre 3,0 e 3,6 g/cm³. Marinho (2015) apresenta massa específica de 2,83 g/cm³ para sua amostra de escória de forno panela e nos estudos de Herrero et al. (2016) a massa específica da EFP é de 2,75 g/cm³.

Ao buscar justificativas para esta variação de massa específica, verifica-se que as mesmas podem variar em função do tempo de armazenamento (HERRERO et al., 2016), tipo de resfriamento e composição química (SETIÉN, HERNÁNDEZ e GONZÁLEZ, 2009; YI et al., 2012).

Herrero et al. (2016) verificaram que quanto maior o tempo de armazenamento, menor é a massa específica das EFP. Isso ocorre devido o alto teor de óxidos de cálcio (CaO), que ao entrar em contato com a umidade ambiente e gás carbônico (CO2), se hidratam, formando a cal hidratada, composto químico com menor massa molecular (YILDIRIM e PREZZI, 2017). Estas alterações também estão relacionadas ao método de resfriamento que as escórias são submetidas logo após a saída do forno, com água ou apenas ar. O resfriamento rápido da escória (com água) infere um maior aprisionamento de água ou ar nas partículas, cujas consequências são a maior absorção de água e menor massa específica.

Utilizando essas informações pode-se afirmar, também pelo tipo de resfriamento, que a amostra 1 permaneceu maior tempo armazenada, seguida da amostra 3, e que apenas a amostra 2 foi coleta e entregue logo após a sua geração.

5.1.3 Composição granulométrica

A Figura 26 apresenta as curvas granulométricas obtidas para as três amostras de EFP conforme método de Granulometria a laser. Para efeito de comparação, também se obteve a curva granulométrica do cimento Portland utilizado neste trabalho (CP V-ARI).

Figura 26: Curva granulométrica das amostras de EFP

Nos ensaios de análise granulométrica das amostras foi observada a presença de torrões de EFP, sendo necessário peneirar e posteriormente moer as amostras, como indicado por Papayianni e Anastasiou (2012), para a realização de todos os ensaios. Os principais dados extraídos da Figura 26 estão apresentados na Tabela 9 (DM; D(0.1); D(0.9)), respectivamente, diâmetro médio; diâmetro correspondente a 10% do material passante; diâmetro correspondente a 90% do material passante.

Tabela 9: Diâmetro médio característico das amostras de EFP e do CP V ARI. Unidade (μm) D (0.1) D (0.5) D (0.9) Diâmetro médio A1 2,15 93,73 44,57 18,46 A2 2,53 66,79 165,10 52,40 A3 3,07 81,51 101,65 35,22 Cimento CP V ARI 2,22 14,06 36,54 22,50 Metacaulim - - - 12,04 Setién et al. (2009) 3,00 - 55 - Papayianni e Anastasiou (2012) 3,5 – 10 70-90 _{20-150 -}

D (0.1) - Diâmetro correspondente a 10 % do material passante. D (0.5) - Diâmetro correspondente a 50 % do material passante. D (0.9) - Diâmetro correspondente a 90 % do material passante.

A amostra A1 apresentou maior finura (DM=18,5 mm) do que as demais escórias, cujo valor foi próximo aos apresentados pelo cimento e metacaulim (DM=22,5 mm e DM=12,5 mm), respectivamente. Ao comparar a finura das três amostras com a literatura, verifica-se que possuem menor granulometria que aquelas utilizadas por Setién et al. (2009) e Papayianni e Anastasiou (2012), com D(0.1) entre 2,15 e 3,07 µm e entre 3,00 e 10,00 µm, respectivamente.

A distribuição granulométrica da EFP é o resultado de um processo dinâmico no qual a hidratação expansiva de certos compostos produz um crescimento cristalino maior das partículas (SETIÉN, HERNÁNDEZ, GONZÁLEZ, 2009). Portanto, estas diferenças morfológicas podem ser atribuídas à composição química e ao processo de resfriamento das escórias (YILDIRIM e PREZZI, 2017).

5.1.4 Avaliação da pozolanicidade

A avaliação da pozolanicidade de acordo com as prescrições da ABNT NBR 12653:2014 e da norma internacional, a ASTM C 618:2017 está apresentada na Tabela 10, mostrando a comparação das características químicas das amostras de EFP

Tabela 10: Requisitos químicos para ser um material pozolânico.

Fonte: Adaptado da norma ABNT NBR 12653:2014 e ASTM 618C:2017

No quesito da somatória dos elementos SiO2 + Al2O3 + Fe2O3, nenhuma das amostras atendeu a especificação, em nenhuma das normas e suas respectivas classes. A amostra 2 é a que mais se aproxima de ser uma pozolana, apresentando uma somatória dos óxidos citados de 48,93%, pela classe E da norma brasileira ABNT NBR 12653:2014 e da classe C da norma americana ASTM 618C:2017. No quesito de porcentagem do elemento SO3, o teor de umidade e álcalis em Na2O, todas as amostras atendem a especificação em ambas as normas. Por fim no quesito de Perda ao fogo somente a amostra 1 não atende a especificação. Porém para ser considerado um material pozolânico, as amostras de EFP deveriam ter passado por todos os requisitos exigidos na norma.

Devido ao fato de a amostra 2 apresentar valores próximos aos exigidos pela classe E da ABNT NBR 12653:2014 e da classe C da ASTM 618C:2017, foram ensaiados os requisitos físicos das amostras, apresentados na Tabela 11.

Tabela 11: Requisitos físicos para ser um material pozolânico.

A1 A2 A3 ABNT NBR 12653:2014 ‘ASTM 618C: 2017 Propriedades Classe N Classe C Classe E Classe N Classe F Classe C Material retido na peneira 45 µm

(%) 7,9 37,2 10,7 ≤ 20 ≤ 20 ≤ 20 ≤ 34 ≤ 34 ≤ 34

Índice de atividade pozolânica: com cimento aos 28 dias, em relação ao controle.

63,0 40,6 53,9 ≥ 90 ≥ 90 ≥ 90 ≥ 75 ≥ 75 ≥ 75

Índice de atividade pozolânica: com

a cal aos 7 dias SR* SR* SR* ≥6 MPa ≥6 MPa ≥6 MPa - - -

Fonte: Adaptado da norma ABNT NBR 12653:2014 e ASTM 618C:2017 SR*: Sem resistência

Não foi possível medir o índice de atividade pozolânica com a cal aos 7 dias devido ao fato de os corpos de prova não apresentarem resistência mínima a desmoldagem (Figura 27).

Figura 27: Corpos de prova do ensaio de atividade pozolânica com cal após a desmoldagem.

Novamente as amostras de EFP não atenderam todos os requisitos físicos prescritos da Tabela 11. As amostras 1 e 3 se enquadraram dentro dos limite normatizados em relação à porcentagem de material retido na peneira 45 µm, porém nos demais quesitos nenhuma das amostras (A1, A2 e A3) se adequou aos índices de desempenho exigidos. Sendo assim as amostras de EFP estudadas não podem ser consideradas materiais pozolânicos.

Com base nas constatações feitas através dos ensaios acima fica definido que as escórias de forno panela estudadas não podem ser consideradas materiais pozolânicos.

5.1.5 Fluorescência de Raios X (FRX)

A Tabela 12 apresenta a composição química das amostras e faz a comparação com os resultados obtidos por três autores, verificando que os compostos químicos das escórias de forno panela e suas quantidades são semelhantes entre si. As diferenças podem ser atribuídas principalmente pela

heterogeneidade dos lotes de sucata, a principal matéria-prima empregada na fabricação do aço e consequentemente na geração de EFP.

Tabela 12: Composição química das amostras de EFP.

Compostos Químicos (%) A1 A2 A3 Marinho et al. (2017) Herrero et al. (2016) Vilaplana et al. (2015) Sétien et al. (2009) CaO _{54,20 35,60 52,30 57,30 - 64,40 53,96 - 61,64 55,79} 50,00-58,00 Fe2O3 _{3,40 26,80 14,50 0,70 - 4,60 3,82 - 1,01 1,69} 1,60-3,30 SiO2 _{11,50 18,00 16,50 24,50 - 36,80 3,77 - 22,94 23,50} 12,00-20,00 MgO _{8,80 8,03 6,82 6,20 - 8,40 5,99 - 6,36 6,00} 7,50-12,00 MnO _{2,68 1,89 1,12 0,20 - 1,60 0,22 - 0,29 -} 0,36-0,52 Al2O3 _{1,32 4,13 3,28 1,00 - 3,90 4,42 - 28,82 4,29} 4,00-19,00 SO3 _{1,93 2,11 1,78 - 2,80 - 3,43 -} - F _{0,59 1,52 1,93 - - -} - Cr2O3 _{0,06 0,71 0,43 0,40 - 1,40 - -} 0,01-0,10 TiO2 _{0,29 0,46 0,36 - 0,14 - 0,34 -} 0,33-0,89 ZnO _{0,10 0,07 0,24 - - -} - P2O5 _{0,09 0,23 0,19 0,20 - 0,30% 0,04 - 0,01 -} - SrO _{0,13 0,12 0,17 - - -} - Na2O _{0,09 0,08 0,13 - - -} 1,60-2,4 K2O 0,11 0,05 0,12 - - - - BaO 0,09 0,10 0,07 - - - - Cl 0,09 0,03 0,03 - - - - ZrO2 0,03 0,03 0,02 - - - - PF (%) 14,50 GF GF - 26,2PF - 3GF - - CaO/Al2O3+SiO2 4,22 1,60 2,64 - - - 1,60-2,40

Os principais compostos são os óxidos de cálcio, de silício, de ferro e de magnésio, que representam 77,9, 88,4 e 90,12% da massa total das amostras 1, 2 e 3 respectivamente.

É constatado por vários autores (FALESCHINI et al., 2015; PELLEGRINO et al., 2013; VILAPLANA et al., 2015; YILDIRIM; PREZZI, 2017) que a presença de óxidos de magnésio e de cálcio, pode apresentar reações químicas expansivas na presença da água e afetar a estabilidade física da matriz cimentícia. O óxido de cálcio em contato com água se hidrata rapidamente devido à rápida reação de

expansão, enquanto o óxido de magnésio reage de forma mais lenta, resultando em expansão tardia (PELLEGRINO et al., 2013).

Outro fator importante a ser observado é que apenas a amostra A1 apresentou perda ao fogo de 14,5%. Já as amostras A2 e A3, ao contrário, apresentaram ganho de massa, ou seja, ganho ao fogo (GF) quando expostas à temperatura de 1200ºC. O ganho ao fogo pode ser atribuído à oxidação de alguns minerais presentes nas amostras. Lemos (2010) verificou um aumento de massa na amostra de EFP devido à oxidação do enxofre, já na pesquisa de Bravo e Silva (2017) também ocorreu o GF, mas devido à oxidação de metais como o alumínio e ferro. Nas amostras A2 e A3, que apresentaram GF verifica-se a presença de 26,8% e 14,5% do composto Fe2O3, respectivamente, enquanto na amostra A1, que apresentou PF, um teor menor de apenas 3,4%, Portanto atribui-se o ganho ao fogo das amostras 2 e 3 ao elevado teor de ferro (Fe2O3).

5.1.6 Difração de Raio X (DRX)

Foi identificada a presença de vários picos cristalinos nos difratogramas das 3 amostras de EFP, referentes aos compostos que constituem tais amostras (Figura 28).

Figura 28: Difratograma comparativo das amostras de EFP.

A presença de quantidades significativas de material amorfo modifica a linha base dos difratogramas, formando “halos amorfos” (GOBBO, 2003). Ao analisar os difratogramas obtidos para cada amostra de EFP não é possível identificar tais regiões indicativas de material amorfo. Além destas informações, a Figura 28 apresenta a identificação dos compostos cristalinos presentes nas 3 amostras de EFP.

Os principais óxidos presentes nas amostras de EFP (CaO, SiO2, Fe2O3, AlO2, MgO) encontram-se combinados, formando os minerais identificados na Tabela 13. Com uma análise mais criteriosa dos dados foi possível identificar os minerais em comum (Silicato de Cálcio, Portlandita, Calcita, Quartzo, Periclásio e Cuspidina), os quais também estão presentes nas amostras de outros autores (HERRERO et al., 2016; MARINHO et al., 2017; SETIÉN, HERNÁNDEZ; GONZÁLEZ, 2009).

As amostras 2 e 3 apresentam maior diversidade de compostos, e portanto, podem apresentar reações químicas indesejáveis quando incorporadas às matrizes cimentícias.

A Tabela 13 apresenta os compostos difratados das amostras e os compara com alguns autores.

Tabela 13: Composição mineralógica por DRX.

Compostos (%) Nomenclatura A1 A2 A3 Marinho et al. (2017) Herrero et al. (2016) Sétien et al. (2009)

Ca2(SiO4) Silicato de cálcio X X X X X X

Ca (OH)2 Portlandita X X X X CaCO3 Calcita X X X X SiO2 Quartzo X X X X MgO Periclásio X X X X X X Ca4Si2O7F2 Cuspidina X X X Fe3O4 Magnetita X X X CaF2 Fluorita X X X X X Mg (OH)2 Brucita X X X X X Ca3Mg (SiO4)2 Merwinita X X X X X

Ca3(SiO4) O Silicato de cálcio X X X

O difratograma individual das amostras estão apresentados da Figura 29 a Figura 31, nos quais pode se observar o composto expansivo periclásio (óxido de magnésio). O elemento cálcio está presente nos compostos silicato de cálcio, portlandita, calcita e cuspidina encontrados em ambas as amostras (A1, A2 e A3), além destes as amostras 1 e 2 apresentam em comum o composto Merwinita e as amostras 2 e 3 o composto Fluorita.

Figura 29: Difratograma da amostra 1.

Figura 31: Difratograma da amostra 3.

Os picos mais frequentes são os de dissilicato de cálcio, que podem ser divididos em olivina e larnite (SETIÉN, HERNÁNDEZ, GONZÁLEZ, 2009). Ambos podem desenvolver propriedades hidráulicas em condições adequadas de temperatura e umidade, entretanto, a larnite é considerada mais reativa que o olivina.

Setién et al. (2009) apontam que o menor índice da equação CaO/Al2O3+SiO2 indica maior quantidade de Mayenite (Ca12Al14O33), um tipo de aluminato de cálcio, na composição mineralógica das amostras, porém os aluminatos não foram identificados nos espectros, apesar da respectiva identificação nas análises de FRX. Isso pode ser justificado pelos baixos teores de Al2O3 nas três amostras de EFP (1,3 a 4,13%) e pela formação cristalina, o que dificulta as possíveis ligações químicas com outros elementos.

Os difratogramas apresentam calcita (CaCO3) e Periclásio (MgO), que são considerados como cal livre e magnésio livre, respectivamente. Estes tipos de compostos são passivos de reações químicas expansivas, podendo causar redução do desempenho mecânico (tensões e fissuras internas), o que resulta na desintegração e colapso da matriz cimentícia (MARTINI, 2015; ROJAS e ROJAS,

2004). O composto Brucita (MgOH2), presente nas amostras A2 e A3 representa menor potencial de expansão destes lotes de escória. Portanto, a amostra A1, que apresenta apenas MgO (8,8%), pode ser classificada como mais expansiva que as demais (A2 e A3).

Devido à baixa concentração de Fe2O3 na amostra A1 (3,4%), somente as amostras A2 e A3 apresentam o composto Magnetita (Fe3O4) identificado nas análises de DRX. A presença deste composto nas amostras 2 e 3 justifica os respectivos dados relacionados ao ganho ao fogo (GF), que ocorre devido à oxidação destes durante o aquecimento das amostras.