UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA –DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM

Formação: Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO OBTIDA POR

Fábio André Watanabe

ESTUDO SOBRE A UTILIZAÇÃO DE AREIA DE FUNDIÇÃO RESIDUAL COMO AGREGADO NA CONFECÇÃO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO

Apresentada em 17/12/2004 Perante a Banca Examinadora:

Prof. Dr. Enori Gemelli - presidente (UDESC) Prof. Dr. Nivaldo Cabral Kuhnen (UFSC)

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC

CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA –DEM

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Mestrando: FÁBIO ANDRÉ WATANABE – Engenheiro Mecânico

Orientador: Prof. Dr. ENORI GEMELLI

CCT/UDESC – JOINVILLE

ESTUDO SOBRE A UTILIZAÇÃO DE AREIA DE FUNDIÇÃO RESIDUAL COMO AGREGADO NA CONFECÇÃO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO

DISSERTAÇÃO APRESENTADA PARA

OBTENÇÃO DO TÍTULO DE MESTRE EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS DA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA

CATARINA, CENTRO DE CIÊNCIAS

TECNOLÓGICAS – CCT, ORIENTADA PELO PROF. DR. ENORI GEMELLI.

“Estudo sobre a utilização de areia de fundição residual como agregado na confecção de pavimentos de concreto”

por

Fábio André Watanabe

Essa dissertação foi julgada adequada para a obtenção do título de

MESTRE EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

na área de concentração "Cerâmica", e aprovada em sua forma final pelo

CURSO DE MESTRADO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

DO CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA

Dr. Enori Gemelli (Presidente)

Banca Examinadora:

Dr. Nivaldo Cabral Kuhnen UFSC/SC

Dra. Marilena Valadares Folgueras UDESC/SC

FICHA CATALOGRÁFICA

NOME: WATANABE, Fábio André. DATA DEFESA: 17/12/2004. LOCAL: Joinville, CCT/UDESC.

NÍVEL: Mestrado Número de ordem: – CCT/UDESC. FORMAÇÃO: Ciência e Engenharia de Materiais.

ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: Cerâmica.

TÍTULO: Estudo Sobre a Utilização de Areia de Fundição como Agregado na Confecção de Pavimentos de Concreto.

PALAVRAS - CHAVE: Resíduo, Concreto, Pavimento, Areia de Fundição. NÚMERO DE PÁGINAS: xi, 121 p.

CENTRO/UNIVERSIDADE: Centro de Ciências Tecnológicas da UDESC. PROGRAMA: Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PGCEM . CADASTRO CAPES: 4100201001P-9.

ORIENTADOR: Dr. Enori Gemelli.

PRESIDENTE DA BANCA: Dr. Enori Gemelli.

AGRADECIMENTOS

Ao Prof. Dr. Enori Gemelli, que como orientador e amigo soube cobrar, mas também não mediu esforços em oferecer todas as condições necessárias à realização do presente trabalho.

À Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC e ao Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PGCEM pela realização do presente trabalho.

À empresa Menegotti Indústrias Metalúrgicas Ltda pelo fornecimento do resíduo industrial utilizado nesse trabalho.

À empresa Menegotti Máquinas e Equipamentos Ltda pelo fornecimento de máquinas para confecção dos corpos-de-prova.

A todos os professores do Curso de Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais, que de uma forma direta ou indireta contribuíram para a realização desse trabalho.

A Deus por tudo.

ABSTRACT ... 11

INTRODUÇÃO GERAL ... 12

Capítulo 1 Particularidades do Concreto... 14

1.1 TIPOS DE CIMENTOS ... 16

1.2 DURABILIDADE DO CONCRETO... 18

1.3 PROCESSO DE ADENSAMENTO... 19

1.4 AGREGADOS USADOS... 21

1.5 RELAÇÃO ÁGUA / CIMENTO ... 25

Capítulo 2 Composição e Microestrutura do Cimento Hidratado ... 27

2.1 COMPOSIÇÃO DO CIMENTO ... 27

2.2 HIDRATAÇÃO DO CIMENTO ... 28

2.3 MICROESTRUTURA DO CONCRETO... 30

2.4 ZONA DE TRANSIÇÃO ENTRE A PASTA E O AGREGADO... 34

Capítulo 3 Composição da areia defundição residual e sua utilização em concreto . 37 3.1 ASPECTOS GERAIS ... 37

3.2 COMPOSIÇÃO DA AREIA DE MOLDAGEM A VERDE ... 41

3.3 UTILIZAÇÃO DE AREIA DE FUNDIÇÃO RESIDUAL EM ARGAMASSAS E CONCRETOS ... 43

Capítulo 4 Outros Resíduos Sólidos Industriais Utilizados em Argamassas e Concretos... 49

4.1 RESÍDUO PROVENIENTE DA SERRAGEM DE MÁRMORE E GRANITO ... 50

REFERÊNCIA ... 51

4.2 RESÍDUO PROVENIENTE DO BENEFICIAMENTO DO ARROZ ... 52

4.3 RESÍDUOS VEGETAIS PROVENIENTES DE MATÉRIA-PRIMA E PROCESSOS INDUSTRIAIS DE PRODUÇÃO... 55

4.4 RESÍDUO PROVENIENTE DA INDÚSTRIA DE GALVANIZAÇÃO... 59

4.5 RESÍDUO PROVENIENTE DA INDÚSTRIA DE PRODUÇÃO DE AÇO ... 60

Capítulo 5 Materiais e Métodos Experimentais ... 64

5.1 MATERIAIS UTILIZADOS... 64

5.2 PREPARAÇÃO DOS CORPOS-DE-PROVA ... 66

5.2.1 Fabricação de argamassa ... 66

5.2.2 Fabricação de pavimento com equipamento dotado apenas de vibração ... 67

5.2.3 Fabricação de pavimento com equipamento dotado com mecanismo de vibro-prensagem hidráulica... 67

5.2.4 Fabricação de pavimento com traço ajustado para melhor acabamento superficial em equipamento dotado com mecanismo de vibro-prensagem hidráulica 70 5.3 ENSAIOS DE COMPRESSÃO... 71

5.4 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA... 71

5.5 ENSAIOS DE LIXIVIAÇÃO, ANÁLISE DE MASSA E SOLUBILIZAÇÃO... 72

Capítulo 6 Resultados e Discussões... 73

6.1 ENSAIO GRANULOMÉTRICO DAS AREIAS ... 73

6.2 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DOS AGREGADOS... 75

6.3 ENSAIO DE COMPRESSÃO... 78

6.3.1 Ensaio de compressão dos corpos-de-prova de argamassa ... 78

6.3.2 Ensaio de compressão dos corpos-de-prova de concreto fabricados em equipamento com vibração... 79

6.3.3 Ensaio de compressão dos corpos-de-prova de concreto fabricados em equipamento automático com vibro-compressão hidráulica ... 81

6.3.4 Ensaio de compressão dos corpos-de-prova de traço comercial fabricados em equipamento automático com vibro-compressão hidráulica ... 82

6.3.5 Discussão da influência da inclusão do pó de pedra no resultado de ensaio de compressão dos pavimentos de concreto... 84

6.4 ANÁLISE MICROESTRUTURAL DOS CORPOS-DE-PROVA ... 88

6.4.1 Corpos-de-prova fabricados por vibração ... 88

6.4.2 Corpos-de-prova fabricados com vibro-compressão hidráulica... 91

6.4.3 Discussão da influência do equipamento e da areia de fundição no resultado do ensaio de compressão dos pavimentos de concreto... 93

Anexo 1 - Origem dos pavimentos... 104

Anexo 2 - Vantagens dos pavimentos de concreto ... 105

Anexo 3 - Aplicação dos pavimentos de concreto ... 108

Anexo 4 - Selo de qualidade para blocos e pavimentos ... 113

Anexo 5 - Equipamentos para fabricação de blocos e pavimentos de concreto. ... 116

Anexo 6 - Retorno de Investimento... 118

Entre os vários problemas que a humanidade enfrenta atualmente, um dos principais é a necessidade de minimizar os efeitos da agressão ambiental que é causada principalmente pelos resíduos industriais. Uma atenção especial a questões relativas à conservação ambiental nos segmentos industriais vem crescendo significativamente nos últimos anos.

Dentro do conceito de Desenvolvimento Sustentável, a construção civil ocupa papel de destaque. Em primeiro lugar movimenta grande quantidade de concreto (2.700 kg/habitante) perdendo apenas para água (11.000 Kg/habitante). O segundo destaque é a possibilidade de tratamento de resíduos com cimento Portland cuja vantagem deve-se à possibilidade de solidificação e estabilização química ou mecânica de elementos químicos do resíduo considerados noviços à fauna e flora. O terceiro destaque é a possibilidade de usar resíduo sólido como matéria-prima na fabricação de concreto. A literatura mostra que vários tipos de resíduo podem ser usados no concreto, principalmente os resíduos classe II e III [MOURA et al., 2002]. De modo geral, o uso desses resíduos no concreto não apresenta impacto ambiental significativo e em alguns casos melhora certas características ou propriedades do material. Na verdade, a grande maioria dos materiais usados na construção civil são fabricados com matéria-prima proveniente de recursos naturais. Sendo assim, o uso de resíduo como matéria-prima ajuda a preservar o meio ambiente. Além disso, tem-se também diminuição de custos com a disposição final do resíduo.

Os pavimentos de concreto surgiram na Europa do pós-guerra (anexo 1). Entretanto observa-se atualmente que o pavimento constitui-se de uma versão moderna e aperfeiçoada dos antigos calçamentos com paralelepípedos. A Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP) criou o selo de qualidade para blocos e pavimentos (anexo 4) para assegurar a qualidade e comprometimento de todos os processos de fabricação do pavimento em uma empresa que fabrica estes artefatos.

No estudo foram efetuados ensaios de resistência à compressão e microscopia eletrônica de varredura para avaliar a influência do processo na resistência mecânica dos materiais.

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A dosagem do concreto pode ser definida como sendo o proporcionamento adequado dos materiais, cimento, água, agregados, e eventualmente aditivos, de maneira que o produto resultante dessa mistura atenda aos seguintes requisitos [RODRIGUES, 1998]:

a) No estado fresco, deve possuir trabalhabilidade adequada para que, de acordo com os meios disponíveis na obra, possa ser transportado, lançado e adensado, sem ocorrência de segregação, de acordo com as normas correntes da boa execução de obras de concreto;

b) No estado endurecido, deve possuir as características especificadas no projeto da obra, isto é, deve ter resistência, durabilidade e permeabilidade compatíveis com as solicitações impostas pelas condições e destino a que estará sujeita a obra acabada.

Todas estas propriedades exigidas do concreto, tanto no estado fresco como no endurecido, devem ser conseguidas com menor custo possível, para que a obra seja economicamente viável e competitiva com outros materiais alternativos para a sua execução.

Figura 1.1 - Esquema dos principais elementos que devem ser considerados na dosagem de um concreto [RODRIGUES, 1998].

Para pavimento de concreto as principais considerações são: a) Tipo de cimento;

b) Durabilidade do concreto; c) Processo de adensamento; d) Agregados usados;

e) Relação de água/cimento. CONTROLE DE QUALIDADE RESISTÊNCIA DE DOSAGEM FORMA DO AGREGADO RISCO DE ATAQUE QUÍMICO CAPACIDADE DA BETONEIRA TRABALHABILIDADE

REQUERIDA DIÂMETRO MÁXIMO DO AGREGADO

TRAÇO GRANULOMETRIA DOS AGREGADOS PROPORÇÃO AGREGADO/CIMENTO DURABILIDADE IDADE PARA RESISTÊNCIA TIPO DE CIMENTO RELAÇÃO ÁGUA/CIMENTO

PROPORÇÃO DE CADA TIPO DE AGREGADO

1.1 TIPOS DE CIMENTOS

Existem no Brasil vários tipos de cimento Portland, diferentes entre si, principalmente em função de sua composição. Os mais empregados nas diversas obras de construção civil são [ABREU, 2001]:

• cimento Portland comum; • cimento Portland composto; • cimento Portland de alto-forno; • cimento Portland pozolânico.

A tabela 1.1 apresenta a nomenclatura do cimento Portland conforme normas da ABNT.

Tabela 1.1 – Nomenclatura do cimento Portland [ABREU, 2001] .

Cimento Portland (CP) Sigla Classe Identificação

25 CP I - 25 32 CP I – 32 Cimento Portland comum CP I

40 CP I - 40 25 CP I – S – 25 32 CP I – S – 32 Cimento Portland

comum (NBR 5732)

Cimento Portland comum com adição CPI - S

40 CP I – S – 40 25 CP II – E – 25 32 CP II – E – 32 Cimento Portland composto com escória CP II - E

40 CP II – E – 40 25 CP II – Z – 25 32 CP II – Z – 32 Cimento Portland composto com

pozolana

CP II - Z

40 CP II – Z – 40 25 CP II – F – 25 32 CP II – F – 32 Cimento Portland

composto (NBR 11578)

Cimento Portland composto com filler

CP II - F

40 CP II – F – 40 25 CP III – 25 32 CP III – 32 Cimento Portland de alto forno (NBR 5735) CP III

40 CP III – 40 25 CP IV – 25

Cimento Portland pozolânico (NBR 5736) CP IV

32 CP IV – 32 Cimento Portland de alta resistência inicial (NBR 5733) CP V - ARI -- CP V – ARI

25 CPB – 25 32 CPB – 32 Cimento Portland branco estrutural (NBR 12989) CPB

40 CPB – 40

• cimento Portland branco;

• cimento Portland de baixo calor de hidratação; • cimento Portland para poços petrolíferos.

O desempenho requerido do cimento pelo segmento de pré-moldados de concreto seco pode ser verificado na tabela 1.2 [ABREU, 2001].

Tabela 1.2 – Desempenho requerido do cimento pelo segmento de pré-moldado de concreto seco [ABREU, 2001].

Segmento do pré-moldado Alta resistência inicial Resistência aos sulfatos Coloração clara Qualidade uniforme Bloco de Alvenaria Obrigatório Neutro Desejado Obrigatório

Pavimentos Obrigatório Neutro Desejado Obrigatório Tubos Obrigatório Obrigatório Neutro Obrigatório

A tabela 1.3 apresenta os tipos de cimentos recomendados para a confecção de pavimentos de concreto [FERNANDES, 2001].

Tabela 1.3 Aplicação recomendada do cimento para pavimentos de concreto [FERNANDES, 2001].

Concreto armado para desforma rápida, curado por aspersão de água ou produto químico.

- CPV

- CP I, CP I - S

- CP II - E, CP II - Z, CP II - F - CP III

- CP IV - CPB Concreto armado para desforma rápida,

curado a vapor ou com outro tipo de cura térmica.

- CP I, CP I - S

- CP II - E, CP II - Z, CP II - F - CP III

Tabela 1.3 Aplicação recomenda do cimento para pavimento de concreto [FERNANDES, 2001] - continuação.

Elementos pré-moldados de concreto e artefatos de cimento para desforma rápida, curados por aspersão de água.

- CP I, CP I - S

- CP II - E, CP II - Z, CP II - F - CP III

- CP IV - CPV - CPB Elementos pré-moldados de concreto e

artefatos de cimento para desforma rápida, curados a vapor ou com outro tipo de cura térmica.

- CP I, CP I - S

- CP II - E, CP II - Z, CP II - F - CP III

- CP IV - CPB

Pavimento de concreto simples ou armado - CP I, CP I - S

- CP II - E, CP II - Z, CP II - F - CP III

- CP IV

Pisos industriais de concreto - CP I, CP I - S

- CP II - E, CP II - Z, CP II - F - CP III

- CP IV - CPV

1.2 DURABILIDADE DO CONCRETO

A durabilidade do concreto pode ser definida como sendo a sua capacidade de resistir à ação do tempo, aos ataques químicos, ao efeito de abrasão ou a qualquer outra ação de deterioração. A durabilidade depende, portanto, do tipo de ataque, químico ou físico como por exemplo atrito, a que o concreto será submetido, devendo ser analisados criteriosamente antes da escolha dos materiais e da dosagem do concreto [RODRIGUES, 1998]. No que concerne à abrasão ou erosão, a durabilidade está diretamente ligada à resistência mecânica do concreto.

De acordo com a NBR 9781/87, a resistência característica estimada à compressão do pavimento de concreto deve ser:

a) Maior ou igual a 35 MPa, para as solicitações de veículos comerciais de linha; b) Maior ou igual a 50 MPa, quando houver tráfego de veículos especiais ou

composição, em relação a uma unidade de medida de cimento [RODRIGUES, 1998]. Tradicionalmente, esta apresentação é feita da seguinte maneira:

O adensamento é uma operação severa que elimina os vazios da massa de concreto tornando-a mais compacta, mais densa, mais resistente, menos permeável e mais durável. O processo de adensamento através de compactação, agitação ou vibração provoca a acomodação dos componentes e a expulsão do ar.

A tabela 1.4 apresenta os mecanismos de adensamento adotado pelos equipamentos que produzem blocos e pavimentos de concreto [FERNANDES, 2001]:

Tabela 1.4- Mecanismo de adensamento adotado pelos equipamentos que produzem blocos e pavimentos de concreto [FERNANDES, 2001].

Mecanismo de adensamento

Características

Vibração O equipamento possui apenas mecanismo vibratório para adensar o bloco. Tem como característica um par de vibradores localizados no próprio molde. Toda a operação é feita através de um sistema de alavancas e o acionamento por meio de um motor.

Vibro-prensagem pneumática

O equipamento é dotado de mecanismo vibratório e compactação pneumática para adensar o bloco. Tem como característica um par de vibradores localizados no próprio molde e um sistema de compactação acionado por cilindro pneumático.

Tabela 1.4- Mecanismo de adensamento adotado pelos equipamentos que produzem blocos e pavimentos de concreto [FERNANDES, 2001] - continuação.

Mecanismo de adensamento

Características

Vibro-prensagem hidráulica

O equipamento é dotado de mecanismo vibratório e compactação hidráulica para adensar o bloco. Tem como característica um par de vibradores localizados abaixo do molde e um sistema de compactação

acionado por cilindro hidráulico. Vibro-prensagem

mecânica

O equipamento é dotado de mecanismo vibratório e compactação mecânica para adensar o bloco. Tem como característica um par de vibradores localizados abaixo do molde e um sistema de compactação

acionado por engrenagens.

O anexo 5 contêm fotos de alguns equipamentos com estes mecanismos de adensamento.

De todos os equipamentos o mais favorável é o equipamento de vibro-prensagem mecânica. No estudo foram utilizados o equipamento com mecanismo de vibro-compressão hidráulica e o equipamento de vibração.

Figura 1.2 - Traço necessário para adquirir resistência de 5 MPa para equipamentos com mecanismo de adensamento por vibração, prensagem pneumática, vibro-compressão hidráulica e vibro-prensagem mecânica [FERNANDES, 2001].

1.4 AGREGADOS USADOS

Aproximadamente de 70 a 80% do volume do concreto é composto por agregados, o que torna o custo mais baixo por unidade de volume, pois os agregados apresentam menor custo do que o cimento [BAUER, 1999]. A NBR 9935/87 define o agregado como material sem forma ou volume definido, geralmente inerte, de dimensões e propriedades adequadas para produção de concreto e argamassa. Os agregados destinados ao preparo do concreto são classificados pela origem, dimensão das partículas e densidade aparente, conforme tabelas 1.5 a 1.8.

R

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ia

(

M

Pa

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Traço (Cimento:Agregado)

Adensamento por vibração

Adensamento por vibro-prensagem pneumática

Adensamento por vibro-prensagem hidráulica

Tabela 1.5 – Classificação dos agregados conforme origem [BAUER, 1999].

Classificação Origem

Naturais de densidade leve Inorgânico constituído da matéria prima de fontes naturais.

Ex: Pedra pomes, escória vulcânica ou tufo.

Naturais de densidade média Encontrados fragmentados na natureza já sob a forma de

partículas. Ex: Areia de barranco, minas, rios, pedregulhos extraídos das jazidas de rios.

Artificiais de densidade leve Encontram-se os agregados da família dos inorgânicos

leves celular granulados, obtidos por processos especiais de fabricação para utilização em concretos leves: Ardósia, escória de alto forno, argila, cinzas volantes.

Artificiais de densidade média Necessitam ser triturados para obter a forma das partículas dos agregados miúdos e/ou graúdos em condições apropriadas para utilização no concreto normal. Ex: Britagem de rochas estáveis.

Artificiais de alta densidade. Necessitam ser triturados para obter a forma das partículas

dos agregados miúdos e/ou graúdos em condições apropriadas para utilização no concreto pesado. Ex: Barita, hematita, magnetita.

Tabela 1.6 – Classificação dos agregados conforme dimensões [BAUER, 1999].

Classificação Dimensões

Agregado miúdo É a areia natural ou artificial, resultante do britamento de

rochas estáveis, de diâmetro máximo igual ou inferior a 4,8 mm – NBR 7211.

Agregado graúdo É o pedregulho natural, ou a pedra britada proveniente do

britamento de rochas estáveis, de diâmetro superior a 4,8 mm – NBR 7211:

a) Brita 0: 4,8 a 9,5 mm.

b) Brita 1: 9,5 a 19 mm.

c) Brita 2: 19 a 38 mm.

d) Brita 3: 38 a 76 mm.

Agregados leves Densidade aparente menor que 1 ton/m3.

Agregados médios Densidade aparente entre 1 ton/m3 à 2 ton/m3.

Agregados pesados Densidade aparente maior do que 2 ton/m3.

Tabela 1.8 – Classificação da areia conforme módulo de finura (MF) – NBR 7211 [BAUER, 1999].

Classificação MF

Muito Finas 1,35 < MF < 2,25

Finas 1,71 < MF < 2,78

Médias 2,11 < MF < 3,28

Grossas 2,71 < MF < 4,02

Os agregados miúdos têm influência preponderante sobre a plasticidade do concreto devido a sua característica de possuir uma elevada área específica comparado com os agregados graúdos [ROGRIGUES, 1998]. Qualquer alteração do seu teor na mistura provoca alterações significativas no consumo de água e, conseqüentemente, do cimento. Como o cimento é o material mais caro, alterações no consumo de areia incidem diretamente sobre o custo do concreto.

A forma e a textura superficial das partículas têm grande influência sobre a plasticidade, sendo que esta será prejudicada quando forem mais angulares, rugosas ou alongadas.

quantidade excessiva de areia aumenta muita a coesão da mistura tornando mais difícil seu lançamento e adensamento, além de aumentar o consumo de cimento e, conseqüentemente, o custo do concreto.

Quanto maior for o consumo de areia, maior será o de cimento. Isto decorre do fato de que a pasta (cimento+água) é o agente que envolve as partículas de areia. Os agregados graúdos favorecem a plasticidade do concreto, exigindo menos ligante.

Os agregados graúdos provenientes de britagem que possuam forma cúbica e com textura superficial rugosa apresentam maior área específica e requerem, portanto, maior quantidade de ligante. As arestas vivas destes grãos provocam também maior atrito entre eles, aumentando, conseqüentemente, o consumo de água, agregado miúdo e cimento.

Com objetivo de selecionar o agregado considerando resistência e acabamento, FERNANDES [2001] definiu os limites ideais para os agregados destinados para bloco de concreto para alvenaria e para pavimento.

Figura 1.3 - Limites ideais para os agregados destinados para bloco de concreto para alvenaria e pavimento [FERNANDES, 2001] .

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)

Abertura das peneiras (mm)

Limites para Blocos

A fixação ou escolha da relação a/c do concreto deve ser feita com base nos critérios de durabilidade e de resistência mecânica. No primeiro caso pode-se usar a tabela 1.9 quando for aplicado a condições severas de durabilidade [RODRIGUES, 1998].

Tabela 1.9-Relações a/c máximas permissíveis para concretos submetidos a condições severas [RODRIGUES, 1998].

Tipo da Estrutura Estrutura exposta à ação da água do mar ou sulfatada*.

Peças delgadas e seções com

menos de 2,5 cm de

recobrimento da armadura

0,40

Outros 0,45

* No caso da utilização de cimentos resistentes a sulfatos, a relação a/c pode ser aumentada de 0,05.

A escolha da relação a/c em função da resistência mecânica do concreto deve ser feita com base na curva de Abrams do cimento a ser utilizado [RODRIGUES, 1998]. No entanto, para concretos muitos secos, a relação a/c passa por um ponto máximo. Para valores menores desta relação, a resistência do concreto diminui devido às falhas na acomodação dos agregados. É esta falha de acomodação que leva as peças a se desfazerem por falta de coesão e isto se reflete pela queda de resistência. Deve-se adotar a menor quantidade possível de água capaz de proporcionar a moldagem das peças.

cimento àgua c

A indústria de equipamentos desenvolveu sistemas de adensamento inicialmente voltados para a vibração e posteriormente combinados com prensagem enérgica [RODRIGUES, 1998], fazendo com que os componentes assim, vibro-compactados, obtenham um contato íntimo que lhes proporciona desenvolver as reações do cimento com a água e do envolvimento dos agregados com a pasta, apresentando alta compacidade e resistência adequada com um mínimo de cimento. A figura 1.4 apresenta ocorrências de umidade ótima, máxima e insuficiente para adensamento.

Figura 1.4 - Ocorrências de umidade ótima, máxima e insuficiente para adensamento [RODRIGUES, 1998].

Conforme a figura 1.4, a relação de água/cimento depende do equipamento. E cada equipamento possui seu ponto de umidade ótima no qual a peça produzida tem resistência, dimensional e textura superficial adequada para utilização. Nota-se que na umidade máxima peça produzida deformar-se e na umidade insuficiente formam-se trincas.

Umidade insuficiente Umidade ótima Umidade máxima

Concreto Vibrado

Concreto adensado sem vibração

Relação água / cimento

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O tamanho das partículas que compõe o cimento são relativamente pequenas comparadas com a dos agregados. O empacotamento dessas partículas e a hidratação do cimento (ligante) formam a microesturutra do concreto. A composição e a microesturutra do ligante são fundamentais nas propriedades do concreto.

2.1 COMPOSIÇÃO DO CIMENTO

O cimento tipo Portland é um aglomerante hidráulico obtido da moagem do

clínquer ao qual é adicionado gipsita (CaSO4). O clínquer é obtido por aquecimento a altas

temperaturas de um mistura de calcário e argila. Desta forma o cimento Portland é formado essencialmente por compostos que possuem cálcio e sílica em sua composição. Nos cimentos comerciais aparecem sempre como impurezas o óxido de magnésio (MgO) proveniente da dolomita das rochas calcárias. Esta impureza deve ser restringida, pois sua hidratação é lenta e expansiva. Outras impurezas são os compostos alcalinos (sódio e potássio) provenientes da argila ou do carvão que podem reagir com os agregados e os sulfatos provenientes do combustível podendo influenciar nas reações iniciais de hidratação [ABREU,2001].

Como já mencionado, ao clínquer é adicionado um pequena quantidade de sulfato na forma de gipsita (CaSO4 . H2O) ou gesso de paris (CaSO4 . ½ H2O) para inibir a pega

instantânea do cimento.

Tabela 2.1 Teores equivalentes dos óxidos formadores dos compostos do cimento Portland [NEVILLE, 1988].

Teor de óxidos

CaO 63,0

SiO2 20,0

Al2O3 6,0

Fe2O3 3,0

MgO 1,5

SO3 2,0

K2O

Na2O

1,0

Outros 1,0

Perdas na ignição 2,0

Resíduos insolúveis 0,5

Os principais compostos do cimento Portland estão apresentados na tabela 2.2 [NORTON, 1973].

Tabela 2.2 Principais compostos do cimento Portland [NORTON, 1973].

Nome Composição Abreviação Típico do Brasil

Silicato tricálcico 3CaO.SiO2 C3S 40 a 70%

Silicato dicálcico 2CaO.SiO2 C2S 10 a 40%

Aluminato tricálcico 3CaO.Al2O3 C3A 2 a 15%

Ferro-aluminato tetracálcico 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 3 a 15%

2.2 HIDRATAÇÃO DO CIMENTO

A Influência de cada composto do cimento na resistência mecânica durante a sua hidratação é a seguinte:

- até 3 dias – a resistência mecânica é essencialmente assegurada pela hidratação dos aluminatos e silicatos tricálcicos (3CaO.Al2O3 e 3CaO.SiO2);

- entre 3 e 7 dias – o aumento da resistência é assegurada principalmente pelo aumento

da hidratação de 3CaO.SiO2;

- entre 7 e 90 dias –a hidratação do 3CaO.SiO2 e 2CaO.SiO2 é responsável pelo aumento

de resistência;

Composição ( % )

Cimento C3S C2S C3A C4AF Outros*

Portland comum 45 27 11 8 9

Portland de alta resistência Inicial 53 19 11 9 8

* Outros: MgO, CaO, CaSO4, K2O, Na2O

A figura 2.1 apresenta uma micrografia obtida por eletrônica de varredura de uma pasta de cimento Portland com 3 dias de idade mostrando cristais de C-S-H (silicatos hidratados) [MEHTA e MONTEIRO, 1994].

Figura 2.1 - Micrografia eletrônica de varredura de uma pasta de cimento Portland com 3 dias de idade mostrando cristais de C-S-H [MEHTA e MONTEIRO, 1994].

A figura 2.2 apresenta uma micrografia obtida por eletrônica de varredura de uma pasta de cimento Portland com 3 dias de idade mostrando os cristais de Ca(OH)2 e a

Figura 2.2 - Micrografia eletrônica de varredura de uma pasta de cimento Portland com 3 dias de idade mostrando os cristais de Ca(OH)2 e a estrutura fibrosa formada pelo C-S-H [MEHTA e MONTEIRO, 1994].

2.3 MICROESTRUTURA DO CONCRETO

O concreto de cimento Portland é um material composto com estrutura bastante heterogênea [MEHTA e MONTEIRO, 1994]. Cada componente do concreto (agregado e cimento) é de natureza multifásica. Toda partícula de agregado pode conter vários minerais, além de microfissuras e vazios. Analogamente, tanto a matriz da pasta como a zona de transição contém geralmente uma distribuição heterogênea de diferentes tipos e quantidades de fases, poros e microfissuras, acrescentando-se ainda o fato de estarem sujeitas a modificações com o tempo, umidade ambiente e temperatura, o que torna o concreto, diferentemente de outros materiais de engenharia, um material com características parcialmente intrínsecas conforme figura 2.3.

Ca(OH)2

Figura 2.3 Microestrutura do Concreto [MEHTA e MONTEIRO, 1994].

A matriz, que é a pasta de cimento e que envolve os agregados, é constituída por diferentes tipos de compostos hidratados do cimento. O mecanismo de hidratação é constituído por um processo de dissolução – precipitação nas primeiras fases seguidas de um processo químico. O enrijecimento da pasta é caracterizado inicialmente pela hidratação dos aluminatos e a evolução da resistência é realizada pelos silicatos como mencionado anteriormente.

Tabela 2.4 Características dos principais compostos resultantes da hidratação do cimento [MEHTA e MONTEIRO, 1994].

Compostos

Características

Silicatos Hidratados

C-S-H

Representa 50 a 60% do volume de sólidos em uma pasta de cimento Portland completamente hidratada. São estes compostos os responsáveis pela resistência da pasta a esforços mecânicos.

Hidróxido de cálcio

Ca(OH)

Ocupa 20 a 25% do volume de sólidos da pasta. Sua morfologia é bem definida, formando cristais prismáticos, sendo que o tamanho dos cristais aumenta conforme também aumenta o espaço livre (aumento da relação água/cimento). O hidróxido de cálcio não contribui para a resistência da pasta de cimento endurecida e em virtude de sua baixa superfície específica, que lhe confere um baixo poder de adesão, é facilmente carregado pela água.

Sulfoalumintatos de cálcio ou

Monossulfato hidratado

C

AS

H

(etringita)

A etringita e/ou monossulfato de cálcio ocupam de 15 a 20% do volume de sólidos da pasta hidratada. A etringita é responsável pelo fenômeno da pega e desenvolvimento da resistência inicial. A etringita pode tornar-se instável e decompor-se para formar o monossulfato hidratado, mais estável.

Porosidade

A porosidade total da pasta de cimento Portland fica entre 25 e 30% em volume para uma relação água/cimento (a/c) de 0,5. Esta porosidade é decomposta em tipos de cavidades ou vazios: Poros entre os cristais C-S-H, poros capilares entre os compostos hidratados, bolhas e fissuras.

As figuras 2.4 e 2.5 mostram a morfologia do C-S-H (silicatos hidratados), Ca(OH)2 (hidróxido de cálcio), C6AS3H32 (etringita), monossulfato hidratado e porosidade

Figura 2.4 Microestrutura do concreto – (1) C-S-H, (2) Ca(OH)2, (3) Vazio capilar [MEHTA e MONTEIRO, 1994].

2.4 ZONA DE TRANSIÇÃO ENTRE A PASTA E O AGREGADO

A zona de transição é caracterizada por ser uma região com maior porosidade e heterogeneidade do que o restante da pasta. Esta porosidade é decorrente da elevação da relação água/cimento na mistura em decorrência do filme de água que se forma em torno do agregado, principalmente o graúdo. Os maiores espaços permitem a formação de

grandes cristais de Ca(OH)2 com seu eixo C orientado perpendicularmente ao agregado o

que cria planos preferenciais de ruptura, conforme figura 2.6. Verifica-se também falha na aderência entre a pasta e o agregado, podendo-se relacionar este fato aos grandes cristais formados, com superfície específica menor o que diminui a força de adesão [MEHTA e MONTEIRO, 1994].

Figura 2.6 Cristais de Ca(OH)2 na zona de transição visualizados por microscópio eletrônico de varredura [MEHTA e MONTEIRO, 1994].

Para concreto convencional a zona de transição pode ser representada conforme a figura 2.7 [MONTEIRO, 1985]. A zona de transição é também considerada o elo fraco do conjunto onde microfissuras podem ser formadas facilmente com pequenos acréscimos de carregamento (esforço), variações de volume e umidade.

3 µm

Figura 2.7 Representação esquemática da transição entre a pasta de cimento e o agregado [MONTEIRO, 1985].

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3.1 ASPECTOS GERAIS

Os resíduos sólidos podem ser classificados como [FISCHER, 2002]:

a) Resíduos classe I – os resíduos sólidos, suas misturas ou determinados resíduos líquidos que, em razão da quantidade, de suas propriedades físicas, químicas e de suas características infecto-contagiosas, podem provocar ou contribuir de forma significativa para um aumento da mortalidade ou para um aumento da incidência de doenças irreversíveis ou de doenças reversíveis, porém incapacitantes; e apresentar substancial perigo potencial à saúde pública ou ao meio ambiente, quando transportados, armazenados, tratados ou descartados de forma inadequada.

b) Resíduos classe II – são os resíduos sólidos não inertes e não perigosos e essencialmente insolúveis que quando amostrados de forma representativa e submetidos a um contato estático ou dinâmico com água destilada ou deionizada, à temperatura ambiente, não tiveram nenhum de seus constituintes solubilizados a concentrações superiores aos padrões de potabilidade de água.

c) Resíduos classe III – são os resíduos sólidos não perigosos e inertes, podem ter propriedades tais como combustibilidade, biodegradabilidade e/ou solubilidade em água. Este tipo de resíduo poderá ter seus constituintes solubilizados além dos limites de potabilidade, quando em contato com água destilada ou deionizada.

empregados). O Estado de São Paulo concentra quase 60% das fundições brasileiras (em número), e as fundições paulistas respondem por pouco menos da metade da produção

brasileira de fundidos (em peso)[MARIOTTO, 2001].

Cada fundição tem seu próprio controle de areia de acordo com os fatores ligados ao próprio material de moldagem, aos métodos de moldagem, tipo de metal vazado, tamanho e forma das peças, quantidade de peças e condições de vazamento.

Para manter constante as características de fundição durante o processo metalúrgico é necessário descartar regularmente uma quantidade de areia usada equivalente à quantidade de areia nova comprada.

O total de excedentes de areia de fundição apenas no estado de São Paulo atinge cerca de 1 milhão de toneladas anuais, que corresponde pouco menos da metade da areia residual nacional com pouco mais de 2 milhões de toneladas anuais.

O custo para deposição em aterro industrial para areia de fundição classificada como resíduo classe II – Não Inerte, varia entre R$ 20 e R$ 70 reais por tonelada, podendo chegar a até R$ 180 reais por tonelada quando classificada como resíduo classe I – perigosa.

Estimando-se o valor médio nacional para descarte de areia de R$ 30,00 reais por tonelada, tem-se como resultado o valor de R$ 60.000.000,00 de reais de gastos anuais para aterrar 2 milhões de toneladas de areia de fundição.

As areias de moldagem são constituídas essencialmente de um elemento granular refratário (areia base) e um elemento aglomerante mineral (argila bentonita ou caulinita), água e aditivos (pó de carvão, amido de milho, dextrina) [MARIOTTO, 2001].

Classificação Descrição

Naturais

Depósitos naturais originados de arenitos de cimento argiloso ou de alterações de rochas feldpáticas (rochas), caracterizados por se acharem os grãos sílicos envolvidos por uma pasta argilosa. São usadas diretamente na moldagem, necessitando apenas ajustes do teor de umidade.

Semi-sintéticas

Resultantes de modificações introduzidas nas areias naturais por meio de adições que visam melhorar as suas propriedades.

Origem

Sintéticas Obtidas artificialmente pela mistura de areia base, argila, _{aditivo e água.}

Areia nova Areia usada pela primeira vez na fundição.

Utilização

Areia de retorno, regenerada e/ou recuperada

Areia recuperada mediante correções a cada ciclo de fundição.

Areia de faceamento

Areia que entra em contato com o modelo (faceia), constituindo a parte do molde que entra em contato com o metal durante o vazamento e solidificação.

Emprego na moldagem

Areia de

enchimento Areia que constitui o restante do molde.

Areia a verde Areia que mantém no momento do vazamento

aproximadamente a mesma umidade do preparo. Grau de

umidade

Um sistema de areia de fundição é mostrado esquematicamente na figura 3.1 [MARIOTTO, 1991]. A figura apresenta os procedimentos envolvidos na recuperação e no recondicionamento de uma areia do sistema, bem como, os elementos que entram e saem do sistema a cada ciclo.

Figura 3.1 Figura esquemática mostrando o funcionamento de um sistema de areia de fundição [MARIOTTO, 1991]

L ig an te MachariaMistura B en to ni ta B en to ni ta B en to ni ta H O 2 A re ia no va P ó de ca rv ão Mistura Moldagem A re ia no va

Fechamento dos moldesColocação de machos

Vazamento Desmoldagem

Limpeza

H O2

Limpeza

Exaustão

Rejeitos Torrões

Areia de _retorno

H O2

Separarador magnético Peneira Rejeitos Água de resfriamento

produção de moldes para fundição é a sílica (SiO2) em função da existência de grandes

reservas deste material na natureza. A composição química da areia consiste em sílica,

feldspatos e argila. Quanto maior é a porcentagem de SiO2 na areia maior é a refratariedade

da areia. O grau de refratariedade exigido de uma areia de moldagem depende do metal que se deseja vazar. Para aços a areia deve resistir a temperaturas da ordem de 1350 a

1400oC, e para ligas não ferrosas a areia deve resistir a temperaturas da ordem de 850 a

1200oC [MARIOTTO, 1991].

A areia por si só não tem resistência mecânica necessária para formar o molde no qual será vazado o metal líquido. Essa propriedade é conferida por um aglomerante que pode ser orgânico ou mineral. Entre os aglomerantes argilosos mais freqüentemente utilizados em fundição, destacam-se as argilas montmoriloníticas ou bentonitas. A figura 3.2a apresenta a micrografia de uma areia sem bentonita e a figura 3.2b apresenta a micrografia da areia envolvida por bentonita [PEREIRA et al., 2000].

.

(a) (b)

As bentonitas são encontradas basicamente sob duas formas, a mais comum tendo o sódio como cátion trocável predominante (bentonita sódica) e outra com cátion trocável de cálcio ou magnésio (bentonita cálcica). As bentonitas sódicas possuem a propriedade de expandir até 20 vezes o seu volume quando molhadas devido ao cátion sódio trocável [SANTOS, 1989]. A bentonita sódica produz uma “estrutura aberta” na areia (propriedade peculiar de crescimento em presença de água) de onde advém maior permeabilidade do molde, que associada a uma menor umidade, resulta em moldes com menores probabilidades de gerarem peças com defeitos (bolha de gás).

As propriedades mais importantes das argilas são sua estrutura lamelar fina e sua capacidade de adsorver íons metálicos (capacidade de troca de cátions). As argilas são muito finas (15-30 ) e facilmente absorvem íons metálicos (Na+ ou Ca++). Através da água, as partículas de argila aderem à superfície do mineral base, pelas ações de forças moleculares ou ligações polares. Essa ligação argila-água-sílica é a base da resistência a verde das misturas de moldagem areia-argila. A tabela 3.2 apresenta a análise química de algumas bentonitas brasileiras [SANTOS, 1989].

Tabela 3.2 Análise química de algumas bentonitas brasileiras [SANTOS, 1989].

Bentonita SiO2

(%) Al2O3

(%) TiO2

(%) Fe2O3

(%) CaO

(%) MgO

(%) Na2O

(%) K2O

(%)

MnO (%)

Capacidade de troca de cátions (meq /

100g)

Bagé e São Gabriel (RS) 56,6 26,6 0,21 4,36 n.det 2,48 0,07 0,260 n.det 109

Florianópolis (SC) 55,2 28,3 n.det 2,65 n.det 1,26 0,29 0,13 n.det 67

Siqueira Campos (PR) 65,9 15,8 0,66 5,78 n.det 2,91 n.det 0,09 0,18 55

Campinas (SP) 72,0 13,2 0,7 2,9 0,3 1,2 0,39 2,27 0,05 23

Barra do Piraí (RJ) 47,3 25,3 n.det 1,7 0,4 2,9 0,05 0,7 n.det n.det

Igaporã (BA) 49,7 16,0 n.det 13,1 n.det 5,0 0,15 0,06 n.det 79

Uberaba (MG) 70,0 16,5 n.det 3,30 n.det 3,41 0,25 1,81 n.det 39

Ponte Alta (MG) 59,6 19,5 0,31 6,04 n.det 5,34 n.det 0,17 0,05 151

Goianópolis (GO) 48,9 17,6 1,34 10,1 n.det 4,50 0,77 1,71 n.det n.det

Icó (CE) 56,8 20,4 0,90 6,24 n.det 2,60 0,34 3,50 n.det 25

n.det = não determinada

atmosfera redutora na cavidade do molde, dificultando o contato do metal líquido com a superfície do molde, de modo a incrementar o acabamento superficial da peça obtida.

O amido de milho é usado com o objetivo de aumentar a plasticidade da mistura.

A tabela 3.3 apresenta características aconselháveis para o emprego do aglomerante e aditivos em areia de moldagem.

Tabela 3.3 Composição de algumas bentonitas brasileiras [SANTOS, 1989].

Bentonita - teor de partículas grossas: máximo de 15% retido na peneira 200 mesh.

- mistura padrão: 5% em peso da mistura. Pó de

Carvão

- teor de partículas grossas: máximo de 20 a 30 % retido na peneira 200 mesh. - mistura padrão: 3 a 6 % em peso da mistura.

3.3 UTILIZAÇÃO DE AREIA DE FUNDIÇÃO RESIDUAL EM ARGAMASSAS E CONCRETOS

Tabela 3.4 - Quantidades de materiais utilizados na produção de argamassas [PEREIRA et al., 2000].

Resíduo (% em volume)

Cimento [litros]

Areia comum [litros]

Areia de fundição [litros]

Água [litros]

0 1,58 6,16 0 1,26

10 1,58 5,535 0,615 1,26

25 1,58 6,77 1,69 1,26

75 1,58 3,08 3,08 1,5

100 1,58 0 6,16 1,5

Como resultado da caracterização da microestrutura para argamassa sem areia de fundição (traço referência), observou-se a presença de porosidades, microtrincas na interface gel/agregado conforme (figura 3.3a) e a germinação e o crescimento da etringita na microestrutura do material (figura 3.3b).

(a) (b)

- Observou-se porosidade presente na microestrutura e uma interface agregado/pasta de cimento com menor qualidade se comparado com a do traço de referência (figura 3.3a).

- Maior crescimento de cristais. Esta diferença na germinação dos cristais da etringita

ocorreu devido à bentonita presente na argamassa.

b) Com 25% de areia de fundição (figura 3.4b):

- Observou-se uma ligeira melhora da interface agregado/pasta, se comparado com a

microestrutura do material contendo 10% de areia de fundição.

- A germinação e crescimento da etringita foi desordenado, apresentando tamanhos

diferentes se comparados aos traços de referência e ao material com 10% de areia de fundição.

c) Com 75% de areia de fundição (figura 3.4c):

- Microestrutura microporosa e interface agregado/pasta bem melhor se comparado

com a microestrutura da matriz e do material com 10% e 25% de areia de fundição.

- Apresentou menor quantidade de fibras de etringita na microestrutura comparado

com a matriz e o material com 10% e 25% de areia de fundição.

d) Com 100% de areia de fundição (figura 3.4d):

- O material obtido com 100% de areia verde de fundição apresentou em sua

microestrutura uma microporosidade superior em relação ao material com 75%.

absorção da água pela massa de bentonita, o que levou à inibição da germinação e crescimentos desses cristais.

Em um outro estudo, Pablos [1995] caracterizou a areia de fundição como agregado miúdo muito fino conforme tabela 3.6.

Tabela 3.6 – Resultado do ensaio granulométrico do resíduo [PABLOS, 1995].

% em massa Peneiras

(mm)

Material retido

(g) Retida Acumulada

4,8 0 0 0

2,4 15,1 1 1

1,2 41,0 3 4

0,6 58,2 5 9

0,3 654,3 55 64

0,15 405,9 34 98

< 0,15 20,5 2

Total : 230,14 100 176

Módulo de Finura MF = 1,7 D máximo = 2.4 mm

Com o objetivo de estudar a influencia da resistência à compressão, Pablos [1995] confeccionou corpos-de-prova contendo cimento tipo CP II E 32, 50% de brita 0 (pedrisco) de origem basáltica e 50% de resíduo. Na tabela 3.7 é apresentado o resultado da resistência à compressão dos concretos.

Tabela 3.7 – Resistência do concreto contendo 50% de areia de fundição na composição do agregado.

Resistência à compressão (MPa) Traço

(Cimento: Brita:

Resíduo) 7 dias 28 dias 90 dias

1 : 1,5 : 1,5 18,1 24,2 29,3

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Os resíduos industriais estudados e utilizados como agregados para construção civil são vários, e os motivos, basicamente são dois:

- Custo relativamente elevado para a gestão e a destinação atual dos resíduos.

- Responsabilidade ambiental.

Os principais resíduos industriais utilizados pela indústria de construção civil para a fabricação de argamassa/concreto são os seguintes:

a) Resíduo proveniente da serragem de mármore e granito;

b) Resíduo proveniente do beneficiamento do arroz;

c) Resíduos vegetais provenientes de matéria-prima e processos industriais de

produção;

d) Resíduo proveniente da industria de galvanização;

e) Resíduo proveniente da indústria de produção do aço;

4.1 RESÍDUO PROVENIENTE DA SERRAGEM DE MÁRMORE E GRANITO

O resíduo de corte de mármore e granito (RCMG) é resultante do processo de serragem de blocos destas rochas. Ao todo 25 a 30% do bloco são transformados em pó, representando uma quantidade estimada de 240.000 toneladas/ano, distribuídas entre Espírito Santo, Bahia, Ceará, Paraíba, entre outros estados [MOURA et al., 2002].

MOURA et al. [2002] estudaram a utilização do resíduo de corte de mármore como substituição de parte do agregado miúdo (areia) para argamassas de revestimento e argamassa para produção de lajotas para piso. Foram determinadas a massa específica e a massa unitária do RCMG. A massa específica, determinada segundo a NBR 6474 (1985), é

de 2,84 g/cm3 e a massa unitária, avaliada conforme NBR 7251 (1982), é de 1,01g/cm3.

No estudo para utilização do RCMG em argamassa, foram produzidas argamassas cujo traço foi de 1:6, em massa. Foram preparados corpos-de-prova sem resíduo (argamassa de referência), e corpos-de-prova de argamassa contendo de 5% e 10%, em massa de resíduo em substituição à areia. O estudo a respeito da utilização do RCMG como substituição de parte da areia na produção de argamassas para revestimento e fabricação de lajotas permitiu tirar as seguintes conclusões [MOURA et al., 2002]:

- O RCMG encontra-se na forma cristalina e não apresenta riscos ambientais

(tabela 4.1);

- Quanto a resistência à compressão, observou-se valores similares entre as

(ppm) (mg/l) limites máximos (ppm) (mg/l) limites máximos

Ba N.D 1 Ba N.D 100

Cd N.D 0,005 Cd 0,015 0,5

Pb N.D 0,05 Pb 0,155 5

Cr N.D 0,05 Cr 0,042 5

Nitrato N.D 10 Ag N.D 5

Cu N.D 1 As N.D 5

Al 0,106 0,2 Hg N.D 0,1

Fe N.D 0,3 F 0,31 150

Mn 0,008 0,1 Se N.D 1

Zn 0,003 5

As N.D 0,05 N.D – Não detectado

Hg N.D 0,001

Fenol N.D 0,001

Na 35,35 200

SO4 26 400

Cl 134,5 250

F 0,28 1,5

Cianeto N.D 0,1

Tabela 4.2 Resultados dos ensaios de resistências à compressão [MOURA et al., 2002].

RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO DAS ARGAMASSAS (MPa)

Argamassa Cura de 3 dias Cura de 7 dias Cura de 28 dias

REFERÊNCIA _{9,9 12,1 17,2}

Com 5% de

RCMG 10,45 13,6 17,6

Com 10% de

4.2 RESÍDUO PROVENIENTE DO BENEFICIAMENTO DO ARROZ

Do processo de beneficiamento do arroz tem-se como resíduo a casca de arroz (CA), que devido ao seu alto poder calorífico (aproximadamente 16720 kJ/kg) e custo muito baixo, vem cada vez mais substituindo a lenha empregada na geração de calor e de vapor, necessários para os processos de secagem e parboilização dos grãos. Mediante a queima da casca de arroz em fornalhas a céu aberto ou em fornos especiais com temperatura controlada, é produzida a cinza da casca de arroz (CCA), denominada residual quando é obtida sem controle de temperatura e tempo de exposição [DELLA et al., 2001].

A estimativa para produção nacional de arroz em casca para a safra 2000/2001, segundo dados do IBGE foi de aproximadamente 11.089.788 toneladas. Considerando que do total de arroz colhido 23% correspondem à casca e 4% correspondem à cinza, conclui-se que 443.591 toneladas deste resíduo são gerados no país.

Devido ao seu elevado teor de óxido de silício (tabela 4.3), este resíduo está sendo utilizado na fabricação de vidros, isolantes térmicos, tijolos prensados e materiais refratários, bem como na produção de cimento Portland ou usado como agregado em argamassas e concretos (Figura 4.1).

Tabela 4.3 Composição química, em óxidos, da cinza da casca de arroz em comparação com a composição típica de refratários de sílica [DELLA et al.,

2001].

Óxidos Amostra de CCA analisada

(% em Massa) Composição típica de refratários de sílica (% em Massa)

SiO2 97,87 92 – 96

Al2O3 0,13 0,5 – 3

Fe2O3 0,06 0,5 – 2,5

CaO 0,50 1,5 – 3

MgO 0,74 -

K2O 0,88 -

Na2O 0,12 0,3 – 0,5

MnO 0,25 -

TiO2 0,01 -

Figura 4.1 Organograma de aplicação da cinza da casca de arroz a partir do beneficiamento do arroz [DELLA et al., 2001].

A caracterização microestrutural da cinza (figura 4.2), mostrou a presença de partículas grandes (~ 1 mm) e pequenas (< 0,5 mm), predominando as menores (figura 4.2a). O formato alongado e contorcido, com aparência de espiga de milho, é provocado pelo processo da queima (figura 4.2b). A Figura 4.2c apresenta as epidermes internas e externas da CCA. A figura 4.2d mostra detalhes da epiderme interna das partículas de casca de arroz presente na cinza, mostradas em (4.2c). A estrutura celular e porosa é resultante da remoção da lignina e celulose presente na casca durante a queima, uma vez que a celulose é o maior constituinte orgânico da casca.

Combustão (Geração de energia)

Cinza da casca de arroz (CCA)

Vidros Isolantes

térmicos

Tijolos

prensados Refratários

Estabilização de solos

Agregados em argamassas e

concretos

Figura 4.2 Características típicas da cinza da casca de arroz [DELLA e Col, 2001] : (a) distribuição granulométrica variada; (b) aspecto morfológico; (c) epidermes internas e externas; (d) estrutura da epiderme interna da cinza vista em (c).

Sanguinetti [2000] estudou o desempenho da incorporação da cinza da casca de arroz no concreto. Para a confecção do corpo-de-prova de referência utilizou cimento de alta resistência inicial, brita e areia. As proporções de cinza de casca de arroz incorporadas foram de 5% e 10%. As composições dos corpos-de-prova estão apresentadas na tabela 4.4.

Tabela 4.4 Composição dos corpos-de-prova [SANGUINETTI, 2000] .

Concreto Cimento (Kg) Cinza da casca

de arroz (Kg)

Areia (Kg) Brita (Kg)

Referência 540 0 713 1203

5% de cinza 513 25 713 1203

Tabela 4.5 Resistência à compressão do concreto [SANGUINETTI, 2000].

Concreto 3 dias (MPa) 7 dias (MPa) 28 dias (MPa)

Referência 62,54 63,30 72,10

5% de cinza 55,91 60,53 72,00

10% de cinza 52,50 58,35 65,50

4.3 RESÍDUOS VEGETAIS PROVENIENTES DE MATÉRIA-PRIMA E PROCESSOS INDUSTRIAIS DE PRODUÇÃO

Com o objetivo de apresentar materiais alternativos para a construção civil, Savastano Jr. [2000] estudou materiais reforçados com fibras vegetais. A tabela 4.6 apresenta vários tipos de resíduos, oriundos do processo agroindustrial de obtenção das fibras vegetais comerciais em estudo.

Tabela 4.6 Resíduos oriundos do processamento de fibras vegetais [SAVASTANO JR., 2000].

Fibra Produto Principal Resíduo

Fibra verde antes da secagem

Bucha verde (já separada do bagaço) – umidade em torno de 120% em massa

Fibra beneficiada Refugo/bucha

Bucha branca (sem tratamento) Fios de corda

Fibras curtas

(menor do que 3 cm)

Bucha (tingimento com anilina e mistura com óleo mineral)

Baler twine (fio agrícola)

Fibras curtas (impregnadas com anilina e óleo mineral)

Sisal

Tapetes Retalhos de fios

Tabela 4.6 Resíduos oriundos do processamento de fibras vegetais [SAVASTANO JR., 2000] - continuação.

Fibra Produto Principal Resíduo

Fibra limpa e penteada Mistura de fibras e palha (refugo)

Piaçava Fibra para produção de vassouras

Fibras fora de padrão

Fibras longas e médias Fibras curtas (1-3 cm)

Pó residual não peneirado Fibra curta

Fibras longas

Refugo de fibra longa Coco

Fibras longas e curtas Pós misturados com fibrinhas

Algodão Fibras para tecelagem Microfibras 85% algodão e 15% poliester

Polpa de eucalipto

Produção de papel Rejeito

Fibra bruta de 1a para tecelagem

Resíduo do amaciamento Rami

Fibra bruta de 2a para tecelagem

Resíduo do amaciamento

Banana Fruta de mesa e para _indústria Fibra do pseudocaule – base seca

Malva Fibra bruta limpa Fibra tipo 4

Savastano Jr. [2000] produziu telhas cerâmicas tipo romana de 487 mm x 263 mm (figura 4.3) com matriz de argamassa de cimento Portland CPII-32F e areia lavada de rio (módulo de finura = 2,12) segundo os seguintes procedimentos:

- relação cimento:areia de 1:1,5;

- relação a/c: 0,4 para corpos-de-prova de referência e 0,5 para corpos-de-prova com

adição de fibra;

- teor em volume de fibras de 2 %;

- tipos de fibras: sisal (bucha de campo e bucha de baler twine), pó residual não peneirado de coco, rejeito de polpa celulósica de eucalipto, banana, malva “tipo 4” e padrão sem fibra;

Figura 4.3 Produção da telha de concreto [SAVASTANO JR., 2000] - (A) Placa recém moldada e vibrada, (B) Telha transferida para fôrma ondulada.

Os resultados das propriedades mecânicas (tabela 4.7) mostram que o padrão sem fibra atingiu resistência mais elevada, tanto em tração como em compressão. Os compósitos com reforço de fibra de sisal bucha de campo apresentou fraco desempenho pela presença elevada do extrativo mucilagem que interfere de modo negativo na hidratação do cimento Portland, especialmente perto da interface fibra-matriz [SAVASTANO JR, 2000]. O compósito contendo a combinação de dois tipos diferentes de fibra (coco e polpa de eucalipto) apresentou também baixas resistências devido ao volume excessivo de fibras (total de 4%).

Com exceção das telhas reforçadas com fibra de sisal bucha de campo (força de ruptura de flexão inferior a 680 N) e fibra de banana (empenamento superior a 3 mm), as demais telhas produzidas a partir dos compósitos em estudo, atenderam às especificações das normas técnicas [SAVASTANO JR., 2000].

Tabela 4.7 Propriedades físicas e mecânicas dos compósitos à base de cimento Portland [SAVASTANO JR., 2000].

Corpo-de-prova Massa

especifica (kg/m3)

Empenamento

(mm) compressão Resist. à 28 dias

(MPa)

Resist. à tração 28 dias

(MPa)

Força de ruptura na flexão (N)

Padrão sem fibra 2148 2,02 37,3 4,61 1012

Sisal Bucha de

campo 2024 0,95 19,8 2,82 607

Sisal bucha de baler

twine 1996 0,85 17,7 3,88 864

Coco pó residual 2056 2,10 25,8 3,95 845

Rejeito de popa de

eucalipto 2042 2,05 23,2 3,68 768

Banana 2036 3,23 22,5 3,48 681

Malva tipo 4 2067 0,60 16,1 3,69 804

Coco + polpa de

eucalipto 1794 1,90 12,5 3,34 717

O Instituto de pesquisa tecnológico de São Paulo (IPT) desenvolveu componentes empregando compósito de argamassa de cimento de escória de alto-forno reforçada com 2% em volume de fibras de coco [AGOPYAN, 1988]. O trabalho concentrou-se em painéis para paredes estruturais (figura 4.4).

perfeitas condições após 8 anos de exposição.

Figura 4.5 Protótipo construído em Nova Cachoeirinha, São Paulo [AGOPYAN, 1988]

4.4 RESÍDUO PROVENIENTE DA INDÚSTRIA DE GALVANIZAÇÃO

Os resíduos provenientes das estações de tratamento de efluentes líquidos de empresas de galvanização são classificados como perigosos, segundo a NBR 10.004, devido ao teor de metais pesados detectados nos extratos obtidos nos ensaios de lixiviação e solubilização, executados, respectivamente, de acordo com a NBR 10.004 [CHAMIE, 1993].

Foram confeccionados corpos-de-prova de forma cilíndrica de 50 mm de diâmetro por 100 mm de altura com diferentes traços. A tabela 4.8 apresenta a resistência à compressão aos 28 dias.

Tabela 4.8 Resistência à compressão dos corpos-de-prova – 28 dias [CHAMIE, 1993]

Traço (Cimento: Resíduo)

Lote 4:1 5:1 6:1 7:1 8:1

1 2,57 MPa 9,20 MPa 6,80 MPa 5,55 MPa 9,40 MPa

2 3,67 MPa 21,20 MPa 4,60 MPa 8,65 MPa 19,17 MPa

3 2,90 MPa 17,07 MPa 2,50 MPa 7,25 MPa 16,25 MPa

Chamie [1993] concluiu com este estudo a possibilidade do encapsulamento do resíduo através da solidificação em matrizes de cimento. Os ensaio de lixiviação realizado apresentaram teores de metais no extrato lixiviado inferiores aos padrões estabelecidos pela NBR 10.005 - Lixiviação de Resíduos.

4.5 RESÍDUO PROVENIENTE DA INDÚSTRIA DE PRODUÇÃO DE AÇO

Estima-se que entre 70 a 170 kg/ton dos aços produzidos são escoria geradas tanto na fusão redutora dos minérios para obtenção do ferro gusa, como na produção do aço, resultando nas escórias chamadas de alto-forno e de aciaria, respectivamente. Masuero et al. [1997] estudaram a viabilidade do uso de escórias de aciaria elétrica em materiais de construção civil, especificamente como adição ao concreto. A tabela 4.9 apresenta a composição típica de escória de aciaria elétrica.

Tabela 4.9 – Composição típica de escórias de aciaria elétrica [MASUERO et al., 1997].

País Geração

Kg/ton CaO (%) MgO (%) SiO2 (%)

Al2O3 (%)

FeO (%)

MnO (%)

P2O5 (%)

S (%)

Japão 127 40 4 25 5 19 7 0,06

Suécia 100 46 5 11 5 28 4 0,7

EUA 160 41 10 17 8 18 4 0,6 0,2

Alemanha 120 32 10 15 4 31 4 1,4 0,1

Brasil 150 33 10 18 6 30 5 0,9 0,1

Figura 4.6 Descolamento e fissuração do revestimento do piso interno devido a problemas de expansão do substrato [MASUERO et al., 1997].

O problema da expansão é causado principalmente pela presença de óxido de cálcio livre e óxido de magnésio reativo (associado também à metaestabilidade do silicato dicálcico). Em presença de umidade, os óxidos de cálcio e magnésio livres hidratam-se. Esta hidratação está associada a um aumento de volume, resultando no problema de expansão das escórias. O óxido de cálcio é o responsável por expansões a curtos prazos, sendo de 1,99 a expansão volumétrica que ocorre devido a hidratação da cal livre.

O óxido de magnésio por apresentar reações de hidratação mais lentas,é então responsável pela expansão a longo prazo.

Tabela 4.10 – Resultados de resistência à compressão aos 7, 28 e 91 dias de cura [MASUERO et al., 1997].

Resistência à compressão (MPa)

Concreto Fator A/C

7 dias 28 dias 91 dias

Referência 0,4 0,5 0,6 32,93 23,99 18,13 38,66 28,13 22,00 43,32 32,93 24,13

Com 20% de escória 0,4 0,5 0,6 39,06 32,53 21,86 43,86 36,66 28,26 53,99 42,92 31,06

Para avaliar a expansão provocada pela escória, Masuero et al. [1997] colocaram corpos-de-prova de concreto com 20% de escória de dimensões de 2,5 x 2,5 x 28 cm em

reservatório de água à 80oC. Leituras diárias foram realizados durante 10 dias. Após este

período a expansão deve ser inferior a 5% para evitar ruptura do material por efeito da expansão da escória. A figura 4.7 mostra que a expansão ficou bem abaixo do limite máximo.

Figura 4.7 Evolução da deformação ao longo do tempo da amostra de concreto com 20% de escória de aciaria [MASUERO et al., 1997].

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

1 2 3 4 5 6

Dias E xp an sã o (% )

5,24 20,72 32,78 36,49 0 5 10 15 20 25 30 35 40

7 14 28 90

Dias R es is tê nc ia ( M Pa )

têxtil, através do processo de solidificação com o cimento, Cheriaf et al. [1999]estudaram

um lodo da industria têxtil tratado com sulfato de alumínio. O lodo da indústria têxtil possui consistência gelatinosa, coloração escura, constituído de materiais orgânicos, com elevado teor de umidade, cuja variação depende da eficiência do sistema de filtragem. Para eliminar os materiais orgânicos, Cheriaf e Col [1999] incineram o lodo a 5000C e realizaram a análise química conforme tabela 4.11.

Tabela 4.11 – Composição química do lodo [CHERIAF et al., 1999]

Elementos Lodo

% em massa Cimento Portland CPIS % em massa

SiO2 2,94 19,3

Al2O3 10,34 4,6

Fe2O3 0,12 3,3

MgO 0,81 5,4

CaO 1,67 61,4

Na2O 1,64 ---

K2O 0,41 0,6

TiO2 0,4 ---

P2O5 4,8 ---

CO2 Total 107,44 ---

C orgânico 17,92 ---

S total 1,49 2.5

Para estudar a resistência à compressão, Cheriaf et al. [1999] prepararam corpos cilíndricos de 50 mm de diâmetro e 10 mm de altura com inclusão de 30% do lodo no cimento e efetuaram ensaios com 7, 14, 28 e 90 dias conforme a figura 4.8.